变频器原理交流接触器原理.docx

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1、变频器原理一、基础知识1、概述各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均 200V/60HZ （50Hz）或100V/60Hz （50Hz）,等等。通常，把电压和频率固定 不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可 变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流 电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”（逆变器）。由于 变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter,故该产品本身就被 命名为“inverteL,即：变频器，变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品 中不

2、仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既 可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的 频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverted的名称进行 出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项 应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。2.电机的旋转速度为什么能够自由地改变？r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：4极电机 60Hz 1,800 r/min, 4极电机50Hzi,500/min,电机的旋转速度同频率成比 例。本文中所指的电机为感

3、应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为 此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机 的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不 是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2, 4, 6）,所以不适和改变该值 来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的 外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控 制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n= 60f/p, n:同步速度, f:电源频率，p:电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改 变频率，电机将被烧坏

4、。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机 烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电 机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz,这时变频器的 输出电压就必须从200V改变到约100Vo如果要正确的使用变频器,必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随 温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10 度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题啊！在变频器工作时、(3)反复短时工作的设备。接触器按116120%算。即100A的交流接触器，只能控制最 大额定电流是116-120A以下的设备。还要考虑工作

5、环境和接触器的结构形式。还要说明的一点是：由于市场竞争激烈，国内有些厂家为降低成本，已经在偷工减料，比如：在 线圈的制作减小线径甚至少绕匝数，在触头上用不符合国标的材料或厚度和截面都不够。这 种情况不仅体现在接触器上，在其他如短路器等产品上也是如此。造成在实际使用中，标的是 100A的接触器或短路器，其实际负载量只能在80A甚至更低,故障率很高。所以，现在有流 行的说法是：用国产低端产品，要按其铭牌说明的额定容量打7折使用！接法：一:一般三相接触器一共有8个点，三路输入，三路输出，还有是控制点两个。输出和输入 是对应的，很容易能看出来。如果要加自锁的话，则还需要从输出点的一个端子将线接到控制

6、点上面。二:首先应该知道交流接触器的原理。他是用外界电源来加在线圈上，产生电磁场。加电吸 合，断电后接触点就断开。知道原理后，你应该弄清楚外加电源的接点，也就是线圈的两个接点, 一般在接触器的下部，并且各在一边。其他的几路输入和输出一般在上部，一看就知道。还要 注意外加电源的电压是多少(220V或380V), 一般都标得有。并且注意接触点是常闭还 是常开。如果有自锁控制，根据原理理一下线路就可以了。流过变频器的电流是很大的，变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热 所产生的影响。通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大 概是多少.可以用以下公式估算：发热量的近似值=变频器

7、容量（KW）x55W在 这里，如果变频器容量是以恒转矩负载为准的（过流能力150% x 60s）如果变频 器带有直流电抗器或交流电抗器，并且也在柜子里面，这时发热量会更大一些。电 抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算：变频器容量（KW） x60 W因为各变频器厂家的硬件都差不多，所以上式可以针对各品牌的产品.注 意：如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置最好 和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。那么，怎样采能降低控制柜内的发 热量呢？当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生 热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控

8、制机柜的尺寸尽量减小，就 必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热 器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。 由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离 板把本体和散热器隔开，使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。 变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的！关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器，都带有冷却风扇。同时，也建 议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。二、其他关于散热的问题1

9、.在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风 量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上 因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体 应用。比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。2 .开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT, IGBT的发热有集中在开和关 的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开 关频率可以扩容，就是这个道理。3 .矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机 转矩并不能和其

10、电流相对应的提高。因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。”矢量 控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流 分量（如励磁分量）的数值。”矢量控制“可以通过对电机端的电压降的响应，进 行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电 机低速时温升也有效。三、变频器制动的情况制动的概念:指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速 高于同步转速.负载的能量分为动能和势能.动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时， 该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦

11、和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时 会产生制动过程.由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用 于提升类负载，在下降时，能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧，进行制动.这种 操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于变频器制动。在减速期间，产生 的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方 法叫做功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要”能量回馈单元选件。四、怎样提高制动能力？为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动 能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用制动

12、电阻、制动单元 ”或功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？我们经常听到下面的说法：”电机在工频电源供电时（*2）时，电机的起动和 加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些”。如果用大的电 压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的 起动电流（*3）。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机 上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机 起动电流要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些减小 的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁

13、通矢量控制的变频器， 将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频 器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按 50Hz（60Hz）电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此 在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.（T=Te,P=Pe）变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线 性关系下降。当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予 考虑，以防止电机输出转矩的不足。举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要 降低到50Hz时产生转矩的l/2o因此在额定频率之上的调速称为恒功率调 速.（P=U

14、e*le）参考:*1:转矩提升:此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平 方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的技 术，使用“矢量控制”，可以使电机在低速，如（无速度传感器时）1Hz （对4极电机， 其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最 大约为额定转矩的150%）。对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度 的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。 为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电 压降。变频器的这个功能叫做转矩提升（*1）。*2

15、:工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）*3:起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转 矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。交流接触器结构与工作原理（一）如图I所示为交流接触器的外形与结构示意图。交流接触器由以下四部分组成: 图1 CJ10-20型交流接触器图1 CJ10-20型交流接触器1 一灭弧罩2 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弹簧9 一动铁心10 一辅助常开触点11 一辅助常闭触点(1)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。(2)触点系统

16、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。(3)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。(4)其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。电磁式接触器的工作原理如下：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，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。 线圈失电或线圈两端电压显著降

