1.4 接触器

接触器是一种用来接通或切断交、直流主电路和控制电路，并且能够实现远距离控制的电器。大多数情况下其控制对象是电动机，也可用于其他电力负载。如电阻炉、电焊机等。接触器不仅能自动地接通和断开电路，还具有控制容量大、欠电压释放保护、零压保护、频繁操作、工作可靠、寿命长等优点。而刀开关虽然也能接能和切断电路，但不具有欠电压释放保护，又不能远距离操作，因此接触器在电气控制系统中应用广泛。

接触器的种类很多，按照驱动力的不同可分为电磁式、气动式和液压式，以电磁式应用最为广泛；按接触器主触头通过电流的种类，可分为交流接触器和直流接触器两种；按冷却方式又分为自然空气冷却、油冷和水冷三种，以自然空气冷却的为最多；按主触头的极数，还可以分为单极、双极、三极、四极和五极等多种。

1.4.1 交流接触器

交流接触器是用于远距离接通和分断电压至380V，电流至600A的50Hz或60Hz的交流电路，以及频繁启动和控制的交流电动机。常用的交流接触器有CJ0，CJ10和CJ12等系列的产品。近年来还生产了由晶闸管组成的无触点接触器，主要用于冶金和化工行业。

1.交流接触器的结构

交流接触器的结构主要由触头系统、电磁系统、灭弧装置三大部分组成，另外还有反作用力弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧和传动机构等部分。如图1-15（a） 所示为CJ0－20型交流接触器的外形及结构图，图1-15（b）所示为接触器的电路符号，图1-15（c）所示为交流接触器的实物图。

（1）触头系统。接触器的触头用来接通和断开电路，是接触器的执行部分，因此要求它的工作必须绝对可靠。为了保证接触可靠工作和有足够长的寿命，触头必须满足以下要求：连续工作时，不应超过规定的允许温升，接触良好，耐弧耐磨，有足够的电动稳定性和热稳定性，价格便宜，便于制造和维修，使用寿命长。

交流接触器的触头一般采用双断点桥式触头，如图1-16所示。

触头是用紫铜片制成的，由于铜的表面容易氧化而生成一层不易导电的氧化铜，故在触头接触点部分镶上银块，而银的接触电阻小，且银的黑色氧化物对接触电阻影响不大。接触器的触头系统分为主触头和辅助触头。主触头用在通断电流较大的主电路中，一般由三对常开触头组成，体积较大。辅助触头用以通断小电流的控制电路，体积较小，它由常开触头和常闭触头组成。“常开”、“常闭”是指电磁系统未通电动作前触头的状态。常开触头（又叫动合触头）是指在线圈未通电时，其动、静触头是处于断开状态的；当线圈通电后就闭合。常闭触头（又叫动断触头）是指在线圈未通电时，其动、静触头是处于闭合状态的，当线圈通电后，则断开。

接触器的常闭和常开触头是连同动作的，即线圈通电时，常闭触头先断开，常开触头随即接通，中间有一个很短的时间间隔；线圈断电时，常开触头先恢复断开，随即常闭触头恢复原来的接通状态，同样中间也存在一个很短的时间间隔，在分析电路时，应注意这个时间间隔。

（2）电磁系统。电磁系统是用来操纵触头的闭合和断开的，它包括静铁心、动铁心（又叫衔铁）和吸引线圈三部分。交流接触器电磁系统的结构形式主要取决于铁心形状和衔铁运动方式，通常用两种基本形式，如图1-17所示。

图1-17（a）所示是衔铁绕轴转动的拍合式（CJ12B交流接触器），图1-17（b）所示是衔铁作直线运动的螺管式（如CJ0、CJ10系列交流接触器）。

交流接触器的铁心一般用硅钢片叠压后铆成，以减少交变磁场在铁心中产生的涡流与磁滞损耗，防止铁心过热。交流接触器线圈的电阻较小，所以铜损引起的发热较小。为了增加铁心的散热面积，线圈一般做成短而粗的圆筒状。E形铁心的中柱较短，铁心闭合时上下中柱间形成很小的空隙，以减少剩磁，防止线圈断电后铁心粘连。

交流接触器的铁心上有一个短路铜环，称为短路环，如图1-18所示。短路环的作用是减少交流接触器吸合时产生的震动和噪声。当线圈中通以交流电流时，铁心中产生的磁通也是交变的，对衔铁的吸力也是变化的。当磁通经过最大值时，铁心对衔铁的吸力最大；当磁通经过零值时，铁心对衔铁的吸力也为零，衔铁受复位弹簧的反作用力有释放的趋势，这时衔铁不能被铁心吸牢，造成铁心震动，发出噪声，使人感到疲劳，并使衔铁与铁心磨损，造成触头接触不良，产生电弧灼伤触头。为了消除这种现象，在铁心上装有短路铜环。

当线圈通电后，产生线圈电流的同时，在短路环中产生感应电流，两者由于相位不同，各自产生的磁通的相位也不同，在线圈电流产生的磁通为零时，感应电流产生的磁通不为零而产生吸力，吸住衔铁，使衔铁始终被铁心吸牢，这样会使震动和噪声显著减小。气隙越小，短路环的作用越大，震动和噪声也越小。

