如何校驗電動機(jī)回路斷路器和接觸器的選型

一、電動機(jī)電氣參數(shù)信息例如某空壓機(jī)額定功率11.2kW±7%，工作電流為23.5A+20%/-10%，起動電流（有效值）為185.6A+20%，沖擊電流（峰值）為341.2A+20%，如圖1。

圖1

電動機(jī)電氣參數(shù)沖擊電流（Inrushcurrent）、起動電流（startcurrent）、額定電流（ratedcurrent）的定義如下圖2所示，需要說明的是沖擊電流是峰值（Peakvalue），起動電流和額定電流是有效值（RMS）。

圖2

電動機(jī)起動過程電流波形一般情況下，電動機(jī)的電氣參數(shù)信息獲取來源是電機(jī)銘牌，如圖3所示，但是電機(jī)銘牌上的電氣參數(shù)有限，只有額定電壓、額定電流，不會體現(xiàn)起動電流和沖擊電流參數(shù)，但后兩者對于元器件選型相當(dāng)重要。尤其要注意電動機(jī)的能效等級代碼IE3，IE3電動機(jī)屬于高效電機(jī)，相對于常規(guī)電機(jī)IE1/IE2，其運行電流更低更節(jié)能，但是起動時的沖擊電流和起動電流更大，所以對低壓元器件的性能有更高的要求。

圖3電動機(jī)銘牌參數(shù)

不過，電動機(jī)起動電流的參數(shù)可以通過樣本獲取，如圖4中額定功率為11kw的電動機(jī)，其額定電流為22.5A，起動電流為7.8倍額定電流，即175.5A，但沖擊電流在樣本上是查不到的。

圖4電動機(jī)樣本參數(shù)

電動機(jī)起動時的沖擊電流可以參考IEC60034-12單速三相籠型感應(yīng)電動機(jī)起動性能標(biāo)準(zhǔn)的要求計算。電動機(jī)接通電流時會有一個0.5周的不對稱瞬時峰值電流，為穩(wěn)態(tài)堵轉(zhuǎn)電流有效值的1.8~2.8倍，此電流的峰值和衰變時間與電動機(jī)設(shè)計及合閘相角呈函數(shù)關(guān)系，見圖5，所以額定功率為11kW的電動機(jī)，起動時的沖擊電流大約為316~491.5A。圖5

IEC60034-12沖擊電流描述有了上述電動機(jī)額定電流、起動電流和沖擊電流信息，我們就可以開始選擇斷路器和接觸器的參數(shù)。

二、低壓斷路器選型低壓斷路器作為電動機(jī)回路過電流保護(hù)的元起件，其重要性不言而喻，要從以下幾個方面考慮斷路器的選型：斷路器短路分?jǐn)嗄芰Α⑦^載保護(hù)特性、磁保護(hù)特性。

斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Πǎ?/p>

1、額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu，簡單的講，斷路器經(jīng)過一次短路“分?jǐn)郞”和一次短路“通斷CO”后，不需要它具備繼續(xù)運行的能力，直接更換?！胺?jǐn)郞”是指斷路器只分?jǐn)喽搪冯娏鳎巴〝郈O”是指接通短路電流后立即分?jǐn)?，前者只考核其短路分?jǐn)嗄芰?，而后者同時考核短路接通和短路分?jǐn)嗄芰?。為何要考核短路接通能?/p>

Icm呢？因為假如在斷路器合閘之前，線路上已經(jīng)存在預(yù)期短路故障，斷路器合閘時會接通短路電流，如果短路接通能力不夠，短路電流產(chǎn)生的電動力會導(dǎo)致斷路器觸頭彈跳厲害，造成觸頭粘連，嚴(yán)重時斷路器機(jī)械支撐斷裂甚至爆炸。額定短路接通能力應(yīng)不小于其額定極限短路分?jǐn)嗄芰Τ艘员?中的系數(shù)n的乘積，例如某斷路器額定極限短路分?jǐn)酁?0kA，那么其短路接通能力至少為105kA。

2、額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs，是指斷路器經(jīng)歷一次短路“分?jǐn)郞”和兩次短路“通斷CO”后，還可以繼續(xù)運行的能力。相比于前面的額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu，額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs多了一次“通斷CO”，并且還需要具備繼續(xù)運行的能力，所以Ics參數(shù)對斷路器的要求更高。一般情況下，Ics參數(shù)可以用Icu的百分比來表示，但至少為25%。說白了，某斷路器的短路極限分?jǐn)嗄芰?00kA，分?jǐn)鄡纱魏徒油ㄒ淮?00kA的短路電流之后，斷路器基本上就需要“報廢”了，不建議再繼續(xù)使用。同一臺斷路器，其斷路器運行短路分?jǐn)嗄芰?0kA（Icu的50%），分?jǐn)嗳魏徒油▋纱?0kA的短路電流之后，斷路器還可以繼續(xù)使用。斷路器選型時其短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cs或Icu）要大于設(shè)備安裝處的預(yù)期短路電流，如何計算設(shè)備處的預(yù)期短路電流呢？對于設(shè)計院工程師來說，會有詳細(xì)的短路電流計算書，但對于元器件廠家的技術(shù)人員來說，需要有基本短路電流計算的概念。我們以施耐德電氣裝置設(shè)計指南提供的簡易計算短路電流公式為例

假如某變壓器容量為1250kVA，短路阻抗電壓為4%，那么通過上面式子計算的變壓器二次側(cè)額定電流約為1804A，再用變壓器額定電流除以阻抗電壓百分比，計算得出短路電流約為45kA，所以選擇斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Υ笥?5kA即可，比如選擇短路分?jǐn)嗄芰?0kA的斷路器。

