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系统谈谈继电器触点电弧消除

时间: 2024-02-25 07:36:47 |   作者l: 上海五星体育直播官网

  继电器的触点在动作时易产生电弧,电弧具有热效应轻易造成触点烧蚀粘接,缩短继电器的寿命,并且产生电弧的过程中会对外进行电磁辐射,对周围的设备产生干扰。

  炽热金属以及其他物体在高度真空或气体中逸出电子的现象,称为热电子发射。在高温的影响下,阴极可发射电子。阴极温度的来源可以是人工加热,或者是游离气体中正离子撞击阴极的结果。

  这种理论认为:电弧阴极的空间电荷电场对于从金属吸出电子是足够的,在电场作用下金属势垒变狭,电子可穿过势垒逸出。

  这种理论认为:从接近阴极的弧柱层中发射粒子,阴极唯一的或主要的是粒子电流。阴极过程决定于位于距阴极表面1~10倍自由行程的高温等离子层,即所谓游离化的空间,该层给予阴极正离子,而在弧柱中则为电子。离子理论不能解释阴极斑点与电压和电流的关系,仅仅适用于高气压下的电弧条件。

  继电器闭合触点刚分离时,间隙极小,电压几乎全部加在触头之间,形成很强的电场,阴极的自由电子逸出奔向阳极,成为强电场发射。电子高速运动,碰撞中性气体分子,使其电离。电离后正离子向阴极运动,撞击阴极表面使其温度上升,进而形成热电子发射,并再参与碰撞电离,因此会在电极间形成大量带电粒子,使气体导电形成了炽热的电子流即电弧。

  继电器在切断电路时常常会产生电弧,这是不可避免的。通常在触点电压达到10V以上,电流在200mA以上,继电器切断电流时就会产生电弧。图1为 继电器触点电路示意图

  触点材料:继电器触点材料采取使用AgNi、AgPb等高熔点合金材料,能加强触点的耐电弧腐蚀能力。

  触点间距:继电器触点间距要足够大,大于电弧长度(有图2所示为不同电压电流下电弧的长度),才能确保电弧被拉断熄灭。如果电弧持续燃烧,会把继电器触点烧坏熔化。

  对于50Hz交流电,电流每个周期都会过零,电流过零使得交流电弧相比之下较容易熄灭。

  如图3所示,交流电弧的电流有偏离正弦波形的畸变形状,在电流过零点以前,它比正弦波下降的快,而在直接过零点附近变化缓慢。因此,电流波形中出现电流“零休”的时间间隔,即在最近一段时间内电流非常接近于零。

  继电器触点的安全工作区可以方便地用开关容量曲线给出了某继电器的开关容量曲线,图中折线左下方的电流电压区域为继电器的安全工作区域。虽然厂家给出的额定负载为DC30V/2A,但从图中能够准确的看出DC100V/0.5A的负载也可以用该继电器来开关。超出开关容量范围应用有几率会使继电器电弧失效。

  继电器的开关电压、开关电流指标都是针对性负载提出的,对于非电阻性负载(感性负载、容性负载等等),继电器很容易出现拉弧失效或者触点熔化失效,所以要求采取对应的电路作保护。

  当继电器负载是负载或者是灯负载时,触点闭合时会出现瞬间大电流(注:电容瞬间充放电会产生大电流;灯负载的初始电阻很小,所以开启瞬间电流远大于稳定工作电流)。电容负载引起的冲击电流通常能达到20~40倍稳态电流,灯负载引起的冲击电流一般能够达到10~15倍稳态电流,通常脉宽1us的异常大电流就可能损坏继电器触点。可优先考虑添加串联(如图5所示)或者串联限流电阻和电感(如图6所示)的方法限制瞬间电流,图5和图6两种防护方式均适用于AC和DC电路。

  继电器触点断开感性负载时,感应电压会加到触点两端,感应电压可用公式e=-Ldi/dt来估计,对较大的电感和电流,感应电压常常会高出稳态电压数十倍,导致继电器拉弧失效。因此常用在触点两端加吸收电路来保护触点,抑制干扰。

  图8所示电路为负载端的RC保护电路,此电路特点:1)适用于DC和AC电路;2)适用于电源电压为100-200V时。

  图9所示为二极管保护电路,此电路特点:1)适用于DC电路;2)释放时间较长;3)选用反向击穿电压至少为电路电压的10倍,正向电流至少为电路最大电流的二极管,如果在电子电路中电路电压并不是很高,也能够正常的使用反向耐压为电源电压2-3倍左右的二极管。

  图10 所示为二极管+稳压二极管保护电路,此电路特点:1)适用于DC电路;2)在二极管方式里加入稳压二极管,可以加快释放时间;3)选用与电源电压相近的稳压二极管;

  图11 所示为压敏电阻保护电路,此电路特点:1)适用于DC和AC电路;2)降低触点间较高的电压和电流;3)电源电压为24-48V时,压敏电阻并联在触点端较好,电源电压为100-200V时,压敏电阻并联在负载端较好;4)选用限制电压Vc为电源电压峰值1.5倍的压敏电阻,如果限制电压Vc过高,限制反向电压的效果将不理想。

  不能采用将电容直接与触点或负载并联来保护触点,如图25所示。虽然在触点断开时电容能很好的抑制电压尖峰,但当触点闭合时存贮在电容中的额外能量流过触点,使触点过载,有可能会出现触点熔接。

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