继电器和接触器
每一种低压电器都有许多使用参数,我们不妨看看继电器与接触器之间的区别和联系,如下:
继电器和接触器的归类
继电器和接触器均属于低压开关电器。其中,继电器属于控制回路电器,接触器则属于主回路电器。所谓主回路,指的是传递和控制电能的回路。主回路又叫做一次回路,主回路的特点是电压高电流大,其电接触叫做触头,触头必须配备灭弧罩。所谓控制回路,指的是对主回路电器实施控制、调节,还有信号的放大和传递,电参量的采集和显示,等等。控制回路又叫做辅助回路或者二次回路,控制回路的电流一般不超过5A,其电接触叫做触点,触点无需配灭弧罩。接触器属于一次回路的开关电器,继电器属于二次回路的开关电器。我们看下图: 图1:电机星角起动的一次和二次回路,注意看接触器触头和继电器(时间继电器)触点的位置从图1 中我们看到了接触器和继电器(时间继电器)的区别和联系。继电器和接触器的外观区别
我们看下图:
图2:接触器的外观
注意到接触器的触头一般采取面接触,并且配有灭弧罩。再看继电器: 图3:继电器的外观注意到继电器的触点一般是点接触,且不配灭弧罩。我们看电接触的接触电阻表达式: 式1中,Rj是电接触的接触电阻,其单位为微欧(μΩ);K是电接触材料,F是接触压力,m是接触形式。其中点接触时m=0.5,线接触时m=0.6~0.7,面接触时m=1。K的表如下: 图4:电接触的K值表对于继电器,由于其触点接触压力小,一般采取点接触,并且配银系合金,以提高导电特性降低接触电阻。对于接触器,其触头接触压力足够大,重点在于提高抗电弧烧蚀的能力,故接触器触头材料常采用银-氧化镉(Ag-CdO)、银-钯(Ag-Pd)、银-铂(Ag-Pt)、银一镉(Ag-Cd)、银-镍(Ag-Ni)合金等等。可见,继电器与接触器的电接触材料不尽相同。
接触的磁路和继电器磁路的区别
对于交流接触器,若它的线圈工作电压亦是交流的,则接触器铁芯会产生电流过零振动。可见,接触器的铁芯极面上一般配有分磁环(短路环),以消除或者减轻电流过零时的铁芯-衔铁振动。
图5:接触器铁芯的极面上配有分磁环由于继电器的衔铁质量小,继电器线圈工作电压是交流的,其铁芯也无需配套分磁环。
继电器分为电压继电器、电流继电器和中间继电器等规格,而接触器没有这种分类
我们已经知道继电器的任务是实施信号采集,故按信号来源和类型不同,继电器分为电压继电器、电流继电器和中间继电器三种类别。其中中间继电器又可细分为时间继电器、中间继电器等不同规格。
继电器线圈驱动电压有交流和直流之分,两者在特性上不尽相同。其中直流驱动的继电器会更加稳定。在电器学理论中,我们把接触器和继电器的线圈统称为电磁铁。我们看直流与交流电磁铁磁路的比较异同:图6:直流磁路与交流磁路的比较
我们看到,直流磁路的磁势是稳定的,它不随铁芯与衔铁之间的气隙宽度变化而变化。相比于直流磁路,我们看到交流磁路的磁势有变化,但磁链却不随气隙变化。故电磁铁的直流磁路叫做恒磁势系统,交流磁路叫做恒磁链系统。两者相比较,恒磁势系统更加稳定,故在变电站继电保护系统中,大多都采用直流屏供电的直流继电系统。对比继电器,接触器线圈电压也有交流驱动和直流驱动之分,但与信号类型无关。
接触器的过载使用类别
国家标准GB/T14048.4-2010《低压开关设备和控制设备第4-1部分:接触器和电动机起动器,机电式接触器和电动机起动器(含电动机保护器)》中给出了按电机起动方式定义的接触器使用类别,如下:
图7:接触器的使用类别
我们看到,直接起动的电动机使用的接触器属于AC-3,其过载倍率为8倍;可逆起动和点动的电动机使用的接触器属于AC-4,其过载倍率为10倍。当电机发生短路时,短路电流流过接触器。由于熔断器或者断路器开断短路电流需要一定的时间,如果这段时间内接触器的触头发生熔焊,则其配合关系为类型1(TYPE1);如果接触器的触头不会发生熔焊,则其配合关系为类型2(TYPE2)。这种配合关系叫做SCPD,见GB/T14048.4-2010:
图8:接触器与断路器/熔断器的短路配合关系SCPD
在接触器的选用上,一般按SCPD的类型2来选配。我们看ABB的电动机主回路元器件选配表:
图9:短路容量在36kA以下线路中的电动机直接起动主回路元件选配表
此表的选配说明中注明接触器与断路器的SCPD配合关系为类型2(Type2)。显见,继电器不存在此类问题。需要特别指出:控制回路的电源保护一般采用熔断器,保护类型为短路保护,且不得配套过载保护。这是因为控制回路执行信息采集和控制操作,非常重要。控制回路一般不会出现过载,发生了过载,你也得给我忍着。我们在设计控制回路电源时,必须考虑到元器件的得电冲击,见GB/T 14048.5-2016《低压开关设备和控制设备第5部分:控制回路电器》。以下是6P原则的表格:控制回路电器与主回路电器的区别。
继电器的继电特性
我们看下图:
10:继电器的继电特性继电特性对于继电器来说很重要,它决定了继电器的吸合、保持和释放特性。相对继电器,接触器只有吸合电压的要求,对继电特性的要求没有继电器严格。
我们来看看接触器产品的额定电流与继电器的区别
我们看ABB的AF系列接触器规格表:
图11:AF系列接触器参数
我们看到,AF系列接触器的Zui大额定电流是2050A。我们再看ABB的继电器参数:图12:继电器触点参数我们看到,继电器的触点电流才6A,相比起接触器真是可怜兮兮,毫无可比性。继电器却可以在控制回路中控制接触器,起到半两拨千斤的效果。下图是早期的电动机保护装置控制原理图:
图13:早期的电动机保护器控制原理图我们在图13的左侧一次回路中看到了接触器KM的触头,在右侧控制回路右下侧看到了控制继电器K,在左上侧我们看到了继电器是如何控制接触器的开合,如何实施电动机的过载、缺相和短路保护的。继电器与接触器是相辅相成的,它们共同配合实现电动机的控制与运行。