陈晓丽 梁绍康 王后军

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

电磁继电器和交流接触器是家用控制电路中最常见的元件之一，在空调、电饭煲、电冰箱、电烤箱等家电产品中应用非常普遍，而且在工业自动化和通信设备中的使用率也在进一步提高，应用越来越广泛。对于电磁继电器的应用或者接触器的应用已有大量研究，但是对同一使用情况下，用电磁继电器更优还是接触器，这方面的研究比较少，本文特选取同一条件下使用电磁继电器和接触器的控制方案进行对比研究，旨在选取一种最优的控制方案。

在家用空调的控制电路中，电磁继电器和接触器两种元件都有应用，那么是选用电磁继电器还是接触器，什么情况下选接触器，什么情况下选电磁继电器，哪种控制方案更优，这些问题成为了困扰设计员的一大难题。在保证同安全和可靠性的前提下，基于最优性价比，本文以3匹定频空调为例，研究了3匹定频空调的最优压缩机控制方案，为空调用继电器的选型提供了非常重要的参考意见。

本文先简单介绍了电磁继电器和接触器，分析了电磁继电器和接触器的区别，重点研究了电磁继电器、交流接触器在家用空调中的应用，以优化3匹定频空调压缩机控制方式为目标，进行了大量的研究分析和试验验证，最终得出了采用电磁继电器控制方案可行的结论。

1 电磁继电器和接触器简介

1.1 电磁继电器

继电器是一种通过继电特性实现自动控制的元件，继电特性是当输入量达到一定值时，输出量发生跳跃式变化，如图1所示，其实就是继电器的动作/释放特性[1]。电磁继电器的驱动力来自电磁铁，通过电磁继电器的动作/释放来实现电路的通断[2]。

图1 继电特性

继电器按使用电流的类型不同，分为交流继电器和直流继电器，一般的家用电器经常使用交流继电器，需注意：①直流继电器一般不能通交流电，而且线圈两端电压应为正常工作时线圈的额定电压，不然继电器就会工作不稳定。②交流继电器可以通交流电，也可以通直流电，但是线圈两端电压最好是交流正弦波的额定电压。

使用电磁继电器控制感性负载时需特别注意：因接通时会产生很大的冲击电流，断开时会产生较高的反向电压[1]；所以，实际应用电路中应适当的增加反向电压吸收电路（即触点保护电路），常用的触点保护电路可以参考图2。

图2 常用触点保护电路（示例）

1.2 接触器

接触器的工作原理、结构和继电器基本是相同的，用途也是一样的，接触器主要用于接通和断开主电路或者是大容量的控制电路[3]。

交流接触器一般用于控制交流电路的通断，直流接触器则用于直流电路。目前家用空调一般使用交流接触器来实现电路的通断；直流接触器在空调行业的应用较少，主要用于电动大巴空调。因大巴空调主回路电压较高，通常为直流600 V左右，所以选用直接接触器，采用“低压控高压”的控制方式来控制主回路的通断。

1.3 电磁继电器和交流接触器的区别

交流接触器的主触头可以通过较大电流，而电磁继电器的触头一般只能通过小电流。所以电磁继电器主要用于通断电流较小的控制电路，触头不分主、辅助[3]。接触器一般接通或断开主电路，触头容量较大，接触器的触头分为主、辅助触头[3]。

2 电磁继电器和交流接触器在3匹定频空调中的应用探讨

2.1 两种常用压缩机控制方案对比

电磁继电器、交流接触器是普通家用空调控制电路中大量使用的一种开关器件，主要用于控制压缩机、电加热器、室内外风扇电机的开停。本文重点研究控制压缩机开停的方式，目前常用的有两种方案。

方案一、电磁继电器控制

采用内机继电器直接控制压缩机开停（如图3），此方案适用2匹及以下小功率、小电流机型，此控制方式物料少，接线简洁，装配效率高，成本相对较低。

图3 电磁继电器控制方案

方案二、交流接触器控制

内机使用5 A继电器控制外机交流接触器，间接控制压缩机开停（如图4），此方式使用的物料多，接线复杂，装配效率低，成本相对较高。一般情况下，3匹及以上的定频机型采用这种方案。

图4 交流接触器控制方案

2.2 3匹定频空调压缩机控制方式优化探讨

2.2.1 背景和必要性

随着各国的能效要求越来越高，空调节能技术日新月异，整机电流、压缩机堵转电流越来越小，并且各种保护功能越来越完善，为3匹定频机采用继电器控制提供了前提条件。同时，为了提升空调的竞争力和性价比，避免质量过剩，优化3匹定频机的压缩机控制方式已迫在眉睫，定频3匹机型采用采用继电器控制压缩机的方案是否可行，是否安全可靠，下面进一步探讨。

3.2.2 电磁继电器与交流接触器参数差异分析

方案一和方案二中使用的继电器与交流接触器（即目前2匹定频机和3匹定频机使用的电磁继电器和交流接触器）均为25 A规格，具体参数及差异见表1。

表1 交流接触器与继电器参数对比

从以上参数表对比，继电器与交流接触器的主要差异有3个方面：

1）继电器对于感性负载，需要降额度使用；继电器额定负载电流25 A为阻性负载情况，空调中的主要负载压缩机和电机均为感性负载，继电器需考虑降额使用，选取降额参数为0.75对触点电流降额，即25 A继电器稳定运行的最大运行电流不应超过18.75 A，而交流接触器可以按照其额定电流25 A满载使用。

