注:請(qǐng)勿使用以下觸點(diǎn)保護(hù)電路。
【干貨】繼電器的失效模式分析及安全繼電器的使用必要性
發(fā)布時(shí)間:2019-07-31 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】繼電器 是一種電子控制器件,通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。實(shí)際上它是用較小的電流去控制較大電流的一種“ 自動(dòng)開關(guān) ”。
繼電器 是一種電子控制器件,通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。實(shí)際上它是用較小的電流去控制較大電流的一種“ 自動(dòng)開關(guān) ”。
因此,在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器主要由線圈、鐵片、復(fù)位彈簧、可動(dòng)觸點(diǎn)及固定觸點(diǎn)等組成。常見(jiàn)電磁繼電器結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。
電磁繼電器基本結(jié)構(gòu)
電磁繼電器利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作:
當(dāng)線圈通電后,線圈中心的鐵芯被磁化產(chǎn)生磁力與如圖所示鐵片吸合,鐵片通過(guò)杠桿作用推動(dòng)連接的可動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作,此時(shí)常開觸點(diǎn)吸合,常閉觸點(diǎn)打開;
當(dāng)切斷線圈電流后,鐵芯立刻失去磁性,被壓縮的彈簧復(fù)位產(chǎn)生作用力使得鐵片回復(fù)到原來(lái)的位置,此時(shí)常開觸點(diǎn)打開,常閉觸點(diǎn)吸合。
繼電器失效模式分析及對(duì)策
在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合,本應(yīng)該正常工作的繼電器由于種種特殊原因工作異常,造成的損失往往不可估量。所以在使用繼電器時(shí)我們應(yīng)該明晰的知道導(dǎo)致繼電器失效的具體原因,進(jìn)而采取相應(yīng)的解決措施最大程度地避免繼電器的失效,這可能會(huì)對(duì)保護(hù)人身、財(cái)產(chǎn)安全有著重大意義。
而對(duì)于繼電器來(lái)說(shuō),導(dǎo)致其工作異常的失效原因有多達(dá)二十種之多,由于具體使用環(huán)境及工作場(chǎng)合的不同繼電器的失效原因也不盡相同。本文僅列舉下述幾種常見(jiàn)的繼電器失效原因及解決對(duì)策以供大家參考。
1-1 觸點(diǎn)動(dòng)作異常
a. 觸點(diǎn)焊接:觸點(diǎn)表面通過(guò)大負(fù)載浪涌電流,加之高頻繁切換產(chǎn)生電弧熱。
對(duì)應(yīng)解決措施:
1. 不要使得電源電壓下降或線圈電壓下降引起觸點(diǎn)顫動(dòng);
2. 注意開閉浪涌電流超過(guò)額定電流的負(fù)載;
3. 注意繼電器的高頻率切換使用。
產(chǎn)生觸點(diǎn)焊接的故障觸點(diǎn)-01
產(chǎn)生觸點(diǎn)焊接的故障觸點(diǎn)-02
b. 觸點(diǎn)材質(zhì)轉(zhuǎn)移:觸點(diǎn)(Ag沸點(diǎn)約為200°)在進(jìn)行直流負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生電弧熱(600°),導(dǎo)致觸點(diǎn)材質(zhì)熔化產(chǎn)生蒸發(fā)轉(zhuǎn)移。
對(duì)應(yīng)解決措施:
1. 通過(guò)串聯(lián)限流電阻降低負(fù)載浪涌電流;
2. 觸點(diǎn)部分并聯(lián)二極管吸收反電動(dòng)勢(shì)。
