电机与接触器小结

电机，在设备领域无处不在。

电机类型、软启动方式，选型步骤，损坏原因方式处理方法，优劣电机区别在哪…这一个个问题都是电机幸福指数的重要反映。下面大家就来一起看看。

各类电机区别

交流，直流电机的区别

顾名思义，直流电机使用直流电做为电源。而交流电机是使用交流电做为电源。

从结构上说，直流电机的原理相对简单，但结构复杂，不便于维护。而交流电机原理复杂但结构相对简单，而且比直流电机便于维护。

在价格上面，功率相同的直流电机高于交流电机，包括控制速度的调速装置也是直流调速装置高于交流调速装置的价格，当然结构和维护也有很大的差异。

在性能方面，因为直流电机的速度稳定，转速控制精准，是交流电机无法打到的，所以在转速的严格要求下不得不采用直流电机替代交流电机。

交流电机调速相对复杂，但由于化工厂使用交流电源而应用广泛。

同步、异步两类电机区别

转子的旋转速度与定子是一样的，那就叫同步电动机，如果不一致，就叫异步电动机。

为什么会同步，为什么会不同步呢

同步电机和异步电机的定子绕组是相同的，主要区别在于转子的结构。同步电机的转子上有直流励磁绕组，所以需要外加励磁电源，通过滑环引入电流;而异步电机的转子是短路的绕组，靠电磁感应产生电流。相比之下，同步电机较复杂，造价高。

同步和异步电机均属交流动力电机，是靠50Hz交流电网供电而转动。异步电机是定子送入交流电，产生旋转磁场，而转子受感应而产生磁场，这样两磁场作用，使得转子跟着定子的旋转磁场而转动。其中转子比定子旋转磁场慢，有个转差，不同步所以称为异步机。而同步电机定子与异步电机相同，但其转子是人为加入直流电形成不变磁场，这样转子就跟着定子旋转磁场一起转而同步，始称同步电机。

简单的说就是：异步电机的转子上没加直流励磁电流，同步电机的转子上加了一个直流励磁电流使转子的转速与定子与转子切割产生的磁场转速一致。

同步发电机转子为什么要通入直流励磁电流而不通入交流励磁电流?

按工频50HZ考虑，转子通入直流励磁电流，可在定子绕组中感应出50HZ电势。

转子通入交流励磁电流后，可分解为正向与反向两个旋转磁场，正向旋转磁场旋转速度与转子旋转速度迭加，在定子绕组中感应出100HZ电势;反向旋转磁场旋转速度与转子旋转速度抵消，与定子绕组相对静止，不产生电势，但定子磁通中出现直流分量，可能饱和。

永磁同步电机

永磁同步电机内部构造

永磁同步电动机（PMSM）以 永磁体提供励磁（励磁：电机工作所依靠的磁场），无电刷，不需要励磁电流，提高电机的效率和功率密度！

永磁同步电动机一般由：定子，转子，端盖等部件组成。如下图：

定子绕组，围绕着 定子铁芯进行环绕，通过控制定子绕组的输入电流的频率，可以控制磁场旋转频率，进而控制转速。如下图：

转子上面放有永磁体，根据永磁体的摆放位置不同，分为凸出式永磁转子，内埋式永磁转子。如下图：

永磁同步电机工作原理

永磁同步电机工作方式分为两种：一种是 通过 变频调速器控制电机达到同步，一种是通过异步起动方式来达到同步。

永磁同步电动机不能直接通三相交流的起动，因转子惯量大，磁场旋转太快，静止的转子根本无法跟随磁场启动旋转。

变频调速器方式
永磁同步电动机的电源采用变频调速器提供，启动时变频器输出频率从0开始连续上升到工作频率，电机转速则跟随变频器输出频率同步上升，改变变频器输出频率即可改变电机转速，是一种很好的变频调速电动机。

异步起动方式
永磁同步电动机的启动和运行是由定子绕组、转子鼠笼绕组和永磁体这三者产生的磁场的相互作用而形成。

在不需要调速的场合直接用三相交流电供电的方法是在永磁转子上加装笼型绕组。

• 静止时，给定子绕组通入三相交流电，产生定子旋转磁场；定子旋转磁场 相当于 转子旋转，在笼型绕组内产生感应电流，形成转子旋转磁场。这两个磁场相互作用，产生转矩，使转子由静止开始转动
  在刚开始转动的时候，转子旋转磁场的转速与定子旋转磁场的转速不等，这样会产生交变转矩。
• 当转子旋转磁场几乎与定子旋转磁场同步时，转子绕组不产生感应电流，转子上只有永磁体产生磁场，产生驱动转矩！
  所以，转子绕组来实现一个启动，启动完成后，转子绕组不再起作用，由永磁体和定子绕组的磁场相互作用，产生力矩。

普通、变频两类电机区别

首先，普通电机不能当变频电机使用。

普通电动机是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频器调速的要求，因此不能多做变频电机使用。

变频器对电机的影响主要在电动机的效率和温升

变频器在运行中能产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行，里面的高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗增加，最为显著的是转子铜耗，这些损耗会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，普通电动机温升一般要增加10%－20%。

电动机的绝缘强度问题

变频器载波频率从几千到十几千赫，使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严重的考验。

电动机绝缘等级分A、E、B、F、H级，电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级。

电动机的绝缘材料主要是由云母、石棉、玻璃丝经有机胶胶合或浸渍而成的。电动机的绝缘等级与使用的绝缘材料密切相关，绝缘材料越好，绝缘等级越高。

据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最高温度，按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和C。它们的允许工作温度分别为：90、105、120、130、155、180和180℃以上。

例如B级绝缘说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130℃。使用者在发电机工作时应该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作。

谐波电磁噪声与震动

普通电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次谐波与电动机电磁部分固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力，从而加大噪声。由于电动机的工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各结构件的固有振动频率。

低转速时的冷却问题

当电源频率较低时，电源中的高次谐波所引起的损耗较大；其次变通电机转速降低时，冷却风量与转速的三次方成正比减小，致使电机热量散发不出去，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。

如何区分普通电机和变频电机

普通电机和变频电机结构上的区别

（1）绝缘等级要求更高
一般变频电机的绝缘等级为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

（2）变频电机的振动、噪声要求更高
变频电机要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。

（3）变频电机冷却方式不同
变频电机一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

（4）保护措施要求不同
对容量超过160KW变频电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。

（5）散热系统不同
变频电机散热风扇采用独立电源供电，保证持续的散热能力。

电机的选型步骤

选型参数比对

电机选型需要的基本内容有：所驱动的负载类型、额定功率、额定电压、额定转速、其他条件。

负载类型

• 直流电机
• 异步电机
• 同步电动机

负载平稳，对起、制动无特殊要求的连续运行的生产机械，宜优先选用普通鼠笼型异步电动机，其广泛用于机械、水泵、风机等。

起动、制动比较频繁，要求有较大的起动、制动转矩的生产机械，如桥式起重机、矿井提升机、空气压缩机、不可逆轧钢机等，应采用绕线式异步电动机。

无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电动机，例如中、大容量的水泵，空气压缩机、提升机、磨机等。

调速范围要求在1∶3以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采用他励直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机或同步电机，例如大型精密机床、龙门刨床、轧钢机、提升机等。

要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机，例如电车、电机车、重型起重机等。

一般来说，提供了驱动的负载类型、电机的额定功率、额定电压、额定转速便可以将电机大致确定下来。但如果要最优化地满足负载要求，这些基本参数就远远不够了。还需要提供的参数包括：频率，工作制，过载要求，绝缘等级，防护等级，转动惯量，负载阻力矩曲线，安装方式，环境温度，海拔高度，户外要求等，根据具体情况提供。

