继电器触点失效分析及常用保护电路

1.关于触点的基本注意事项 电压

触点电路的电压，在电路含有感应时会发生非常高的反向电压，电压越高能量越大，由于触点的消耗量、移动量增大，所以需要注意继电器的控制容量。另外直流电压时控制容量会极度降低需要注意。这是DC的情况，如果象AC电流那样没有零点（电流为零的点），则一旦发生电弧后很难消去，电弧时间变长是主因。尤其是因为电流方向一定，在下面有所记述，所以会引起触点的移动现象，与触点消耗相关。

一般在手册中记载了大概的控制容量，但只有这些是不够的，应该在特殊的触点电路里进行试验确认。另外，在手册等里面虽然记载了电阻负载的情况和限定的控制容量，但这主要是表示了继电器的级别，一般以AC的125V电路的电流容量来考虑是比较妥当的。手册中记载的最小适用负载并非继电器可以通断的下限标准值、保证值。这个值由于通断频率、环境条件、被要求的接触电阻的变化、绝对值的不同，可靠程度是不同的。要求模拟微小负载控制或者接触电阻为100mΩ以下的情况（测量、无线等）请使用AgPd触点的继电器。 电流

触点闭合及开路时的电流对触点影响很重要。例如负载为电动机或者指示灯的时候，闭合时的冲击电流越大，触点的消耗量、移动量就越增加，由于触点的粘连、移动会产生触点不能断开的故障，请在实际使用时认真确认。 2.一般触点材料的特征

下表为触点材料的特征。请在选择继电器时进行参考。

Ag（银） 导电率·导热率在金属中是最大的。由于低接触电阻、低价位而被广泛使用。缺点是在硫化物的环境容易生成硫化膜。在低电压·微电流水平要注意。 物环境里容易生成硫化膜。 AgCdO（银酸化显示了Ag具有的导电性和低接触电阻，有良好的耐粘连性。 与Ag一样在硫化镉） 触AgSnO2（银酸化具有比AgCdO还要优良的耐粘连性。 与Ag一样在硫化物环 境容易生成硫化膜。 点锡） 材硬度·融点高，耐电弧性好，不易被移动·粘连，要求触点压力高。另外，接触料 AgW（银钨） 电阻也比较高，耐环境性差。加工、向接触弹簧安装也有限制。 AgNi（银镍） 电传导度可与Ag匹敌，耐电弧性好。 AgPd（银钯） 在常温下耐蚀性较好，耐硫化性虽然也不错，但在微小功率电路里容易吸着有机气体而生成聚合物，需要贴层金属来防止生成聚合物。价格贵。 表面处将耐腐蚀性最好的Au压接在母材上，厚度均一和无小孔是其最大的特征。使用Au金属包层（贴理 环境条件比较恶劣的情况下，特别对 于微小负载效果大。已有标准品的金属包金属膜） 层会有设计上、设备上的困难。 兼具良好的耐腐蚀性和高硬度。作为镀金触点在小负载情况下使用。在有机气体Rh镀金（铑） 环境中易生成聚合物，请注意。所以作为密闭型（干簧继电器等）使用。价格较贵。 Au镀金（金镀与Au包层效果几乎相同。由于镀金处理会有小孔和龟裂的可能，请注意保管。金） 已有标准品的金镀金比较容易。 Au flash（金薄以开关或者与开关组成的成套保管中的触点母材的保护为目的，负载通断时可以镀金）0.1～得到一定程度的接触稳定性。 0.5μ 3.关于触点保护 反向电压

象启动DC继电器那样，通断继电器串联电路或DC电动机、DC套管、DC螺线管等的感应性负载时必须进行二极管等的浪涌吸收以保护触点，这一点很重要。

切断这些感应负载时，会引起数百～数千V的反向电压，使触点受到很大损害，寿命可能会明显缩短。另外，在上述负载的电流小于1A以下的领域里，反向电压产生白热或者电弧放电的电弧，通过这个放电使空气中含有的有机物分解，在触点生成黒色的异物（酸化物、炭化物），导致接触不良。

