继电器接触器

我们的日常工作中，经常会使用到接触器、继电器等电器元件。在之前平台调试中，出现过接触器烧坏的现象，近期又发生了额定电流是 32A 的接触器通 1A 电流而烧坏的案例，本文以此为出发点，了解了接触器构造及原理，现将掌握的一些知识汇总，做一个简单的分享。本文主要讲述以下几个问题：

1. 认识电弧。
2. 如何区分接触器与继电器？
3. 如何区分直流接触器和交流接触器？
4. 能不能用直流接触器的主触点通交流电流？能不能用交流接触器的主触点通直流电流？
5. 交流接触器中短路环的作用。

认识电弧

想要详细了解开关电器，首先要理解电弧。电弧是一团温度极高，能发光的圆柱形导电气体，属于气体放电的一种形式。当两电极之间的电场强度（电压除以距离，单位 V/m）逐渐增大时，负极电子不断从导体逸出形成微小电流，逸出的电子撞击空气中的分子，当电子足够多时，整个导体之间的空气处于电离状态，甚至击穿，这一过程称为弧光放电。

电弧的特点：

1）能量高度集中，弧柱中心区温度高达 1 万度左右，电弧表面温度也会达到 3000° 到 4000°

2）电弧的产生需要很大的电场强度，当电弧已经产生时，不需要很大场强即可以维持放电过程

3）电弧是一束游离的气体。质量很轻，在电动力、热力和其它外力的作用下能迅速移动、伸长、弯曲和变形。

4）对开关电器来说，在开通或关断瞬间，更容易引发电弧。

电流在金属导体上的热效应对开关器件的损坏并不严重，因为实际使用都会很注意额定载流量，电弧才是造成开关电器损坏的最重要原因，当出现电弧时，应该采取必要的灭弧措施。

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图 1 由电弧烧坏的接触器主触点

继电器和接触器的区别，

两者的根本区别在于，继电器没有灭弧装置，接触器有灭弧装置。这决定了通过继电器的最大电流远小于接触器，通常情况下，继电器主触点允许通过的电流为 5～10A，最大不会超过 16A；接触器允许通过的最大电流可达上千安培。很多人都说继电器和接触器的区别是带载能力不同，其实并没有说到根本。另外继电器触点通常是点与面接触，接触器通常是线与面或面与面接触，这样可能增大载流量。带电压吸合时，线对面有一个相对滑动的过程，滑动也会产生电弧，产生的电弧会清除接触表面的杂物，这是电弧有用的一方面。

在实际应用中，继电器通常用于控制回路中，切换小电流信号，开关动作频繁。接触器通常用于主回路中，开关行程长，触点吸合作用力大，动作不频繁。

直流接触器和交流接触器的区别

很多人的固有印象是，用直流电流控制的是直流接触器，用交流电控制的是交流接触器，其实这也是不对的。直流接触器和交流接触器的根本区别，在于主回路触头的用途：主触点用来通直流的是直流接触器，主触点用来通交流的是交流接触器。市面上存在线圈用交流电控制，但主触头用于通直流的接触器，应归属于直流接触器，反之亦然。

图 2 是为西门子 3TC4416-5CQ0 接触器参数，控制线圈为交流，主触点电流为直流，在西门子网站中的分类在“用于切换直流电压的接触器“类别下

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图 2 西门子 3TC4416-5CQ0 接触器参数

接触器主触点承载电流形式的不同，源与对电弧的处置方式不同。交流电流因为存在电流过零点，在电流为零时电弧容易自行消灭，所以相比于直流电弧来说，灭弧装置更简单。常见灭弧方法是拉长电弧，增加灭弧罩，增加灭弧栅等，我们最常用的 100A 以下交流接触器的灭弧原理都是靠机械应力拉长电弧。灭弧罩灭弧栅应用电弧易流动的特性，将电弧引入设计好的灭弧装置中分段消灭。

​ 依靠弹簧拉力使触点快速弹开熄灭电弧	​ 将电弧引入灭弧栅分段消灭

直流电流因为不存在过零点，灭弧装置更复杂，成本也更高，常用瓷吹装置灭弧，并装有隔板及陶土灭弧罩。因为实际未拆解过直流接触器，此处只粘贴瓷吹灭弧示意图供参考。

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磁吹灭弧装置

能不能用交流接触器通直流电流？

通常交流接触器通直流的能力都是很弱的，除非在接触器断开之前已经通过降低电压的方式把电流降低，否则很容易烧坏接触器。图 1 中的接触器的额定电流 32A，我用于变频器母线放电，母线电压 540V，搭配 500 欧姆 500W 放电电阻，使用几天之后拆开发现使用的主触点已经烧糊。那怎么办呢？

对于此中应用情形，需要将接触器的 3 个主触点串联使用，这相当于将原电弧拉长为 3 段，经实际使用也验证此措施有明显的灭弧效果。

原理图图纸

能不能用直流接触器通交流电

因为交流点弧本身更容易熄灭，直流接触器灭弧能力也更强，所以理论上可以用直流接触器的主触点走交流电流。但直流接触器通常较昂贵，所以这样使用的并不多。

短路环的作用

接下说一说线圈，我们已经知道通交流电使主触点吸合的接触器不一定是交流接触器，且交流电流存在过零点，由变化的电场产生变化的磁场可知，肯定存在某一时刻，电场产生的磁场场强是零的，吸力为零，衔铁有可能被弹开，马上电磁力又增大，衔铁又重新吸合，所以交流线圈的衔铁可能存在很大的震动噪声。那实际有没有可能真的因为电磁力为零使衔铁断开呢？

为了避免磁力为零导致衔铁被彻底弹开，交流线圈的固定衔铁上都会配有短路环，如下图所示。

图片

短路环就是一圈导体，衔铁内变化的磁场在短路环中产生感应电流，感应电流又感应出变化的磁场，此磁场与原来的磁场存在相位差，就不会使活动衔铁的电磁吸引力为零了。

参考链接

https://www.zhihu.com/question/276380318/answer/386946645

https://www.zhihu.com/question/304660672/answer/545263068

https://zhuanlan.zhihu.com/p/46978195

https://mall.industry.siemens.com/mall/zh/cn/Catalog/Product/3TC4416-5CQ0