Der Einfluss von Lichtbogenentladungen auf die Stabilität von Relaiskontakten ist so groß, dass für einen Ingenieur Kenntnisse der Grundlagen der Berechnung und Anwendung von Schutzschaltungen schlicht eine Voraussetzung sind.

Funkenlöschschaltungen

Um Schäden an Kontakten durch Lichtbogenentladungen zu reduzieren, werden verwendet:

1. Spezialrelais mit großen Kontaktabständen (bis zu 10 mm oder mehr) und hoher Schaltgeschwindigkeit durch starke Kontaktfedern;
2. Magnetisches Blasen von Kontakten, realisiert durch Einbau eines Permanentmagneten oder Elektromagneten in der Ebene des Kontaktspalts. Das Magnetfeld verhindert das Auftreten und die Entwicklung eines Lichtbogens und schützt Kontakte wirksam vor Verbrennungen.
3. Funkenlöschkreise, die parallel zu den Relaiskontakten oder parallel zur Last installiert sind.

Die ersten beiden Methoden gewährleisten durch konstruktive Maßnahmen bei der Auslegung des Relais eine hohe Zuverlässigkeit. In diesem Fall sind externe Kontaktschutzelemente in der Regel nicht erforderlich, spezielle Relais und magnetisches Anblasen von Kontakten sind jedoch recht exotisch, teuer und zeichnen sich durch ihre große Größe und solide Spulenleistung aus (Relais mit großem Kontaktabstand haben starke Kontaktfedern). .

Der Schwerpunkt der industriellen Elektrotechnik liegt auf kostengünstigen Standardrelais, daher ist der Einsatz von Funkenlöschschaltungen die gebräuchlichste Methode zur Löschung von Lichtbogenentladungen an Kontakten.

Reis. 1. Ein wirksamer Schutz verlängert die Lebensdauer der Kontakte erheblich:

Theoretisch können viele physikalische Prinzipien zum Löschen des Lichtbogens genutzt werden, in der Praxis kommen jedoch die folgenden effektiven und wirtschaftlichen Schemata zum Einsatz:

1. RC-Schaltungen;
2. Freilaufdioden;
3. Varistoren;
4. kombinierte Schaltungen, zum Beispiel Varistor + RC-Schaltung.

Zu den Sicherheitskreisen können gehören:

1. parallel zur induktiven Last;
2. parallel zu den Relaiskontakten;
3. parallel zu den Kontakten und der Last gleichzeitig.

In Abb. Abbildung 1 zeigt einen typischen Anschluss von Schutzschaltungen beim Betrieb mit Gleichstrom.

Diodenschaltung (nur Gleichstromkreise)

Die günstigste und am weitesten verbreitete Schaltung zur Unterdrückung der Selbstinduktionsspannung. Die Siliziumdiode ist parallel zur induktiven Last geschaltet; wenn die Kontakte geschlossen sind und sich im Dauerzustand befinden, hat sie keinen Einfluss auf den Betrieb des Stromkreises. Beim Abschalten der Last entsteht eine Selbstinduktionsspannung, deren Polarität der Betriebsspannung entgegengesetzt ist; die Diode öffnet und überbrückt die induktive Last.

Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass die Diode die Sperrspannung bei einem Vorwärtsspannungsabfall von 0,7–1 V begrenzt. Aufgrund des endlichen Innenwiderstands hängt der Spannungsabfall an der Diode vom Strom durch die Diode ab. Leistungsstarke induktive Lasten sind in der Lage, gepulste Selbstinduktionsströme von bis zu mehreren zehn Ampere zu entwickeln, was bei leistungsstarken Siliziumdioden einem Spannungsabfall von etwa 10–20 V entspricht. Dioden sind äußerst effektiv bei der Beseitigung von Lichtbogenentladungen und schützen Relaiskontakte vor Durchbrennen besser als alle anderen Funkenlöschschaltungen.