同步机和异步机怎么选

①同步电机大多用在大型发电机的场合。而异步电机则几乎全用在电动机场合。同步电机可以通过励磁灵活调节输入侧的电压和电流相位，即功率因数;异步电机的功率因数不可调，一般在0.75-0.85之间，因此在一些大的工厂，异步电机应用较多时，可附加一台同步电机做调相机用，用来调节工厂与电网接口处的功率因数。但是，由于同步电机造价高，维护工作量大，现在一般都采用电容补偿功率因数。

②同步电机效率较异步电机稍高，在2000KW以上的电动机选型时，一般要考虑是否选用同步电机。但是，同步机因为有励磁绕组和滑环，需要操作工人有较高的水平来控制励磁，另外，比起异步电机的免维护来，维护工作量较大;所以，现在2500KW以下的电动机，现在大多选择异步电机。在功率较小时，效率的差别已经变得微不足道了。

③异步电机简单，成本低，易于安装、使用和维护，所以受到广泛使用。缺点是效率低，功率因数低对电网不利。而同步电机效率高是容性负载，可改善电网功率因数。

④同步机需要励磁电压、电流调节，异步机则不需;同步机可以给系统补偿无功，异步机需要专门设备增加功率补偿。

⑤同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。一般的应用场合做为设备驱动选择异步电动机就可以了。

电机故障处理经验总结

电动机运行或故障时，可通过看、听、闻、摸四种方法来及时预防和排除故障，保证电动机的安全运行。

一、看

观察电动机运行过程中有无异常，其主要表现为以下几种情况。

1.定子绕组短路时，可能会看到电动机冒烟。
2.电动机严重过载或缺相运行时，转速会变慢且有较沉重的"嗡嗡"声。
3.电动机维修网正常运行，但突然停止时，会看到接线松脱处冒火花;保险丝熔断或某部件被卡住等现象。
4.若电动机剧烈振动，则可能是传动装置被卡住或电动机固定不良、底脚螺栓松动等。
5.若电动机内接触点和连接处有变色、烧痕和烟迹等，则说明可能有局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁等。

二、听
电动机正常运行时应发出均匀且较轻的"嗡嗡"声，无杂音和特别的声音。若发出噪声太大，包括电磁噪声、轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等，均可能是故障先兆或故障现象。

1. 对于电磁噪声，如果电动机发出忽高忽低且沉重的声音，则原因可能有以下几种:
   (1)定子与转子间气隙不均匀，此时声音忽高忽低且高低音间隔时间不变，这是轴承磨损从而使定子与转子不同心所致。
   (2)三相电流不平衡。这是三相绕组存在误接地、短路或接触不良等原因，若声音很沉闷则说明电动机严重过载或缺相运行。
   (3)铁芯松动。电动机在运行中因振动而使铁芯固定螺栓松动造成铁芯硅钢片松动，发出噪声。

2.对于轴承杂音，应在电动机运行中经常监听。监听方法是：将螺丝刀一端顶住轴承安装部位，另一端贴近耳朵，便可听到轴承运转声。若轴承运转正常，其声音为连续而细小的"沙沙"声，不会有忽高忽低的变化及金属摩擦声。

若出现以下几种声音则为不正常现象:

(1)轴承运转时有"吱吱"声，这是金属摩擦声，一般为轴承缺油所致，应拆开轴承加注适量润滑脂。
(2)若出现"唧哩"声，这是滚珠转动时发出的声音，一般为润滑脂干涸或缺油引起，可加注适量油脂。
(3)若出现"喀喀"声或"嘎吱"声，则为轴承内滚珠不规则运动而产生的声音，这是轴承内滚珠损坏或电动机长期不用，润滑脂干涸所致。

3.若传动机构和被传动机构发出连续而非忽高忽低的声音，可分以下几种情况处理。

(1)周期性"啪啪"声，为皮带接头不平滑引起。
(2)周期性"咚咚"声，为联轴器或皮带轮与轴间松动以及键或键槽磨损引起。
(3)不均匀的碰撞声，为风叶碰撞风扇罩引起。

三、闻

通过闻电动机的气味也能判断及预防故障。打开接线盒用鼻子嗅。看是否有焦糊味，若发现有特殊的油漆味，说明电动机内部温度过高;若发现有很重的糊味或焦臭味，则可能是绝缘层维修网被击穿或绕组已烧毁。如果没有味道，还需要用兆欧表测其绕组与外壳之间的绝缘阻值低于0.5兆，得进行烘干处理。阻值为零，说明已经损坏。

四、摸

摸电动机一些部位的温度也可判断故障原因。为确保安全，用手摸时应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分，若发现温度异常，其原因可能有以下几种。

1.通风不良。如风扇脱落、通风道堵塞等。
2.过载。致使电流过大而使定子绕组过热。
3.定子绕组匝间短路或三相电流不平衡。
4.频繁启动或制动。
5.若轴承周围温度过高，则可能是轴承损坏或缺油所致。

异步电机各类扭矩参数详解

异步电机具有：额定转矩、起动转矩、堵转转矩、最大转矩、电磁转矩、负载转矩等等相关参数，这些参数都是什么意思呢？

电磁转矩与负载转矩

先说说电磁转矩和负载转矩

电动机通常作为驱动的动力机械，去拖动一个机械负载，在这个拖动系统中，电动机是主动的，是机械能的输出者，而负载通常是被动的，是机械能的接受者。既然有机械能的传递，作为主动方的电动机必然要输出转矩，再一旋转，转矩乘以转速就是机械功率。那么电动机的转矩是哪儿来的呢？

我们知道电动机是一个机电能量转换装置，它输出的转矩就是由输入的电流在磁场中受电磁作用力转化来的，因此称之为电磁转矩。电源电压一定时，异步电动机的电磁转矩在不同转速下大小也不一样，电磁转矩随着转速（转差率）的变化曲线就是传说中的T─S曲线，如图所示。

这条曲线是电动机的固有特性曲线，它只取决于电动机本身的结构和电源。再说负载，一个机械装置被动力机械拖动必然要“费些力气”，也就是说，要想拖动它，必须要给它输入一个转矩它才能转起来，转起来以后它就会有一个阻力矩，这个阻力矩就是负载转矩，根据负载性质的不同，负载转矩随转速的变化也不一样，有些负载无论转速如何，阻力矩都一样大，我们称之为恒转矩负载，卷扬机、电梯类的负载就属于此类恒转矩负载；有些负载随着转速的变化阻力矩也在变化，我们称之为变转矩负载，风机、水泵等负载就属于此类，随着转矩的变化转矩会成平方地增加。

作为一个拖动系统达到稳态运行时，电动机的输出转矩就和负载转矩相等，这样就可以以一个稳定的转速运行。当电动机输出的电磁转矩大于负载转矩时，系统就会加速，反之就会减速。在系统起动时必须要保证电动机的输出转矩大于负载转矩，系统才能起动运行。系统达到额定转速时，电动机输出的就是额定转矩。