2）寿命测试方法不一样

交流接触器：1.05倍电压，6倍额定电流Ie（150 A），循环6 000次。

继电器：80 A cosφ=0.7，开0.3 s，转为20 A cosφ=0.7 开1.2 s，停1.5 s，20万个周期。

3）耐冲击电流不同，交流接触器耐冲击电流150 A，继电器只有80 A。

2.2.3 可行性分析

2.2.3.1 总述

对于定频3匹空调，若使用方案一的控制方案，从成本和装配效率方面无疑是最优选择，但是需同时满足下面四个条件：

1）整机的额定电流不应该超过继电器的降额使用电流（18.75 A）；

2）整机的启动电流，不应该超过继电器的耐冲击电流（80 A）；

3）继电器表面温度不应该超过其额定使用环境温度；

4）需要有可靠的保护措施，即使在空调异常情况下，也能保证继电器和整机能正常工作。

2.2.3.2 整机额定电流和最大电流

1）额定电流核实

目前3匹机型的制冷量为24 000 Btu，换算为制冷量为24 000/3.412=7 034 W，随着能效逐步提高，目前多数国家都要求3.2以上，换算成整机的功率为7 034/3.2=2 198 W，额定电流最大值理论上计算为2 198 W/220 V=9.99 A。

2）最大电流核实

据统计，即使空调最大制冷/制热环境下，近2年内，整机的最大电流普遍在13 A左右，且所有机型的最大电流不超过16 A，如图5所示。

图5 最大电流统计

整机的额定电流在10 A以下，近2年内，整机的最大电流也不超过16 A，小于继电器的感性负载降额使用电流18.75 A，满足切换为继电器的使用要求。

2.2.3.3 整机启动电流和寿命

继电器的耐冲击能力比交流接触器差，若3匹机型使用继电器控制压缩机开停，需满足整机的启动电流要小于继电器的电气寿命测试电流。

压缩机的启动/堵转电流越来越小，图6是历年来压缩机最大的启动/堵转电流，可以看出：3匹定频机的压缩机启动/堵转电流（43～72）A之间，并近2年开发的新3P机型堵转电流均少于60 A。

图6 启动电流统计

压缩机的启动/堵转电流，均小于继电器电气寿命测试电流80 A，初步评估满足继电器的使用要求。

为了确保继电器电气寿命无问题，特意选取3.5匹定频机进行寿命验证，实测启动电流为69 A，详细如下表2。

表2 整机电气寿命验证情况

从测试结果看，即使是3.5P机型，电气寿命也能满足20万次以上，按照每个小时开停4次，一天工作10个小时，每年空调开启8个月，空调的继电器寿命可以工作20年以上。

2.2.3.4 继电器发热情况验证

除考虑降额，发热也是限制使用的一个重要因素。对继电器进行发热测试，情况如右表所示，室内机主板继电器通 25 A 电流，继电器表面温度是77.7 ℃，未超过额定温度85 ℃，故继电器发热无问题。

另外，考虑到室外环境相对严酷，T3工况下，电器盒和压缩机腔内温度在60 ℃左右，继电器容易温升超标，所以，对于控制压缩机的继电器位于室外的机型，不建议采用切换为采用继电器控制压缩机的方案。

2.2.3.5 整机保护措施优化

考虑到售后接错线、电容开短路、风机故障、严重脏堵，电压过低（低于160 V），压缩机堵转等非正常工作情况，整机电流会异常大，需要采取过流保护、防高温保护、压缩机过载保护，缺氟保护等保护措施，防止异常情况下，电流过大烧毁继电器。

另外，整机的过流保护值应合理选择，不宜过小或者过大。从用户使用的实际情况以及继电器安全考虑，过流保护选型应满足以下两个条件：

1）在电压波动允许范围内，用户正常使用的最恶劣工况下，空调轻微脏堵的情况下，整机不应该出现过流保护。

表3 继电器表面温升测试情况汇总表

2）整机的过流保护值不能超过继电器的最大切换电流，并根据继电器的实际使用场合，预留相应设计余量（约（5～20）%）。

2.2.4 小结

通过以上分析，3匹定频空调采用内机25 A继电器直接控制压缩机开停的方案，整机电流和启动电流、继电器的表面温升，都符合继电器的使用需求；且在过流保护值设置合理的条件下（建议不超过继电器的最大切换电流，预留（5～20）%余量），此方案完全可行。此方案在成本和装配效率最优的条件下，同时保证了整机的安全运行，优于之前采用的交流接触器控制方案。

3 结束语

本文提出的针对3匹定频空调的电磁继电器控制方案在保证安全和可靠的前提下，成本和效率最优，提升了产品的竞争力。但是，本文研究的使用情况是基于常规的使用环境考虑的，适用于大部分家用空调，对于恶劣条件下的家用空调控制方式的选型，如高温高湿、粉尘、气体等条件下的选型，应选用密封性更好的继电器或者接触器，并加大设计选型的余量。另外，对于纯电动大巴空调控制压缩机的方案，应考虑选用直流接触器，具体直流接触器的选型和寿命等有待进一步分析研究。