Regeln für die Auswahl einer Sperrdiode:

1. Der Betriebsstrom und die Sperrspannung der Diode müssen mit der Nennspannung und dem Nennstrom der Last vergleichbar sein. Für Lasten mit einer Betriebsspannung von bis zu 250 VDC und einem Betriebsstrom von bis zu 5 A ist die gängige Siliziumdiode 1N4007 mit einer Sperrspannung von 1000 VDC und einem maximalen Impulsstrom von bis zu 20 A durchaus geeignet;
2. die Diodenleitungen sollten so kurz wie möglich sein;
3. Die Diode sollte ohne lange Anschlussdrähte direkt an die induktive Last angelötet (geschraubt) werden – das verbessert die EMV bei Schaltvorgängen.

Vorteile der Diodenschaltung:

1. niedrige Kosten und Zuverlässigkeit;
2. einfache Berechnung;
3. maximal erreichbare Effizienz.

Nachteile der Diodenschaltung:

1. Dioden erhöhen die Ausschaltzeit induktiver Lasten um das 5- bis 10-fache, was für Lasten wie Relais oder Schütze sehr unerwünscht ist (Kontakte öffnen sich langsamer, was zu ihrem Durchbrennen beiträgt), während der Diodenschutz nur in Gleichstromkreisen funktioniert.

Wenn ein Begrenzungswiderstand in Reihe mit der Diode geschaltet wird, verringert sich der Einfluss der Dioden auf die Abschaltzeit, zusätzliche Widerstände verursachen jedoch höhere Sperrspannungen als Schutzdioden allein (die Spannung am Widerstand sinkt nach dem Ohmschen Gesetz). .

Zenerdioden (für Wechsel- und Gleichstromkreise)

Anstelle einer Diode wird eine Zenerdiode parallel zur Last eingebaut, bei Wechselstromkreisen zwei Zenerdioden, die Rücken an Rücken in Reihe geschaltet sind. In einer solchen Schaltung wird die Sperrspannung durch die Zenerdiode auf die Stabilisierungsspannung begrenzt, was den Einfluss der Funkenschutzschaltung auf die Lastabschaltzeit etwas verringert.

Unter Berücksichtigung des Innenwiderstands der Zenerdiode ist die Sperrspannung bei starken induktiven Lasten um den Betrag des Spannungsabfalls am Differentialwiderstand der Zenerdiode größer als die Stabilisierungsspannung.

Auswahl einer Zenerdiode für die Schutzschaltung:

1. die gewünschte Grenzspannung wird ausgewählt;
2. die erforderliche Leistung der Zenerdiode wird unter Berücksichtigung des Spitzenstroms ausgewählt, der von der Last beim Auftreten einer Selbstinduktionsspannung entwickelt wird;
3. Die tatsächliche Klemmspannung wird überprüft – zu diesem Zweck ist ein Experiment wünschenswert, und für die Spannungsmessung ist es praktisch, ein Oszilloskop zu verwenden.

Vorteile von Zenerdioden:

1. geringere Ausschaltverzögerung als bei einer Diodenschaltung;
2. Zenerdioden können in Stromkreisen beliebiger Polarität verwendet werden;
3. Zenerdioden für Lasten mit geringer Leistung sind günstig;
4. Die Schaltung wird mit Wechsel- und Gleichstrom betrieben.

Nachteile von Zenerdioden:

1. weniger effizient als in einer Diodenschaltung;
2. leistungsstarke Lasten erfordern teure Zenerdioden;
3. Bei sehr leistungsstarken Lasten ist eine Schaltung mit Zenerdioden technisch nicht realisierbar.

Varistorschaltung (für Wechsel- und Gleichstromkreise)

Ein Metalloxid-Varistor hat eine Strom-Spannungs-Kennlinie ähnlich einer bipolaren Zenerdiode. Bis zum Anlegen der Grenzspannung an die Klemmen ist der Varistor praktisch vom Stromkreis getrennt und zeichnet sich nur durch Leckströme im Mikroamperebereich und eine innere Kapazität in Höhe von 150-1000 pF aus. Wenn die Spannung ansteigt, beginnt sich der Varistor sanft zu öffnen und überbrückt die induktive Last mit seinem Innenwiderstand.

Bei sehr kleinen Abmessungen sind Varistoren in der Lage, große Impulsströme zu entladen: Bei einem Varistor mit einem Durchmesser von 7 mm kann der Entladestrom 500–1000 A betragen (Impulsdauer weniger als 100 μs).