（3）灭弧装置。交流接触器在断开大电流电路时，往往会在动、静触头之间产生很强的电弧。电弧是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象，它一方面发光发热造成触头灼伤，另一方面会使电路的切断时间延长，影响接触器的正常工作。因此对容量较大的交流接触器（一般在20A以上的）往往采用灭弧栅来灭弧，其原理图如图1-19所示。

灭弧栅由镀铜的薄板片组成，安装在石棉水泥制成的灭弧罩内或陶土耐弧塑料等绝缘材料上，各片之间是相互绝缘的。

当动触头与静触头分开时，在电弧的周围产生磁场。由于薄铁片的磁阻比空气小得多，因此电弧上部的磁通容易通过电弧栅而形成闭合磁路，在电弧上部的磁通非常稀疏，而电弧下部的磁通却非常稠密，这种上稀下密的磁通产生向上的运动力，把电弧拉到灭弧栅片当中去，栅片将电弧分割成很多短弧，每个栅片就成为短电弧的电极，栅片间的电弧电压低于燃弧电压，同时栅片将电弧的热量散发，促使电弧熄灭。

对于容量较小的（10A以下）交流接触器，一般采用双断口触头灭弧和电动力灭弧方法。这种方法是利用双断点桥式触头分断后将电弧分割成两段，同时利用两段电弧相互间的电动力使电弧向外侧拉长，在拉长过程中电弧受到空气迅速冷却而很快熄灭。

（4）其他部分。交流接触器的其他部分有反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构和接线柱等。反作用弹簧的作用是当吸引线圈断电时，迅速使主触头和常开辅助触头复位分断；缓冲弹簧的作用是缓冲动、静铁心吸合时对静铁心及外壳的冲击力；触头压力弹簧的作用是增加动、静触间之间的压力，增大接触面以降低接触电阻，避免触头由于接触不良而造成的过热灼伤，并有减振作用。

2.交流接触器的工作原理

如图1-20所示为交流接触器的工作原理图。当接触器电磁系统中的线圈6、7间通电后，铁心8被磁化，产生足够的电磁吸力，克服反作用弹簧10的弹力，将衔铁9吸合，使常闭辅助触头（4和5处）首先断开，常开主触头1、2和3闭合，接通主电路，接着常开辅助触头（4和5处）闭合。当线圈断电或外加电压太低时，在反作用弹簧10的作用下，衔铁释放，常开主触头断开，切断主电路；常开辅助触头首先断开，接着常闭辅助触头恢复闭合。图中11～17和21～27为各触头的接线柱。

交流接触器的型号意义如下：

1.4.2 直流接触器

直流接触器主要用于远距离接通或分断额定电压至440V，额定电流至600A的直流电路，或频繁地操作和控制直流电动机的一种控制电器。常用的有CZ0系列，另外还有CZ1、CZ2、CZ3、CZ5～11等系列产品，广泛应用于冶金、机械和机床的电气控制设备中。如图1-21所示为直流接触器实物图。

1.直流接触器的结构

直流接触器的结构和工作原理与交流接触器的基本相同，但直流接触器用于控制直流设备，所以具体结构与交流接触器也有些不同。

直流接触器是由触头系统、电磁系统和灭弧装置三大部分组成。如图1-22所示为直流接触器的结构原理图。

（1）触头系统。直流接触器有主触头和辅助触头。主触头由于通断电流较大，故采用滚动接触的指形触头。辅助触头的通断电流较小，故采用点接触的双断点桥式触头。

（2）电磁系统。直流接触器的电磁系统由铁心、线圈和衔铁等组成。由于线圈中通的是直流电，在铁心中不会产生涡流，所以铁心可用整块铸铁或铸铜制成，并且不需要短路环。由于铁心没有涡流故不发热，但线圈的匝数较多，电阻大，铜损大，所以线圈本身发热是主要的。为了使线圈散热良好，通常将线圈做成长而薄的圆筒状。

（3）灭弧装置。直流接触器的主触头在断开较大直流电流电路时，会产生强烈的电弧，容易烧坏触头而不能连续工作。为了迅速使电弧熄灭，直流接触器一般采用磁吹式灭弧装置，其结构如图1-23所示。

磁吹式灭弧装置主要是由磁吹线圈、灭弧罩和灭弧角等组成。磁吹线圈由扁铜条弯成，中间装有铁心，它们之间有绝缘套筒相隔。铁心的两端装有两片铁夹板，夹持在灭弧罩的两边。动触头和静触头位于灭弧罩内，处在两块铁夹板之间。灭弧罩是由石棉水泥板或陶土制成的。

