低压接触器的选型与应用

1浅析接触器的选型与应用本文论述了接触器的选型及降额使用的原则，并对接触器的安装、维护及应用中的需要注意的问题进行了分析。1.概述接触器是地铁列车控制系统中重要的控制器件，接触器的选型与应用是否合适，直接关系到列车控制系统运行的可靠性。接触器的种类繁多，技术参数、工作类型、环境的适应性各异。按按主触头控制的电流种类分，可分为交流接触器和直流接触器；按灭弧介质分，可分为空气式接触器、真空式接触器、无弧接触器；按有无触点分，可分为有触点接触器和无触点接触器；按操作方式分，可分为电磁接触器、气动接触器；按动作形式分，可分为直动式和转动式；控制线圈的电压分，可分为直流线圈接触器、交流线圈接触器；对于交流接触器按主触点极数分，可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。另外还有：电磁闭锁接触器（当线圈失电时，可以将其保持在接通位置）；电容接触器（专门用于低压无功补偿设备中投入或者切除并联电容，以调整用电系统的功率因数）；可逆交流接触器（由两个相同规格的交流接触器加机械和电气互锁构成，应用于双电源切换和电机设备正反转控制）；星三角起动组合接触器（用于星三角起动的设备）等。面对纷繁复杂的接触器产品，如何合理选择、正确使用，是系统开发、设计人员必须关注和解决的实际问题。要做到合理选择，正确使用，就必须解决以下两个问题：一，深入了解接触器的结构、工作原理、技术参数和使用条件；二，深入分析系统的实际使用条件，对接触器技术参数的实际要求。在分析研究的基础上，按照价值工程原则，根据被控设备的额定电压、额定电流、工作类型、工作制式、操作频率、使用寿命，以及电源电压变化范围、环境温度、散热条件、安装方式等确定接触器的各项技术指标，确保所选用的接触器满足被控制设备的运行要求。在地铁列车的控制系统中使用最多的是电磁接触器，下面重点就电磁接触器的结构、工作原理、技术参数和选型要点等逐项进行分析。2，电磁接触器的基本知识2.1，电磁接触器结构、工作原理2.1.1，电磁接触器的结构电磁接触器由以下四部分组成：⑴电磁机构电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。⑵触点系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。⑶灭弧装置容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。2⑷其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、传动机构及外壳等。交流接触器的外形与结构，如图l所示。图1CJ10-20型交流接触器图中：1一灭弧罩，2一触点压力弹簧片，3一主触点，4一反作用弹簧，5一线圈，6一短路环，7一静铁心，8一弹簧，9一动铁心，10一辅助常开触点，11一辅助常闭触点。2.1.2，电磁接触器的工作原理接触器线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点断开，常开触点闭合；线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，在弹簧反力的作用下，使得衔铁释放，触点机构复位。2.1.3，交流接触器与直流接触器不同点：交流接触器和直流接触器的结构和工作原理基本相同，但也有差别。不同之处主要有以下几点：⑴在电磁机构方面，对于交流接触器，为了减少因涡流和磁滞损耗造成的能量损失和温升，铁芯和衔铁用硅钢片叠成；而对于直流接触器，由于铁芯中不会存在涡流和磁滞损耗，铁芯和衔铁用整块电工软钢制成。⑵对交流接触器而言，线圈电流和铁芯中的磁场均是交变的，为确保接触器触点的可靠吸合，并消除震动和噪音，在动铁心(衔铁)和静铁心的端头各嵌入了一个短路环；对直流接触器而言，为确保线圈断电时，衔铁可靠释放，在铁心与衔铁之间垫一层非磁性垫片。⑶对于交流接触器，负载电流是交变的，交流接触器分断时，电弧有自然过零点；直流接触器分断时，电弧没有过零点，感性负载存储的磁场能量瞬时释放，断点处产生的高能电弧。因此，对直流接触器的灭弧能力要求更高，常采用磁吹式灭弧装置。