什么是电动机启动器？
电动机启动器是一种用于启动、停止和保护电动机的电气设备。它将磁力接触器（用于开关电源）和过载继电器（用于电机保护）组合在一个组件中。根据相关电气规范，大多数电动机应用都需要使用启动器。
电动机启动器具有三个关键功能：
- 控制：通过按钮、定时器、温控器或自动化系统远程启停电动机
- 保护：当电动机长时间过流时断开电源（过载保护）
- 安全：提供失压释放（LVR），防止断电后自动重启；以及失压保护（LVP），在电压过低时断开
电动机启动器根据电机功率、电压、使用类型（正常工作制、重工作制）以及每小时操作次数进行额定和选型。正确的选型可确保电动机可靠运行并符合规范要求。
电动机启动器组件
一套完整的电动机启动器通常由以下组件组成：
磁力接触器
接通/断开电动机主回路的电磁开关。按功率和连续电流额定。
过载继电器
检测持续过电流。热式或电子式。断开接触器以保护电机绕组。
过电流保护装置
熔断器或断路器，用于短路和接地故障保护。
控制回路
启动/停止按钮、指示灯和控制接线。通常为120V或24V。
外壳
符合防护等级要求的外壳（IP型室内，IP54/IP65室外），容纳所有启动器组件。
隔离开关
NEMA电动机启动器尺寸
NEMA（美国电气制造商协会）将电动机启动器按尺寸编号分类，从0到4.5。每个尺寸具有特定的连续电流和功率额定值。NEMA启动器设计有保守的安全余量，使其坚固耐用，适用于各种应用。
NEMA启动器尺寸定义
NEMA尺寸决定了接触器容量和可控制的最大电机功率：
- Size 0：230V下最大2HP（18A连续）
- Size 1：230V下最大5HP / 460V下最大10HP（27A连续）
- Size 2：230V下最大10HP / 460V下最大25HP（45A连续）
- Size 3：230V下最大25HP / 460V下最大50HP（90A连续）
- Size 4：230V下最大50HP / 460V下最大100HP（135A连续）
- Size 4.5：230V下最大100HP / 460V下最大200HP（270A连续）
按功率和电压的电动机启动器选型表
使用此表快速选择正确的NEMA启动器尺寸。找到电动机的功率和电压，然后选择对应的NEMA尺寸：
单相电动机
| HP | 115V | 230V | NEMA尺寸 | 连续电流 |
|---|---|---|---|---|
| 1/4 | 5.8 A | 2.9 A | 0 | 18A |
| 1/3 | 7.2 A | 3.6 A | 0 | 18A |
| 1/2 | 9.8 A | 4.9 A | 0 | 18A |
| 3/4 | 13.8 A | 6.9 A | 0 | 18A |
| 1 | 16 A | 8.0 A | 0 | 18A |
| 1-1/2 | 20 A | 10 A | 0 | 18A |
| 2 | 24 A | 12 A | 0 | 18A |
| 3 | 34 A | 17 A | 1 | 27A |
| 5 | 56 A | 28 A | 2 | 45A |
三相电动机
| HP | 230V | 460V | 575V | NEMA尺寸 | 连续电流 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1/2 | 2.0 A | 1.0 A | 0.8 A | 0 | 18A |
| 3/4 | 2.8 A | 1.4 A | 1.1 A | 0 | 18A |
| 1 | 3.6 A | 1.8 A | 1.4 A | 0 | 18A |
| 1-1/2 | 5.2 A | 2.6 A | 2.1 A | 0 | 18A |
| 2 | 6.8 A | 3.4 A | 2.7 A | 0 | 18A |
| 3 | 9.6 A | 4.8 A | 3.9 A | 0 | 18A |
| 5 | 15.2 A | 7.6 A | 6.1 A | 1 | 27A |
| 7-1/2 | 22 A | 11 A | 9 A | 1 | 27A |
| 10 | 28 A | 14 A | 11 A | 2 | 45A |
| 15 | 42 A | 21 A | 17 A | 2 | 45A |
| 20 | 54 A | 27 A | 22 A | 2 | 45A |
| 25 | 68 A | 34 A | 27 A | 3 | 90A |
| 30 | 80 A | 40 A | 32 A | 3 | 90A |
| 40 | 104 A | 52 A | 41 A | 3 | 90A |
| 50 | 130 A | 65 A | 52 A | 4 | 135A |
| 60 | 154 A | 77 A | 62 A | 4 | 135A |
| 75 | 192 A | 96 A | 77 A | 4 | 135A |
| 100 | 248 A | 124 A | 99 A | 4.5 | 270A |
