1.1.4 接觸器

接觸器是一種用來自動(dòng)接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分?jǐn)嘟?、直流電路，并可?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容器組等其他負(fù)載。接觸器具有低電壓釋放保護(hù)功能，同時(shí)具有控制容量大、過載能力強(qiáng)、壽命長、設(shè)備簡單經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制電路中使用最廣泛的電氣元件之一。

1.接觸器的分類

接觸器的種類很多，其分類方法也不盡相同。按照一般的分類方法，大致有以下幾種。

（1）按主觸頭極數(shù)分 接觸器按主觸頭極數(shù)可分為單極、雙極、三極、四極和五極接觸器。單極接觸器主要用于單相負(fù)載，如照明負(fù)載、電焊機(jī)等，在電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)中也可采用；雙極接觸器用于繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，起動(dòng)時(shí)用于短接起動(dòng)繞組；三極接觸器用于三相負(fù)載，在電動(dòng)機(jī)的控制場合使用最為廣泛；四極接觸器主要用于三相四線制的照明電路，也可用來控制雙回路電動(dòng)機(jī)負(fù)載；五極接觸器用來組成自耦補(bǔ)償起動(dòng)器或控制雙籠型電動(dòng)機(jī)，以變換繞組接法。

（2）按滅弧介質(zhì)分 接觸器按滅弧介質(zhì)可分為空氣電磁式接觸器、真空接觸器和油浸式接觸器等。依靠空氣絕緣的接觸器用于一般負(fù)載，而采用真空絕緣的接觸器常用在煤礦、石油、化工企業(yè)及電壓為660V和1140V等的一些特殊的場合。

（3）按有無觸頭分 接觸器按有無觸頭可分為有觸頭接觸器和無觸頭接觸器。常見的接觸器多為有觸頭接觸器。而無觸頭接觸器屬于電子技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物，一般采用晶閘管作為回路的通斷器件。由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)所需的觸發(fā)電壓很小，而且回路通斷時(shí)無火花產(chǎn)生，因而可用于高操作頻率的設(shè)備和易燃、易爆、要求無噪聲的場合。

（4）按主觸頭控制的電流性質(zhì)分 接觸器按主觸頭控制的電流性質(zhì)可分為交流接觸器和直流接觸器。直流接觸器應(yīng)用于直流電力電路中，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離接通與分?jǐn)嚯娐?，直流電?dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或反接制動(dòng)控制，CD系列電磁操作機(jī)構(gòu)合閘線圈控制或頻繁接通及斷開的起重電磁鐵、電磁閥、離合器和電磁線圈等的控制。

接觸器中應(yīng)用最廣泛的是空氣電磁式交流接觸器和空氣電磁式直流接觸器。

2.交流接觸器

（1）結(jié)構(gòu) 圖1-21所示為交流接觸器實(shí)物與結(jié)構(gòu)。交流接觸器由四部分組成。

1）電磁機(jī)構(gòu)。電磁機(jī)構(gòu)由線圈、動(dòng)鐵心（或銜鐵）和靜鐵心組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動(dòng)觸頭動(dòng)作。由于存在磁滯和電渦流損耗，鐵心易發(fā)熱，為此鐵心與銜鐵用硅鋼片疊制而成，且為改善線圈和鐵心的散熱，線圈設(shè)有骨架，使鐵心和線圈隔開，并將線圈做成短而厚的矮胖形狀。

2）觸頭系統(tǒng)。觸頭系統(tǒng)包括主觸頭和若干輔助觸頭。主觸頭通過電動(dòng)機(jī)等負(fù)載的電流，輔助觸頭通過小電流，通常用于控制電路完成控制聯(lián)鎖等任務(wù)。中小容量的交、直流接觸器的主觸頭和輔助觸頭一般采用直動(dòng)式雙斷口橋式結(jié)構(gòu)，大容量的主觸頭采用轉(zhuǎn)動(dòng)式單斷口指形觸頭。輔助觸頭在結(jié)構(gòu)上通常是常開和常閉成對(duì)的。