起动转矩与堵转转矩

再说起动转矩和堵转转矩

先看 GB/T 2900.25-2008 电工术语 旋转电机中有关 堵转转矩和起动转矩的定义：

411-48-06 堵转转矩 locked-rotortorque
电动机在额定电压、额定频率和转子在其所有角位堵住时所产生的转矩的最小测得值。

411-48-07 起动（过程）转矩 startingtorque
在额定电压和额定频率下，转速由零到负载转速的起动期间电动机产生的电磁转矩减去风摩转矩所得值。

从纯概念角度分析，由以上两术语的定义可见，堵转转矩和起动（过程）转矩是两个不同的概念，它们之间的关系如下：

① 限定的条件不同。堵转转矩限定的条件是“额定电压、额定频率、转子堵住”这样一个特定的状态，它与时间无关，只与施加的电压、频率和转子是否堵住及转子在什么位置（什么角度）堵住有关；而起动（过程）转矩限定的条件是 “在额定电压和额定频率下，转速由零到负载转速的起动期间”这样一个特定的过程，既然是一个过程，那就必然要经历一定的时间，因此它除了强调电压、频率等状态量的同时更强调了转速从0到负载转速的起动过程。

② 结果不同。堵转转矩的结果是“…最小测得值”，它是一个确定的数值；而起动（过程）转矩的结果是“在…期间…所得值”，它不是“一个”数值，而是许多数值，甚至是无限多个数值，它是伴随着整个起动过程，随时间（或转速）而变化的一组（无穷多个）数值的集合。因此说堵转转矩时只说一个数值即可；说起动转矩时必须给一条随时间（或转速）变化的曲线。

③ 尽管堵转转矩和起动转矩是两个不同的概念，但二者又有一定关系的，从两个概念定义同样可以看出，在转速从0到负载转速的起动过程中，对应转速为0的时刻（刚起动瞬间），其限定条件（电压、频率、转速）与堵转转矩定义的限定条件是一样的，因此此时电机的电磁转矩也是一样的，只不过堵转转矩说的是此时“转矩的最小测得值”，而起动转矩说得是“电动机产生的电磁转矩减去风摩转矩所得值”，那么这两个值又是一个什么关系呢？

严格讲，在额定电压、额定频率、转子堵转的条件下，电机的电磁转矩不是一个恒定值，受谐波、齿槽、转子对称型（转子不同位置磁阻不相同）等因素的影响，电磁转矩会有一个小的波动，特别是对单相异步电机，如果设计得起动瞬间不是圆形旋转磁场，这个转矩波动会更大，为了评估传动系统能否可靠起动，因此国家标准规定了在上述条件下测得的电磁转矩最小值作为堵转转矩值，以便判断这个堵转转矩是否大于起动时的负载转矩，系统能否可靠起动，这是出于科学的严谨性而定义的。

对一个设计合理的异步电机来讲，谐波、齿槽、转子对称型这些因素常可忽略，堵转时电磁转矩波动是极其微小的，因此可以认为是一个恒定的值。而起动转矩说的是“电动机产生的电磁转矩减去风摩转矩所得值”，由于风摩转矩很小，常可忽略，因此对应转速为0的起动转矩就等于堵转转矩了。

综上所述，严格讲转速为0时的起动转矩近似等于堵转转矩，但工程实际中常常不说“转速为0时”这个限定词，而直接说起动转矩就是堵转转矩。

演变过程

异步电机转速与扭矩关系

可以参考如下这篇文章，总结的很好，电机控制基础 — (2)

单相/三相交流电机

单相交流电机

一个单相电机里一共有两个线圈，主线圈和副线圈。当单相正弦电流通过主线圈时，主线圈就会产生一个交变脉动磁场，这个磁场的强弱随时间作正弦电流变化而变化，但在它的方向一直是1-3这个方向。

如果没有其他线圈提供的力，那么电机转90°以后就不转了。如果想要让他旋转，还须给它加一个与主线圈方向垂直的力，由启动线圈提供，也就是副线圈。

要想让副线圈提供与主线圈方向垂直的力，那就必须要给副线圈通入另外一相电流。如果通入的是同一相电流，那么它们产生力的方向也一样。但是只有单相电，那怎么办呢？

这时候就要采用电容移相了。简单的来说，就是把电容串联在所需要移相的电路里，从而让电流相位改变。单相交流电移相以后，那么它的波形图就变成下图这样了。

最后把它综合起来，电机接线图就成下图这样。首先正弦交流电从A点进来，一部分给主线圈供电，另外一部分通过电容移相。由于两相电他们的相位一前一后，那么线圈产生的磁场力也会一前一后。这样，就可以达到主线圈推一下，然后副线圈推一下，最后旋转起来。

如果想要电机反转，那只需要把上图接A点的电源线换到B点即可，接C点的电源线不动。

因为没换之前主线圈用的是相位为零的正弦交流电、副线圈用的是移相以后的正弦交流电。电源线换到B点以后，那么副线圈用的是相位为零的正弦交流电，而主线圈用的是移相以后的正弦交流电。两个线圈的电流相位改变，那么它们所产生磁场力方向也改变、旋转也将改变。

单/双电容单相电机差别

一般大电机用两个电容，启动电容耐压低这样可降低成本。

启动起来后大电容就退出工作，这样不会因为耐压低而烧毁，用耐压高的容量又大的一个大电容会加大成本，运行电容耐压高但容量小难以启动，小电机不需要很大的电容，所以只用一个这样做电路简单。

无论是哪种电容，在电机起动之初都具有起动作用。

但当电机达到额定转速的75%左右时，起动电容才由离心开关自动断开，而运行电容则陪电机继续工作。

电机起动的过程，其实就是“列相”的过程。

因为单相电机与三相电机不一样，没有相位差，产生不了旋转磁场。

电容的作用，就是使电机的起动绕组电流在时间和空间上，超前于运行绕组90个电工角度，形成相位差。

其中，运行电容还起着平衡主副绕组之间电流的作用。

起动电容因是瞬间短时的工作，耐压要求在250V以上就行，而运行电容要长时间一直工作，要求耐压在400V以上。

单相电机电容属于增加电机的功率以及补偿电机的功率的增压电容。

启动电容器是CD60的，运转电容器是CBB60的，都是耐压为450V的，形状没有关系。

单相电机如何配电容

单相电机工作电容的计算公式：GC=1950I/Ucos∮（uF）

注：如果取单相电为220Vrms，

则：
GC=1950I/Ucos∮=1950P/(U^2)cos∮=1950P/(220220)0.75≈0.03P(uF)，其中P为电机功率。

算出单相电机工作电容后，起动电容按工作电容的1-4倍（启动电容越大则启动电流越大(对外面电网干扰也越大)、启动扭矩增大，启动越快。

反之，如果启动电容越小则启动电流越小（对外面电网干扰也越小）、启动扭矩越小，启动越慢。

耐压必须大于交流输入电压最大峰值（220Vrms*1.414≈311），可取400V耐压或更高的耐压。可选用电机专业的电容CBB60电容，如60W电风扇使用的启动电容CBB60 1.5uF 400V。

对于电风扇，考虑到对电网的干扰，且用户对风扇启动速度要求不高，所以一般取的启动电容就比较小（当然，其他参数相同情况下，电容值小点成本也低点），例如有些60W的风扇的启动电容只有1.5uF400V，这与计算的GC≈P*0.03=1.8uF很接近，但是电容是随着使用时间久了会有损耗变小，所以有些电风扇用的时间久了、电容损耗变小了，风扇启动时就启动不了了，换个容量大点的电容就OK啦。

但是不能太大，因为风扇的这个电容不仅是在启动时接入的启动电容、启动后也是一直接入工作的运行电容，如果过大则会导致绕组电流过大烧坏电机。

（所以以前有些老式电风扇用久了，启动的时候就能听到响可就是电机转不起来，如果你用手去拨动下风扇叶片（相当危险！！！）就能启动了，如果长时间这样有响又没启动则电机很可能会烧坏。）

