作者：Art Pini

　　供暖、通风和空调 (HVAC)、压缩机、泵、物料搬运和包装等应用需要安全部署和控制在高电压和电流下运行的大型电机。控制这些大型电动机给设计人员带来了一个问题，因为它们必须在电机和控制电路之间提供足够的隔离。此外，高电压和电流会产生严重的电磁瞬变，从而损坏电子控制装置。

　　电磁继电器提供隔离遥控器，但有其自身的局限性。打开和关闭与大功率电机的电源连接会产生电弧，这些电弧会磨损继电器触点表面，从而缩短触点寿命。

　　这个问题的解决方案是电磁接触器，这是一种用于电机控制的特殊类别的继电器。除了比继电器更坚固的结构和更大、更坚固的触点外，它们还采用电弧抑制技术，包括特殊材料和更快的触点闭合和断开。

　　本文探讨了电磁电机接触器的基础知识及其相对于其他电机控制方法的优势。然后，它使用来自 施耐德电气 简易特西斯家族.

　　接触器的工作原理

　　电磁接触器由构建在“E”芯上的电磁铁组成。具体来说，电隔离线圈同心缠绕在磁芯的中心支腿上。线圈由控制电压源(可以是交流或直流)激励。当线圈通电时，电磁力拉入位于磁芯开口端的电枢(图 1)。

　　图 1：接触器的简化功能图，显示了处于断电和通电状态。(图片来源：Art Pini)

　　电触点以机械方式耦合到电枢。触点布置因接触器型号而异：它们可以是常开 (NO) 或常开和常闭 (NC) 的组合。可能有多个隔离的触点。例如，三相接触器将有三组电源触点，每相一个。当电枢拉入时，NC 触点断开，常开触点闭合。此外，许多接触器包括一组辅助的低功率触点，用于监控接触器通电或断电的状态。

　　选择接触材料具有高强度、优异的导电性以及抗电弧和氧化效应。接触几何形状设计用于处理预期的功率水平并抑制电弧。

　　接触器的所有元件都包含在一个外壳中，该外壳对触点进行电气绝缘，同时提供了一种连接电源、负载和线圈布线的简单方法。外壳还提供安装支撑，可以是面板或 DIN 导轨安装形式(图 2)。

　　图 2：典型接触器外壳示例;面板安装(左)和 DIN 导轨安装(右)。(图片来源：施耐德电气)

　　施耐德电气Easy TeSys(DPE系列)接触器安装在仅45毫米(mm)宽的紧凑型外壳中，可安装在面板或DIN导轨上。外壳的防护等级为 IP20，表明对手指的保护。该系列中的所有接触器都包括一个常开辅助触点。该系列三相接触器已通过 UL/CSA 认证，额定电流高达 32 安培，480 伏交流电 (HP/480 VAC) 和 25 HP/600 VAC 时功率为 20 马力，具有各种控制线圈激励电压(表 1)。

　　表 1：施耐德电气 Easy TeSys DPE 接触器系列的精选示例显示了该线路提供的工作电流和控制线圈电压选择范围。(表源：艺术品尼)

　　这些设备的使用寿命约为 100 万次电气操作。Easy TeSys 接触器适用于标准 IEC 60947 中规定的使用类别中描述的应用。各个接触器的额定电流取决于利用率类别。例如，AC-1类别描述了负载为无感或仅略带电感的应用，例如基于电阻的炉子。这些应用主要具有阻性负载，其瞬态电压和电流问题较少。

　　AC-3 类涵盖鼠笼式感应电机的应用，其中电机已启动，有时可能会断开电源以停止电机。电机是电感装置，启动和停止操作会导致感应瞬变，从而对接触器施加更大的压力。

　　AC-4 类别中的应用对接触器施加了更大的压力。此类别包括鼠笼式感应电动机和滑环式电动机，可进行反向电流制动和点动或点动。点动或寸步是“快速重复施加动力以从静止状态启动电机，以实现电机的小运动。点动通常是指在全电压下以短脉冲功率启动电机。同样，点动意味着以降低电压的短脉冲启动电机。多种功率应用对接触器产生最高水平的应力。

