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干货 | 继电器的失效模式分析及安全继电器的使用必要性
安全继电器
干货 | 继电器的失效模式分析及安全继电器的使用必要性 2019-07-31 干货 | 继电器的失效模式分析及安全继电器的使用必要性 920

继电器是一种电子控制器件,通常应用于自动控制电路中。实际上它是用较小的电流去控制较大电流的一种“ 自动开关 ”。


因此,在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器主要由线圈、铁片、复位弹簧、可动触点及固定触点等组成。常见电磁继电器结构见下图。

干货 | 继电器的失效模式分析及安全继电器的使用必要性

电磁继电器基本结构


电磁继电器利用电磁感应原理进行工作:

当线圈通电后,线圈中心的铁芯被磁化产生磁力与如图所示铁片吸合,铁片通过杠杆作用推动连接的可动触点动作,此时常开触点吸合,常闭触点打开;

● 当切断线圈电流后,铁芯立刻失去磁性,被压缩的弹簧复位产生作用力使得铁片回复到原来的位置,此时常开触点打开,常闭触点吸合。


继电器失效模式分析及对策


在一些特殊应用场合,本应该正常工作的继电器由于种种特殊原因工作异常,造成的损失往往不可估量。所以在使用继电器时我们应该明晰的知道导致继电器失效的具体原因,进而采取相应的解决措施最大程度地避免继电器的失效,这可能会对保护人身、财产安全有着重大意义。



而对于继电器来说,导致其工作异常的失效原因有多达二十种之多,由于具体使用环境及工作场合的不同继电器的失效原因也不尽相同。本文仅列举下述几种常见的继电器失效原因及解决对策以供大家参考。


1-1 触点动作异常


a.  触点焊接:触点表面通过大负载浪涌电流,加之高频繁切换产生电弧热。

对应解决措施:

1. 不要使得电源电压下降或线圈电压下降引起触点颤动;

2. 注意开闭浪涌电流超过额定电流的负载;

3. 注意继电器的高频率切换使用。


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产生触点焊接的故障触点


b.  触点材质转移:触点(Ag沸点约为200°)在进行直流负载切换时产生电弧热(600°),导致触点材质熔化产生蒸发转移。

对应解决措施:

1. 通过串联限流电阻降低负载浪涌电流;

2. 触点部分并联二极管吸收反电动势。


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产生触点黏连材质转移的故障触点


c.  碳化物导致触点故障:容易在触点连接电磁负载(电磁阀、接触器和阀门)时产生,在继电器触点长期开闭后,触电开闭的浪涌引起周围有机气体的分解和灰尘的碳化,并附着在触点上,继而导致触点接触不良。

对应解决措施:

1. 感性负载的反电动势大于电阻性负载,因此更易产生碳化。

2. 触点部分并联RC或二极管等浪涌吸收元件来吸收反电动势。


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产生碳化物的故障触点


上述的三种触点故障应该说是我们在使用继电器过程中常见的几种失效模式,从接触可靠性及使用寿命、防止噪音方面考虑,建议安装使用浪涌吸收元器件的触电保护电路。而且,此时,负载的释放时间会有若干延迟,使用之前请使用实际负载进行确认。此外,请注意,不正确使用会导致相反的效果。



以下为触点保护电路的典型示例。



1-2 触点保护电路


a. CR方式

左图:在AC电源电路中,负载阻抗小于RC阻抗时可使用。C:0.1~1Uf;R:与负载相等的电阻值。

右图:在AC、DC电源电路中均可使用。C:0.1~1Uf;R:与负载相等的电阻值。


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b.  二极管方式

DC电源专用。请使用下列额定值的二极管。逆向耐受电压:负载电路的电源电压*10,正向电流:大于负载电流。


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c. 压敏电阻方式

AC、DC电源电路中均可使用。为得到最佳效果,在使用24V~48V电源电压时,在负载端连接压敏电阻;在100V~200V的电源电压时,在触点间连接压敏电阻。


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注:请勿使用以下触电保护电路。



该保护电路在断开触点时消弧非常有效。但由于触点断开时电容器(C)会蓄电,在接通触点时,电容器流出短路电流,因此,触点容易出现熔接。



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该保护电路在断开触点时对消弧非常有效。但触点闭合时,蓄积的电流流向电容器时触点容易出现熔接。


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在实际的应用中,几乎所有的继电器失效均是由于继电器的频繁开闭导致其达到寿命,或是带动大功率感性负载从而发生触点焊接或碳化。即使有些已经加装了如二极管等的浪涌保护装置,但仍然不能完全杜绝失效的发生。


因此,对于那些需要触点能够确确实实进行开闭的控制要求,如:急停开关的信号通过中继来切断动力源,等等,则需要采用带有冗余+自检功能的安全继电器来进行实现。那么对于带冗余+自检功能的安全继电器究竟是怎么回事呢?接下来就安全继电器的相关知识做以下介绍供大家参考。


安全继电器的定义及特点


2-1 什么是安全继电器?


安全继电器是由多个继电器逻辑电路组合而成的一种模块,是一种电路组成单元,其目的是要互补彼此在故障状态下的缺陷,从而达到正确且低误动作的功能,降低其失误和失效值,提高安全因素。完整点说,应该叫成安全继电器模块



由于不同的机械设备、不同的工艺环节有不同的安全风险,及不同的危险等级。因此在产品设计时,设计了多种安全继电器以保护不同等级机械设备,主要目的在于保护暴露在不同等级之危险性的机械操作人员。



2-2 安全继电器的特点


a. 安全继电器是一种电路模块而不是一种电子元件;

b. 安全继电器由专门的颜色,一般为黄色或红色;

c. 安全继电器由对于继电器的要求不同以及其它逻辑电路的辅助设计,诊断覆盖率很高,甚至有些可以达到99.9%,因此可以用在一些要求更高的场合,也有规定必须使用经过认证的安全继电器才能满足安全要求!

d. 安全继电器具有强制导向触点结构(或者其他的保护方式),万一发生触点融焊现象时也能确保安全,所以说“安全继电器”并不是“没有故障的继电器”,而是发生故障时做出有规则的动作。


强制导向安全继电器在内部强制导向杆的作用下,即使触点发生熔结,也不会使得两对触点(NO/NC)同时出现ON现象。强制导向结构是一种检测触点熔接故障的简单有效方式。根据EN 50205的要求,在NO触点和NC触点的独立组合中,当NO触点熔接时,即使断开继电器线圈的电源(无励磁),NC触点也不闭合,确保0.5mm以上的触点间隙。此外,当NC触点熔接时,即使启动继电器线圈的电源(励磁),NO触点也不闭合,确保0.5mm以上的触点间隙。



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强制导向继电器的NO触点熔解


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强制导向继电器的NC触点熔解


普通继电器触点若发生熔结,会使得两对触点(NO/NC)可能同时出现ON现象。简单说:安全继电器更安全可靠,适用于工业安全场合。


安全继电器的应用场合


a. 适用紧急停止按钮,紧急情况下,停止机器运转;

b. 适用安全光幕,防止工作人员进入危险工作范围;

c. 适用安全门限开关,检测门的位置,开或者关的应用;

d. 适用电磁门锁开关的应用,确保作业区的安全;

e. 适用钥匙配合安全门开关,作为检测门开闭之用;

f. 适用安全垫开关,确认工作人员可以安全进入危险工作区域。



若还想了解安全继电器其它更多的相关应用知识,请点击图片查看以下文章:


▼ 解析安全继电器在SIS系统中的应用 ▼

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