单相交流电机启动方式

用单相电容式电机说明：单相电机有两个绕组，即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在起动绕组上串联了一个容 量较大的电容器，当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时，由于电容器作用使起动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，电机转子中产生感应电流，电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。

第一种，分相起动式，如图1所示，系由辅助起动绕组来辅助启动，其起动转矩不大。运转速率大致保持定值。主要应用于电风扇， 空调风扇电动机，洗衣机等电机。

第二种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至80%时离心开关便会自动跳 开，起动电容完成任务，并被断开。起动绕组不参与运行工作，而电动机以运行绕组线圈继续动作，如图2。

第三种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至80%时离心开关便会自动跳 开，起动电容完成任务，并被断开。而运行电容串接到起动绕组参与运行工作。这种接法一般用在空气压缩机，切割机，木工机床 等负载大而不稳定的地方。如图3。

带有离心开关的电机，如果电机不能在很短时间内启动成功，那么绕组线圈将会很快烧毁。

电容值： 双值电容电机，起动电容容量大，运行电容容量小，耐压一般大于400V

单向交流电机正反转控制

正反转控制

上图是带正反转开关的接线图，通常这种电机的起动绕组与运行绕组的电阻值是一样的，就是说电机的起动绕组与运行绕组是线径 与线圈数完全一致的。一般洗衣机用得到这种电机。这种正反转控制方法简单，不用复杂的转换开关。
如果启动线圈和动力线圈差异较大的话，单相双电容交流异步电机则用下面这一种界限方式实现正反转。

单向交流电机调速方案

单相电机的调速，分为串电抗器调速，电动机绕组内部抽头调速，变频器调速，变极调速等几种方式。

变极调速

在单相电机中，有倍极调速和非倍极调速之分。倍极调速电机一般定子上只有一套绕组，用改变绕组端部联接方法获得不同的极对数以达到调整旋转磁场的转速。在极数比较大的变极调速中，定子槽中安放两套不同极数的独立绕组，实际上相当于两台不同极数的单速电机的组合，其原理和性能与一般单相异步电机一样

串电抗器调速

将电抗器与电动机定子绕组串联，利用电抗器上产生的压降使加到电机定子绕组上的电压低于电源电压，从而达到降低电动机转速的目的。此种调速方法，只能是由电机的额定转速往低调。多用在吊扇及台扇上。

电动机绕组内部抽头调速

通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法，从而达到改变电动机内部气隙磁场的大小，达到调节电动机转速的目的。有L型和T型两种接法。

T型抽头接法

交流晶闸管调速（降压调速）

变频调速

直流电动机具有起动制动性能好、调速范围大等优点，因此长期以来，在需要调速的驱动系统中一直占据主导地位。但是直流电动机使用机械换向器，这些换向器在容量、最大电压、最大速度等方面都是有限的，并且在维护和修理方面很复杂。

20世纪70年代以来，随着交流电机理论、电力电子技术、微处理器全数字控制等关键技术的发展，交流电机技术逐渐成熟。目前，变频调速技术的应用已扩展到工业生产领域几乎所有常用的交流异步电机调速控制，并广泛应用于空气调节、洗衣机、冰箱等家用电器中

异步电动机是电力、化工等生产企业最主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，大部分只能通过挡板或阀门的开度来调节，而电动机消耗的能量变化不大，从而造成很大的能量损耗。近年来，随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成为各企业节能降耗、提高效率的重要手段。

变频调速原理

n＝60 f（1－s）/p （1）

式中　n———异步电动机的转速；
f———异步电动机的频率；
s———电动机转差率；
p———电动机极对数。

由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。

变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

变频器的定义和分类

1、定义：
变频器是一种可以利用中国电力发展半导体器件的通断作用，将工频交流电换成频率、电压进行连续可调的交流电的电能质量控制工作装置。

变频器是将工频电源转换成任意频率、任意电压交流电源的一种电气设备，变频器的使用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行。变频器的组成主要包括控制电路和主电路两个部分，其中主电路还包括整流器和逆变器等部件。

变频器的诞生源于交流电机对无级调速的需求，随着晶闸管、静电感应晶体管、耐高压绝缘栅双极型晶闸管等部件的出现，电气技术有了日新月异的变化，变频器调速技术也随之发展，特别脉宽调制变压变频调速技术更是让变频器登上了新的台阶。

变频器的工频电源一般是50Hz或60Hz，无论是在家用领域或生产领域，工频电源的频率和电压都是恒定不变的。以工频电源工作的电机在调速时可能会造成功率的下降，而通过变频器的调整，电机在调速时就可以减少功率损失。

2、变频器的分类
变频器的种类很多，分类方法也很多。

分类方式：

种类

按供电电压分列：低压逆变器（110V、220V、380V）、中压逆变器（500V、660V、1140V）、高压逆变器（3kV、3.3kV、6kV、6.6kv、10kV）

根据控制方式：U/F控制逆变器、转差频率控制逆变器、矢量控制逆变器

按输出功率划分：小功率变频器、中功率变频器、大功率变频器

根据用途:通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器

按直流系统电源工作性质分：电流型变频器、电压型变频器

按供电设备电源相数分、单相输入进行变频器、三相输入通过变频器

按照调制方式分：PAM(根据输出电压调制的脉冲幅度调制)控制变频器，PWM(脉宽调制)控制变频器

按变换环节分为：交流-DC-交流变频器、交流-交流变频器

基本结构
交流低压交直交通用变频器系统框图

整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波

逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦

更为直观的交直交变频原理框图

PWM（Pulse Width Moduration）调制
PWM调制是：利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频率可变的电压脉冲列。

SPWM调制是：采用三角波和正弦波相交获得的PWM波形直接控制各个开关可以得到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压电压，能获得理想的控制效果：输出电流近似正弦

载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同

GTR变频器由于开关频率太低，电机噪声较大，IGBT有效的解决了这个问题

单进三出与三进三出

上图是常规变频器三相输入输出的主电路图，主要包括整流、平波、制动、逆变四大块，三相380V的工频电源通过整流器，整流成直流电源，通过滤波电路最后通过CPU的的控制逆变成三相可变频的交流输出。可以看出主电路中并没有升压模块，所以输出端电压只能等于或者小于380V；用户常常使用万用表测量输出端电压显示500多伏，很担心会烧坏电机；实际是因为变频输出的波形为正弦波对万用表造成一定干拢，导致测试数据错误。

上图是单进三出的标准主电路图，是在图1的基础上去掉了一路整流桥，输入端直接接入220V的电源，但输出端同样逆变成三相输出，输出电压最大为220V；所以单进三出的变频器输出最大只有220V而不是380V；

那逆变成两相输出是不是就可以驱动单相水泵了呢？答案是肯定的，不是！因为单相电机的启动方式不同、变频器的驱动算法不同，单进三出的变频器只能使用三相水泵，不能使用单相水泵。

上面提到单进三出的变频器输出为三相220V，而且产品功率常见最大只有2.2KW，但国内市场没有三相220V的水泵销售，肿么办？

现在市面上的电机常规产品主机分为两种电压规格，三相380V、单相220V；3KW以下的三相电机一般铭牌上标记有两种工作电压和接线方法如图3，出厂为星形接法对应380V供电、三角形接法对应220V供电；所以使用单进三出变频器时，需要购买同等功率的三相380V水泵，将水泵的接线方式修改成三角形接法则可正常使用；电机接线盒上一般都有接线方法提示下图；