3）滅弧裝置。額定電流在10A以上的接觸器都有滅弧裝置。對(duì)于小容量的接觸器，常采用雙斷口橋式觸頭滅弧、電動(dòng)力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧；對(duì)于大容量的接觸器，常采用縱縫滅弧罩及柵片滅弧。

4）其他部件。其他部件包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸頭壓力彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及外殼等。

（2）工作原理 電磁式交流接觸器的工作原理為：當(dāng)線圈接通電源時(shí)，其電流產(chǎn)生磁場，鐵心被磁化，吸引銜鐵，使它有向著鐵心運(yùn)動(dòng)的趨勢。當(dāng)電磁吸力增大到足以克服反作用彈簧的反作用力時(shí)，銜鐵就帶動(dòng)與它剛性連接的動(dòng)觸頭，共同向著鐵心運(yùn)動(dòng)，并最終吸合在一起，這時(shí)動(dòng)觸頭和靜觸頭互相接觸，把主電路接通。一旦切斷線圈的電源，或者電壓突然消失/顯著降低，銜鐵就會(huì)因磁場消失或過弱，在反作用彈簧的拉動(dòng)下返回原位。與此同時(shí)，動(dòng)觸頭也脫離靜觸頭，把電路切斷。

3.直流接觸器

直流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理基本上與交流接觸器的相同，在結(jié)構(gòu)上也是由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置等部分組成的。

（1）電磁機(jī)構(gòu) 因?yàn)橹绷鹘佑|器的線圈中通的是直流電，鐵心中不會(huì)產(chǎn)生電渦流，所以鐵心可用整塊鑄鐵或鑄鋼制成，也不需要安裝短路環(huán)。鐵心中無磁滯和電渦流損耗，因而鐵心不發(fā)熱。但直流接觸器的線圈的匝數(shù)較多，電阻大，線圈本身會(huì)發(fā)熱，因此線圈會(huì)做成長而薄的圓筒狀，且不設(shè)線圈骨架，使線圈與鐵心直接接觸，以便散熱。

（2）觸頭系統(tǒng) 直流接觸器有主觸頭和輔助觸頭。主觸頭一般做成單極或雙極的形式，由于主觸頭接通或斷開的電流較大，故采用線接觸的指形觸頭；輔助觸頭接通或斷開的電流較小，故采用點(diǎn)接觸雙斷口橋式觸頭。

（3）滅弧裝置 由于直流電弧比交流電弧更難熄滅，因此直流接觸器常采用磁吹式滅弧裝置滅弧。

4.接觸器的基本參數(shù)

（1）額定電壓 接觸器額定電壓是指主觸頭之間的正常工作電壓，也就是指主觸頭所在電路的電源電壓。交流接觸器常用的額定電壓有127V、220V、380V、500V和660V；直流接觸器常用的額定電壓有110V、220V、380V、440V和660V。

（2）額定電流 額定電流指接觸器主觸頭在額定工作條件下的電流值。380V三相電動(dòng)機(jī)控制電路中，額定電流可近似等于控制功率的兩倍。交流接觸器常用的額定電流有10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A；直流接觸器常用的額定電流有40A、80A、100A、150A、250A、400A和600A。

（3）約定發(fā)熱電流 約定發(fā)熱電流指在規(guī)定條件下試驗(yàn)時(shí)，電流在8h工作制下，各部分溫升不超過極限時(shí)接觸器所承載的最大電流。

（4）通斷能力 通斷能力可分為最大接通電流和最大分?jǐn)嚯娏?。最大接通電流是指觸頭閉合時(shí)不會(huì)造成觸頭熔焊的最大電流值。最大分?jǐn)嚯娏魇侵赣|頭斷開時(shí)能可靠滅弧的最大電流。通斷能力一般是額定電流的5～10倍。當(dāng)然，這一數(shù)值與被開斷電路的電壓等級(jí)有關(guān)，電壓越高，通斷能力越小。

