电工知识：电气设计中低压交流接触器的选用
电气设计中低压交流接触器的选用
低压交流接触器主要用于通断电气设备电源，可以远距离控制动力设备，在接通断开设备电源时避免人身伤害。交流接触器的选用对动力设备和电力线路正常运行非常重要。
1、交流接触器的结构与参数
一般使用中要求交流接触器装置结构紧凑，使用方便，动静触头的磁吹装置良好，灭弧效果好，最好达到零飞弧，温升小。按照灭弧方式分为空气式和真空式，按照操动方式分为电磁式、气动式和电磁气动式。
接触器额定电压参数分为高压和低压，低压一般为380V，500V，660V，1140V等。
电流按型式分为交流、直流。电流参数有额定工作电流、约定发热电流、接通电流及分断电流、辅助触头的约定发热电流及接触器的短时耐受电流等。一般接触器型号参数给出的是约定发热电流，约定发热电流对应的额定工作电流有好几个。比如CJ20-63，主触头的额定工作电流分为63A，40A，型号参数中63指的是约定发热电流，它和接触器的外壳绝缘结构有关，而额定工作电流和选定的负载电流、电压等级有关。
交流接触器线圈按照电压分为36、127、220、380V等。接触器的极数分为2、3、4、5极等。辅助触头根据常开常闭各有几对，根据控制需要选择。
其他参数还有接通、分断次数、机械寿命、电寿命、最大允许操作频率、最大允许接线线径以及外形尺寸和安装尺寸等。接触器的分类见表1
表1 常用接触器类型
使用类别代号 适用典型负载举例 典型设备
AC－1 无感或微感负载，电阻性负载 电阻炉，加热器等
AC－2 绕线式感应电动机的启动、分断 起重机，压缩机，提升机等
AC－3 笼型感应电动机的启动、分断 风机，泵等
AC－4 笼型感应电动机的启动、反接制动或密接通断电动机 风机，泵，机床等
AC－5a 放电灯的通断 高压气体放电灯如汞灯、卤素灯等
AC－5b 白炽灯的通断 白炽灯
AC－6a 变压器的通断 电焊机
AC－7a 家用电器和类似用途的低感负载 微波炉、烘手机等
AC－7b 家用的电动机负载 电冰箱、洗衣机等电源通断
AC－8a 具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机 压缩机
AC－8b 具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机 压缩机
2、交流接触器的选用原则
接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下：
（1）交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。
（2）负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。接触器的接通电流大于负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流。
（3）按短时的动、热稳定校验。线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。
（4）接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。要考虑接在接触器控制回路的线路长度，一般推荐的操作电压值，接触器要能够在85～110％的额定电压值下工作。如果线路过长，由于电压降太大，接触器线圈对合闸指令有可能不起反映；由于线路电容太大，可能对跳闸指令不起作用。
(5) 根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值，额定电流应该加大一倍。
（6）短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。选用时可参见样本手册，样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。
接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电流系数来决定。接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流，接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流，这样断路器才能保护接触器。实际中接触器在一个电压等级下约定发热电流和额定工作电流比值在1～1.38之间，而断路器的反时限过载系数参数比较多，不同类型断路器不一样，所以两者间配合很难有一个标准，不能形成配合表，需要实际核算。
（7）接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规范，要考虑维修和走线距离。