Berechnung und Installation des Varistorschutzes:

1. werden durch die sicheren Spannungsgrenzen an der Induktivität festgelegt
   Belastung;
2. der von der induktiven Last während der Selbstinduktion gelieferte Strom wird berechnet oder gemessen, um den erforderlichen Varistorstrom zu bestimmen;
3. Gemäß Katalog wird ein Varistor für die erforderliche Grenzspannung ausgewählt. Bei Bedarf können Varistoren in Reihe geschaltet werden, um die erforderliche Spannung auszuwählen.
4. Es muss überprüft werden: Der Varistor muss über den gesamten Betriebsspannungsbereich an der Last geschlossen sein (Leckstrom weniger als 10-50 μA);
5. Der Varistor muss gemäß den für den Diodenschutz festgelegten Regeln an der Last montiert werden.

Vorteile des Varistorschutzes:

1. Varistoren arbeiten in Wechsel- und Gleichstromkreisen;
2. normalisierte Grenzspannung;
3. vernachlässigbare Auswirkung auf die Abschaltverzögerung;
4. Varistoren sind billig;
5. Varistoren ergänzen RC-Schutzbeschaltungen ideal beim Arbeiten mit hohen Lastspannungen.

Nachteil des Varistorschutzes:

1. Bei ausschließlicher Verwendung von Varistoren ist der Schutz der Relaiskontakte vor einem Lichtbogen deutlich schlechter als bei Diodenschaltungen.

RC-Schaltungen (für Gleich- und Wechselstrom)

Im Gegensatz zu Dioden- und Varistorschaltungen können RC-Beschaltungen sowohl parallel zur Last als auch parallel zu den Relaiskontakten installiert werden. In manchen Fällen ist die Last für die Montage von Funkenlöschelementen physisch unzugänglich und die einzige Möglichkeit, die Kontakte zu schützen, besteht darin, die Kontakte mit RC-Schaltungen zu überbrücken.

Das Funktionsprinzip der RC-Schaltung basiert auf der Tatsache, dass sich die Spannung am Kondensator nicht sofort ändern kann. Die Selbstinduktionsspannung ist von Natur aus gepulst und die Impulsfront hat bei typischen elektrischen Geräten eine Dauer von 1 μs. Wenn ein solcher Impuls an den RC-Kreis angelegt wird, beginnt die Spannung am Kondensator nicht sofort anzusteigen, sondern mit einer Zeitkonstante, die durch die Werte von R und C bestimmt wird.

Wenn wir davon ausgehen, dass der Innenwiderstand der Stromquelle Null ist, entspricht die Parallelschaltung der RC-Schaltung zur Last der Parallelschaltung der RC-Schaltung zu den Relaiskontakten. In diesem Sinne gibt es keinen grundsätzlichen Unterschied beim Einbau von Funkenlöschkreiselementen für verschiedene Schaltkreise.

RC-Schaltung parallel zu den Relaiskontakten

Der Kondensator (siehe Abb. 2) beginnt sich aufzuladen, wenn die Relaiskontakte öffnen. Wird die Zeit zum Aufladen des Kondensators auf die Lichtbogenzündspannung an den Kontakten größer gewählt als die Zeit der Divergenz der Kontakte auf einen Abstand, bei dem kein Lichtbogen entstehen kann, dann sind die Kontakte vollständig vor dem Entstehen eines Lichtbogens geschützt. Dieser Fall ist ideal und in der Praxis unwahrscheinlich. In realen Fällen hilft die RC-Schaltung, beim Öffnen des Stromkreises eine niedrige Spannung an den Relaiskontakten aufrechtzuerhalten und dadurch den Einfluss des Lichtbogens abzuschwächen.

Reis. 2. Schutzelemente können sowohl parallel zu den Kontakten als auch parallel zur Last angeschlossen werden:

Wenn nur ein Kondensator parallel zu den Relaiskontakten geschaltet ist, funktioniert die Schutzschaltung grundsätzlich auch, allerdings führt die Entladung des Kondensators über die Relaiskontakte im geschlossenen Zustand zu einem Stromstoß durch die Kontakte, was unerwünscht ist. In diesem Sinne optimiert die RC-Beschaltung alle transienten Vorgänge sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen von Kontakten.

