1.1.4 接触器
接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。接触器具有低电压释放保护功能，同时具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的电气元件之一。
1.接触器的分类
接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法，大致有以下几种。
（1）按主触头极数分 接触器按主触头极数可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负载，如照明负载、电焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线转子异步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负载，在电动机的控制场合使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明电路，也可用来控制双回路电动机负载；五极接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。
（2）按灭弧介质分 接触器按灭弧介质可分为空气电磁式接触器、真空接触器和油浸式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压为660V和1140V等的一些特殊的场合。
（3）按有无触头分 接触器按有无触头可分为有触头接触器和无触头接触器。常见的接触器多为有触头接触器。而无触头接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断器件。由于晶闸管导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、要求无噪声的场合。
（4）按主触头控制的电流性质分 接触器按主触头控制的电流性质可分为交流接触器和直流接触器。直流接触器应用于直流电力电路中，以实现远距离接通与分断电路，直流电动机频繁起动、停止、反转或反接制动控制，CD系列电磁操作机构合闸线圈控制或频繁接通及断开的起重电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等的控制。
接触器中应用最广泛的是空气电磁式交流接触器和空气电磁式直流接触器。
2.交流接触器
（1）结构 图1-21所示为交流接触器实物与结构。交流接触器由四部分组成。
1）电磁机构。电磁机构由线圈、动铁心（或衔铁）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头动作。由于存在磁滞和电涡流损耗，铁心易发热，为此铁心与衔铁用硅钢片叠制而成，且为改善线圈和铁心的散热，线圈设有骨架，使铁心和线圈隔开，并将线圈做成短而厚的矮胖形状。
2）触头系统。触头系统包括主触头和若干辅助触头。主触头通过电动机等负载的电流，辅助触头通过小电流，通常用于控制电路完成控制联锁等任务。中小容量的交、直流接触器的主触头和辅助触头一般采用直动式双断口桥式结构，大容量的主触头采用转动式单断口指形触头。辅助触头在结构上通常是常开和常闭成对的。
图1-21 交流接触器
1—灭弧罩 2—触头压力弹簧 3—主触头 4—反作用弹簧 5—线圈 6—短路环 7—静铁心 8—缓冲弹簧 9—动铁心 10—辅助常开触头 11—辅助常闭触头
3）灭弧装置。额定电流在10A以上的接触器都有灭弧装置。对于小容量的接触器，常采用双断口桥式触头灭弧、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，常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。
4）其他部件。其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及外壳等。
（2）工作原理 电磁式交流接触器的工作原理为：当线圈接通电源时，其电流产生磁场，铁心被磁化，吸引衔铁，使它有向着铁心运动的趋势。当电磁吸力增大到足以克服反作用弹簧的反作用力时，衔铁就带动与它刚性连接的动触头，共同向着铁心运动，并最终吸合在一起，这时动触头和静触头互相接触，把主电路接通。一旦切断线圈的电源，或者电压突然消失/显著降低，衔铁就会因磁场消失或过弱，在反作用弹簧的拉动下返回原位。与此同时，动触头也脱离静触头，把电路切断。
3.直流接触器
直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器的相同，在结构上也是由电磁机构、触头系统和灭弧装置等部分组成的。
（1）电磁机构 因为直流接触器的线圈中通的是直流电，铁心中不会产生电涡流，所以铁心可用整块铸铁或铸钢制成，也不需要安装短路环。铁心中无磁滞和电涡流损耗，因而铁心不发热。但直流接触器的线圈的匝数较多，电阻大，线圈本身会发热，因此线圈会做成长而薄的圆筒状，且不设线圈骨架，使线圈与铁心直接接触，以便散热。
（2）触头系统 直流接触器有主触头和辅助触头。主触头一般做成单极或双极的形式，由于主触头接通或断开的电流较大，故采用线接触的指形触头；辅助触头接通或断开的电流较小，故采用点接触双断口桥式触头。
（3）灭弧装置 由于直流电弧比交流电弧更难熄灭，因此直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。
4.接触器的基本参数
（1）额定电压 接触器额定电压是指主触头之间的正常工作电压，也就是指主触头所在电路的电源电压。交流接触器常用的额定电压有127V、220V、380V、500V和660V；直流接触器常用的额定电压有110V、220V、380V、440V和660V。
（2）额定电流 额定电流指接触器主触头在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中，额定电流可近似等于控制功率的两倍。交流接触器常用的额定电流有10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A；直流接触器常用的额定电流有40A、80A、100A、150A、250A、400A和600A。
（3）约定发热电流 约定发热电流指在规定条件下试验时，电流在8h工作制下，各部分温升不超过极限时接触器所承载的最大电流。