3、不同负载下交流接触器的选用
为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀，延长接触器寿命，接触器要躲过负载启动最大电流，还要考虑到启动时间的长短等不利因数，因此要对接触器通断运行的负载进行分析，根据负载电气特点和此电力系统的实际情况，对不同的负载启停电流进行计算校合。
3.1控制电热设备用交流接触器的选用
这类设备有电阻炉、调温设备等，其电热元件负载中用的绕线电阻元件，接通电流可达额定电流的1.4倍，如果考虑到电源电压升高等，电流还会变大。此类负载的电流波动范围很小，按使用类别属于AC-1，操作也不频繁，选用接触器时只要按照接触器的额定工作电流Ith等于或大于电热设备的工作电流1.2倍即可。
照明设备的种类很多，不同类型的照明设备、启动电流和启动时间也不一样。此类负载使用类别为AC-5a或AC-5b。如果启动时间很短，可选择其发热电流Ith等于照明设备工作电流1.1倍。启动时间较长以及功率因数较低，可选择其发热电流Ith比照明设备工作电流大一些。表2为不同照明设备用接触器选用原则。
当接通低压变压器负载时，变压器因为二次侧的电极短路而出现短时的陡峭大电流，在一次侧出现较大电流，可达额定电流的15～20倍，它与变压器的绕组布置及铁心特性有关。当电焊机频繁地产生突发性的强电流，从而使变压器的初级侧的开关承受巨大的应力和电流，所以必须按照变压器的额定功率下电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器，即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。此类负载使用类别为AC-6a。
电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC-2～4，对于启动电流在6倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用AC-3，如风机水泵等，可采用查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，不用再计算。
绕线式电动机接通电流及分断电流都是2.5倍额定电流，一般启动时在转子中串入电阻以限制启动电流，增加启动转矩，使用类别AC-2，可选用转动式接触器。
当电动机处于点动、需反向运转及制动时，接通电流为6Ie，使用类别为AC-4，它比AC-3严酷的多。可根据使用类别AC-4下列出电流大小计算电动机的功率。公式如下：
Pe=3UeIeCOS￠η,
Ue：电动机额定电流，Ie：电动机额定电压，COS￠：功率因数，η：电动机效率。
如果允许触头寿命缩短，AC-4电流可适当加大，在很低的通断频率下改为AC-3类。
根据电动机保护配合的要求，堵转电流以下电流应该由控制电器接通和分断。大多数Y系列电动机的堵转电流≤7Ie，因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。规范规定：电动机运行在AC-3下，接触器额定电流不大于630A时，接触器应当能承受8倍额定电流至少10秒。
对于一般设备用电动机，工作电流小于额定电流，启动电流虽然达到额定电流的4～7倍，但时间短，对接触器的触头损伤不大，接触器在设计时已考虑此因数，一般选用触头容量大于电动机额定容量的1.25倍即可。对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。如电动葫芦属于冲击性负载，重载启停频繁，反接制动等，所以计算工作电流要乘以相应倍数，由于重载启停频繁，选用4倍电动机额定电流，通常重载下反接制动电流为启动电流2倍，所以对于此工况要选用8倍额定电流。
电容器接通时电容器产生瞬态充电过程，出现很大的合闸涌流，同时伴随着很高的电流频率振荡，此电流由电网电压、电容器的容量和电路中的电抗决定（即与此馈电变压器和连接导线有关），因此触头闭合过程中可能烧蚀严重，应当按计算出的电容器电路中最大稳态电流和实际电力系统中接通时可能产生的最大涌流峰值进行选择，这样才能保证正确安全的操作使用。
选用普通型交流接触器要考虑接通电容器组时的涌流倍数、电网容量、变压器、回路及开关设备的阻抗、并联电容器组放电状态以及合闸相角等，一般达到50至100 额定电流，计算时比较烦琐，可以参见文献1。