单进三出的变频器是为了无法提供三相电源的而又需要使用变频器的应用场合而设计的，控制算法和转换效率380V供电的相当；应用范围广；例如家庭的见的恒压供水，只需要将普通三相水泵修改成角形接法就可以使用，方便实用。

三相交流电机

三相电机采用三相交流电源，由于三相交流电他们相位差为120°。当定子绕组通入三相交流电以后，会在定子内产生旋转磁场。旋转磁场切割转子绕组，那么转子绕组会产生感应电流，感应电流在旋转磁场中会受到电磁力，从而就会旋转起来。

三相电机采用三相电源，它们相位差120°。我们可以简单的理解成，三相电机相当于三个人站在三个不同的角度去推转子。单相电机采用单相电源和电容，主副线圈的相位相差90°。我们可以简单的理解成，单相电机相当于两个人站在两个不同的角度去推转子。

所以，同样功率的三相电机比单相电机的转矩（旋转力）要大。

一般如果有三相电源的地方尽量采用三相电机，因为同样功率的三相电机比单相电机体积小，重量轻，噪音小，价格低，转矩高等优点。

接触器

分类

直流接触器

参考链接
直流接触器是指铁芯为直流控制的接触器，其负载可以是直流，也可以是交流。直流接触器的铁芯与交流接触器不同，它没有涡流的存在，因此一般用软钢或工业纯铁制成圆形。由于直流接触器的吸引线圈通以直流,所以没有冲击的启动电流，也不会产生铁芯猛烈撞击现象,因而它的寿命长，适用于频繁启停的场合。交、直流接触器的选用可根据线路的工作电压和电流查电器产品目录。

交流接触器

交流接触器的线圈既有接交流电压的品种，也有接直流电压的品种，但两者的磁路不同，铁芯也不同。
前者的铁芯用矽钢片叠片，后者是整块电工软铁；前者的铁芯需要配套短路环，后者不需要；前者的线圈圈数少显得矮胖，后者的圈数多显得高瘦。

上图为交流励磁线圈的交流接触器

上图为直流励磁线圈的交流接触器

交流接触线圈通入的是交流电，会产生涡流，所以交流接触器铁芯是由相互绝緣的硅钢片叠装而成。而且50Hz 交流电，每秒会100次过零点，零点是没有电流的，所以为了解决零点没有吸合力的问题在电磁铁芯上加有短路环。交流接触器的固定铁芯与衔铁一般都是山字形。

直流接触器线通入的是直流电，所以没有涡流和过零点的情况，所以固定铁芯不用山字形，铁芯由整块软钢制成的，其形状依设计不同，多见U形，衔铁则是简单的直板型。

交流励磁接触器线圈匝数少，线径粗，电流大。
直流励磁的接触器线圈细长，匝数特别多。

交流接触器启动电流大，操作频率最高为600次/小时，使用成本低。而直流接触器操作频率可高达2000次/小时，使用成本高。

那么交流励磁的接触器与直流励磁的是否可以互换使用？

1. 交流接触器的线圈匝数少，电阻较小，当线圈通入交流电时，将产生一个较大的感抗，此感抗远远大于线圈的电阻，线圈的励磁电流主要取决于感抗的大小。如果将直流电通入，则线圈就成为纯电阻负载，此时流过线圈的电流会很大，使线圈发热，甚至烧坏。所以不能将交流接触器作为直流接触器使用。
2. 交流接触器在应急时可以代用直流接触器，吸合时间不能超过2小时（因为交流线圈散热比直流差，这是由它们的结构不同决定的），真的要长时间使用最好在交流线圈中串一电阻，反过来直流却不能代用交流接触器；直流接触器线圈接入交流电时：由于线圈细长，匝数多，电阻大，无法吸合，或者时合时放。

灭弧

原理与使用

首先可以看下知乎博主的这篇文章，写的还是不错的：https://zhuanlan.zhihu.com/p/46978195


上图中，从a到c是接触器的闭合过程，如果我们把它反过来从c到a看，就是触头的释放过程。

我们先看上图的a图：图中的动触头和静触头之间的最短距离叫做开距，它与接触器主回路的额定电压有关。开距越大，主回路的额定绝缘电压就越高，但吸合所需要的能量当然也越高，接触器主触头的反力也越大。

由此可见，接触器的开距是综合的结果。

再看上图的c图，动静触头已经闭合。如果我们把静触头拿掉，动触头会继续向右移动一段距离。这个距离叫做超程。超程的意义在于：当动静触头的接触点因为电弧烧蚀和冲击的结果磨损殆尽，超程仍然能确保动静触头闭合后的相互接触。可见，超程与接触器的电寿命密切相关。

在接触器的释放过程中，触头间会出现电弧。

关键是：交流电流会过零，此时电弧会自动熄灭。如果过零后弧隙温度很高，并且电压上升率很快，电弧就会重燃。直到动静触头之间的距离足够大，电弧过零后不再重燃，则交流电弧就熄灭。

与交流电弧不同，直流电弧不存在过零点，因此直流电弧比交流电弧更难熄灭。

我们知道，灭弧措施有几钟方法，其中就包括把电弧拉长降温，见下图：

所以，当交流接触器的主回路用于直流线路时，一定要把接触器的三个极串接，以加强灭弧措施。

多极交流断路器串联有以下两个作用：
（1） 在分断直流短路电流时，相当在电路中串联若干个电弧动态电阻，增加电弧电阻起到对短路电流的限流作用，同时也进步电弧的燃弧电压和减小电路的时间常数，从而可进步断路器的直流分断能力。
（2） 降低每一弧隙电压。例如，两极断路器串联在250 V 的直流电源中，每弧隙电压为125V ，减少了1/ 2 电压，即燃弧时，弧隙电弧减少了1/ 2 的能量，这样有利与电弧的熄灭。

两极串联会累加触头间的开距，提升产品的耐压，但产品的分断能力不会改变。
两极并联后可提升产品的载荷能力，但不会改变产品的触头间开距，即耐压性能不变。
如果单极的触头间的额定工作电压为250V，额定电流是400A，那么两极串联后，进出线的额定工作电压可达到500V，额定电流仍为400A，但是不推荐按照500V来使用，要留有一定的余量。
如果选择并联，则并联后的产品进出线的额定工作电压为250V，额定电流可达到800A。但是不推荐按照800A来使用，要留有一定的余量。
直流系统的正负极电压为400V指的是极间电压，如果塑壳单极的额定工作电压值是250V，则需要至少串联两极才可以满足使用要求。

对于大容量空开；直流专用产品很少，一般都是交流空开代替。选用时要选国内外知名厂家产品，必须具备直流分断参数和试验的相关数据。其保护只能选用电磁脱口方式，不能选用电子保护。另外主要有开关的遮断容量来决定，他为开关能断开不同性质的额定电压和电流大小乘积。

有这样的标示：交流220伏1A、直流48伏0.5A，同一副触头电流的性质不同，遮断容量也就不同，继电器触头预先并不知道是通直流还是交流的，一旦用在了48伏直流回路，那它的分断容量就是直流48伏0.5A，直流电压再地的话，相应的电流值可大一些。回到空开上也就是如此。

现在的空开的额定电压大多在交流690V左右，如用在直流48伏上面，开关两端的电压虽然是直流的，但是直流的电压值远比交流的额定电压低，故实际使用并不会有什么电气上的大问题。

