圖1 利用微電子控制器進行監(jiān)控
根據(jù)不同的要求，可以利用機械式或者半導體式保護繼電器更好地控制三相交流異步電動機。一種新型復合式電動機啟動器把機械式和半導體式保護繼電器的優(yōu)點集成為一體，并且排除了各自的缺點和不足。
三相交流異步電動機，尤其是機床和設(shè)備制造領(lǐng)域中使用的三相交流異步電動機，必須能夠?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，受到很好的保護并滿足Kat.3，PL e或者SIL 3的安全防護要求。因此，人們總是不斷提出這樣的問題：是否能夠用機械式、半導體保護繼電器來滿足這些要求？
一般來講，將機械式和半導體式這兩種解決方案集成為一體用到機床設(shè)備中時，都會把各自的優(yōu)點和缺點也帶到機床設(shè)備的控制系統(tǒng)之中。而Phoenix Contact公司研發(fā)生產(chǎn)的Contactron系列復合式電機啟動器則把機械式和半導體式兩種解決方案的優(yōu)點集成為一體。利用這種集成式的保護電路，半導體保護繼電器可以按照無磨損的開關(guān)控制方式，完成功率范圍至4?kW電動機的啟動和斷開。它可以達到的開關(guān)壽命高達3000萬次，幾乎是機械式保護繼電器的10倍。基于它本身帶有的附加電路，使得復合式電機啟動器不會對電氣柜中的其他元器件產(chǎn)生電磁兼容性的影響。
機械式保護繼電器的磨損會在觸點閉合的瞬間產(chǎn)生8倍于額定電流的強大啟動電流。另外，在繼電器觸點斷開過程中會感應出很高的過電壓，并由此在斷開的觸點間產(chǎn)生火花，加重了觸點的磨損，大大縮短了繼電器的使用壽命。
與繼電器類似，在復合式電動機啟動器中的繼電器也會在電路輸入和輸出時分開電流；其串聯(lián)的半導體被用做緊急停的功能，以保證電動機可靠停止。因此，這種復合式電動機啟動器無需單獨的緊急停保護。在電動機長時間的工作運行中，繼電器也能夠利用旁通電路有效地降低功率損耗，也就是說：旁通電路與半導體保護繼電器是并聯(lián)的，從而省略了半導體電路的冷卻器。這樣就可以使繼電器的觸點保持“冷態(tài)”，就像沒有電流通過時一樣。實際通過的電流僅是電動機持續(xù)運行所必須的電流。
圖2 復合式電動機啟動器電路與傳統(tǒng)的換向保護繼電器電路的比較
內(nèi)置的微處理器保證最佳的工作功能
機械式繼電器與半導體電路組合而成的是一個組合式電動機啟動電路，但這一啟動電路的原理還不足以體現(xiàn)其主要的優(yōu)點。為了保障組合啟動器有著最佳的功能，Phoenix Contact公司還在里面內(nèi)置一塊微電子控制器，對繼電器和功率半導體元件的工作狀態(tài)進行監(jiān)控（圖1），在出現(xiàn)內(nèi)部或者外部故障錯誤時保證電動機可靠地停止工作。只有這樣，才能夠使這種電動機啟動器能夠像通過的認證那樣，在Atex易燃易爆危險場合中使用。
在對Kat.3安全防護等級要求的、具有緊急停功能的機械式換向保護繼電器與四合一的Contactron電動機啟動器的電路布線比較中（圖2），可以明確地看出這一解決方案的優(yōu)點。在復合式電動機啟動器中只有6個節(jié)點；在傳統(tǒng)的機械式繼電器保護電路中節(jié)點的數(shù)量成倍增加。除此之外，不僅控制電路中正反轉(zhuǎn)控制的自鎖保護，而且電動機的降壓啟動電路也都集成在Contactron電動機啟動器中，從而把布線上的費用減少了75％。
雙金屬片保護功能保護電動機
電動機啟動器內(nèi)置的雙金屬片功能還能夠更加可靠地保護電動機的安全。電動機啟動時的額定電流經(jīng)啟動器內(nèi)的定位器和LED（發(fā)光二極管）清楚地表示出來，在電動機過載時能夠按照10A電流等級的雙金屬片特性曲線可靠地切斷供電（圖3）。
圖3 可靠的電動機過載保護，能夠按照10A電流等級的雙金屬片特性曲線可靠地切斷供電
當出現(xiàn)缺相時，啟動器內(nèi)部的電網(wǎng)監(jiān)控器能夠阻止電動機啟動，而且也經(jīng)過發(fā)光二極管把這一缺相信息表示出來。一個無電勢換向觸點可以向控制中心發(fā)出出錯提示。
若使用時要求電動機可靠的停止，則安全技術(shù)框架內(nèi)的各個特征值的測定非常麻煩，也耽誤時間。若機床設(shè)備部件生產(chǎn)廠商沒有提供其相應的安全保護數(shù)據(jù)，則必須由用戶自己費時費力地進行計算查證。在這一背景條件下，復合式電動機啟動器自帶的安全保護功能就大大簡化了安全保護中的難度。這一啟動器所滿足的安全技術(shù)規(guī)范種類有：IEC 61508標準中的安全保護等級SIL 3；EN 954-1標準，等級可達Kat.3級以及最新的ISO 13849-1標準，安全等級可達PL e級。
這種復合式電動機啟動器將四種功能集于一身，幾乎可以在所有的應用領(lǐng)域中使用。這樣，就保證了在電氣技術(shù)的設(shè)計和應用中的安全可靠性，使它們能夠成為機床設(shè)備制造中的標準任務(wù)，也保證了操作者的安全。除了選擇合適的元器件和解決方案之外，貫徹落實安全可靠的電動機啟動技術(shù)也是具有決定性意義的。復合式電動機啟動器在為用戶提供安全可靠性方面發(fā)揮了重要的作用，也能明顯提高機床設(shè)備的可用性。
Contactron系列產(chǎn)品有多種不同的規(guī)格型號，最多可以集成四種功能。最簡單的“1:1型”啟動器只能安全可靠地切斷電動機供電；而功能集成最多的“4合1型”則能夠完成正轉(zhuǎn)保護、反轉(zhuǎn)保護、電動機保護和緊急停四種功能。所有的啟動器模塊的寬度尺寸都只有22.5mm，可以節(jié)約電氣柜中75％的空間占用。可供用戶選擇的復合式電動機啟動器種類多達40多種，其中總有一種能夠滿足用戶的需求。
