图1  利用微处理器进行监控

根据不同的使用要求，可以利用机械式或者半导体式继电器更好的控制三相交流异步电动机。现在一种新的混合式电动机启动器将机械式和半导体式继电器的优点结合在一起，并且排除了其各自的缺点和不足。

三相交流异步电动机，尤其是在机床和设备制造领域中使用的三相交流异步电动机必须能够实现正转和反转，同时需要很好的保护并满足Kat. 3、PL e或者SIL 3的安全防护要求。因此，人们总是不断提出这样的问题：是否能够用机械式或半导体式继电器来满足这些要求。一般来讲，若将机械式和半导体式两种解决方案综合应用到机床设备中，往往会把其优缺点同时带到设备控制系统中。为了解决这一难题，Phoenix Contact公司研发了Contactron系列组合式电机启动器。该启动器采用集成式保护电路，融合了两种解决方案的优点。半导体继电器可以无磨损的控制功率在4kW范围内的电动机的启动和断开，使用寿命可达3千万次，几乎是机械式继电器的10倍。基于半导体继电器自身带有的附加电路，使得组合式电机启动器不会对其电气柜中其他元器件产生电磁兼容性的影响。

机械式继电器的磨损会在触点闭合的瞬间产生8倍于额定电流的强大启动电流。另外，在继电器触点断开过程中会感应出很高的过电压，并由此而在断开的触点间产生火花，加重触点的磨损，大大的缩短了继电器的使用寿命。

图2  组合式电动机启动器电路与传统的换向保护继电器电路的比较

与继电器类似，在组合式电机启动器中，继电器也会在电路输入和输出时产生电流，并在串联的半导体保护装置中被用做紧急停功能的控制信号，保证电动机可靠停止。因此，这种组合式电动机启动器无需单独的紧急停机保护。在电动机长时间的工作运行中，继电器也能够利用旁通电路有效降低功率损耗，也就是说，旁通电路与半导体保护继电器是并联的，从而省略了半导体电路的冷却器。这样就可以使继电器的触点保持“冷态”，就像没有电流通过时一样。实际通过的电流仅是电动机持续运行所必须的电流。

微处理器保证最佳功能

机械式继电器与半导体电路组合而成的是一个组合式电动机启动电路。但这一启动电路的原理还不足以体现其主要优点。为了保障组合启动器的最佳功能，Phoenix Contact公司还在启动器内部集成了一块微电子控制器对继电器和功率半导体元件的工作状态进行监控，在出现内部或外部故障错误时保证电动机可靠地停工（图1）。只有这样，才可使这种电动机启动器能够在易燃易爆等危险场合中使用。

图3  可靠的电动机过载保护

对机械式换向保护继电器与4合一Contactron电动机启动器的电路布线情况进行比较后，可以明确看出新型启动器的优点（图2）：在组合式电动机启动器中只有6个接点，而在传统的机械式继电器保护电路中接点的数量则成倍增加。此外，控制电路中正反转控制的自锁保护以及电动机的降压启动电路也都集成在Contactron电动机启动器中，从而将布线费用降低了75％。

双金属片对电动机的保护

电动机启动器内置的双金属片能够更加可靠地保护电动机的安全。电动机启动时的额定电流可经启动器内的定位器和LED发光二极管清楚的表示出来，在电动机过载时能够按照10A电流等级的双金属片特性曲线可靠地切断供电（图3）。当出现缺相时，启动器内部的电网监控器能够阻止电动机启动，并且经过发光二极管把这一缺相信息表示出来，一个无电势换向触点可以向控制中心发送出错提示。

若使用时要求电动机可靠地停止，就需要对安全技术框架内的各个特征值进行繁琐的测定，非常耗时。若机床设备部件生产厂家没有提供其相应的安全保护数据，则必须由用户自己费时费力地进行计算并查证。而在此应用中，组合式电动机启动器自带的安全保护功能就大大简化了安全保护的难度。启动器所满足的安全技术规范包括：IEC 61508标准、SIL 3等级标准、EN 954-1标准、Kat. 3等级标准以及最新的ISO 13849-1标准，安全等级可达PL e级。

该组合式电动机启动器将4种功能集于一身，几乎可以在所有应用领域中使用，保证了电气技术设计和应用的安全可靠性，并保证了操作者的安全。除了选择合适的元器件和解决方案外，贯彻落实安全可靠的电动机启动技术也具有决定性意义。组合式电动机启动器在为用户提供安全可靠性方面发挥了重要作用，而且其还能明显提高机床设备的可用性。

Contatron系列产品有多种规格型号，最多可以集成4种功能。最简单的“1:1”型启动器只能安全可靠地切断电动机供电；而功能集成最多的“4合1”型则能够完成正转保护、反转保护、电动机保护和紧急停4种功能。所有的启动器模块的宽度尺寸都只有22.5mm，可以在电气柜中节约75％的空间占用，可供用户选择的组合式电动机启动器种类达40余种。