一般同档次直流空开可以临时用于交流场合，但交流空开最好不要随便用于直流场合，短路的时候容易产生较大火花所以当我们手头上没有交流断路器的时候可以先用直流断路器临时补位，但是不能一直使用，因为直流空开的灭弧能力要求高。

在直流应用时是否将交流断路器串联使用取决于直流工作电压和直流供电系统。首先要考虑的是直流电路电源电压但同时也要考虑直流供电系统的形式。IEC60898 ：222002 规定额定电压为230V 小型交流单极断路器在直流电路中使用时直流电源电压一般不能超过220 V ，> 220 V 直流电压应考虑断路器的二极串联使用。

从更安全的角度上讲建议当直流电压为125 V 时使用二极串联使用，> 125 V 时，可考虑三极和四极断路器串联，以进步断路器的分断能力。下表为交流断路器多极串联时的直流分断能力。

由表2 可见：
①串联的极数和直流电源电压成正比，直流电压越高，需要交流断路器的串联极数越多;
②同一直流电源电压下，串联的极数越多，断路器的直流分断能力越高;
③一般直流电源电压在60 V 及以下时，选择单极断路器即可，在125 V 时可以选择使用2 极串联，在250 V 及以上时可以选择3 极或4 极串联使用;
④表2 给出的是在时间常数τ= 15 ms 条件下的试验参数，τ对断路器分断能力的影响见第下面章节的叙述;
⑤从表2 的数据可见，串联后的直流短路分断能力要远高于交流断路器本身的分断能力。若无需过高分断能力可根据负载和电路电压的情况减少断路器的串联极数。参考IEC6089822∶2000 ，提出常用几种直流电路应用见表3 。

直流电弧分析

根据上图有：

从上面的分析可以看出，当电弧的电压大于电源电压时，电弧电流的倒数小于零，说明电弧电流ia成下降趋势，当电弧电流ia趋近于0时，电弧趋于熄灭。

直流电弧的熄弧条件为：当电弧电压大于电源电压时，电弧趋近于熄灭。否则，电弧处于稳定燃烧阶段，ia = （ E - ua） / R ，如下图所示。

上图中，P 点ua > E ，电弧电流开始减少，直到电弧熄灭。直流电弧熄弧的要点在于： ①电源电压越小对熄弧越有利;
②断路器应使电弧电压快速上升，尽快达到和超过电源电压，上升和超过电源电压快慢决定电流熄弧的快慢。

直流电路中的电感和时间常数对直流电弧熄弧的影响
众所周知，直流电路中电感是个储能元件，在燃弧时，电感要向电路和电弧中开释其线圈储存的能量。电路的电感越大，开释的能量越大，电弧越难熄灭。

对式（1） 等式两边同乘d ia/ d t ，然后积分，积分的区间边界为：当t = t0 时，ia = ia0 ，当t = ta（燃弧时间） 时，ia = 0 （电弧熄灭） 。即

等式的左项表示电弧燃弧时的能量;右边第1 项表示电源能量;第2 项表示电阻消耗的能量;第3项表示电感储存能量。

上式表明电弧燃烧时，电感储存的能量（正号） 的作用同电源相同，向电弧提供能量，增加电弧燃烧的能量。同时，电阻的作用在电弧燃烧时消耗电弧能量（负号） 。

电路的时间常数τ= L / R 间接表示了电路的负载性质和电路电感的大小，电感越大分断时电弧的能量越大，熄弧越困难。相反电弧轻易熄灭。如τ= 0 为纯阻性负载，电弧最轻易熄灭。

有关交直流两用的小型断路器的国际标准IEC60898-2 ：2000 中对直流电路规定了两种时间常数τ= 4 ms 或τ= 15 ms ，它表示短路时短路直流电流上升到0. 63 倍最大峰值电流时所需的时间，τ= L / R （ms） （见图3） 。

由于电感限制电流具有突变的特性，以及时间常数和电路电感的正比关系，时间常数的大小间接表示了电路电感的大小，时间常数越大电流的变化越慢，在实际应用中断路器分断短路电流越困难。所以，短路试验中IEC6089822 ：2000 就规定了>1500A 的较大短路电流对应较小的时间常数τ= 4 ms 进行试验，≤1500A 可采用4ms 或15 ms 任何一种时间常数进行试验。从该标准可以看出，时间常数对于断路器分断短路电流的影响。

固态继电器（SSR）

什么是固态继电器

固态继电器（Solid State Relay，SSR，也称为SS继电器，SSR继电器或SSR开关）是一种集成的非接触式电子开关设备，由集成电路（IC）和分立组件紧密组装而成。根据电子组件（例如开关晶体管，双向晶闸管和其他半导体组件）的开关特性，SSR可以通过电子电路非常快速地切换负载的“ ON”和“ OFF”状态，就像传统机械继电器的功能一样 与之前的“ 线圈簧片触点 ”继电器（即机电继电器-Electromagnetic Relay，EMR）相比，SSR内部没有可移动的机械部件，并且在SSR的切换过程中也没有机械作用。因此，固态继电器也称为“ 非接触式开关 ”。

单击这里了解更多差别.

此外，固态继电器的放大和驱动功能非常适合驱动大功率执行器，它比电磁继电器（EMR）更可靠。固态继电器的控制开关需要非常低的功率，因此低控制电流可用于控制高负载电流。并且，固态继电器在输入和输出端子之间使用了成熟可靠的光电隔离技术。这项技术允许低功率设备的输出信号直接连接到固态继电器的输入控制端子，以控制固态继电器输出端子处的高功率设备，而无需额外的保护电路来保护弱电流设备，因为“当前设备”（连接到SSR输入端子）和“大型控制电源”（连接到SSR输出端子）已电气隔离。此外，AC固态继电器使用“过零检测器 ”技术将AC-SSR安全地应用于计算机的输出接口，而不会引起一系列干扰甚至对计算机造成严重故障。这些功能不能由EMR实现。

固态继电器的结构是什么

固态继电器是四端子有源装置，四个端子中的两个是输入控制端子，另外两个端子是输出控制端子。尽管SSR开关的类型和规格众多，但它们的结构相似，并且主要由三部分组成（如图2.1所示）：输入电路（控制电路），驱动电路和输出电路（受控电路）。

输入电路
固态继电器的输入电路，也称为控制电路，为输入控制信号提供一个回路，使控制信号成为固态继电器的触发源。根据输入电压类型的不同，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交流/直流输入电路三种。

直流输入电路可进一步分为电阻输入电路和恒流输入电路。

1）电阻输入电路，其输入电流随输入电压的增加而线性增加，反之亦然。如果控制信号具有固定的控制电压，则应选择电阻器输入电路。
2）恒流输入电路。当恒流输入电路的输入电压达到一定值时，电流不会随着电压的增加而明显增加。此功能允许在相当宽的输入电压范围内使用恒流输入固态继电器。例如，当控制信号的电压变化范围较大（例如3〜32V）时，建议使用带有恒流输入电路的DC固态继电器，以确保DC固态继电器能够可靠地工作。整个输入电压范围。

这些输入控制电路中的一些具有正逻辑和负逻辑控制，反相和其他功能，以及逻辑电路的兼容性。因此，固态继电器可以很容易地连接到TTL电路（晶体管-晶体管逻辑电路），CMOS电路（互补金属氧化物半导体电路），DTL电路（二极管-晶体管逻辑电路）和HTL电路（高阈值逻辑电路）。目前，DTL已逐渐被TTL取代，HTL已被CMOS取代。并且如果将脉宽调制信号（PWM）用作输入信号，则交流负载电源的ON / OFF开关频率应设置为小于10Hz，否则AC SSR的输出电路的输出开关率将无法保持与它。