（4）通断能力 通断能力可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触头闭合时不会造成触头熔焊的最大电流值。最大分断电流是指触头断开时能可靠灭弧的最大电流。通断能力一般是额定电流的5～10倍。当然，这一数值与被开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。
（5）动作值 动作值可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加线圈两端的电压，至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，缓慢降低线圈两端的电压，至接触器释放时的最大电压。一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85%，释放电压不高于线圈额定电压的70%。
（6）线圈额定电压 线圈额定电压指接触器正常工作时，线圈上所加的电压值。一般该电压值以及线圈的匝数、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。
（7）操作频率 接触器在吸合瞬间，线圈需消耗比额定电流大5～7倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。
（8）寿命 寿命包括电气寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达1000万次以上，电气寿命一般是机械寿命的5%～20%。
（9）使用类别 接触器用于不同负载时，其对主触头的接通和分断能力要求不同，按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足其要求。在电力拖动控制系统中，接触器常见的使用类别及典型用途见表1-2。它们主触头达到的接通和分断能力为：AC1和DC1类仅允许接通和分断额定电流；AC2、DC3类允许接通和分断4倍的额定电流；AC3类允许接通6倍的额定电流但仅能分断额定电流；AC4类允许接通和分断6倍的额定电流。
表1-2 接触器常见的使用类别及典型用途
5.接触器的符号与型号说明
（1）接触器的符号 接触器的图形符号如图1-22所示，文字符号为KM。
图1-22 接触器的符号
（2）接触器的型号说明 接触器的型号说明如下：
交流接触器制作为一个整体，其外形和性能也在不断改善，但是功能始终不变，常见型号如下：CJ10Z-40/3为交流接触器，设计序号10，重任务型，额定电流40A，三极；CJ12T-250/3为改型后的交流接触器，设计序号12，额定电流250A，三极。
我国生产的交流接触器常用的有CJ10、CJ12、CJX1、CJ20等系列及其派生系列产品，其中CJ10系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列取代。上述系列产品一般具有常开主触头3对，常开、常闭辅助触头各2对。直流接触器常用的有CZ20系列，分单极和双极两大类，其常开、常闭辅助触头各不超过2对。除此之外，目前还有N系列和B系列等交流接触器。例如NC9系列真空交流接触器，主要用于交流50Hz、额定电压1140V、额定电流1000A的电路中，供远距离接通和分断电路之用，并可与适当的热继电器或电子保护器等有关保护装置组成真空电磁起动器，特别适用于组成隔爆型真空电磁起动器。
6.接触器的选用
（1）接触器极数和电流种类的确定 应根据主触头接通或分断的电路的性质来选择直流接触器或交流接触器，并应根据系统需要选择所需的接触器极数。
（2）接触器主触点的额定电压选择 被选用的接触器主触点的额定电压应大于或等于负载的额定电压。
（3）接触器主触点额定电流的选择 对于电动机负载，接触器主触点额定电流按下式计算
式中 PN——电动机功率，单位为kW；
UN——电动机额定线电压，单位为V；
cosφ——电动机功率因数，其值在0.85～0.9之间；
η——电动机效率，其值在0.8～0.9之间。
在选用接触器时，其额定电流应大于计算值。也可以根据电气设备手册给出的被控电动机的容量和接触器额定电流对应的数据选择。根据式（1-3），在已知接触器主触点额定电流的情况下，可以计算出所控制电动机的功率。
在实际应用中，接触器主触点的额定电流也常用下面的经验公式计算
式中 K——经验系数，取1～1.4。
在确定接触器主触头电流等级时，如果接触器的使用类别与所控制负载的工作任务相对应，一般应使主触头的电流等级与所控制的负载相当，或者稍大一些。如果不对应，例如用AC3类的接触器控制AC3与AC4混合类负载，则需降低电流等级使用。
同理，应根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。如负载为一般任务则选用AC3使用类别；如负载为重任务则选用AC4使用类别；如负载为一般任务与重任务混合，则可根据实际情况选用AC3或AC4类的接触器，如选用AC3类，应降级使用。
考虑到电容器的合闸冲击电流，切换电容器的接触器的额定电流可按电容器额定电流的1.5倍选取；用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器；由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流的1.1～1.4倍选取接触器；如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流应按负载额定电流的1.1～1.2倍选取；对于长时间工作的电动机，由于其接触器的氧化膜没有机会得到清除，会使接触电阻增大，可能导致触头发热超过允许温升，在实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。
（4）接触器线圈电压的选择 如果控制电路比较简单，所用接触器数量较少，则交流接触器线圈的额定电压一般直接选用380V或220V。如果控制电路比较复杂，使用的电器又比较多，为了安全起见，线圈的额定电压可选低一些。例如，交流接触器线圈电压可选择127V、36V等，这时需要附加一个控制变压器。
直流接触器线圈的额定电压应视控制电路的情况而定。同一系列、同一容量等级的直流接触器，其线圈的额定电压有几种，可以选线圈的额定电压与直流控制电路的电压一致。
直流接触器的线圈加的是直流电压，交流接触器的线圈一般加交流电压。有时为了提高接触器的操作频率，交流接触器也有采用直流线圈的。