電氣設計中低壓交流接觸器的選用論文

電氣設計中低壓交流接觸器的選用 摘 要 ：本文分析了在不同負載下選用低壓交流接觸器的要求，給出了選用原則，并對一些特殊用途低壓交流接觸器的選用做了說明。 關鍵字 ：低壓交流接觸器 選用 低壓交流接觸器主要用于通斷電氣設備電源，可以遠距離控制動力設備，在接通斷開設備電源時避免人身傷害。交流接觸器的選用對動力設備和電力線路正常運行非常重要。 1、 交流接觸器的結構與參數(shù) 一般使用中要求交流接觸器裝置結構緊湊，使用方便，動靜觸頭的磁吹裝置良好，滅弧效果好，最好達到零飛弧，溫升小。按照滅弧方式分 為空氣式和真空式，按照操動方式分為電磁式、氣動式和電磁氣動式。 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、接通電流及分斷電流、輔助觸頭的約定發(fā)熱電流及接觸器的短時耐受電流等。一般接觸器型號參數(shù)給出的是約定發(fā)熱電流，約定發(fā)熱電流對應的額定工作電流有好幾個。比如 CJ20-63，主觸頭的額定工作電流分為 63A， 40A，型號參數(shù)中 63指的是約定發(fā)熱電流，它和接觸器的外殼絕緣結構有關，而額定工作電流 和選定的負載電流、電壓等級有關。 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，根據(jù)控制需要選擇。 其他參數(shù)還有接通、分斷次數(shù)、機械壽命、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 適用典型負載舉例 典型設備 AC 1 無感或微感負載，電阻性負載 電阻爐，加熱器等 AC 2 繞線式感應電動機的啟動、分斷 起重機，壓縮機，提升機等 AC 3 籠型感應電動機的啟動、分斷 風機，泵等 AC 4 籠型感應電動機的啟動、反接制動或密接通斷電動機 風機，泵，機床等 AC 5a 放電燈的通斷 高壓氣體放電燈如汞燈、鹵素燈等 AC 5b 白熾燈的通斷 白熾燈 AC 6a 變壓器的通斷 電焊機 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載 微波爐、烘手機等 AC 7b 家用的電動機負載 電冰箱、洗衣機等電源通斷 AC 8a 具有手動復位過載脫扣器的密封制冷壓縮機的電動機 壓縮機 AC 8b 具 有手動復位過載脫扣器的密封制冷壓縮機的電動機 壓縮機 2、 交流接觸器的選用原則 接觸器作為通斷負載電源的設備，接觸器的選用應按滿足被控制設備的要求進行，除額定工作電壓與被控設備的額定工作電壓相同外，被控設備的負載功率、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要和負載相同，選用的接觸器類型要和負載相適應。 （ 2）負載的計算電流要符合接觸器的容量等級，即計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 負載的啟動電流，分斷電流大于負載運行時分斷需要電流，負載的計算電流要考慮實際工作環(huán)境和工況，對于啟動時間長的負載，半小時峰值電流不能超過約定發(fā)熱電流。 （ 3）按短時的動、熱穩(wěn)定校驗。線路的三相短路電流不應超過接觸器允許的動、熱穩(wěn)定電流，當使用接觸器斷開短路電流時，還應校驗接觸器的分斷能力。 （ 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，由于電 壓降太大，接觸器線圈對合閘指令有可能不起反映；由于線路電容太大，可能對跳閘指令不起作用。 (5) 根據(jù)操作次數(shù)校驗接觸器所允許的操作頻率。如果操作頻率超過規(guī)定值，額定電流應該加大一倍。 （ 6）短路保護元件參數(shù)應該和接觸器參數(shù)配合選用。選用時可參見樣本手冊，樣本手冊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)和短路保護電流系數(shù)來決定。接觸器的約定發(fā)熱電流應小于空氣斷路器的過載電流，接觸器的接通、斷開電流應小于斷路器的短路保護電流，這樣斷路器才能保 護接觸器。