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接触器和继电器。直流接触器学习笔记(I)︱“新能源汽车与电力电子技术”系列之十六

时间:2020-05-17 00:06:18

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接触器和继电器。直流接触器学习笔记(I)︱“新能源汽车与电力电子技术”系列之十六

编者:汪进进

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深圳市高斯宝电气技术有限公司新能源事业部

引言:

在车企,对接触器和继电器的口头说法不统一,这让我很好奇:这两个术语到底是怎么定义的。这篇学习笔记就这个好奇心驱使下的产物。

直流接触器是近些年随着电动汽车发展才流行起来的产品。几个大的电气巨头,之前主流产品是交流接触器。可靠性方面的PPM数据很难获得。这为车企选型带来困扰。期待这方面的话题能与更多圈内人士交流。

一,什么是继电器,什么是接触器

1.GB 14048系列标准中的定义

这是两个经常混用的词。很多人不区分接触器和继电器,譬如将用在电动汽车上的直流接触器称为“高压继电器”。实际上,用在电动汽车高压回路上的是“直流接触器”。严格地从学术上来说,电动汽车中的直流接触器在相关国标中属于低压电器。(在GB 14048.1-《低压开关设备和控制设备 第1部分:总则》中,将额定交流电压小于1000V,直流电压小于1500V的定义为低压开关电器“简称低压电器”)

在 GB 14048.4- 《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,对接触器定义如下:

标准的用词强调专业性,可读性没那么强。具体到这个术语定义,前面还加了(机械)二字,更是犯混。

该标准还对交流和直流接触器做了定义:

这个定义只是强调了交流和直流接触器的作用:“接通和分断电路”。没有说明原理上怎么实现接通和分断。

虽然我们实际上接触到的接触器多是电磁式接触器,但标准GB 14048.4-定义了多种类型的接触器:

标准要做到没有漏洞,只能表达到这个地步。这些术语的定义为初学者建立一个清晰的概念:接触器是一种电气开关,这种开关可以通过不同方式进行控制。

继电器在GB14048.1-中被作为控制电路电器的一种,如下截图。控制电路是弱电。没有认真研读低压电器类教材的非专业人士都会有那么一种印象,接触器用于强电,继电器用于弱电。

有意思的是,在GB 14048.1中,又给出了半导体接触器(固态接触器)的定义,而且给出了一个接触器式继电器的名词:

我不理解为什么半导体接触器(固态接触器)没有在GB14048.4中和电磁式接触器,气动接触器,电气气动接触器,锁扣接触器,真空接触器并列在一起。 接触器式继电器,其实是说接触器是继电器的一种?

2.维基百科中的定义

继电器的英文是Relay,接触器的英文是Contactor。下面我们来看一下Wiki(维基百科)上对Relay和Contactor的定义:

Relay

/wiki/Relay

Arelayis an electrically operated switch. Many relays use an electromagnet to mechanically operate a switch, but other operating principles are also used, such as solid-state relays. Relays are used where it is necessary to control a circuit by a separate low-power signal, or where several circuits must be controlled by one signal. The first relays were used in long distance telegraph circuits as amplifiers: they repeated the signal coming in from one circuit and re-transmitted it on another circuit. Relays were used extensively in telephone exchanges and early computers to perform logical operations.

A type of relay that can handle the high power required to directly control an electric motor or other loads is called a contactor.

译文如下:

继电器是一种电气开关。很多继电器使用电磁机构以机械方式来实现开关动作,但是也有基于其它控制原理实现的,如固态继电器。继电器被用在需要单独的低功率信号控制主电路的场合,或者是用一个信号来控制多个电路的场合。史上第一个继电器被作为一种放大器用于长距电报传输:将从一个电路中传输近来的信号转发给另外一个电路。继电器曾经被大量用于电话交换机器领域和早期的计算机领域,以实现复杂的逻辑动作。

有一种被用于处理大功率的继电器被称为接触器,它们可直接控制电机或其它负载。

Contactor

/wiki/Contactor

Acontactoris an electrically-controlled switch used for switching an electrical power circuit.[1] A contactor is typically controlled by a circuit, which has a much lower power level than the switched circuit, such as a 24-volt coil electromagnet controlling a 230-volt motor switch.

Unlike general-purpose relays, contactors are designed to be directly connected to high-current load devices. Relays tend to be of lower capacity and are usually designed for both normally closed and normally open applications. Devices switching more than 15 amperes or in circuits rated more than a few kilowatts are usually called contactors. Apart from optional auxiliary low-current contacts, contactors are almost exclusively fitted with normally open ("form A") contacts. Unlike relays, contactors are designed with features to control and suppress the arc produced when interrupting heavy motor currents.

Contactors come in many forms with varying capacities and features. Unlike a circuit breaker, a contactor is not intended to interrupt a short circuit current. Contactors range from those having a breaking current of several amperes to thousands of amperes and 24 V DC to many kilovolts. The physical size of contactors ranges from a device small enough to pick up with one hand, to large devices approximately a meter (yard) on a side.

Contactors are used to control electric motors, lighting, heating, capacitor banks, thermal evaporators, and other electrical loads.

