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電氣設(shè)計(jì)中低壓交流接觸器的選用論文
低壓交流接觸器主要用于通斷電氣設(shè)備電源，可以遠(yuǎn)距離控制動(dòng)力設(shè)備，在接通斷開設(shè)備電源時(shí)避免人身傷害。交流接觸器的選用對(duì)動(dòng)力設(shè)備和電力線路正常運(yùn)行非常重要。
1、交流接觸器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)
一般使用中要求交流接觸器裝置結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，動(dòng)靜觸頭的磁吹裝置良好，滅弧效果好，最好達(dá)到零飛弧，溫升小。按照滅弧方式分為空氣式和真空式，按照操動(dòng)方式分為電磁式、氣動(dòng)式和電磁氣動(dòng)式。
接觸器額定電壓參數(shù)分為高壓和低壓，低壓一般為380V，500V，660V，1140V等。
電流按型式分為交流、直流。電流參數(shù)有額定工作電流、約定發(fā)熱電流、接通電流及分?jǐn)嚯娏鳌⑤o助觸頭的約定發(fā)熱電流及接觸器的短時(shí)耐受電流等。一般接觸器型號(hào)參數(shù)給出的是約定發(fā)熱電流，約定發(fā)熱電流對(duì)應(yīng)的額定工作電流有好幾個(gè)。比如CJ20-63，主觸頭的額定工作電流分為63A，40A，型號(hào)參數(shù)中63指的是約定發(fā)熱電流，它和接觸器的外殼絕緣結(jié)構(gòu)有關(guān)，而額定工作電流和選定的負(fù)載電流、電壓等級(jí)有關(guān)。
交流接觸器線圈按照電壓分為36、127、220、380V等。接觸器的極數(shù)分為2、3、4、5極等。輔助觸頭根據(jù)常開常閉各有幾對(duì)，根據(jù)控制需要選擇。
其他參數(shù)還有接通、分?jǐn)啻螖?shù)、機(jī)械壽命、電壽命、最大允許操作頻率、最大允許接線線徑以及外形尺寸和安裝尺寸等。接觸器的分類見表1
表1 常用接觸器類型
使用類別代號(hào)適用典型負(fù)載舉例典型設(shè)備AC－1無感或微感負(fù)載，電阻性負(fù)載電阻爐，加熱器等AC－2繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、分?jǐn)嗥鹬貦C(jī)，壓縮機(jī)，提升機(jī)等AC－3籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、分?jǐn)囡L(fēng)機(jī)，泵等AC－4籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反接制動(dòng)或密接通斷電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)，泵，機(jī)床等AC－5a放電燈的通斷高壓氣體放電燈如汞燈、鹵素?zé)舻華C－5b白熾燈的通斷白熾燈AC－6a變壓器的通斷電焊機(jī)AC－6b電容器的通斷電容器AC－7a家用電器和類似用途的低感負(fù)載微波爐、烘手機(jī)等AC－7b家用的電動(dòng)機(jī)負(fù)載電冰箱、洗衣機(jī)等電源通斷AC－8a具有手動(dòng)復(fù)位過載脫扣器的密封制冷壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)AC－8b具有手動(dòng)復(fù)位過載脫扣器的密封制冷壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)
2、交流接觸器的選用原則
接觸器作為通斷負(fù)載電源的設(shè)備，接觸器的選用應(yīng)按滿足被控制設(shè)備的要求進(jìn)行，除額定工作電壓與被控設(shè)備的額定工作電壓相同外，被控設(shè)備的負(fù)載功率、使用類別、控制方式、操作頻率、工作壽命、安裝方式、安裝尺寸以及經(jīng)濟(jì)性是選擇的依據(jù)。選用原則如下：
