永磁馬達起動器簡介

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本文探討了馬達起動器的定義特性。這包括結構方面、配件系列以及購買的挑戰。它還涉及接線圖的複雜性，並暗示將設備整合到更大的控制面板中。如果您是馬達起動器的新手，您可能需要閱讀這篇文章幾次，因為馬達起動器非常重要，而且是一個非常複雜的設備。如果說馬達起動器不是新鮮事，您仍然可以找到一些有用的資訊。

請注意，我們不會探討可逆馬達起動器，因為增加的複雜性需要單獨撰寫一篇文章。

有關馬達起動的附加資訊

本文是介紹馬達起動並探討重要且有時微妙的應用的大型著作的一部分。請參閱這些相關本章以獲取更多資訊：

什麼是永磁馬達起動器？

永磁馬達起動器是一個緊密的組件，包含一個接觸器（高功率繼電器）以及一個過電流檢測電路，用於將馬達連接到交流饋線。代表性的例子是施耐德電機（Schneider Electric）DPE09 系列及附件如圖 1（組裝）及圖2（拆解）所示。術語「磁性」是指主接觸器內的電磁體。

馬達起動器的用途是什麼？

三相感應馬達通常用於工業環境。它們因其高效率以及較長且相對免維護的使用壽命而廣受歡迎。雖然這些馬達提供了強大的解決方案，但它們對單相事件等故障很敏感。當三相中的一相流失或電壓顯著降低（單相欠壓）時，就會發生這種情況。本文介紹的馬達起動器是保護馬達免遭自毀的重要安全元件。它提供了針對機械過載和馬達過熱的保護措施。如果馬達出現繞組缺陷等故障，它也會斷開馬達電源。

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圖 1：施耐德電氣 DPE 系列馬達起動器組裝後的圖片。注意將 A2 線圈端子連接到過載塊常閉接點的電線。

介紹具代表性的馬達起動器

初級施耐德電機 DPE09BL 三相接觸器如圖 2 左下角所示。這是一個相對較小的接觸器，可以作為一個很好的案例研究，因為它代表了大多數馬達啟動器的屬性。

三相接觸器

當用作馬達起動器應用時，DPE09BL 能夠為：

  • 單相 240 VAC 系統中 1hp
  • 2 hp 208 VAC 三相
  • 3 hp 480 VAC 三相
  • 7.5 hp 690 VAC 三相

這種廣泛的馬達馬力反映了與接觸器相關的最大 10A 接點設計和 690VAC 額定電壓。我們觀察到，對於每個馬達/電壓組合，馬達電流處於相同的範圍。

可調過載塊

DPER06 可調過載塊如圖 2 的右下角所示。接觸器。最小的 Schneider 替代方案是 0.1 至 0.16 DPER01，而最大的 DPER14 設計用於 7 至 10A。過載塊偵測設定點必須設定得足夠高，以防止出現不必要的過載，但又必須設定得足夠低，以便為馬達提供有意義的過載保護。

輔助觸點塊

DPEAN11 輔助接點塊放置在盒子的頂部，如圖 2 所示。這個小塊連接到接觸器的頂部，如圖 1 所示。

電感式反激二極體

圖 2 所示的最後一塊是 LAD4TBDL 雙向二極體。此部件包含在 DPE09BL 接觸器中。然而，我們必須強調這個二極體的重要性，因為我們必須解決接觸器打開時產生的感應反激電壓。這是一個令人著迷的主題，在「Use of an Interposing Relay for Increased Contactor Speed」文中深入探討了提倡使用插入式繼電器的問題。當接觸器由具有固態輸出的 PLC 驅動時，這項考慮尤為重要。

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圖 2：施耐德電氣 DPE 系列馬達起動器的拆卸圖片。

與馬達起動器相關的術語

繼電器、接觸器和馬達起動器一詞通常應用於圖 1 所示的設備。

  • 繼電器：術語「繼電器」是一個通用術語，指一類具有線圈和一個或多個觸點的電磁設備。對於我們的一些讀者來說，這個定義可能過於開放。許多人寧願在連續體上描述繼電器，一端是繼電器，另一端是接觸器。

  • 接觸器：接觸器是繼電器系列的子集。接觸器通常位於繼電器系列的物理較大一端。它們是專門為處理高功率負載而設計的設備。如果繼電器可能具有常開和常閉觸點，則接觸器的主觸點將是常開的。

  • 馬達起動器：馬達起動器是繼電器系列中的另一個子集。我們為該接觸器添加了用於檢測馬達故障的組件。通常，檢測是針對軟故障（例如單相過熱）而設計的。硬（短路）故障需要外部保險絲或斷路器。

購買馬達起動器

您會發現每個製造商都有一系列可以組裝以生產馬達起動器的組件。每個製造商不是生產專用設備，而是針對廣泛的應用，從而降低成本。例如，接觸器通常可作為獨立設備。它們適用於通用負載，包括簡單的電阻加熱器。根據我們的定義，接觸器成為馬達起動器，並添加了旨在保護特定馬達的過載塊。可以添加其他配件以將接觸器組件整合到更大的控制面板中。這包括附加的基於繼電器或基於 PLC 的控制電路以及帶有開關和指示燈的使用者介面。