產(chǎn)生觸點(diǎn)黏連材質(zhì)轉(zhuǎn)移的故障觸點(diǎn)-01
產(chǎn)生觸點(diǎn)黏連材質(zhì)轉(zhuǎn)移的故障觸點(diǎn)-02
c. 碳化物導(dǎo)致觸點(diǎn)故障:容易在觸點(diǎn)連接電磁負(fù)載(電磁閥、接觸器和閥門)時(shí)產(chǎn)生,在繼電器觸點(diǎn)長(zhǎng)期開閉后,觸點(diǎn)開閉的浪涌引起周圍有機(jī)氣體的分解和灰塵的碳化,并附著在觸點(diǎn)上,繼而導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸不良。
對(duì)應(yīng)解決措施:
1. 感性負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)大于電阻性負(fù)載,因此更易產(chǎn)生碳化。
2. 觸點(diǎn)部分并聯(lián)RC或二極管等浪涌吸收元件來(lái)吸收反電動(dòng)勢(shì)。
產(chǎn)生碳化物的故障觸點(diǎn)-01
產(chǎn)生碳化物的故障觸點(diǎn)-02
上述的三種觸點(diǎn)故障應(yīng)該說(shuō)是我們?cè)谑褂美^電器過(guò)程中常見(jiàn)的幾種失效模式,從接觸可靠性及使用壽命、防止噪音方面考慮,建議安裝使用浪涌吸收元器件的觸點(diǎn)保護(hù)電路。而且,此時(shí),負(fù)載的釋放時(shí)間會(huì)有若干延遲,使用之前請(qǐng)使用實(shí)際負(fù)載進(jìn)行確認(rèn)。此外,請(qǐng)注意,不正確使用會(huì)導(dǎo)致相反的效果。
以下為觸點(diǎn)保護(hù)電路的典型示例。
1-2 觸點(diǎn)保護(hù)電路
a. CR方式
① 在AC電源電路中,負(fù)載阻抗小于RC阻抗時(shí)可使用。
C:0.1~1Uf;
R:與負(fù)載相等的電阻值。
② 在AC、DC電源電路中均可使用。
C:0.1~1Uf;
R:與負(fù)載相等的電阻值。
b. 二極管方式
DC電源專用。請(qǐng)使用下列額定值的二極管。逆向耐受電壓:負(fù)載電路的電源電壓*10,正向電流:大于負(fù)載電流。
c. 壓敏電阻方式
AC、DC電源電路中均可使用。為得到最佳效果,在使用24V~48V電源電壓時(shí),在負(fù)載端連接壓敏電阻;在100V~200V的電源電壓時(shí),在觸點(diǎn)間連接壓敏電阻。
注:請(qǐng)勿使用以下觸點(diǎn)保護(hù)電路。
該保護(hù)電路在斷開觸點(diǎn)時(shí)消弧非常有效。但由于觸點(diǎn)斷開時(shí)電容器(C)會(huì)蓄電,在接通觸點(diǎn)時(shí),電容器流出短路電流,因此,觸點(diǎn)容易出現(xiàn)熔接。
該保護(hù)電路在斷開觸點(diǎn)時(shí)對(duì)消弧非常有效。但觸點(diǎn)閉合時(shí),蓄積的電流流向電容器時(shí)觸點(diǎn)容易出現(xiàn)熔接。
在實(shí)際的應(yīng)用中,幾乎所有的繼電器失效均是由于繼電器的頻繁開閉導(dǎo)致其達(dá)到壽命,或是帶動(dòng)大功率感性負(fù)載從而發(fā)生觸點(diǎn)焊接或碳化。即使有些已經(jīng)加裝了如二極管等的浪涌保護(hù)裝置,但仍然不能完全杜絕失效的發(fā)生。
因此,對(duì)于那些需要觸點(diǎn)能夠確確實(shí)實(shí)進(jìn)行開閉的控制要求,如:急停開關(guān)的信號(hào)通過(guò)中繼來(lái)切斷動(dòng)力源,等等,則需要采用帶有冗余+自檢功能的安全繼電器來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。那么對(duì)于帶冗余+自檢功能的安全繼電器究竟是怎么回事呢?接下來(lái)就安全繼電器的相關(guān)知識(shí)做以下介紹供大家參考。
安全繼電器的定義及特點(diǎn)
2-1 什么是安全繼電器?