�。�1）交流接觸器的電壓等級(jí)要和負(fù)載相同，選用的接觸器類型要和負(fù)載相適應(yīng)。
�。�2）負(fù)載的計(jì)算電流要符合接觸器的容量等級(jí)，即計(jì)算電流小于等于接觸器的額定工作電流。接觸器的接通電流大于負(fù)載的啟動(dòng)電流，分?jǐn)嚯娏鞔笥谪?fù)載運(yùn)行時(shí)分?jǐn)嘈枰娏鳎?fù)載的計(jì)算電流要考慮實(shí)際工作環(huán)境和工況，對(duì)于啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的負(fù)載，半小時(shí)峰值電流不能超過約定發(fā)熱電流。
（3）按短時(shí)的動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。線路的三相短路電流不應(yīng)超過接觸器允許的動(dòng)、熱穩(wěn)定電流，當(dāng)使用接觸器斷開短路電流時(shí)，還應(yīng)校驗(yàn)接觸器的分?jǐn)嗄芰Α?/p>
（4）接觸器吸引線圈的額定電壓、電流及輔助觸頭的數(shù)量、電流容量應(yīng)滿足控制回路接線要求。要考慮接在接觸器控制回路的線路長(zhǎng)度，一般推薦的操作電壓值，接觸器要能夠在85～110％的額定電壓值下工作。如果線路過長(zhǎng)，由于電壓降太大，接觸器線圈對(duì)合閘指令有可能不起反映；由于線路電容太大，可能對(duì)跳閘指令不起作用。
�。�5） 根據(jù)操作次數(shù)校驗(yàn)接觸器所允許的操作頻率。如果操作頻率超過規(guī)定值，額定電流應(yīng)該加大一倍。
�。�6）短路保護(hù)元件參數(shù)應(yīng)該和接觸器參數(shù)配合選用。選用時(shí)可參見樣本手冊(cè)，樣本手冊(cè)一般給出的是接觸器和熔斷器的配合表。
接觸器和空氣斷路器的配合要根據(jù)空氣斷路器的過載系數(shù)和短路保護(hù)電流系數(shù)來決定。接觸器的約定發(fā)熱電流應(yīng)小于空氣斷路器的過載電流，接觸器的接通、斷開電流應(yīng)小于斷路器的短路保護(hù)電流，這樣斷路器才能保護(hù)接觸器。實(shí)際中接觸器在一個(gè)電壓等級(jí)下約定發(fā)熱電流和額定工作電流比值在1～1.38之間，而斷路器的反時(shí)限過載系數(shù)參數(shù)比較多，不同類型斷路器不一樣，所以兩者間配合很難有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，不能形成配合表，需要實(shí)際核算。
（7）接觸器和其它元器件的安裝距離要符合相關(guān)國標(biāo)、規(guī)范，要考慮維修和走線距離。
3、不同負(fù)載下交流接觸器的選用
為了使接觸器不會(huì)發(fā)生觸頭粘連燒蝕，延長(zhǎng)接觸器壽命，接觸器要躲過負(fù)載啟動(dòng)最大電流，還要考慮到啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短等不利因數(shù)，因此要對(duì)接觸器通斷運(yùn)行的負(fù)載進(jìn)行分析，根據(jù)負(fù)載電氣特點(diǎn)和此電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，對(duì)不同的負(fù)載啟停電流進(jìn)行計(jì)算校合。
3.1控制電熱設(shè)備用交流接觸器的選用
這類設(shè)備有電阻爐、調(diào)溫設(shè)備等，其電熱元件負(fù)載中用的繞線電阻元件，接通電流可達(dá)額定電流的1.4倍，如果考慮到電源電壓升高等，電流還會(huì)變大。此類負(fù)載的電流波動(dòng)范圍很小，按使用類別屬于AC-1，操作也不頻繁，選用接觸器時(shí)只要按照接觸器的額定工作電流Ith等于或大于電熱設(shè)備的工作電流1.2倍即可。
3.2控制照明設(shè)備用的接觸器的選用