反向电压和实际测量值的例子

在图1（a）里，使感应负载R为OFF的瞬间，会在线圈的两端＋、－方向产生反向电压（e＝-Ldi/d-t）图1（b）那样的尖峰形，这个反向电压通过电源线加在触点的两端。

一般认为常温常压的空气中的临界绝缘破坏电压是200～300V，所以，前面所说的反向电压如果超过的时候，会在触点进行放电，线圈储藏的能量（1/2Li2）被消耗。吸收反向电压时，希望在200V以下。

有3种常用的继电器保护电路：阻容电路、压敏电阻电路和二级管电路。

阻容电路:

电阻值和电容值的选择以可以消除感性电压为宜，但是也不要过分大引起其它问题，如元件尺寸和成本。一个很好地经验法则是首先使电阻值等于电路电压，然后根据电路感性电流的水平来选择电容值，如果电流是1A，选择0.1mF的电容是适合的。如果是更大的电流，那么电容值也要相应增大。 因此，一个120 VAC, 0.4 A 的电路应该使用120 ohms的电阻和0.1 mF的电容。如果这个组合没有很好地调节瞬态电压，第一步先增加电容值，然后减小电阻值。例如：120 ohm/0.1 mF的组合和47 ohm/0.2 mF 的组合有大致相同的能量吸收时间常数，但是由于后者有更小的电阻值，在某些特殊的应用中比前者有更好的性能。通常来说，对于一个应用是找不到一个完美的组合的，只是可以找到一些可以正常工作的组合。在这个例子中电阻和电容的额定功率应该选择大于20W，虽然说小功率值也可以工作，这样可以让能量快速消耗。在测试各种组合的时候，注意不要损坏其它的电路元器件。

压敏电阻电路:

压敏电阻是一个阻值会随着两端电压而发生变化的电阻。一般来说当两端电压接近临界值的时候电阻值会迅速减小，压敏电阻可以用在一个很宽的电压范围和钳位电压下。例如， 在继电器上有一个220VAC的感性负载，可以使用额定电压稍微高于220V的压敏电阻。 当继电器触点打开的时候，加在电路上的感性尖峰会促使压敏电阻的阻值降到很小，相当于对地短路，因此继电器线圈上的电压可以被有效钳位。

二极管电路:

在阻容电路中加上一个二极管可以帮助消除直流和交流负载电路中的感性电压尖峰，效果取决于电路如何搭建。注意二极管需要能承受来自感性负载的正常的电压和电流值。

电感器、电磁铁、接触器线圈、轭流圈等都是感性负载。接通瞬间，电磁线圈有抑制电流上升的功能，不会出现浪涌电流；但关断时，贮存在电磁线圈中的电磁能通过触点间燃弧消耗掉，这将导致触点烧蚀，材料转移、沾结。采用RC网络、二极管，压敏电阻等触点保护装置可减少触点的烧蚀。

负载的种类和冲击电流

负载的种类和冲击电流的特性是与通断频率也有关系的，是产生触点粘连的一个大的重要因素。特别是在有冲击电流存在的负载的情况请与稳态电流一起测定冲击电流值，并讨论与选定的继电器的余裕度。

下表显示了有代表性的负载与冲击电流的关系。另外，根据继电器的不同COM,NO的极性会影响电气寿命请用实际使用极性确认。

负载的种类 电阻负载 螺线管负载 电动机负载 白炽灯负载 水银灯负载 钠灯负载 电容器负载 变压器负载

冲击电流 稳态电流的1倍 稳态电流的10～20倍 稳态电流的5～10倍 稳态电流的10～15倍 稳态电流的约3倍 稳态电流的1～3倍 稳态电流的20～40倍 稳态电流的5～15倍

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