图1  利用微电子控制器进行监控

根据不同的要求，可以利用机械式或者半导体式保护继电器更好地控制三相交流异步电动机。一种新型复合式电动机启动器把机械式和半导体式保护继电器的优点集成为一体，并且排除了各自的缺点和不足。

三相交流异步电动机，尤其是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、反转，受到很好的保护并满足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、半导体保护继电器来满足这些要求？

一般来讲，将机械式和半导体式这两种解决方案集成为一体用到机床设备中时，都会把各自的优点和缺点也带到机床设备的控制系统之中。而Phoenix Contact公司研发生产的Contactron系列复合式电机启动器则把机械式和半导体式两种解决方案的优点集成为一体。利用这种集成式的保护电路，半导体保护继电器可以按照无磨损的开关控制方式，完成功率范围至4?kW电动机的启动和断开。它可以达到的开关寿命高达3000万次，几乎是机械式保护继电器的10倍。基于它本身带有的附加电路，使得复合式电机启动器不会对电气柜中的其他元器件产生电磁兼容性的影响。

机械式保护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，并由此在断开的触点间产生火花，加重了触点的磨损，大大缩短了继电器的使用寿命。

与继电器类似，在复合式电动机启动器中的继电器也会在电路输入和输出时分开电流；其串联的半导体被用做紧急停的功能，以保证电动机可靠停止。因此，这种复合式电动机启动器无需单独的紧急停保护。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地降低功率损耗，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。

图2  复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

内置的微处理器保证最佳的工作功能

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的优点。为了保障组合启动器有着最佳的功能，Phoenix Contact公司还在里面内置一块微电子控制器，对继电器和功率半导体元件的工作状态进行监控（图1），在出现内部或者外部故障错误时保证电动机可靠地停止工作。只有这样，才能够使这种电动机启动器能够像通过的认证那样，在Atex易燃易爆危险场合中使用。

在对Kat.3安全防护等级要求的、具有紧急停功能的机械式换向保护继电器与四合一的Contactron电动机启动器的电路布线比较中（图2），可以明确地看出这一解决方案的优点。在复合式电动机启动器中只有6个节点；在传统的机械式继电器保护电路中节点的数量成倍增加。除此之外，不仅控制电路中正反转控制的自锁保护，而且电动机的降压启动电路也都集成在Contactron电动机启动器中，从而把布线上的费用减少了75％。

双金属片保护功能保护电动机

电动机启动器内置的双金属片功能还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经启动器内的定位器和LED（发光二极管）清楚地表示出来，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）。

图3  可靠的电动机过载保护，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

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，而且也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出出错提示。

若使用时要求电动机可靠的停止，则安全技术框架内的各个特征值的测定非常麻烦，也耽误时间。若机床设备部件生产厂商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查证。在这一背景条件下，复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中的难度。这一启动器所满足的安全技术规范种类有：IEC 61508标准中的安全保护等级SIL 3；EN 954-1标准，等级可达Kat.3级以及最新的ISO 13849-1标准，安全等级可达PL e级。

这种复合式电动机启动器将四种功能集于一身，几乎可以在所有的应用领域中使用。这样，就保证了在电气技术的设计和应用中的安全可靠性，使它们能够成为机床设备制造中的标准任务，也保证了操作者的安全。除了选择合适的元器件和解决方案之外，贯彻落实安全可靠的电动机启动技术也是具有决定性意义的。复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的作用，也能明显提高机床设备的可用性。

Contactron系列产品有多种不同的规格型号，最多可以集成四种功能。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四种功能。所有的启动器模块的宽度尺寸都只有22.5mm，可以节约电气柜中75％的空间占用。可供用户选择的复合式电动机启动器种类多达40多种，其中总有一种能够满足用户的需求。