Berechnung der RC-Schaltung

Der einfachste Weg ist die Verwendung des in Abb. gezeigten universellen Nomogramms. 3. Basierend auf bekannter Versorgungsspannung U und Laststrom ICH Finden Sie zwei Punkte im Nomogramm und ziehen Sie anschließend eine gerade Linie zwischen den Punkten, die den gewünschten Widerstandswert anzeigt R. Kapazitätswert MIT wird auf einer Skala neben der aktuellen Skala gezählt ICH. Das Nomogramm liefert dem Entwickler ziemlich genaue Daten; bei der praktischen Umsetzung der Schaltung müssen die nächstliegenden Standardwerte für den Widerstand und den Kondensator der RC-Schaltung ausgewählt werden.

Reis. 3. Das bequemste und genaueste Nomogramm zur Bestimmung der Parameter des RC-Schutzkreises (und dieses Diagramm ist bereits über 50 Jahre alt!)

Auswahl eines Kondensators und Widerstands für die RC-Schaltung

Der Kondensator sollte nur mit einem Folien- oder Papierdielektrikum verwendet werden; Keramikkondensatoren sind nicht für Hochspannungskreise mit Funkenschutz geeignet. Bei der Auswahl eines Widerstands müssen Sie bedenken, dass dieser während des Übergangsprozesses viel Energie verbraucht. Für RC-Beschaltungen empfiehlt sich die Verwendung von Widerständen mit einer Leistung von 1-2 W. Dabei sollte unbedingt geprüft werden, ob der Widerstand für eine hohe gepulste Selbstinduktivitätsspannung ausgelegt ist. Am besten verwenden Sie drahtgewickelte Widerstände, aber auch mit Keramikverbindungen gefüllte Metallfilm- oder Kohlenstoffwiderstände funktionieren gut.

Vorteile der RC-Schaltung:

1. gute Lichtbogenlöschung;
2. keinen Einfluss auf die Abschaltzeit der induktiven Last.

Merkmale der RC-Schaltung: die Notwendigkeit, hochwertige Kondensatoren und Widerstände zu verwenden. Generell ist der Einsatz von RC-Gliedern immer wirtschaftlich sinnvoll.

Bei der Installation eines Funkenlöschkreises parallel zu den Wechselstromkontakten fließt bei geöffneten Relaiskontakten ein Leckstrom, der durch die Impedanz des RC-Kreises bestimmt wird, durch die Last. Lässt die Last keinen Leckstrom fließen oder ist dies aus schaltungstechnischen Gründen und aus Gründen der Personensicherheit unerwünscht, ist es erforderlich, die RC-Schaltung parallel zur Last zu installieren.

Kombination aus RC-Schaltung und Diodenschaltung

Eine solche Schaltung (manchmal auch DRC-Schaltung genannt) ist äußerst effizient und ermöglicht es Ihnen, alle unerwünschten Auswirkungen eines Lichtbogens auf die Relaiskontakte auf Null zu reduzieren.

Vorteile der DRC-Schaltung:

1. Die elektrische Lebensdauer des Relais nähert sich ihrer theoretischen Grenze.

Nachteile der DRC-Schaltung:

1. Die Diode verursacht eine erhebliche Verzögerung beim Abschalten der induktiven Last.

Kombination aus RC-Beschaltung und Varistor

Wenn Sie einen Varistor anstelle einer Diode installieren, sind die Schaltungsparameter identisch mit denen einer herkömmlichen RC-Funkenlöschschaltung, aber die Begrenzung der Selbstinduktionsspannung an der Last durch den Varistor ermöglicht die Verwendung eines niedrigeren Spannungskondensators und ist günstiger und Widerstand.

RC-Glied parallel zur Last

Es wird dort eingesetzt, wo es unerwünscht oder unmöglich ist, eine RC-Schaltung parallel zu den Relaiskontakten zu installieren. Zur Berechnung werden folgende Näherungswerte der Elemente vorgeschlagen:

1. C = 0,5-1 µF pro 1 A Laststrom;
2. R = 0,5-1 Ohm pro 1 V Lastspannung;
3. R = 50-100 % des Lastwiderstands.

Nach der Berechnung der Nennwerte R und C muss wie oben beschrieben die zusätzliche Belastung der Relaiskontakte überprüft werden, die während des Einschwingvorgangs (Laden des Kondensators) entsteht.