（5）動(dòng)作值 動(dòng)作值可分為吸合電壓和釋放電壓。吸合電壓是指接觸器吸合前，緩慢增加線圈兩端的電壓，至接觸器可以吸合時(shí)的最小電壓。釋放電壓是指接觸器吸合后，緩慢降低線圈兩端的電壓，至接觸器釋放時(shí)的最大電壓。一般規(guī)定，吸合電壓不低于線圈額定電壓的85%，釋放電壓不高于線圈額定電壓的70%。

（6）線圈額定電壓 線圈額定電壓指接觸器正常工作時(shí)，線圈上所加的電壓值。一般該電壓值以及線圈的匝數(shù)、線徑等數(shù)據(jù)均標(biāo)于線包上，而不是標(biāo)于接觸器外殼銘牌上，使用時(shí)應(yīng)加以注意。

（7）操作頻率 接觸器在吸合瞬間，線圈需消耗比額定電流大5～7倍的電流，如果操作頻率過高，則會(huì)使線圈嚴(yán)重發(fā)熱，直接影響接觸器的正常使用。為此，規(guī)定了接觸器的允許操作頻率，一般為每小時(shí)允許操作次數(shù)的最大值。

（8）壽命 壽命包括電氣壽命和機(jī)械壽命。目前接觸器的機(jī)械壽命已達(dá)1000萬次以上，電氣壽命一般是機(jī)械壽命的5%～20%。

（9）使用類別 接觸器用于不同負(fù)載時(shí)，其對(duì)主觸頭的接通和分?jǐn)嗄芰σ蟛煌?，按不同使用條件來選用相應(yīng)使用類別的接觸器便能滿足其要求。在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，接觸器常見的使用類別及典型用途見表1-2。它們主觸頭達(dá)到的接通和分?jǐn)嗄芰椋篈C1和DC1類僅允許接通和分?jǐn)囝~定電流；AC2、DC3類允許接通和分?jǐn)?倍的額定電流；AC3類允許接通6倍的額定電流但僅能分?jǐn)囝~定電流；AC4類允許接通和分?jǐn)?倍的額定電流。

5.接觸器的符號(hào)與型號(hào)說明

（1）接觸器的符號(hào) 接觸器的圖形符號(hào)如圖1-22所示，文字符號(hào)為KM。

（2）接觸器的型號(hào)說明 接觸器的型號(hào)說明如下：

交流接觸器制作為一個(gè)整體，其外形和性能也在不斷改善，但是功能始終不變，常見型號(hào)如下：CJ10Z-40/3為交流接觸器，設(shè)計(jì)序號(hào)10，重任務(wù)型，額定電流40A，三極；CJ12T-250/3為改型后的交流接觸器，設(shè)計(jì)序號(hào)12，額定電流250A，三極。

我國生產(chǎn)的交流接觸器常用的有CJ10、CJ12、CJX1、CJ20等系列及其派生系列產(chǎn)品，其中CJ10系列及其改型產(chǎn)品已逐步被CJ20、CJX系列取代。上述系列產(chǎn)品一般具有常開主觸頭3對(duì)，常開、常閉輔助觸頭各2對(duì)。直流接觸器常用的有CZ20系列，分單極和雙極兩大類，其常開、常閉輔助觸頭各不超過2對(duì)。除此之外，目前還有N系列和B系列等交流接觸器。例如NC9系列真空交流接觸器，主要用于交流50Hz、額定電壓1140V、額定電流1000A的電路中，供遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐分?，并可與適當(dāng)?shù)臒崂^電器或電子保護(hù)器等有關(guān)保護(hù)裝置組成真空電磁起動(dòng)器，特別適用于組成隔爆型真空電磁起動(dòng)器。

6.接觸器的選用

（1）接觸器極數(shù)和電流種類的確定 應(yīng)根據(jù)主觸頭接通或分?jǐn)嗟碾娐返男再|(zhì)來選擇直流接觸器或交流接觸器，并應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需要選擇所需的接觸器極數(shù)。