從 DigiKey 購買馬達起動器

關於 DigiKey，我們必須記住，有許多與馬達起動器相關的組合和排列。作為證據，請考慮 DPE09 系列的可能性：

  • 線圈電壓 24、120、230 和 240VAC 以及 24VDC
  • 11 個獨特的過載塊，額定電流為 0.1 至 10A
  • 可選輔助觸點塊

透過這個簡單的範例，我們看到 DPE09 系列擁有 100 多種馬達起動器組合。因此，我們不應期望馬達起動器作為一個單元出售。相反，我們必須仔細選擇所需的單一組件。最好使用製造商提供的系列規格書來完成此操作。

馬達起動器接線圖

馬達起動器及附件的接線圖如圖 3 所示。

初級接觸器引腳

  • 透過 A1（正極）和 A2（負極）接點向接觸器線圈供電。極性對於這款 24VDC 施耐德接觸器至關重要。永久磁鐵與電磁體相互作用，提供響應靈敏的繼電器動作，同時節省電力。

  • 初級三相輸入被標識為 L1、L2 和 L3。

  • 主接觸器具有一個常開觸點，由端子 13 和 14 標識

##3 過載區塊針腳

  • 過載塊從接觸器的 T1、T2 和 T3 端子接收電源。

  • 三相中各相的電流由過載塊檢測。這些感測元件在圖 3 中被描繪為鉤狀組件。對於熱過載塊，這些元件就像放置在雙金屬片附近的低值電阻（加熱器）。隨著電流的增加，加熱器也會增加。在某些時刻，熱量足以使雙金屬片跳閘，從而鎖定過載並切換常開和常閉過載塊觸點（97 至 98 和 95 至 96）。

  • 三相輸出位於端子 T1、T2 和 T3。

  • 過載塊包含一對「跳閘」觸點。

輔助針腳

  • 輔助塊有一對常開（53 至 54）和常閉（61 至 62）接點。

  • 這些觸點直接連接到主接觸器的電樞。

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圖 3：馬達起動器、過載塊和輔助觸點塊的接線圖。

技術提示：接線圖是展示馬達起動器的一種方式。梯形邏輯是另一個。根據接線圖，馬達起動器及其所有組件都位於一處。透過梯形邏輯，線圈和接點根據功能分散到各個梯級。根據技術人員、組裝人員和工程師的需求，兩者都有自己的位置。在這三類人員中，應優先考慮技術人員，以方便故障排除和維修。永遠記住，設備停機的代價非常高昂。設計設備和高效維修文件的成本將在設備十年的漫長使用壽命中得到回報。

馬達起動器電路連接

馬達起動器的完整描述超出了本文的範圍。但是，作為起點，請參考另一文章「Introduction to the 3-Wire Start-Stop Circuit 」。它介紹了馬達起動器最基本的應用之一。

當您閱讀文章時，請注意線圈和過載塊之間的關係，如圖 4 所示。這是一個關鍵連接，因為它確保過載事件將打開接觸器，從而保護馬達。

技術提示：過載塊不是斷路器；而是斷路器。圖3中的鉤狀元件不是接點；它們是加熱器。相反，馬達過載情況將使小型過載開關元件跳脫（切換），包括常開（97 至 98）和常閉（95 至 96）。對於典型應用，常閉開關（95 至 96）與主接觸器線圈（A1 至 A2）串聯。因此，過載將使主接觸器開路，從而切斷馬達的電源。

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圖 4：使用 KiCad 開發的 3 線起動停止電路的接線圖。

技術提示：短時間內重複起動馬達可能會導致過載塊的感測元件過熱並導致馬達起動器跳脫。回想一下，馬達在開始對包括熱過載塊在內的所有組件施加壓力時會消耗大量電流。

嘗試重置熱塊時請耐心等待，因為元件冷卻需要時間。從一位老技術人員到另一位老技術人員，如果您發現自己處於這種位置，那麼休息一下並重新考慮您的故障排除策略可能是個好主意。當您回來時，加熱器元件將處於室溫，並且您應該感覺到重置按鈕的咔嗒聲。更重要的是，馬達繞組將有機會冷卻。

結論

三相馬達起動器是許多工業環境中使用的常見組件。如本文所示，馬達起動器由一系列組件組裝而成，包括接觸器、熱過載塊和必要的輔助觸點，以便將設備整合到更大的工業控制面板中。在這個組件系列中，馬達起動器組件被選擇為將給定馬達與特定電壓和電流視窗相匹配。與許多工業自動化和控制組件一樣，有必要仔細查看和理解該系列的數據表，以選擇適合您的應用的組件。

不幸的是，我們才剛開始觸及這個重要組成部分的表面。也許在以後的文章中，我們可以探討如何將馬達起動器與特定馬達相匹配，將設備整合到更大的控制面板中，然後探討與安裝相關的電氣安全方面。