图1-23所示的工作状态是直流接触器的动、静触头已分断并形成了电弧的状态。因为磁吹线圈、主触头和电弧形成了串联电路，所以流过触头的电流就是磁吹线圈的电流，当电流的方向如图1-23箭头所示时，电弧电流在它的四周形成一个磁场，根据右手螺旋定则可以判定，电弧上方的磁场方向离开纸面指向读者，用“⊙”表示，电弧下方的磁场方向是进入纸面即背离读者的，用“⊗”表示；在电弧周围还有一个由磁吹线圈中的电流所产生的磁场，它在铁心中产生磁通，再从一块铁夹板穿过夹板间的空隙进入另一块铁夹板，形成闭合磁路。根据右手螺旋定则可以判定这个磁场的方向是进入纸面的，用“ⓧ”表示。由此可见，在电弧的上方，磁吹线圈电流和电弧电流所产生的磁通方向是相反的，两者相互削弱，而在电弧下方两磁通方向相同，磁场增强，所以电弧将从强磁场的一边被拉向弱磁场的一边，迫使电弧向上方运动，由于灭弧角和静触头相连接，静触头上的电弧便逐渐转移到灭弧角上，引导电弧向上运动，使电弧迅速拉长。当电源电压不足以维持电弧继续燃烧时，电弧便自行熄灭。由此可见，磁吹灭弧装置的灭弧是依靠磁吹力的作用，使电弧拉长，在空气中很快冷却，从而使电弧迅速熄灭。

直流接触器由于通的是直流电，没有冲击启动电流，所以不会产生铁心猛烈撞击的现象，因此它的寿命长，适用于频繁启动的场合。

2.直流接触器的型号意义

1.4.3 接触器的技术数据及选用

常用的CJ0和CJ10系列交流接触器的技术数据见表1-8所示。

表1-8 CJ0和CJ10系列交流接触器技术数据

常用CZ0系列直流接触器技术数据见表1-9所示。

表1-9 CZ0系列直流接触器技术数据

为了保证接触器的正常工作，必须根据以下原则正确选择，使接触器的技术数据满足被控制电路的要求。

1.接触器的类型

接触器的类型应根据电路中所控制的电动机及负载电流类型来选择，即交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器。如果控制系统中主要是交流电动机，而直流电动机或直流负载的容量比较小时，也可全都选用交流接触器进行控制，但触头的额定电流应选得大一些。

2.接触器主触头的额定电压和额定电流

CZ0系列直流接触器技术数据见表1-9。

被选用接触器主触头的额定电压应大于或等于负载的额定电压。主触头的额定电流不小于负载电路的额定电流，也可根据所控制的电动机的最大功率参照表1-8进行选择。

3.接触器吸引线圈电压的选择

接触器吸引线圈的电压一般直接选用一相对地电压220V或直接选用380V。如果控制线路比较复杂，使用的电器又比较多，为安全起见，线圈额定电压可选低一些，但需要加一个控制变压器。

例1.2 某电动机型号为JO2－31－6，额定功率1.5kW，额定电压380V，额定电流3.92A，试选择接触器型号。

解：由于接触器用来控制交流电动机，所以首先确定类型是交流接触器。

根据接触器所控制电动机的额定功率为1.5kW，由表1-8可知，CJ0－10可控电动机最大功率为4kW，其额定电流为10A，大于电动机的额定电流，所以根据接触器的类型、额定电压和额定电流，应选用CJ0－10型交流接触器。

1.4.4 接触器的常见故障及排除

交流接触器的触头及电磁系统的故障与维修在本章第1.6节中详细分析，在此我们分析其他方面的故障。

1.接触器通电后不能吸合

交流接触器是利用电磁吸力及弹簧反作用力配合动作使触头闭合与断开的。通电后不能吸合的原因是多方面的，当发生故障时，应首先测试电磁线圈两端是否有额定电压。若无电压，说明故障发生在控制回路，应根据具体电路检查处理，若有电压且低于线圈额定电压，致使电磁线圈通电后产生的电磁力不足以克服弹簧的反作用力，则可更换线圈。若有额定电压，则应检查线圈是否断线，螺丝是否松脱。另外，机械机构及动触头发生卡阻，都可造成接触器通电后不能吸合。

2.接触器吸合不正常

接触器吸合不正常是指接触器吸合过于缓慢、触头不能完全闭合、铁心吸合不紧等现象。产生该类故障的原因通常有电源电压过低、触头弹簧压力不合适、动静铁心间隙过大、机械卡阻以及转轴生锈、歪斜等。当接触器吸合不正常时，应查明原因，排除故障。如果弹簧压力不合适时，应调整弹簧压力，必要时进行更换；如果动、静铁心间隙过大，应重新装配；如果轴部有问题，应清洗轴端及支承杆，必要时应调换部件。

3.触头断相

发生触头断相时，电动机仍能转动，但启动很慢，同时发出嗡嗡声，此时应立即停车，否则将烧毁电动机。产生触头断相的原因是由于某相触头接触不良或连接螺钉松脱。排除的方法是检查触头的连接处，应保证可靠连接，螺钉必须拧紧，不得松动。

4.相间短路

由于接触器的正反转联锁控制失灵，或因误动作，致使两台接触器同时投入运行而造成相间短路，或因接触器动作过快，转换时间太短，在转换过程中发生电弧短路。为了避免发生相间短路，应定期检查接触器各部件的工作情况，要求可动部件不卡阻，接线处无松脱，零部件如有损坏应及时修换，灭弧罩应完好，如有破碎，要及时更换。