如果电容器组没有放电装置，可选用带强制泄放电阻电路的专用接触器，如ABB公司的B25C、B275C系列。国产的CJ19系列切换电容器接触器专为电容器而设计，也采用了串联电阻抑制涌流的措施。而且还要考虑无功补偿装置标准中的规定。电容器投入瞬间产生的涌流峰值应限制在电容器组额定电流的20倍以下（JB7113－1993低压并联电容器装置规定）；还应考虑最大稳态电流下电容器运行，电容器组运行时的谐波电压加上高达1.1倍额定工作时的工频过电压，会产生较大的电流。电容器组电路中的设备器件应能在额定频率、额定正弦电压所产生的均方根值不超过1.3倍额定电流下连续运行，由于实际电容器的电容值可能达到额定电容值1.1倍，故此电流可达1.43倍额定电流，因此选择接触器的额定发热电流应不小于此最大稳态电流。
、有特殊要求情况下交流接触器的选用
4.1、节能型交流接触器
交流接触器的节电大部分是指采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率。交流接触器的操作电磁系统一般采用交流控制电源，我国现有63A以上交流接触器，在吸持时所消耗的有功功率在数十瓦至几百瓦之间，无功功率在数十乏至几百乏之间，一般所耗有功功率铁芯约占65～75％，短路环约占25～30％，线圈约占3～5％，所以可以将交流吸持电流改为直流吸持，或者采用机械结构吸持、限电流吸持等方法，可以节省铁芯及短路环中所占的大部分功率损耗，还可消除、降低噪声，改善环境。
根据原理一般分为三大类：节电器、节点线圈、节电型交流接触器。但是PTMC1系列永磁式交流接触器却是一种靠崭新的方式来节电的接触器 。
PTMC1系列永磁式交流接触器并非采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率，而是世界上第一台无矽钢片交流接触器!其革新技术特点是用永磁式驱动机构取代了传统的电磁铁驱动机构,即利用永久磁铁与微电子模块组成的控制装置,置换了传统产品中的电磁装置,运行中无工作电流,仅由微弱信号电流(0.8-1.5mA)支持控制模块完静铁芯的磁转换,实现接触器的吸合,维持和释放功能的一种微功耗的超级节能的新型接触器.其工作原理就是利用磁极的同性相斥,异性相吸的原理.因固定在接触器底座上的永磁体的极性是固定不变的,而安装在接触器T型动铁芯上的软铁,在外来控制信号作用下,与其固化在一起的电子模块产生十几至二十几毫秒的正反向脉冲电流,使软铁产生不同的极性,相对永磁体面(设为N极),吸合为S极,释放为N极,保持靠永磁;从而使接触器的主触头达到吸合,保持与释放的目的。
4.2、防晃电型交流接触器
电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电，晃电时间一般在几秒以下。
在有连续性生产要求的情况下，工艺上不允许设备在电源短时中断（晃电）就造成设备跳闸停电，可以采用新型电控设备：PTMC1系列永磁式防晃电交流接触器。
PTMC1系列永磁式防晃电交流接触器由于采用电子模块的控制,可根据现场需要设定释放电压值(断电为零电压),并可延迟一段时间再发出反向脉冲电流,以实现低电压延时释放或断电延时释放的功能,免受大幅度网电压波动的干扰,达到稳定电气控制系统的目的。晃电时间由负载性质和断电长短决定，接触器延时时间可调。
4.3带有附加功能的交流接触器
电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能，如欠、过电压保护，断相保护、漏电保护等。电动机烧毁事故中，接触器一相接触不良的占11％，所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。
接触器加辅助模块可以满足一些特殊要求。加机械连锁可以构成可逆接触器，实现电动机正反可逆旋转，或者两个接触器加机械连锁实现主电路电气互锁，可用于变频器的变频/工频切换；加气延时头和辅助触头组可以实现电动机星－三角启动；加空气延时头可以构成延时接触器。
可以选用交流接触器的电磁线圈做电动机的低电压保护，其控制回路宜由电动机主回路供电，如由其他电源供电，则主回路失压时，应自动断开控制电源。
通过对已有永磁接触器的控制模块进行改进，增加相关逻辑分析电路，实现延时释放，释放时间可根据现场要求任意设定，如在控制电压突然跌落到非正常工作电压时，欠压信号传输到永磁接触器的控制电路中，控制系统对信号立即做出分析，需要延时来防止晃电事故发生时，接触器在设定的延时时间内处于保持状态，超过设定的延时时间接触器立刻断开。
5、交流接触器的安装
交流接触器的吸合、断开时振动比较大，在安装时尽量不要和振动要求比较严格的电气设备安装在一个柜子里，否则要采用防震措施，一般尽量安装在柜子下部。交流接触器的安装环境要符合产品要求，安装尺寸应该符合电气安全距离、接线规程，而且要检修方便。
结论：
交流接触器的选用不仅和所通断的负载有关，和接触器所在回路的电力系统各阻抗参数有关，还和控制方式、使用环境及使用要求有关，所以选择交流接触器时要全面考虑，逐步计算各参数数值，达到选用合理、使用方便。
河南松峰电气主要生产抗晃电永磁式交流接触器。
