怎么消除继电器触点的电弧

1、继电器电弧的危害 继电器的触点在动作时容易产生电弧,电弧具有热效应容易导致触点烧蚀粘接,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。
2、电弧产生的原理 2.1电弧的热电子理论
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。
2.2电弧的自动电子理论
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。
2.3热粒子理论
这种理论认为:从接近阴极的弧柱层中发射粒子,阴极电流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。
3、继电器的电弧及电弧的熄灭 3.1继电器的电弧
继电器闭合触点刚分离时,间隙极小,电路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升高,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
图1 继电器触点电路示意图
3.2直流电弧的熄灭
触点材料:继电器触点材料采用agni、agpb等高熔点合金材料,可以增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。
图2 不同电压电流下电弧的长度
3.3交流电弧的熄灭
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,即在这段时间内电流非常接近于零。
图3 交流电弧的电压电流波形
4、继电器的电弧消除
4.1阻性负载的安全应用
继电器触点的安全工作区可以方便地用开关容量曲线表示。图4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,但从图中可以看出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可能会导致继电器电弧失效。
图4 某继电器的开关容量曲线
4.2 非阻性负载触点保护电路
继电器的开关电压、开关电流指标都是针对电阻性负载提出的,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,所以要求采用相应的电路作保护。
4.2.1容性负载和灯负载的电弧消除
当继电器负载是电容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一般可以达到20~40倍稳态电流,灯负载引起的冲击电流一般可以达到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。可以考虑添加串联电感(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。
图5 电感方式
图6 电感+电阻方式
4.2.2感性负载的保护电路
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。
4.2.2.1 rc保护电路
图7所示电路为触点端的rc保护电路,此电路特点:1)适用于dc电路;2)适用于电源电压为24-48v时;
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7 触点端的rc保护电路
图8 负载端的rc保护电路
r和c的参数选取原则为,r:1v触点电压对应1ω;c:1a触点电流对应1uf。电容c的耐压一般为200-300v,或负载电压的两倍以上。ac电路需要使用无极性电容器。
4.2.2.2 二极管保护电路
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,也可以使用反向耐压为电源电压2-3倍左右的二极管。
图9 二极管保护电路
4.2.2.3 二极管+稳压二极管保护电路
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10二极管+稳压二极管保护电路
4.2.2.4 压敏电阻保护电路
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。
图11 压敏电阻保护电路
4.3 错误的保护电路
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,容易出现触点熔接。
图12 错误保护电路
更多精彩阅读: 继电器触点是什么材质 继电器触点粘连分析 继电器触点常开常闭如何区分 继电器触点动作时产生的火花怎么消除 继电器触点类型_继电器触点形式 继电器触点符号_继电器触点容量
设计一款智能锁需要考虑的五个方面,你都了解么?
Silicon Labs提供首款Z-Wave远程解决方案,实现一英里的无线连接
俄罗斯渗透进美国政府和公司网络后,义愤填膺的怒吼声响彻一片
智能体育活力四射 拓展消费新业态
对AI领域人才相关事项的重新审视和思考
怎么消除继电器触点的电弧
屏蔽双绞线的最大传输距离是多少
无人驾驶正在飞速发展 但目前依旧存在三道阻力
黑鲨游戏手机2 Pro将于7月30日发布该机搭载了骁龙855+ SoC
大唐移动与iVReal合作:共同研究推广基于5G+MR的智慧教育应用
中兴通讯2019年1-9月实现了营业收入642.4亿元人民币同比增长9.3%
《关于深入推进公路工程技术创新工作的意见(征求意见稿)》发布
LG电子正与京东方合作开发柔性OLED面板
企业部署私有云的优势
《中国“智能+”社会发展指数报告2020》解读 显著带动产业发展
5G+AIoT为智能家居带来新突破
超感光微云台 夜色更精彩 vivo X50 Pro开售1天倒计时
简析报警电路的工作原理
Jetpack Compose 更新一览 | 2022 Android 开发者峰会
如何轻松稳定带感性开环输出阻抗的运算放大器?