驱动电路
固态继电器的驱动电路包括三部分：隔离耦合电路，功能电路和触发电路。但是，根据固态继电器的实际需要，可以仅包括这些部件中的一个/两个。

1.隔离耦合电路：
固态继电器的I / O电路（输入/输出电路）的隔离和耦合方法当前使用两种方式，光耦合器电路和高频变压器电路。

1）光耦合器（也称为光耦合器，光耦合器，光隔离器或光隔离器）与红外LED（发光二极管）和光学传感器不透明地包装在一起，以实现“控制侧”和“负载侧”之间的隔离控制，因为“光束”与“光发射器”与“光传感器”之间没有电连接或物理连接。“源-传感器”组合的类型通常包括：“ LED-光电晶体管”（光电晶体管耦合器），“ LED-Triac”（光电三极管耦合器）和“ LED-光电二极管阵列”（光电二极管堆栈用于驱动一对） MOSFET或IGBT）。

2）高频变压器耦合电路，使用高频变压器将输入端的控制信号转换为输出端的驱动信号。详细过程是，输入控制信号产生一个自激高频信号，该信号将通过变压器铁心传输到变压器次级，经过检测 / 整流电路和逻辑电路处理后，该信号最终将变为驱动信号来驱动触发电路。

2.功能电路

该功能电路可以包括各种功能电路，例如检测电路，整流器电路，过零电路，加速电路，保护电路，显示电路等。

3.触发电路

该触发电路用于提供一个触发信号到输出电路。

输出电路
固态继电器的输出电路由触发信号控制，以实现负载电源的开/关切换。

输出电路主要由输出组件（芯片）和吸收环路（用作瞬态抑制器）组成，有时还包括反馈电路。到目前为止，固态继电器的输出组件主要包括：
双极结型晶体管（Bipolar Transistor或BJT，分为PNP和NPN两种类型）
晶闸管（硅控整流器或SCR）
三端双向可控硅（双向三极管，双向晶闸管，双向可控整流器（BCR）
金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
碳化硅MOSFET（SIC MOSFET），一种宽带隙 工业级最高工作结温为200°C，功耗低，尺寸紧凑的晶体管等）。

固态继电器的输出电路可分为三种：直流输出电路，交流输出电路和交流/直流输出电路。DC输出电路通常使用双极性组件（例如IGBT或MOSFET）作为输出组件，而AC输出电路通常使用两个晶闸管或一个Triac作为输出组件。

固态继电器的特点

固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点：

（1）SSR内部无机械部件，结构上采用了灌注全密封方式，因此，SSR具有耐振、耐腐蚀、长寿命及高可靠等优点，其开关寿命高达1010万次。

（2）低噪声：交流型SSR采用了过零触发技术，因此在线路上有效地降低了电压上升速率dv/dt和电流上升速率di/dt值，使SSR长期工作时对市电的干扰极小。

（3）开关时间短，约为10ms，可应用在频率较高的场合。

（4）输入电路与输出电路之间采用光电隔离，绝缘电压2500V以上。

（5）输入功耗很低，与TTL，COMS电路兼容。

（6）输出端有保护电路。

（7）负载能力强。

接触器VS固态继电器（SSR）VS可控硅（SCR）

1、交流接触器

目前各种控制线路中应用最为广泛，控制电源一般采用AC 220V，实现开关量控制。常用的交流接触器，其通过220V电流流过线圈产生的磁场使得触头闭合，以小电流通过控制负载，接点由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

交流接触器具有欠电压释放保护，良好的导电性和耐高温烧蚀性，工作可靠，性能稳定，操作频率高，维护方便，使用成本低，目前各种控制线路中应用极为广泛。

但是接触器使用也有一定的局限性，大功率或者有扬尘的场所的模温机，不宜使用接触器。频繁吸合和分断发热比较严重，灰尘会造成接触器卡死，尤其是选择便宜、假冒的接触器，时间长容易出现故障。

2、固态继电器

固态继电器一般直流24V电源控制开关量信号，实现输入端与负载端的隔离，输入端以微小的控制信号驱动大电流负载，具有接触器一样的功能。

固态继电器输入功率小、灵敏度高，采用无触点吸合通断无明显声音，控制功率小、转化率快、电磁干扰小、电磁兼容性好，使用寿命长。 但缺点是模温机控制系统中通电后电阻较大，断开后可能出现少量漏电流，功耗和发热量较大、散热效果一般，需要辅助风扇进行协助散热，使用成本较高。

3、可控硅

可控硅采用0-10V电压或4-20mA电流来模拟控制信号，通过对电压、电流和功率的准确控制，实现精准控温功能。

采用可控硅进行控制，具有体积小重量轻，控制效率高、无机械噪音和磨损，响应速度快等优势。可控硅控制不会像接触器瞬间吸合，对电网产生冲击控制精度高，可实时根据温度更改输出功率，控制精准度高。

热过载继电器

电机热保护俗称热过载继电器。TA热继电器是控制保护电气元器件；其工作原理是利用电流的热效应来推动动作机构，使控制电路中的交流接触器线圈失电而分断，从而切断串联在电路主回路中的电源。其实物图如下图所示。

TA主要用于电动机的过载保护，有些热继电器还具有断相保护、电流不平衡保护功能。在原理图中，热继电器各部分的图形符号及文字符号如下图所示。

热继电器TA的基本结构由热元件、触头系统、动作机构、复位按钮、整定电流装置和温度补偿元件等部分组成。见下图所示。

热元件共有两块，TA是热继电器的主要部分，由双金属片及围绕双金属片外面的电阻丝组成。

双金属片是由两种膨胀系数不同的金属片焊接而成。正常使用工作时，电阻丝三组分别直接串联在电动机负载的三相电路上。常闭触头接于电动机控制电路的接触器线圈支路上。当电动机线圈绕组因过载引起过电流时，并经一定时间后，发热元件所产生的热量足以使双金属片弯曲，并推动绝缘导板向右移动一定距离，导板又推动温度补偿片与杠杆，使动触头与静触头分开，从而使电动机线路中的交流接触器断电释放，将三相主电源切除，起到保护电动机不因为过载的大电流产生高温而烧坏电机的作用。电源切断后，热继电器开始冷却，过一段时间后双金属片恢复初始化状态而还原，于是触头在弹簧的作用下自动复位 。这种热继电器也可用手动复位。这时只要将螺钉拧出到一定位置，使触头的转动超过一定的角度，在此情况下，即使双金属片冷却，触头也不能自动复位，必须采用手动强迫，即按下复位按钮使触头移动变位。这在某种要求故障未被排除而防止电动机再行启动的场合是必须的。

热继电器的合理选用与正确使用直接影响到电气设备能否安全运行，因此在安装时应着重以下问题

①热继电器安装接线时，应清除触点表面的污垢，以避免电路不通或因接触电阻过大而影响热继电器的工作特性。

②热继电器的主回路连接导线不宜太细，避免因为连接端子和导线发热影响热继电器的正常工作。

③热继电器与其它电器安装在一起，应该安装在其它电器的输出的下面，以避免其它动作特性受到其它电器的发热的影响。

热继电器选择

热继电器主要用于的过载，为了保证电动机能够得到既必要又充分的过载保护，就必须全面了解电动机的性能，并给其配以合适的热继电器，进行必要的整定。一般涉及到电动机的情况有工作环境、起动电流、负载性质、工作制、允许的过载能力等。原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和起动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。