Die angegebenen Werte von R und C sind nicht optimal. Wenn ein möglichst vollständiger Schutz der Kontakte und die Ausschöpfung der maximalen Ressourcen des Relais erforderlich sind, ist es erforderlich, ein Experiment durchzuführen und einen Widerstand und einen Kondensator experimentell auszuwählen und dabei transiente Prozesse mit einem Oszilloskop zu beobachten.

Vorteile einer RC-Beschaltung parallel zur Last:

1. gute Lichtbogenunterdrückung;
2. Durch offene Relaiskontakte fließt kein Leckstrom in die Last.

Mängel:

1. bei einem Laststrom von mehr als 10 A führen große Kapazitätswerte dazu, dass relativ teure und große Kondensatoren eingebaut werden müssen;
2. Um die Schaltung zu optimieren, ist eine experimentelle Überprüfung und Auswahl der Elemente wünschenswert.

Die Fotos zeigen Spannungsoszillogramme an einer induktiven Last zum Zeitpunkt des Abschaltens der Stromversorgung ohne Nebenschluss (Abb. 4) und mit installierter RCE-Schaltung (Abb. 5). Beide Wellenformen haben eine vertikale Skala von 100 Volt/Division.

Reis. 4. Das Abschalten einer induktiven Last verursacht einen sehr komplexen Übergangsprozess.

Reis. 5. Eine richtig ausgewählte RSE-Schutzkette eliminiert den Übergangsprozess vollständig

Hier bedarf es keines besonderen Kommentars; die Wirkung der Installation einer Funkenlöschschaltung ist sofort sichtbar. Auffallend ist der Prozess der Erzeugung hochfrequenter Hochspannungsstörungen im Moment des Öffnens der Kontakte.

Fotos aus einem Hochschulbericht zur Optimierung von parallel zu Relaiskontakten geschalteten RC-Schaltungen. Der Autor des Berichts führte eine komplexe mathematische Analyse des Verhaltens einer induktiven Last mit einem Shunt in Form einer RC-Schaltung durch, doch am Ende wurden die Empfehlungen zur Berechnung der Elemente auf zwei Formeln reduziert:

C = I 2 /10

Wo MIT– Kapazität der RC-Schaltung, μF;ICH– Betriebslaststrom, A;

R = E o /(10І(1 + 50/E o))

Wo Eo– Lastspannung; IN, ICH– Betriebslaststrom, A; R– Widerstand des RC-Kreises, Ohm.

Antwort: C = 0,1 µF, R = 20 Ohm. Diese Parameter stimmen hervorragend mit dem zuvor angegebenen Nomogramm überein.

Werfen wir abschließend einen Blick auf die Tabelle aus demselben Bericht, die praktisch gemessene Spannungen und Verzögerungszeiten für verschiedene Funkenlöschkreise zeigt. Als induktive Last diente ein elektromagnetisches Relais mit einer Spulenspannung von 28 VDC/1 W; der Funkenlöschkreis wurde parallel zur Relaisspule installiert.

Induktive Lasten und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

EMV-Anforderungen sind Voraussetzung für den Betrieb elektrischer Geräte und werden verstanden als:

1. die Fähigkeit des Geräts, unter Bedingungen, denen es starken elektromagnetischen Störungen ausgesetzt ist, normal zu funktionieren;
2. die Eigenschaft, während des Betriebs keine elektromagnetischen Störungen zu erzeugen, die über dem in den Normen vorgeschriebenen Wert liegen.

Das Relais ist unempfindlich gegenüber hochfrequenten Störungen, das Vorhandensein starker elektromagnetischer Felder in der Nähe der Relaisspule beeinflusst jedoch die Ein- und Ausschaltspannung des Relais. Bei der Installation von Relais in der Nähe von Transformatoren, Elektromagneten und Elektromotoren ist eine experimentelle Überprüfung der korrekten Funktion und Deaktivierung des Relais erforderlich. Bei der Montage einer großen Anzahl von Relais hintereinander auf einer Montageplatte oder auf einer Leiterplatte kommt es außerdem zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Funktion eines Relais auf die Ein- und Ausschaltspannung der übrigen Relais. In Katalogen finden sich manchmal Hinweise zum Mindestabstand zwischen Relais des gleichen Typs, um deren normalen Betrieb zu gewährleisten. In Ermangelung einer solchen Anleitung können Sie die Faustregel anwenden, nach der der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Relaisspulen mindestens das 1,5-fache ihres Durchmessers betragen sollte. Wenn es erforderlich ist, das Relais fest auf einer Leiterplatte zu montieren, ist eine experimentelle Überprüfung der gegenseitigen Beeinflussung des Relais erforderlich.