照明設(shè)備的種類很多，不同類型的照明設(shè)備、啟動(dòng)電流和啟動(dòng)時(shí)間也不一樣。此類負(fù)載使用類別為AC-5a或AC-5b.如果啟動(dòng)時(shí)間很短，可選擇其發(fā)熱電流Ith等于照明設(shè)備工作電流1.1倍。啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)以及功率因數(shù)較低，可選擇其發(fā)熱電流Ith比照明設(shè)備工作電流大一些。表2為不同照明設(shè)備用接觸器選用原則。
表2 不同照明設(shè)備用接觸器選用原則
序號(hào)照明設(shè)備名稱啟動(dòng)電源功率因數(shù)啟動(dòng)時(shí)間接觸器選用原則1白熾燈15Ie1Ith≥1.1 Ie2混合照明1.3 Ie≈13Ith≥1.1 ×1.3Ie3熒光燈≈2.1 Ie0.4～0.6Ith≥1.1 Ie4高壓水銀燈≈1.4 Ie0.4～0.63～5Ith≥1.1 ×1.4Ie5金屬鹵素?zé)?.4 Ie0.4～0.55～10Ith≥1.1 ×2Ie6帶功率印數(shù)補(bǔ)償?shù)臒?0Ie0.5～0.65～10按補(bǔ)償電容啟動(dòng)電流選用
3.3控制電焊變壓器用接觸器的選用
當(dāng)接通低壓變壓器負(fù)載時(shí)，變壓器因?yàn)槎蝹?cè)的電極短路而出現(xiàn)短時(shí)的陡峭大電流，在一次側(cè)出現(xiàn)較大電流，可達(dá)額定電流的15～20倍，它與變壓器的繞組布置及鐵心特性有關(guān)。當(dāng)電焊機(jī)頻繁地產(chǎn)生突發(fā)性的強(qiáng)電流，從而使變壓器的初級(jí)側(cè)的開關(guān)承受巨大的應(yīng)力和電流，所以必須按照變壓器的額定功率下電極短路時(shí)一次側(cè)的短路電流及焊接頻率來選擇接觸器，即接通電流大于二次側(cè)短路時(shí)一次側(cè)電流。此類負(fù)載使用類別為AC-6a.
3.4電動(dòng)機(jī)用接觸器的選用
電動(dòng)機(jī)用接觸器根據(jù)電動(dòng)機(jī)使用情況及電動(dòng)機(jī)類別可分別選用AC-2～4，對(duì)于啟動(dòng)電流在6倍額定電流，分?jǐn)嚯娏鳛轭~定電流下可選用AC-3，如風(fēng)機(jī)水泵等，可采用查表法及選用曲線法，根據(jù)樣本及手冊(cè)選用，不用再計(jì)算。
繞線式電動(dòng)機(jī)接通電流及分?jǐn)嚯娏鞫际?.5倍額定電流，一般啟動(dòng)時(shí)在轉(zhuǎn)子中串入電阻以限制啟動(dòng)電流，增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使用類別AC-2，可選用轉(zhuǎn)動(dòng)式接觸器。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于點(diǎn)動(dòng)、需反向運(yùn)轉(zhuǎn)及制動(dòng)時(shí)，接通電流為6Ie，使用類別為AC-4，它比AC-3嚴(yán)酷的多�？筛鶕�(jù)使用類別AC-4下列出電流大小計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率。公式如下：
Pe=3UeIeCOS￠η,
Ue：電動(dòng)機(jī)額定電流，Ie：電動(dòng)機(jī)額定電壓，COS￠：功率因數(shù)，η：電動(dòng)機(jī)效率。
如果允許觸頭壽命短，AC-4電流可適當(dāng)加大，在很低的通斷頻率下改為AC-3類。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合的要求，堵轉(zhuǎn)電流以下電流應(yīng)該由控制電器接通和分?jǐn)�。大多�?shù)Y系列電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流≤7Ie，因此選擇接觸器時(shí)要考慮分、合堵轉(zhuǎn)電流。規(guī)范規(guī)定：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在AC-3下，接觸器額定電流不大于630A時(shí)，接觸器應(yīng)當(dāng)能承受8倍額定電流至少10秒。
