继电器与接触器的消火花电路设计

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：直流继电器、接触器和电磁铁是感性负荷，当线圈断电时，因自感电势存在，会在触点处产生很高的过电压。必须指出，消火花电路同时有使继电器等动作延缓的作用。因此r不能任意选取，r太小，S闭合时电容的放电电流很大，仍会烧蚀触点；r太大和电阻消火花电路一样。电阻r由放电电流限制值决定。

直流继电器、接触器和电磁铁是感性负荷，当线圈断电时，因自感电势存在，会在触点处产生很高的过电压。它与电源电压一起加在触点间隙上。如果这个电压超过300V（气隙击穿临界电压），就会使刚分离的触点间隙击穿而放电，形成火花放电。这不但会加速触点损坏，还会产生一种变频信号，严重干扰无线电通信。因此必须设法消除。

常用的消火花电路有以下一些。必须指出，消火花电路同时有使继电器等动作延缓的作用。

1.电路之一

电路如图2-58所示。该电路利用电阻为线圈中产生的自感电势提供放电回路，故称电阻消火花电路。

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图2-58　电阻消火花电路

图中，L、R为线圈的电感和电阻，r为消火花电阻，S为动合触点。不管是图2-58（a）还是图2-58（b）均能起到消火花作用。但具体应用时要考虑R的大小，若R很小，并接在负载两端较好，因为这时r也小，并接在触点S两端会有较大的泄漏电流。图2-58（b）电路的缺点是触点S闭合时电阻r要消耗一定电能。通常r取5～10R。如果要求继电器等释放时间短，r阻值宜选大一点；如果要求消火花效果好（即触点过电压小），则r阻值宜选小一点，可取2～5R，对于图2-58（a）电路可选2～3R；对于图3-58（b）电路可选3～5R。

2.电路之二

图2-59为阻容消火花电路。它是将线圈中的磁能转化为电容C的电能，从而达到消火花的目的。消火花效果较好。电源极性接反时，电路仍能正常工作。

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图2-59　阻容消火花电路

图2-59电路和图2-58电路比较，由于电容C隔断了仅有r时存在的泄漏电流［图2-58（a）］，或者避免了触点S闭合时r上的能量消耗［图2-58（b）］。另一方面，电容C两端电压不能突变，触点S断开瞬间两端电压Uk仍由r决定。因此r不能任意选取，r太小，S闭合时电容的放电电流很大，仍会烧蚀触点；r太大和电阻消火花电路一样。此外，还需避免R＋r、L、C三者构成的回路产生振荡，即必须满足条件，通常r取50～100Ω，C取0.1～2μF。

电容C可初步按每安负载电流至少1μF选择；电阻r可按经验公式选取，式中Uc为电容上的电压（V），a是系数，对纯银触点a＝140。调整时，触点上可能出现的最大电压峰值不得超过300V。触点闭合时，电容向触点放电的最大电流（即U/r），不得超过材料允许的最小熔焊电流值：金为11A，银为19A，钯为16A，铂为15A，钼为20～22A等。

图2-59（b）中电容C和电阻r的选择可按下列公式估算

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式中 I——负荷（继电器）电流（A）；

　　 E——电源电压（即继电器线圈额定电压）（V）。

另外，也可以直接在线圈上并联电容（而不串联电阻）的方法消灭火花。这时，过电压下降幅度大，释放时间延长也多，但闭合触点时会造成过大的放电电流而使触点工作不利。

3.电路之三

图2-60为氖泡消火花电路。

选择起辉电压大于继电器工作电压E、小于400～500V的氖泡并联在触点S上。当S断开时，触点两端电压升至200～500V时，氖泡即起辉放电，从而避免触点烧蚀。当S两端电压恢复到稳定值E时，氖泡熄灭，堵塞漏电流。

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图2-60　氖泡消火花电路

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图2-61　干簧继电器消火花电路

4.电路之四

图2-61为干簧继电器消火花电路。

干簧继电器利用其外部绕有的激磁线圈产生的磁场使管内簧片动作。它具有动作迅速（0.5～2ms）、使用寿命长、触点与外界隔绝而能有效地防止环境对触点的腐蚀等优点。但也存在切断容量小、过载能力差等缺点。尤其是触点吸合时易产生瞬间抖动，以及切断负荷时易产生火花而烧蚀触点。为了克服上述不足，常采用如图2-59所示的RC吸收电路。

电容C和电阻R的选择同图2-59（b）电路。

5.电路之五

图2-62为二极管消火花电路。图2-62（a）的作用与图2-59相同。二极管VD的方向应当使触点接通时电流不通过它。这样，当触点断开时，由于放电电流方向相反而将磁能消耗在并联回路中。要注意，采用该方法对继电器等释放有一定延缓作用。

二极管VD的选择：反向击穿电压应大于E，正向电流应大于E/R。式中E为线圈额定电压（V）；R为线圈直流电阻（Ω）。

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