⑷交流接触器的电磁机构一般都采用直动式磁系统；而直流接触器多采用绕棱角转动的拍合式电磁铁结构，其作用有以下两点：①分断时电弧距离长，减小电弧的强度；②有利于电磁灭弧。3⑸交流接触器的主触头一般都采用直动式桥形触头（双断点）；直流接触器主触头大都采用滚动接触的指形触头，其作用是触点闭合时，动触点与静触点之间有相对滑动，可清除掉触头表面的氧化层，确保触头的可靠接触。⑹对于大容量的直流接触器往往采用双绕组线圈，一个为起动线圈，另一个为保持线圈。在电路刚接通瞬间，保持线圈被接触器常闭辅助触头短接，使起动线圈获得较大的电流和吸力。当接触器动作后，常闭触头断开，两线圈串联通电，电流减少，但仍可保持衔铁可靠吸合，因而可以减少能量损耗和延长电磁线圈的使用寿命。2.2，接触器的符号接触器的图形符号如图2所示，文字符号为KM。图2接触器的图形符号图中：a－线圈，b－主触点，c－辅助触点。2.3，接触器的主要技术参数⑴额定电压接触器铭牌额定电压是指主触点的额定电压，是保证接触器触点长期正常工作的电压值。通常用的电压等级有：直流接触器：110V,220V，440V，660V等档次。交流接触器：127V,220V，380V，500V等档次。⑵额定电流接触器铭牌额定电流是指主触点的额定电流，是保证接触器触点长期正常工作的电流值。通常用的电流等级有：直流接触器：25A，40A，60A，100A，250A，400A，600A。交流接触器：5A，10A，20A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。⑶额定绝缘电压额定绝缘电压是接触器在规定的条件下，能够长期承受的电压。额定绝缘电压与介质的介电性能、电气间隙和爬电距离有关。在任何情况下，工作电压不得超过额定绝缘电压。⑷线圈的额定电压线圈的额定电压是保证线圈长期正常工作的电压值。直流吸合线圈额定电压等级有：24V，48V，110V，220V，440V。4交流吸合线圈额定电压等级有：36V，127V，220V，380V。吸引线圈额定电压值、线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。⑸通断能力：通断能力包括：最大接通电流能力和最大分断电流能力。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊的最大电流值；最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。一般通断能力是额定电流的5～10倍。当然，这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。⑹动作电压：动作电压包括：吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加吸合线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压；释放电压是指接触器吸合后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。对于交流线圈，一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85％，释放电压不高于额定电压的70%⑺额定操作频率额定操作频率指在规定的工作条件下，接触器允许每小时接通、关闭的循环操作次数。⑻寿命①电寿命。电寿命指在规定的工作条件下，接触器所能承受负载操作循环的次数。②机械寿命。机械寿命是指在规定的工作条件下，接触器所能承受的无载操作循环次数。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%～20％。2.4，接触器使用类别AC－1无感或微感负载、电阻炉、电加热设备等；AC－2绕线式感应电动机的起动、运转、分断；AC－3笼型感应电动机的起动、运转、分断；AC－4笼型感应电动机的起动、反接制动、反向运转、点动等；AC－5a放电灯的通断；AC－5b白炽灯的通断；AC－6a变压器的通断；AC－6b电容器组的通断；AC－7a家用电器和类似用途的低感负载；AC－7b家用的电动机负载；AC－8a具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机中的电动机；AC－8b具有自动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机中的电动机；接触器典型使用类别是前四类。