對(duì)于一般設(shè)備用電動(dòng)機(jī)，工作電流小于額定電流，啟動(dòng)電流雖然達(dá)到額定電流的4～7倍，但時(shí)間短，對(duì)接觸器的觸頭損傷不大，接觸器在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮此因數(shù)，一般選用觸頭容量大于電動(dòng)機(jī)額定容量的1.25倍即可。對(duì)于在特殊情況下工作的電動(dòng)機(jī)要根據(jù)實(shí)際工況考慮。如電動(dòng)葫蘆屬于沖擊性負(fù)載，重載啟停頻繁，反接制動(dòng)等，所以計(jì)算工作電流要乘以相應(yīng)倍數(shù)，由于重載啟停頻繁，選用4倍電動(dòng)機(jī)額定電流，通常重載下反接制動(dòng)電流為啟動(dòng)電流2倍，所以對(duì)于此工況要選用8倍額定電流。
3.5電容器用接觸器選用
電容器接通時(shí)電容器產(chǎn)生瞬態(tài)充電過程，出現(xiàn)很大的合閘涌流，同時(shí)伴隨著很高的電流頻率振蕩，此電流由電網(wǎng)電壓、電容器的容量和電路中的電抗決定（即與此饋電變壓器和連接導(dǎo)線有關(guān)），因此觸頭閉合過程中可能燒蝕嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)按計(jì)算出的電容器電路中最大穩(wěn)態(tài)電流和實(shí)際電力系統(tǒng)中接通時(shí)可能產(chǎn)生的最大涌流峰值進(jìn)行選擇，這樣才能保證正確安全的操作使用。
選用普通型交流接觸器要考慮接通電容器組時(shí)的涌流倍數(shù)、電網(wǎng)容量、變壓器、回路及開關(guān)設(shè)備的阻抗、并聯(lián)電容器組放電狀態(tài)以及合閘相角等，一般達(dá)到50至100 額定電流，計(jì)算時(shí)比較煩瑣，可以參見文獻(xiàn)1.
如果電容器組沒有放電裝置，可選用帶強(qiáng)制泄放電阻電路的專用接觸器，如ABB公司的B25C、B275C系列。國產(chǎn)的CJ19系列切換電容器接觸器專為電容器而設(shè)計(jì)，也采用了串聯(lián)電阻抑制涌流的措施。
選用時(shí)參見樣本，而且還要考慮無功補(bǔ)償裝置標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。電容器投入瞬間產(chǎn)生的涌流峰值應(yīng)限制在電容器組額定電流的20倍以下（JB7113－1993低壓并聯(lián)電容器裝置規(guī)定）；還應(yīng)考慮最大穩(wěn)態(tài)電流下電容器運(yùn)行，電容器組運(yùn)行時(shí)的諧波電壓加上高達(dá)1.1倍額定工作時(shí)的工頻過電壓，會(huì)產(chǎn)生較大的電流。電容器組電路中的設(shè)備器件應(yīng)能在額定頻率、額定正弦電壓所產(chǎn)生的均方根值不超過1.3倍額定電流下連續(xù)運(yùn)行，由于實(shí)際電容器的電容值可能達(dá)到額定電容值1.1倍，故此電流可達(dá)1.43倍額定電流，因此選擇接觸器的額定發(fā)熱電流應(yīng)不小于此最大穩(wěn)態(tài)電流。
4、有特殊要求情況下交流接觸器的選用
4.1、防晃電型交流接觸器
電力系統(tǒng)由于雷擊、短路后重合閘以及單相人為短時(shí)故障接地后自動(dòng)恢復(fù)等原因使供電系統(tǒng)晃電，晃電時(shí)間一般在幾秒以下。
在有連續(xù)性生產(chǎn)要求的情況下，工藝上不允許設(shè)備在電源短時(shí)中斷（晃電）就造成設(shè)備跳閘停電，可以采用新型電控設(shè)備：FS系列防晃電交流接觸器。