　　将特定的Easy TeSys DPE接触器与电机或类似的大功率应用相匹配主要基于所处理的电流。施耐德电气Easy TeSys目录包含基于电机功率、利用率类别和所需使用寿命的选择辅助工具(图3)。

　　图 3：基于 AC-3 使用类别电机的 Easy TeSys DPE 选择指南，基于电机功率和所需的接触器使用寿命。(图片来源：施耐德电气)

　　图 3 是与被控制设备的利用率类别相关的三个选择指南之一。它适用于使用类别AC-3，基本上是一种可能不经常停止的电机。当电机停止时，电流等于工作电流。例如，考虑为一台 5.5 千瓦 (kW) 的 3 相电机寻找一个 Easy TeSys DPE 接触器，工作电压为 400 伏，工作电流为 11 A，所需的使用寿命为 200 万次循环。从 400 伏电压线开始，设计人员需要定位 5.5 kW，然后从那里向上投影一条线，直到它与 200 万条操作线相交。最近的DPE模型轨迹(蓝色)是DPE 18。

　　AC-4 使用类别的一个例子是，电机频繁停止和重新启动，处理较大的最坏情况电流。考虑一个 3 相 5.5 kW 电机，在 AC-4 应用中以 400 伏电压运行，工作电流为 11 A，其中电机在电机停止时断电。所需的使用寿命为 300，000 次操作。

　　该电机的停滞电流是工作电流的六倍，需要额定电流水平更高的接触器(图 4)。

　　图 4：AC-4 利用率类别的简易 TeSys DPE 选择指南。请注意，由于电机失速时可能会从电机中断开电源，因此最坏情况下的电流可能会大得多。(图片来源：施耐德电气)

　　要找到推荐的接触器，请从 66 A 的停滞电流开始，它是 11 A 工作电流的 6 倍，从电流轴向上投影，直到它与代表 30 万次操作的线相交。最近的产品位点是DPE32。

　　Easy TeSys DPE 系列接触器涵盖最常见的电机配置和应用，例如输送机、包装机、泵、压缩机、加热和通风、空调、制冷等。

　　Easy TeSys 系列还包括一系列互补的热过载继电器，旨在保护交流电路和电机免受过载、相位故障、延长启动时间和转子失速的影响。这些继电器监控电机电流，当电流超过电流限制设置时，触点打开并停止电机。有十五种不同的型号，每种型号都有一系列可设置的当前行程级别。过载保护型号与选定的 Easy TeSys 接触器 DPE09 至 DPE38 兼容。它们使用接触器的螺钉夹端子直接连接到三相接触器的底部端子。该组合具有常见的 45 mm 宽度，可以安装在 DIN 导轨上或使用 DPE 接触器安装座拧到面板上(图 5)。

　　图 5：过载保护继电器直接安装在 DPE 接触器下方，并使用接触器的螺钉夹连接固定。(图片来源：施耐德电气)

　　简单的特西斯 DPER32 额定电压为 32 A/690 V 的热过载继电器具有 23-32 A 的可调热设置跳闸范围，跳闸等级为 10(过载为预设水平的 6 倍，过载保护器将在 10 秒内跳闸)，用于保护额定电压为 15 kW@400 伏的三相电机。它是一种具有相位故障和负载不平衡检测功能的差分器件。它具有热调节拨盘、手动/自动复位选择器、用于模拟跳闸的测试选择器、复位和停止按钮、标志指示器和两个用于故障信号的辅助触点(1 NO + 1 NC)。用户设置由可锁定的透明盖保护。整个热过载保护器系列都通过了多项标准认证，包括 IEC、UL 和 CUL。

　　结论

　　具有高工作电压和电流的电机应用的设计人员需要一种可靠的方法来隔离相关控制电路并保护它们免受电磁辐射。Easy TeSys 三极 DPE 接触器与 DPER Easy TeSys 热过载继电器一起设计用于切换和保护最常见的电机用例。涵盖多种电流和电压水平的广泛型号使其易于根据特定应用的要求进行配置。