17、低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位, 断开线路或解除互锁。(-)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相同。在结构上也是由电磁机构、触 点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式 灭弧装置灭弧。交流接触器的分类及基本参数1 .交流接触器的分类交流接触器的种类很多，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。按主触点极数分 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 单相负荷，如照明负荷、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式异 步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组

18、；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机 的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来 控制双回路电动机负载；五极交流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。按灭弧介质分可分为空气式接触器、真空式接触器等。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、化工企业及电压在660V和1140V 等一些特殊的场合。按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器。常见的接触器多为有触点接触器， 而无触点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元件。由于可控 硅导通时所需的触发电压很小，而且回路通断

19、时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备 和易燃、易爆、无噪声的场合。2 .交流接触器的基本参数(1)额定电压 指主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。一只接触器常规定几个 额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。通常，最大工作电压即为额定电压。常用的 额定电压值为220V、380V、660V等。（2）额定电流 接触器触点在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中， 额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、 100A、150A、250A、400A、600Ao（3）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

20、指触点闭合时不会 造成触点熔焊时的最大电流值；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510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。（4）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。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%（5）吸引线圈额定电压 接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以 及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，

21、而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。（6）操作频率 接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定电流大57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。（7）寿命 包括电寿命和机械寿命。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%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I所示，文字符号为KM。图1接触器的图形符号）线圈b）主触点c）辅助触点交流接触器 设计序号 Z重任务X .消弧B .栅片去游离灭巡 L极数表示（三极产品不注数字）A,B改型产品

22、.Z直流线圈S带钮扣额定电流（A ）直流接触器设计序号额定电流（A）印 口一口 口 口1常闭主触头数量 常开主触头数量C不带辅助触头C/22 :渊甫助触头D不带辅助触头D22卷甫助触头2 .接触器的型号说明例如：CJI0Z-40 / 3为交流接触器，设计序号10,重任务型，额定电流40A主触点为3极。CJI2T-250/3为 改型后的交流接触器，设计序号12,额定电流250A, 3个主触点。我国生产的交流接触器常用的有CJIO, CJI2, CJX1, CJ20等系列及其派生系列产品， CJ0系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列产品取代。上述系列产品一般具有三对常 开主触点，常开、常闭

23、辅助触点各两对。直流接触器常用的有CZ0系列，分单极和双极两 大类，常开、常闭辅助触点各不超过两对。除以上常用系列外，我国近年来还引进了一些生产线，生产了一些满足IEC标准的交流接 触器，下面作以简单介绍。CJI2B6系列锁扣接触器用于交流50Hz,电压380V及以下、电流600A及以下的配电电 路中，供远距离接通和分断电路用，并适宜于不频繁地起动和停止交流电动机。具有正常工作 时吸引线圈不通电、无噪声等特点。其锁扣机构位于电磁系统的下方。锁扣机构靠吸引线圈通电, 吸引线圈断电后靠锁扣机构保持在锁住位置。由于线圈不通电，不仅无电力损耗，而且消除了 磁噪音。由德国引进的西门子公司的3TB系列、B

24、BC公司的B系列交流接触器等具有80年代初 水平。它们主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁地起动及控制交流电动机。3TB 系列产品具有结构紧凑、机械寿命和电气寿命长、安装方便、可靠性高等特点。额定电压为 220-660V,额定电流为 9630Ao 如何选用交流接触器？接触器的选用步骤交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤:1 .选择接触器的类型交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，分别记为AC1、AC2、AC3 和AC4o 一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类 交流接触器用于绕线式异步电动机的起动和停止；三类交

25、流接触器的典型用途是鼠笼型异步电 动机的运转和运行中分断；四类交流接触器用于笼型异步电动机的起动、反接制动、反转和点 动。2 .选择接触器的额定参数根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。1）接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时 也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。2）电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大 于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJIO、CJ20等。3）对重任务型电机，如机床主电机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过 100次/min,运行

26、于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJIOZ、CJI2型 的接触器。为了保证电寿命，可使接触器降容使用。选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。4）对特重任务电机，如印刷机、锋床等，操作频率很高，可达60012000次/h,经常 运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选 CJIOZ、CJI2 等。5）交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲 击电流。一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、 CJ20 等。6）用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧

27、焊机、电阻焊 机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJIO、CJ20等。7）对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大 一些。选用接触器时可不用考虑（起动电流），直接按负荷额定电流选取。型号可选用CJI0、 CJ20 等。8）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1.1 1.4倍选取交流接触器，型号可选CJIO、CJ20等。9）接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间8h,且安装于 敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的 110%120%选取。对于长时间

28、工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻 增大，导致触点发热超过允许温升。实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用交流接触器的原理、选择和接法这几天做一个小控制电路，因此查了一下交流接触口器的资料，在这与大家共享。交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执 行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点， 小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银鸨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器主要有四部分组成:（1）电磁系统，包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；（2）触头系统，

29、 包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头，它和动铁芯是连在一起互相联动的；（3）灭弧 装置，一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置，以便迅速切断电弧，免于烧坏主触头；绝 缘外壳及附件，各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。工作原理：当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的，因此动 铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时，吸力消失，动铁芯联 动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。常闭 常开电压 喻入交流接触器的选择：（1）持续运行的设备。接触器按67-75%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电 流是67-75A以下的设备。（2）间断运行的设备。接触器按80%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是 80A以下的设备。