3接触器的选型5接触器的选型必须满足被控制设备的要求，即将被控设备的负载性质、额定电压、额定功率、工作制、使用类别、操作频率、使用寿命，以及环境条件、抗振要求等作为选择的依据。3.1，接触器环境的适应性的确定使用环境主要指：温度（最高温度与最低温度）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击、盐雾、安装位置、安装方式、安装尺寸等。环境适应性是接触器可靠性指标之一，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器。实际使用中，可按接触器的实际环境条件或高一等级的环境条件确定继电器环境适应性能指标。3.2，接触器种类的确定对于交流负载选用交流接触器，对于直流负载选用直流接触器。一般来说，交流接触器用交流吸合线圈，直流接触器用直流吸合线圈。对于交流吸合线圈而言，在接触器在吸合过程中，吸引线圈中的电流比额定电流大5～7倍，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，甚至烧毁。因此，对于交流负载需频繁动作（操作频率≤600/h）时，宜选用带直流吸合线圈的交流接触器。3.3.接触器使用类别的确定负载的性质不同，工作的方式不同，动作的频率不同，对接触器工作频率、触头的通断能力、热容量的要求差异很大。因此，接触器的选型，必须根据负载的性质和实际运行工况，确定接触器的使用类别，再根据接触器的使用类别，确定接触器的系列。接触器的典型负载和使用类别如下：⑴电热负载对电热负载，例如列车客室供暖，电热空调等，接通电流可达额定电流的1.4倍。其使用类别划分在AC－1使用类别。⑵照明装置对照明负载中的白炽灯，接通时的冲击电流，约为额定电流的15倍。其使用类别划分在AC－5b中。其它各种不同的照明灯，其接通时的冲击电流、起动时间、功率因数各不相同。其使用类别划分在AC-5a。⑶低压变压器负载对低压变压器接通时有一个持续时间甚短的峰值电流，可达变压器额定电流的15－20倍，它与变压器的绕组布置、铁心特性以及负载有关。例如，用于电焊机上的变压器，是通过电焊条将变压器的次级侧电路短路来接通电源的，电焊机使用时，频繁地产生突发性的强电流，从而使变压器初级侧的开关装置承受很大的应力。其使用类别划分在AC－6a中。⑷电容器负载接通电容器时产生瞬态充电过程，充电电流可达很高的数值，并伴随着频率可从几百到几千赫的振荡，对开关电器提出了严峻的要求。为了防止电容器切换时，使开关触头发生接通熔焊，并减小对电网的影响，在电容器电路中串入充电电阻。其使用类别划分在AC－6b中。⑸电动机负载常用的交流电动机有绕线式电动机和鼠笼式感应电动机。6①绕线式电动机起动时，在转子电路中接入电阻以限制起动电流。用于绕线式电动机切换的接触器，其使用类别属于AC－2。②鼠笼式电动机一般采用直接起动，起动电流为电动机额定电流的4～8倍的，正常负载下的起动时间tA10秒，重载起动时tA可大于10秒。用于切换鼠笼式电动机正常起动、运转和分断的接触器，其使用类别属于AC－3。用于切换鼠笼式电动机起动、反接制动、反向运转、点动等情况下的接触器，因其接通电流和分断电流均是电动机的起动电流，且切换的频率很高，对接触器触头和吸合线圈提出了严酷的要求。其使用类别属于AC－4使用类别。3.4，接触器参数的确定3.4.1，额定电压的确定接触器的额定电压，必须等于负载的额定电压。3.4.2，吸合线圈额定电压的确定⑴交流吸合线圈额定电压交流接触器吸合线圈额定电压等级有：36V、127V、220V、380V；最常用的为：220V和380V两种。对于吸合线圈电压为220伏的控制线路，工作零V线常设计为作多用途母线，因此控制电缆芯线数较少，控制线路设计布线灵活，检修方便。对于吸合线圈电压为380伏的控制线路，接触器线圈控制信号是由两个单芯线进行传输，对周围环境的干扰影响较小，克服分布电容影响的能力增强，适合远距离控制。⑵直流吸合线圈额定电压直流吸合线圈额定电压等级有：24V，48V，110V，220V，440V；地铁列车上常用的直流吸合线圈额定电压有