一、繼電器電弧的危害

繼電器的觸點在動作時容易產(chǎn)生電弧，電弧具有熱效應容易導致觸點燒蝕粘接，縮短繼電器的壽命，并且產(chǎn)生電弧的過程中會對外進行電磁輻射，對周圍的設備產(chǎn)生干擾。

二、電弧產(chǎn)生的原理

2.1電弧的熱電子理論

熾熱金屬以及其他物體在高度真空或氣體中逸出電子的現(xiàn)象，稱為熱電子發(fā)射。在高溫的影響下，陰極可發(fā)射電子。陰極溫度的來源可以是人工加熱，或者是游離氣體中正離子撞擊陰極的結果。

2.2電弧的自動電子理論

這種理論認為：電弧陰極的空間電荷電場對于從金屬吸出電子是足夠的，在電場作用下金屬勢壘變狹，電子可穿過勢壘逸出。

2.3熱粒子理論

這種理論認為：從接近陰極的弧柱層中發(fā)射粒子，陰極電流唯一的或主要的是粒子電流。陰極過程決定于位于距陰極表面1～10倍自由行程的高溫等離子層，即所謂游離化的空間，該層給予陰極正離子，而在弧柱中則為電子。離子理論不能解釋陰極斑點與電壓和電流的關系，僅僅適用于高氣壓下的電弧條件。

三、繼電器的電弧及電弧的熄滅

3.1繼電器的電弧

繼電器閉合觸點剛分離時，間隙極小，電路電壓幾乎全部加在觸頭之間，形成很強的電場，陰極的自由電子逸出奔向陽極，成為強電場發(fā)射。電子高速運動，碰撞中性氣體分子，使其電離。電離后正離子向陰極運動，撞擊陰極表面使其溫度升高，進而形成熱電子發(fā)射，并再參與碰撞電離，因此會在電極間形成大量帶電粒子，使氣體導電形成了熾熱的電子流即電弧。

繼電器在切斷電路時常常會產(chǎn)生電弧，這是不可避免的。通常在觸點電壓達到10V以上，電流在200mA以上，繼電器切斷電流時就會產(chǎn)生電弧。圖1為 繼電器觸點電路示意圖

圖1 繼電器觸點電路示意圖

3.2直流電弧的熄滅

觸點材料：繼電器觸點材料采用AgNi、AgPb等高熔點合金材料，可以增強觸點的耐電弧腐蝕能力。

觸點間距：繼電器觸點間距要足夠大，大于電弧長度（有圖2所示為不同電壓電流下電弧的長度），才能確保電弧被拉斷熄滅。如果電弧持續(xù)燃燒，會把繼電器觸點燒壞熔化。

圖2 不同電壓電流下電弧的長度

3.3交流電弧的熄滅

對于50Hz交流電，電流每個周期都會過零，電流過零使得交流電弧相比之下較容易熄滅。

如圖3所示，交流電弧的電流有偏離正弦波形的畸變形狀，在電流過零點以前，它比正弦波下降的快，而在直接過零點附近變化緩慢。因此，電流波形中出現(xiàn)電流“零休”的時間間隔，即在這段時間內(nèi)電流非常接近于零。?

圖3 交流電弧的電壓電流波形

四、繼電器的電弧消除

4.1阻性負載的安全應用

繼電器觸點的安全工作區(qū)可以方便地用開關容量曲線表示。圖4給出了某繼電器的開關容量曲線，圖中折線左下方的電流電壓區(qū)域為繼電器的安全工作區(qū)域。雖然廠家給出的額定負載為DC30V/2A，但從圖中可以看出DC100V/0.5A的負載也可以用該繼電器來開關。超出開關容量范圍應用可能會導致繼電器電弧失效。

圖4 某繼電器的開關容量曲線

4.2 非阻性負載觸點保護電路

繼電器的開關電壓、開關電流指標都是針對電阻性負載提出的，對于非電阻性負載（感性負載、容性負載等等），繼電器很容易出現(xiàn)拉弧失效或者觸點熔化失效，所以要求采用相應的電路作保護。

4.2.1容性負載和燈負載的電弧消除

當繼電器負載是電容負載或者是燈負載時，觸點閉合時會出現(xiàn)瞬間大電流（注：電容瞬間充放電會產(chǎn)生大電流；燈負載的初始電阻很小，所以開啟瞬間電流遠大于穩(wěn)定工作電流）。電容負載引起的沖擊電流一般可以達到20～40倍穩(wěn)態(tài)電流，燈負載引起的沖擊電流一般可以達到10～15倍穩(wěn)態(tài)電流，通常脈寬1us的異常大電流就可能損壞繼電器觸點?？梢钥紤]添加串聯(lián)電感（如圖5所示）或者串聯(lián)限流電阻和電感（如圖6所示）的方法限制瞬間電流，圖5和圖6兩種防護方式均適用于AC和DC電路。

圖5 電感方式

圖6 電感+電阻方式

4.2.2感性負載的保護電路

繼電器觸點斷開感性負載時，感應電壓會加到觸點兩端，感應電壓可用公式e=-Ldi/dt來估計，對較大的電感和電流，感應電壓常常會高出穩(wěn)態(tài)電壓數(shù)十倍，導致繼電器拉弧失效。因此常用在觸點兩端加吸收電路來保護觸點，抑制干擾。

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4.2.2.1 RC保護電路

圖7所示電路為觸點端的RC保護電路，此電路特點：1）適用于DC電路；2）適用于電源電壓為24-48V時；

圖8所示電路為負載端的RC保護電路，此電路特點：1）適用于DC和AC電路；2）適用于電源電壓為100-200V時。

圖7 觸點端的RC保護電路

圖8 負載端的RC保護電路

R和C的參數(shù)選取原則為，R：1V觸點電壓對應1Ω；C：1A觸點電流對應1uF。電容C的耐壓一般為200-300V，或負載電壓的兩倍以上。AC電路需要使用無極性電容器。

4.2.2.2 二極管保護電路

圖9所示為二極管保護電路，此電路特點：1）適用于DC電路；2）釋放時間較長；3）選用反向擊穿電壓至少為電路電壓的10倍，正向電流至少為電路最大電流的二極管，如果在電子電路中電路電壓并不是很高，也可以使用反向耐壓為電源電壓2-3倍左右的二極管。

圖9 二極管保護電路

4.2.2.3 二極管+穩(wěn)壓二極管保護電路

圖10 所示為二極管+穩(wěn)壓二極管保護電路，此電路特點：1）適用于DC電路；2）在二極管方式里加入穩(wěn)壓二極管，可以加快釋放時間；3）選用與電源電壓相近的穩(wěn)壓二極管；

圖10二極管+穩(wěn)壓二極管保護電路

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4.2.2.4 壓敏電阻保護電路

?圖11 所示為壓敏電阻保護電路，此電路特點：1）適用于DC和AC電路；2）降低觸點間較高的電壓和電流；3）電源電壓為24-48V時，壓敏電阻并聯(lián)在觸點端較好，電源電壓為100-200V時，壓敏電阻并聯(lián)在負載端較好；4）選用限制電壓Vc為電源電壓峰值1.5倍的壓敏電阻，如果限制電壓Vc過高，限制反向電壓的效果將不理想。

圖11 壓敏電阻保護電路

4.3 錯誤的保護電路

不能采用將電容直接與觸點或負載并聯(lián)來保護觸點，如圖25所示。雖然在觸點斷開時電容能很好的抑制電壓尖峰，但當觸點閉合時存貯在電容中的額外能量流過觸點，使觸點過載，容易出現(xiàn)觸點熔接。

圖12 錯誤保護電路