过载保护选型
过载保护是电动机启动器最关键的功能。它保护电动机免受持续过电流的损害，防止绕组损坏。过载保护与短路保护（熔断器/断路器）是不同的。
过载选型规则
| 电动机类型 | 过载整定值 | 参考标准 |
|---|---|---|
| 使用系数 ≥ 1.15 | 125% 铭牌满载电流 | GB 50054 |
| 温升 ≤ 40°C | 125% 铭牌满载电流 | GB 50054 |
| 其他电动机 | 115% 铭牌满载电流 | GB 50054 |
| 密封式制冷压缩机 | 140% 额定负载电流 | GB 50054 |
过载继电器类型
- 热式（双金属片）：最常用。利用双金属片受电机电流加热后弯曲的原理。具有固有延时，允许电机启动。分为Class 10、20或30脱扣时间。
- 电子式（固态）：更精确、可调节。数字化设定满载电流、脱扣等级和缺相检测。适用于关键应用和变频器旁路启动器。
- 易熔合金式：最古老的技术。使用在特定温度下熔化的共晶合金。在现代安装中较少使用。
脱扣等级
脱扣等级定义了过载继电器在堵转条件下的动作速度：
| 等级 | 600%满载电流时的脱扣时间 | 典型应用 |
|---|---|---|
| Class 5 | 2秒 | 最快保护，特殊电机 |
| Class 10 | 10秒 | 标准电机、暖通设备 |
| Class 20 | 20秒 | 启动时间较长、高惯量负载 |
| Class 30 | 30秒 | 超长启动、大型风机/水泵 |
电动机启动器接触器选型
接触器是接通和断开电动机主回路的电磁开关。正确的接触器选型可确保可靠的开关操作和较长的使用寿命。
接触器额定要求
电动机接触器必须满足以下额定要求：
- 连续电流 ≥ 电动机满载电流 — 接触器的AC-3额定值应超过电动机的满载电流
- 功率额定值 ≥ 电动机功率 — 在使用电压下的NEMA功率额定值必须匹配或超过电动机
- 电压额定值 ≥ 系统电压 — 线圈电压和触点电压额定值必须适合安装环境
- 分断容量 ≥ 可用故障电流 — 接触器必须能承受安装点的预期故障电流
接触器使用类别（IEC）
- AC-1：无感或微感负载（电阻加热、照明）
- AC-2：绕线式电动机 — 启动、点动
- AC-3：鼠笼式电动机 — 启动、运行中断开
- AC-4：鼠笼式电动机 — 启动、反接制动、点动（最严酷）
对于标准电动机启动应用，选择AC-3使用类别的接触器。对于频繁点动或反接制动的应用，使用AC-4额定值。
GB 50054对电动机启动器的要求
GB 50054及相关标准包含了电动机回路的全面要求。以下是与电动机启动器选型相关的关键条款：
过载保护
每台电动机必须按照上述规则设置过载保护。过载装置必须能够检测并响应持续过电流状况。
过载时断开
过载保护必须断开回路中所有带电导体。这意味着三相电动机需要三极过载继电器。
电动机控制器
电动机控制器（启动器）必须能够启动和停止其所控制的电动机，且必须在系统电压下具有与电动机功率相匹配的额定值。
支路过电流保护
电动机支路的最大过电流装置额定值：
| 过电流装置类型 | 电动机满载电流的最大百分比 |
|---|---|
| 无延时熔断器 | 300% |
| 延时熔断器 | 175% |
| 反时限断路器 | 250% |
| 瞬时脱扣断路器（电动机回路保护器） | 800% – 1300% |
隔离开关
必须在电动机附近可视范围内提供隔离开关（或在不可视时可在电动机位置锁定）。隔离开关的额定值至少为电动机满载电流的115%。
NEMA与IEC电动机启动器对比
了解NEMA和IEC启动器标准之间的差异有助于选择合适的产品：
| 特性 | NEMA | IEC |
|---|---|---|
| 设计理念 | 保守、重型 | 精确、应用导向 |
| 选型方法 | 尺寸编号（0–4.5） | 电流额定值（如9A、12A、25A） |
| 安全余量 | 内置大余量 | 最小余量，规格更严格 |
| 物理尺寸 | 较大、更坚固 | 紧凑、节省空间 |
| 成本 | 每尺寸较高 | 较低，选择更多 |
| 典型用途 | 北美商业/工业 | 全球工业、OEM设备 |
| 点动/反接制动 | 同一启动器（选大一号） | 必须选择AC-4额定 |
| 标准 | NEMA ICS 2 | IEC 60947-4-1 |
使用变频器作为电动机启动器
变频器（VFD）可以作为电动机启动器使用，提供软启动功能和速度控制。将变频器用作启动器时：
- 软启动：变频器逐步提升电机速度，消除高启动冲击电流（直接启动时通常为满载电流的150-600%）
- 过载保护：内置电子过载保护，无需单独的过载继电器
- 旁路接触器：部分安装包含旁路接触器，在全速时绕过变频器以提高效率
- 隔离：根据规范要求，仍需安装隔离开关用于维护
将变频器用作启动器选型时，选择变频器的连续电流额定值 ≥ 电动机满载电流。对于恒转矩应用（传送带、压缩机），使用变频器的恒转矩额定值。对于变转矩应用（风机、水泵），可使用变转矩额定值。