實際中接觸器在一個電壓等級下約定發(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標準，不能形成配合表，需要實際核算。 （ 7）接觸器和其它元器件的安裝距離要符合相關國標、規(guī)范，要考慮維修和走線距離。 3、 不同負載下交流接觸器的選用 為了使接觸器不會發(fā)生觸頭粘連燒蝕，延長接觸器壽命，接觸器要躲過負載啟動最大電流，還要考慮到啟動時間的長短等不利因數(shù)，因此要對接觸器通斷運行的負載進行分析，根據(jù)負載電氣特點和此電力系 統(tǒng)的實際情況，對不同的負載啟停電流進行計算校合。 3.1控制電熱設備用交流接觸器的選用 這類設備有電阻爐、調溫設備等，其電熱元件負載中用的繞線電阻元件，接通電流可達額定電流的 1.4 倍，如果考慮到電源電壓升高等，電流還會變大。此類負載的電流波動范圍很小，按使用類別屬于AC-1，操作也不頻繁，選用接觸器時只要按照接觸器的額定工作電流Ith等于或大于電熱設備的工作電流 1.2 倍即可。 3.2控制照明設備用的接觸器的選用 照明設備的種類很多，不同類型的照明設備、啟動電流和啟動時間也不一樣。此類負載使用 類別為 AC-5a或 AC-5b。如果啟動時間很短，可選擇其發(fā)熱電流 Ith等于照明設備工作電流 1.1倍。啟動時間較長以及功率因數(shù)較低，可選擇其發(fā)熱電流 Ith比照明設備工作電流大一些。表 2 為不同照明設備用接觸器選用原則。 表 2 不同照明設備用接觸器選用原則 序號 照明設備名稱 啟動電源 功率因數(shù) 啟動時間 接觸器選用原則 1 白熾燈 15Ie 1 Ith1.1 Ie 2 混合照明 1.3 Ie 1 3 Ith1.1 1.3Ie 3 熒光燈 2.1 0.4 Ith1.1 Ie Ie 0.6 4 高壓水銀燈 1.4 Ie 0.40.6 3 5 Ith1.1 1.4Ie 5 金屬鹵素燈 1.4 Ie 0.40.5 5 10 Ith1.1 2Ie 6 帶功率印數(shù)補償?shù)臒?20Ie 0.50.6 5 10 按補償電容啟動電流選用 3.3控制電焊變壓器用接觸器的選用 當接通低壓變壓器負載時，變壓器因為二次側的電極短路而出現(xiàn)短時的陡峭大電流，在一次側出現(xiàn)較大電流，可達額定電流的 1520倍，它與變壓器的繞組布置及鐵心特性有關。當電焊機頻繁地產生突發(fā)性的強電流，從而 使變壓器的初級側的開關承受巨大的應力和電流，所以必須按照變壓器的額定功率下電極短路時一次側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短路時一次側電流。此類負載使用類別為 AC-6a。 3.4電動機用接觸器的選用 電動機用接觸器根據(jù)電動機使用情況及電動機類別可分別選用AC-2 4，對于啟動電流在 6倍額定電流，分斷電流為額定電流下可選用 AC-3，如風機水泵等，可采用查表法及選用曲線法，根據(jù)樣本及手冊選用，不用再計算。 繞線式電動機接通電流及分斷電流都是 2.5 倍額定電流，一般啟動時在轉子中串 入電阻以限制啟動電流，增加啟動轉矩，使用類別AC-2，可選用轉動式接觸器。 當電動機處于點動、需反向運轉及制動時，接通電流為 6Ie，使用類別為 AC-4，它比 AC-3 嚴酷的多。可根據(jù)使用類別 AC-4 下列出電流大小計算電動機的功率。公式如下： Pe=3UeIeCOS , Ue：電動機額定電流， Ie：電動機額定電壓， COS：功率因數(shù)， ：電動機效率。 如果允許觸頭壽命縮短， AC-4 電流可適當加大，在很低的通斷頻率下改為 AC-3 類。 根據(jù)電動機保護配合的要求，堵轉電流以下電流應該由控制電器接 通和分斷。大多數(shù) Y 系列電動機的堵轉電流 7Ie ，因此選擇接觸器時要考慮分、合堵轉電流。規(guī)范規(guī)定：電動機運行在 AC-3 下，接觸器額定電流不大于 630A 時，接觸器應當能承受 8 倍額定電流至少10秒。 對于一般設備用電動機，工作電流小于額定電流，啟動電流雖然達到額定電流的 4 7 倍，但時間短，對接觸器的觸頭損傷不大，接觸器在設計時已考慮此因數(shù)，一般選用觸頭容量大于電動機額定容量的 1.25 倍即可。