热继电器的正确选用．与电动机的工作制有密切关系。当热继电器用以保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.95—1.05倍电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。

当热继电器用以保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果每小时操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。

对于正反转相通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

热继电器类型选择
热继电器从结构型式上可分为两极式和三极式。三极式中又分为带断相保护和不带断相保护，主要应根据被保护电动机的定子接线情况选择。当电动机定子绕组为三角形接法时，必须采用三极式带断相保护的热继电器（原因详见本文一、 2之 3））；对于星形接法的电动机，一般采用不带断相保护的热继电器。由于一般电动机采用星形接法时都不带中线，热继电器用两极式或三极式都可以。但若电动机定于绕组采用带中线的星形接法时，热继电器一定要选用三极式。

另外，一般轻载起动、长期工作的电动机或间断长期工作的电动机，宜选择二相结构的热继电器；当电动机的电流电压均衡性较差、工作环境恶劣或较少有人看管时，可选用三相结构的热继电器。

热继电器电流的选择

1）保证电动机正常运行及起动：
在正常起动的起动电流和起动时间、非频繁起动的场合，必须保证电动机的起动不致使热继电器误动。当电动机起动电流为额定电流的6倍、起动时间不超过6s、很少连续起动的条件下，一般可按电动机的额定电流来选择热继电器。（实际中热继电器的额定电流可略大于电动机的额定电流）

2）考虑保护对象–电动机的特性：
电动机的型号、规格和特性 电动机的绝缘材料等级有A级、E级、B级等，它们的允许温升各不相同，因而其承受过载的能力也不相同。在选择热继电器时是应引起注意的。另外，开启式电动机散热比较容易，而封闭式电动机散热就困难得多，稍有过载，其温升就可能超过限值。虽然热继电器的选择从原则上讲是按电动机的额定电流来考虑，但对于过载能力较差的电动机，它所配的热继电器(或热元件)的额定电流就应适当小些。在这种场合，也可以取热继电器(或热元件)的额定电流为电动机额定电流的60％-80％。

3）考虑负载因素：
如负载性质不允许停车、即便过载会使电动机寿命缩短，也不应让电动机冒然脱扣，以免生产遭受比电动机价格高许多倍的巨大损失。这时继电器的额定电流可选择较大值（当然此工况下电动机的选择一般也会有较强的过载能力）。这种场合最好采用由热继电器和其它保护电器有机地组合起来的保护措施，只有在发生非常危险的过载时方考虑脱扣。

热元件整定电流选择
根据热继电器型号和热元件额定电流，即可查出热元件整定电流的调节范围。通常将热继电器的整定电流调整到电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的0．6-0．8倍；当电动机起动时间较长、拖动冲击负载或不允许停车时，可将热元件整定电流调节到电动机额定电流的1．1-1．15倍。

热继电器应具有既可靠又合理的保护特性
具体而言应具有一条与电动机容许过载特性相似的反时限特性，且应在电动机容许过载特性之下，而且应有较高的精确度，以保证保护动作的可靠性。

其他注意事项
1）操作频率：当电动机的操作频率超过热继电器的操作频率时，如电动机的反接制动、可逆运转和密接通断，热继电器就不能提供保护。这时可考虑选用半导体温度继电器进行保护。

2）对于工作时间较短、间歇时间较长的电动机(例如摇臂钻床的摇臂升降电动机等)，以及虽然长期工作但过载的可能性很小的电动机(例如排风机等)，可以不设过载保护。

3）对点动、重载起动，连续正反转及反接制动等运行的电动机，一般不宜用热继电器。

4）应当具有一定的温度补偿：由于周围介质温度的变化，在相同的过载电流下，热继电器的动作将产生误差，为消除这种误差，应当设置温度补偿措施；

5）一般情况下，应遵循热继电器保护动作后即使热继电器自动复位，被保护的电动机都不应自动再起动的原则，否则应将热继电器设定为手动复位状态。这是为了防止电动机在故障未被消除而多次重复再起动损坏设备。例如：一般采用按钮控制的手动起动和手动停止的控制电路，热继电器可设定成自动复位形式；采用自动元件控制的自动起动电路应将热继电器设定为手动复位形式；凡能自动复位的热继电器，动作后应能在5分钟内可靠地自动复位。而手动复位的在动作后2分钟内用手按下手动复位按钮时，也应可靠地复位。多数产品一般都有手动与自动复位两种方式，并且可以利用螺钉调节成任一方式，以满足不同场合的需要。

6）动作电流值应当可调 为能满足生产和使用中的需要，减少规格档次，所以某一规格的热继电器应能通过凸轮的调节来实现。

7）因热元件受热变形需要时间，故热继电器只能作为电动机的过载保护，不能作为短路保护用。因此，在使用热继电器时，应加装熔断器作为短路保护。对于重载、频繁起动的较大容量的重要电动机，则可用过电流继电器(延时动作型的)作它的过载和短路保护。

入使用前必须对热继电器的整定电流进行调整,以保证热继电器的整定电流与被保护电动机的额定电流相匹配。热继电器在接入电路使用前,须按电动机的额定电流对热继电器的特定电流进行调节,以满足相应的使用场合。

例如,对于一台10kW、380V的电动机,额定电流19. 9A ,可使用XX20 - 25 型热继电器,热元件整定电流为17～21～25A ,先按一般情况整定在21A ,若发现经常提前动作,而电动机温升不高,可改整定电流25A 继续观察;若在21A 时,电动机温升高,而热继电器滞后动作,则可改在17A 进行观察,以得到最佳的配合。

用于反复短时间工作电动机的过载保护时额定电流的调整。在现场多次试验、调整才能得到较可靠的保护。方法是：先将热继电器的额定电流调到比电动机的额定电流略小，运行时如果发现其经常动作，再逐渐调大热继电器的额定值，直至满足运行要求为止。特殊工作时电动机保护。正、反转及频繁通断工作的电动机不宜采用热继电器来保护。较理想的方法是用埋入绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

热继电器的正确选用．与电动机的工作制有密切关系。当热继电器用以保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.95—1.05倍电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。

通常将热继电器的整定电流调整到电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的0．6-0．8倍；当电动机起动时间较长、拖动冲击负载或不允许停车时，可将热元件整定电流调节到电动机额定电流的1．1-1．15倍。

投入使用前必须对热继电器的整定电流进行调整,以保证热继电器的整定电流与被保护电动机的额定电流相匹配。热继电器在接入电路使用前,须按电动机的额定电流对热继电器的特定电流进行调节,以满足相应的使用场合。

例如,对于一台10kW、380V的电动机,额定电流19. 9A ,可使用XX20 - 25 型热继电器,热元件整定电流为17～21～25A ,先按一般情况整定在21A ,若发现经常提前动作,而电动机温升不高,可改整定电流25A 继续观察;若在21A 时,电动机温升高,而热继电器滞后动作,则可改在17A 进行观察,以得到最佳的配合。

用于反复短时间工作电动机的过载保护时额定电流的调整。在现场多次试验、调整才能得到较可靠的保护。方法是：先将热继电器的额定电流调到比电动机的额定电流略小，运行时如果发现其经常动作，再逐渐调大热继电器的额定值，直至满足运行要求为止。特殊工作时电动机保护。正、反转及频繁通断工作的电动机不宜采用热继电器来保护。较理想的方法是用埋入绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

参考文献

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