（2）接觸器主觸點(diǎn)的額定電壓選擇 被選用的接觸器主觸點(diǎn)的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載的額定電壓。

（3）接觸器主觸點(diǎn)額定電流的選擇 對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，接觸器主觸點(diǎn)額定電流按下式計(jì)算

式中 P_N——電動(dòng)機(jī)功率，單位為kW；

U_N——電動(dòng)機(jī)額定線電壓，單位為V；

cosφ——電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，其值在0.85～0.9之間；

η——電動(dòng)機(jī)效率，其值在0.8～0.9之間。

在選用接觸器時(shí)，其額定電流應(yīng)大于計(jì)算值。也可以根據(jù)電氣設(shè)備手冊(cè)給出的被控電動(dòng)機(jī)的容量和接觸器額定電流對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)選擇。根據(jù)式（1-3），在已知接觸器主觸點(diǎn)額定電流的情況下，可以計(jì)算出所控制電動(dòng)機(jī)的功率。

在實(shí)際應(yīng)用中，接觸器主觸點(diǎn)的額定電流也常用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

式中 K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取1～1.4。

在確定接觸器主觸頭電流等級(jí)時(shí)，如果接觸器的使用類別與所控制負(fù)載的工作任務(wù)相對(duì)應(yīng)，一般應(yīng)使主觸頭的電流等級(jí)與所控制的負(fù)載相當(dāng)，或者稍大一些。如果不對(duì)應(yīng)，例如用AC3類的接觸器控制AC3與AC4混合類負(fù)載，則需降低電流等級(jí)使用。

同理，應(yīng)根據(jù)接觸器所控制負(fù)載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。如負(fù)載為一般任務(wù)則選用AC3使用類別；如負(fù)載為重任務(wù)則選用AC4使用類別；如負(fù)載為一般任務(wù)與重任務(wù)混合，則可根據(jù)實(shí)際情況選用AC3或AC4類的接觸器，如選用AC3類，應(yīng)降級(jí)使用。

考慮到電容器的合閘沖擊電流，切換電容器的接觸器的額定電流可按電容器額定電流的1.5倍選取；用接觸器對(duì)變壓器進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)考慮浪涌電流的大小，一般可按變壓器額定電流的2倍選取接觸器；由于氣體放電燈起動(dòng)電流大、起動(dòng)時(shí)間長，對(duì)于照明設(shè)備的控制，可按額定電流的1.1～1.4倍選取接觸器；如果冷卻條件較差，選用接觸器時(shí)，接觸器的額定電流應(yīng)按負(fù)載額定電流的1.1～1.2倍選?。粚?duì)于長時(shí)間工作的電動(dòng)機(jī)，由于其接觸器的氧化膜沒有機(jī)會(huì)得到清除，會(huì)使接觸電阻增大，可能導(dǎo)致觸頭發(fā)熱超過允許溫升，在實(shí)際選用時(shí)，可將接觸器的額定電流減小30%使用。

（4）接觸器線圈電壓的選擇 如果控制電路比較簡單，所用接觸器數(shù)量較少，則交流接觸器線圈的額定電壓一般直接選用380V或220V。如果控制電路比較復(fù)雜，使用的電器又比較多，為了安全起見，線圈的額定電壓可選低一些。例如，交流接觸器線圈電壓可選擇127V、36V等，這時(shí)需要附加一個(gè)控制變壓器。

直流接觸器線圈的額定電壓應(yīng)視控制電路的情況而定。同一系列、同一容量等級(jí)的直流接觸器，其線圈的額定電壓有幾種，可以選線圈的額定電壓與直流控制電路的電壓一致。

直流接觸器的線圈加的是直流電壓，交流接觸器的線圈一般加交流電壓。有時(shí)為了提高接觸器的操作頻率，交流接觸器也有采用直流線圈的。