第一步選擇斷路器短路分?jǐn)嗄芰Ω愣?！再看過載保護(hù)選型。

我們一般會選擇熱繼電器作為電動機(jī)過載保護(hù)元器件，但是如果不選過載繼電器，而是用斷路器來做過載保護(hù)，我們就必須得選具備過載保護(hù)的“電動機(jī)保護(hù)型斷路器”（特別強(qiáng)調(diào)：不是D曲線空開?。ｋ妱訖C(jī)保護(hù)型斷路器的過載保護(hù)曲線與熱繼電器的保護(hù)特性完全一致！

回到文章前面，空壓機(jī)額定功率11.2kW±7%，工作電流為23.5A+20%/-10%，即21A~28A。我們選擇過載保護(hù)整定電流范圍為24~32A的GV2ME32C電動機(jī)保護(hù)斷路器，保證電動機(jī)的額定電流落在斷路器整定電流范圍之內(nèi)。按照GB50055-2011通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范的要求，熱過載繼電器或過載脫扣器的整定電流應(yīng)接近但不小于電動機(jī)的額定電流。對于11.2kW的電動機(jī)，GV2ME32C的整定電流可以調(diào)整到28A左右。

我們再看GV2ME32C的磁脫扣電流值是否能躲過該空壓機(jī)的沖擊電流，上圖中GV2ME32C的磁脫扣電流為416±20%，即333A~499A，當(dāng)沖擊電流低于333A時，斷路器的磁脫扣一定不會動作。

額定功率為11.2kW的空壓機(jī)，其沖擊電流（峰值）為341.2A+20%，即410A（峰值），需要特別強(qiáng)調(diào)這里是“峰值”，需要除以1.414之后，再和GV2ME32C斷路器的磁脫扣值下限值比較，換算成有效值之后的沖擊電流為290A，低于333A，說明斷路器的磁脫扣保護(hù)可以躲過空壓機(jī)起動瞬間的沖擊電流。三、低壓接觸器選型先說答案！對于額定功率為11.2kW、額定工作電流為28A的空壓機(jī)，32A接觸器可以滿足要求，接下來我們從電氣參數(shù)的角度分析下為什么。同樣的道理，需要考慮接觸器的接通能力、堵轉(zhuǎn)情況下的分?jǐn)嗄芰?、起動電流下的耐受能力、以及電壽命等性能?/p>

接觸器的接通能力和通斷能力在GB/T14048.4中是必須測試的項目，其主要目的是考慮到接觸器在起停電動機(jī)時，主觸頭閉合瞬間會接通電動機(jī)沖擊電流，如果接觸器的接通能力不夠，意味著觸頭抵抗沖擊電流產(chǎn)生的電動力能力不夠，容易導(dǎo)致觸頭彈跳嚴(yán)重，觸頭粘連。接通能力按接觸器額定電流的12倍考核，操作循環(huán)50次，見下表7?！巴〝唷蹦芰己说氖墙佑|器在起動電動機(jī)的過程中，如果電動機(jī)堵轉(zhuǎn)，此時熱繼電器動作，熱繼電器的常閉點斷開，切斷接觸器線圈供電，接觸器主觸頭斷開電動機(jī)主回路，此時接觸器分?jǐn)喽罗D(zhuǎn)電流。

對于常規(guī)的IE1/IE2電動機(jī)，對應(yīng)AC-3使用類別，標(biāo)準(zhǔn)中給出電流倍數(shù)是8；對于IE3/IE4高效電機(jī)，對應(yīng)AC-3e使用類別，由于起動電流比IE1/IE2高，標(biāo)準(zhǔn)給出的電流倍數(shù)是8.5。

無論是控制常規(guī)電機(jī)還是高效電動機(jī)，接觸器都需要具備在堵轉(zhuǎn)情況下分?jǐn)喽罗D(zhuǎn)電流的能力。

額定電流為32A的接觸器，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，其接通能力至少為384A（12倍In)，通斷能力至少為272A（AC-3e使用類別對應(yīng)8.5倍Ie）。

額定功率為11.2kW的空壓機(jī)，額定工作電流最大為28A，堵轉(zhuǎn)電流（大小等于起動電流）最大為185.6*1.2≈223A，沖擊電流（有效值）最大為290A。

將電動機(jī)堵轉(zhuǎn)電流和沖擊電流（有效值），分別與接觸器的通斷能力、接通能力比較，可以看出32A接觸器的能力完全可以滿足11.2kW空壓機(jī)的運行要求。

接觸器在電動機(jī)起動過程中是否可以耐受起動時間內(nèi)的起動電流？GB14048.4標(biāo)準(zhǔn)也有定義，對于32A接觸器，其熱耐受電流值至少為256A/10s，電流值高于空壓機(jī)起動電流最大值223A，所以熱耐受校驗也沒有問題。接觸器的電壽命可以樣本上的電壽命曲線查詢，由于11.2kW的空壓機(jī)額定電流最大值為28A，所以我們在曲線X軸上找到28A，作垂直線與LC1D18接觸器相交，再作水平線與Y軸相交，得到的數(shù)據(jù)就是電壽命次數(shù)，大約190萬次的電壽命。四、總結(jié)為電動機(jī)選擇斷路器和接觸器時，需要要獲得電動機(jī)的額定電流、起動電流和沖擊電流參數(shù)，因為它們和斷路器的過載保護(hù)整