译文如下:

接触器是一种用于对功率电路进行通断操作的电气开关。 接触器通常由一个低压辅助电路来控制高压主电路,譬如由24V的线圈电磁铁控制230V的马达开关。

区别于普通的继电器,接触器可直接连接在大电流负载上。继电器偏向于小功率容量的场合,通常设计为常闭和常开。电流超过15A或者几kW以上的通断电路中用到的,一般都称为“接触器”了。除了辅助小电流触点,接触器特别适合于常开(A型)触点。和继电器很大的不同是,接触器的一种重要特征是可以控制和熄灭断开重载电流时产生的电弧。

接触器的存在形式多种多样,有不同的容量和特征。不像断路器,接触器不能用来自动切断短路电流。接触器的范围很广,切断电流从几安培到几千安培,电压范围则从24V到kV以上。外形尺寸也差异很大,有的小到一只手可以抓起,有的大到一边有一米(码)。

接触器被用于控制马达,照明,加热装置,电容器,热蒸发器等。

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我购买了几本电器相关的书籍。张老师和许老师的两本书值得推荐。 在此,摘录两本书上关于继电器和接触器定义语句。

3.《老帕讲低压电器技术》(张白帆 编着)和《电器理论基础》(许志红 编着)中的定义

继电器

●《老帕讲低压电器技术》:

继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路,实现控制、远距离操控和保护的自动电器。 其输入量可以是电压、电流都电气量,也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量。继电广泛应用于自动控制系统、电力系统以及通信系统中,起着控制、检测、保护和调节等作用。

●《电器理论基础》:

继电器是一种典型的电器产品,它是一种传递信号具有跳跃式输出特性的电器。在电气控制领域中,凡是需要逻辑控制的场合,都需要使用继电器。为了满足各种需求,人们已经研制了多种继电器产品。继电器的功能是,利用各种物理量(电压、电流、时间、温度等等)的变化,通断电路(有触点结构)或者改变电路状态(无触点结构)。继电器的感测部件把感测到的各种物理量传递给中间部件,由中间部件将输入的物理量与设定值进行比较,当达到、大于、小于设定值时,中间部件输出信号,执行部件接通或者断开电路。

接触器

●《老帕讲低压电器技术》:

接触器是一种用来自动接通或断开带负载电路的电器,它可以频繁地接通或分断交流、直流电路,可以实现远距离操作控制,还可以配合继电器实现定时操作、联锁操作、各种定量控制和过电压、欠电压保护等。

●《电器理论基础》:

接触器是一种用于远距离频繁地接通和分断交直流主电路及大容量控制电路的自动控制电器。接触器主要用于自动控制交、直流电动机,电热设备,电容器组等,应用十分广泛。接触器具有较强的执行部分,大容量的主触头可以迅速熄灭电弧,并具有欠电压释放功能,用于低压交直流电路的空气接触器以其过载能力强、成本低等特点,一直是大量使用的电器产品。

两位老师的定义显得功力深厚。

二,继电器和接触器的分类

1.继电器的分类

继电器的分类五花八门。Wiki中没有给出分类的依据,直接列出17种继电器,并将接触器作为其中之一。有些我都不敢翻译,没有深度关注某些应用领域,我担心直接用词典翻译出来的名词并不是行业圈内人士已约定的术语。

Coaxial relay

Contactor

Force-guided contacts relay

Latching relay

Machine tool relay

Mercury relay

Mercury-wetted relay

Multi-voltage relays

Overload protection relay

Polarized relay

Reed relay

Safety relays

Solid-state contactor

Solid-state relay

Static relay

Time delay relay

Vacuum relays

搜罗了提到分类的文档,还是引用张老师《老帕讲低压电器技术》为妥:

2.接触器的分类

接触器的分类相对简单。比较多个文档的说法后,觉得许老师《电器理论基础》的分类更权威:

接触器有不同的分类方式。按操作方式分,有电磁式接触器、气动式接触器和电磁气动式接触器等; 按灭弧介质分,有空气式接触器、油浸式接触器和真空接触器等; 按主电路电流种类分,有交流接触器、直流接触器、切换电容接触器等。 另外,还有建筑用接触器、机械联锁(可逆)接触器和智能化接触器。建筑用接触器的外形结构与模数化小型断路器相似,可于模数化小型断路器一起安装在标准导轨上。 (注:切换电容接触器的主电路电流是什么形式的?)

应用最广泛的是空气电磁式接触器,通常简称为交流接触器和直流接触器。

三,总结

总结前述,关于继电器和接触器的四个区别或特征让人印象深刻:

1,接触器可以直接控制主电路中大电流的通断。继电器不能操控大电流。

Wiki中提出电流超过15A就是接触器。但是,我在其他资料看到,继电器的电流一般达不到15A。

承载电流能力是由两者的触头设计不一样决定的:继电器的触头是点接触,而接触器的触头是面接触。

2,接触器必须有灭弧装置。继电器没有灭弧装置。

这是接触器设计难点。这也是因为第1点,两者控制的主电路电流大小不一样。

以上两点都涉及到比较复杂的理论问题:电接触理论,电弧理论。

3,接触器不能用于自动断开短路电流。断路器可以,所谓自动跳闸。

4,继电器的输入信号可以是各种物理量,如电压、电流、时间、速度、压力等,而接触器的输入量只有电压。

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关于高斯宝电气

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