安全繼電器是由多個(gè)繼電器與邏輯電路組合而成的一種模塊,是一種電路組成單元,其目的是要互補(bǔ)彼此在故障狀態(tài)下的缺陷,從而達(dá)到正確且低誤動(dòng)作的功能,降低其失誤和失效值,提高安全因素。完整點(diǎn)說(shuō),應(yīng)該叫成安全繼電器模塊。
由于不同的機(jī)械設(shè)備、不同的工藝環(huán)節(jié)有不同的安全風(fēng)險(xiǎn),及不同的危險(xiǎn)等級(jí)。因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)了多種安全繼電器以保護(hù)不同等級(jí)機(jī)械設(shè)備,主要目的在于保護(hù)暴露在不同等級(jí)之危險(xiǎn)性的機(jī)械操作人員。
2-2 安全繼電器的特點(diǎn)
a.安全繼電器是一種電路模塊而不是一種電子元件;
b.安全繼電器有專門的顏色,一般為黃色或紅色;
c.安全繼電器由對(duì)于繼電器的要求不同以及其它邏輯電路的輔助設(shè)計(jì),診斷覆蓋率很高,甚至有些可以達(dá)到99.9%,因此可以用在一些要求更高的場(chǎng)合,也有規(guī)定必須使用經(jīng)過(guò)認(rèn)證的安全繼電器才能滿足安全要求!
d.安全繼電器具有強(qiáng)制導(dǎo)向觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)(或者其他的保護(hù)方式),萬(wàn)一發(fā)生觸點(diǎn)融焊現(xiàn)象時(shí)也能確保安全,所以說(shuō)“安全繼電器”并不是“沒(méi)有故障的繼電器”,而是發(fā)生故障時(shí)做出有規(guī)則的動(dòng)作。
強(qiáng)制導(dǎo)向繼電器
在內(nèi)部強(qiáng)制導(dǎo)向桿的作用下,即使觸點(diǎn)發(fā)生熔結(jié),也不會(huì)使得兩對(duì)觸點(diǎn)(NO/NC)同時(shí)出現(xiàn)ON現(xiàn)象。強(qiáng)制導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是一種檢測(cè)觸點(diǎn)熔接故障的簡(jiǎn)單有效方式。根據(jù)EN 50205的要求,在NO觸點(diǎn)和NC觸點(diǎn)的獨(dú)立組合中,當(dāng)NO觸點(diǎn)熔接時(shí),即使斷開繼電器線圈的電源(無(wú)勵(lì)磁),NC觸點(diǎn)也不閉合,確保0.5mm以上的觸點(diǎn)間隙。此外,當(dāng)NC觸點(diǎn)熔接時(shí),即使啟動(dòng)繼電器線圈的電源(勵(lì)磁),NO觸點(diǎn)也不閉合,確保0.5mm以上的觸點(diǎn)間隙。
強(qiáng)制導(dǎo)向繼電器的NO觸點(diǎn)熔解-01
強(qiáng)制導(dǎo)向繼電器的NO觸點(diǎn)熔解-02
強(qiáng)制導(dǎo)向繼電器的NC觸點(diǎn)熔解-01
強(qiáng)制導(dǎo)向繼電器的NC觸點(diǎn)熔解-02
普通繼電器
觸點(diǎn)若發(fā)生熔結(jié),會(huì)使得兩對(duì)觸點(diǎn)(NO/NC)可能同時(shí)出現(xiàn)ON現(xiàn)象。簡(jiǎn)單說(shuō):安全繼電器更安全可靠,適用于工業(yè)安全場(chǎng)合。
安全繼電器的應(yīng)用場(chǎng)合
a. 適用緊急停止按鈕,緊急情況下,停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn);
b. 適用安全光幕,防止工作人員進(jìn)入危險(xiǎn)工作范圍;
c. 適用安全門限開關(guān),檢測(cè)門的位置,開或者關(guān)的應(yīng)用;
d. 適用電磁門鎖開關(guān)的應(yīng)用,確保作業(yè)區(qū)的安全;
e. 適用鑰匙配合安全門開關(guān),作為檢測(cè)門開閉之用;
f. 適用安全墊開關(guān),確認(rèn)工作人員可以安全進(jìn)入危險(xiǎn)工作區(qū)域。
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