對于在特殊情況下工作的電動機要根據(jù)實際工況考慮。如電動葫蘆屬于沖擊性負載，重載啟停頻繁，反接制動等，所以計算工作電流要乘 以相應倍數(shù)，由于重載啟停頻繁，選用 4 倍電動機額定電流，通常重載下反接制動電流為啟動電流 2 倍，所以對于此工況要選用 8 倍額定電流。 3.5電容器用接觸器選用 電容器接通時電容器產生瞬態(tài)充電過程，出現(xiàn)很大的合閘涌流，同時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線有關），因此觸頭閉合過程中可能燒蝕嚴重，應當按計算出的電容器電路中最大穩(wěn)態(tài)電流和實際電力系統(tǒng)中接通時可能產生的最大涌流峰值進行選擇，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的涌流倍數(shù)、電網(wǎng)容量、變壓器、回路及開關設備的阻抗、并聯(lián)電容器組放電狀態(tài)以及合閘相角等，一般達到 50 至 100 額定電流，計算時比較煩瑣，可以參見文獻 1。 如果電容器組沒有放電裝置，可選用帶強制泄放電阻電路的專用接觸器，如 ABB公司的 B25C、 B275C系列。國產的 CJ19系列切換電容器接觸器專為電容器而設計，也采用了串聯(lián)電阻抑制涌流的措施。 選用時參見樣本，而且還要考慮無功補償裝置標準中的規(guī)定。電容器投入瞬間產生的涌流峰值應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）；還應考慮最大穩(wěn)態(tài)電流下電容器運行，電容器組運行時的諧波電壓加上高達 1.1 倍額定工作時的工頻過電壓，會產生較大的電流。電容器組電路中的設備器件應能在額定頻率、額定正弦電壓所產生的均方根值不超過 1.3 倍額定電流下連續(xù)運行，由于實際電容器的電容值可能達到額定電容值1.1 倍，故此電流可達 1.43 倍額定電流，因此選擇接觸器的額定發(fā)熱電流應不小于此最大穩(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 故障接地后自動恢復等原因使供電系統(tǒng)晃電，晃電時間一般在幾秒以下。 在有連續(xù)性生產要求的情況下，工藝上不允許設備在電源短時中斷（晃電）就造成設備跳閘停電，可以采用新型電控設備： 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，不依賴輔助機械裝置，具有體積小、可靠性高，它采用強力吸合裝置，雙繞組線圈，接觸器在吸合釋放時無有害抖動，避免了電網(wǎng)失壓時觸頭抖動引起的燃弧熔焊，因此減少了觸頭磨損。接觸器線圈帶有儲能機構，當晃電發(fā)生時，接觸器線圈延遲釋放，其輔助觸點延遲發(fā)出斷開的控制信號，由此躲 開晃電時間，晃電時間由負載性質和斷電長短決定，接觸器延時時間可調。 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)電技術來降低操作電磁系統(tǒng)吸持時所消耗的有功、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，或者采用機械結構吸持、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)電裝置有釋放延時的缺點，如國產的 CJ40 系列。 4.3帶有附加功能的交流接觸器 電子技術的應用可以很方便的在接觸器中增添主電路保護功能，如欠、過電壓保護，斷相保護、漏電保護等。電動機燒毀事故中，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。加機械連鎖可以構成可逆接觸器，實現(xiàn)電動機正反可逆旋轉，或者兩個接觸器加機械連鎖實現(xiàn)主電路電氣互鎖，可用于變頻器的變頻 /工頻切換；加氣延時頭和輔助觸頭組可以實現(xiàn)電動機星三角啟動；加空氣延時頭可以構成延時接觸器。 可以選用交流接觸器的電磁線圈做電動機的低電壓保護，其控制