FS系列防晃電接觸器不依賴輔助工作電源，不依賴輔助機(jī)械裝置，具有體積小、可靠性高，它采用強(qiáng)力吸合裝置，雙繞組線圈，接觸器在吸合釋放時(shí)無有害抖動(dòng)，避免了電網(wǎng)失壓時(shí)觸頭抖動(dòng)引起的燃弧熔焊，因此減少了觸頭磨損。接觸器線圈帶有儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，當(dāng)晃電發(fā)生時(shí)，接觸器線圈延遲釋放，其輔助觸點(diǎn)延遲發(fā)出斷開的控制信號(hào)，由此躲開晃電時(shí)間，晃電時(shí)間由負(fù)載性質(zhì)和斷電長(zhǎng)短決定，接觸器延時(shí)時(shí)間可調(diào)。
4.2、節(jié)能型交流接觸器
交流接觸器的節(jié)電是指采用各種節(jié)電技術(shù)來降低操作電磁系統(tǒng)吸持時(shí)所消耗的有功、無功功率。交流接觸器的操作電磁系統(tǒng)一般采用交流控制電源，我國現(xiàn)有63A以上交流接觸器，在吸持時(shí)所消耗的有功功率在數(shù)十瓦至幾百瓦之間，無功功率在數(shù)十乏至幾百乏之間，一般所耗有功功率鐵芯約占65～75％，短路環(huán)約占25～30％，線圈約占3～5％，所以可以將交流吸持電流改為直流吸持，或者采用機(jī)械結(jié)構(gòu)吸持、限電流吸持等方法，可以節(jié)省鐵芯及短路環(huán)中所占的大部分功率損耗，還可消除、降低噪聲，改善環(huán)境。
根據(jù)原理一般分為三大類：節(jié)電器、節(jié)點(diǎn)線圈、節(jié)電型交流接觸器。
電磁系統(tǒng)采用節(jié)電裝置，使電磁無噪聲及溫升低，并解決了使用節(jié)電裝置有釋放延時(shí)的缺點(diǎn)，如國產(chǎn)的CJ40系列。
4.3帶有附加功能的交流接觸器
電子技術(shù)的應(yīng)用可以很方便的在接觸器中增添主電路保護(hù)功能，如欠、過電壓保護(hù)，斷相保護(hù)、漏電保護(hù)等。電動(dòng)機(jī)燒毀事故中，接觸器一相接觸不良的占11％，所以選擇帶有斷相保護(hù)的斷路器、接觸器等電氣器件也是十分必要的。
接觸器加輔助模塊可以滿足一些特殊要求。加機(jī)械連鎖可以構(gòu)成可逆接觸器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反可逆旋轉(zhuǎn)，或者兩個(gè)接觸器加機(jī)械連鎖實(shí)現(xiàn)主電路電氣互鎖，可用于變頻器的變頻/工頻切換；加氣延時(shí)頭和輔助觸頭組可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)星－三角啟動(dòng)；加空氣延時(shí)頭可以構(gòu)成延時(shí)接觸器。
可以選用交流接觸器的電磁線圈做電動(dòng)機(jī)的低電壓保護(hù)，其控制回路宜由電動(dòng)機(jī)主回路供電，如由其他電源供電，則主回路失壓時(shí)，應(yīng)自動(dòng)斷開控制電源。
5、交流接觸器的安裝
交流接觸器的吸合、斷開時(shí)振動(dòng)比較大，在安裝時(shí)盡量不要和振動(dòng)要求比較嚴(yán)格的電氣設(shè)備安裝在一個(gè)柜子里，否則要采用防震措施，一般盡量安裝在柜子下部。交流接觸器的安裝環(huán)境要符合產(chǎn)品要求，安裝尺寸應(yīng)該符合電氣安全距離、接線規(guī)程，而且要檢修方便。
6、結(jié)論
交流接觸器的選用不僅和所通斷的負(fù)載有關(guān)，和接觸器所在回路的電力系統(tǒng)各阻抗參數(shù)有關(guān)，還和控制方式、使用環(huán)境及使用要求有關(guān)，所以選擇交流接觸器時(shí)要全面考慮，逐步計(jì)算各參數(shù)數(shù)值，達(dá)到選用合理、使用方便。
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