Ein elektromagnetisches Relais kann viel Lärm erzeugen, insbesondere wenn es mit induktiven Lasten verwendet wird. In Abb. dargestellt. 4, ein Hochfrequenzsignal ist eine starke Störung, die den normalen Betrieb empfindlicher elektronischer Geräte beeinträchtigen kann, die in der Nähe des Relais betrieben werden. Die Frequenz der Störung liegt zwischen 5 und 50 MHz, und die Leistung dieser Störung beträgt mehrere hundert mW ist nach modernen EMV-Standards völlig inakzeptabel. Mit Funkenlöschschaltungen können Sie den Störpegel von Relaisgeräten auf den von den Normen geforderten sicheren Wert senken.

Der Einsatz von Relais in geerdeten Metallgehäusen wirkt sich positiv auf die EMV aus, es ist jedoch zu beachten, dass bei der Erdung des Metallgehäuses die meisten Relais die Isolationsspannung zwischen den Kontakten und der Spule reduzieren.

Isolierung zwischen Relaiskontakten

Je nach Ausführung des Relais besteht zwischen den offenen Kontakten des Relais eine Lücke. Die Luft im Spalt (oder Inertgas bei gasgefüllten Relais) fungiert als Isolator. Es wird davon ausgegangen, dass die Isoliermaterialien des Relaiskörpers und der Kontaktgruppe höhere Durchbruchspannungen aufweisen als Luft. Wenn zwischen den Kontakten keine Verunreinigungen vorhanden sind, kann die Betrachtung der Isoliereigenschaften der Kontaktgruppen nur auf die Eigenschaften des Luftspalts beschränkt werden.

In Abb. Abbildung 6 (etwas weiter unten im Artikel) zeigt die Abhängigkeit der Durchbruchspannung vom Abstand zwischen den Relaiskontakten. In den Katalogen finden Sie mehrere Optionen für die maximale Spannung zwischen Kontakten, nämlich:

1. Grenzwert der ständig an zwei Kontakten anliegenden Spannung;
2. Stoßspannung;
3. der Grenzwert der Spannung zwischen den Kontakten für eine bestimmte Zeit (normalerweise 1 Minute, während dieser Zeit sollte der Leckstrom 1 oder 5 mA bei dem angegebenen Spannungswert nicht überschreiten).

Wenn es sich um eine gepulste Isolationsspannung handelt, handelt es sich bei dem Impuls um ein Standard-IEC-255-5-Testsignal mit einer Anstiegszeit auf einen Spitzenwert von 1,2 μs und einer Abfallzeit auf 50 % der Amplitude von 50 μs.

Benötigt der Entwickler ein Relais mit besonderen Anforderungen an die Kontaktisolation, kann er Informationen über die Einhaltung dieser Anforderungen entweder beim Hersteller oder durch unabhängige Tests einholen. Im letzteren Fall ist zu beachten, dass der Relaishersteller nicht für die auf diese Weise erzielten Messergebnisse verantwortlich ist.

Materialien für Relaiskontakte

Das Kontaktmaterial bestimmt die Parameter der Kontakte selbst und des Relais als Ganzes, wie zum Beispiel:

1. Stromtragfähigkeit, d. h. die Fähigkeit, Wärme effektiv vom Kontaktpunkt abzuleiten;
2. Möglichkeit zum Schalten induktiver Lasten;
3. Kontakt Widerstand;
4. maximale Umgebungstemperatur während des Betriebs;
5. Beständigkeit des Kontaktmaterials gegen Migration, insbesondere beim Schalten induktiver Lasten auf Gleichstrom;
6. Beständigkeit des Kontaktmaterials gegen Verdunstung. Das verdampfende Metall fördert die Entstehung des Lichtbogens und verschlechtert die Isolierung, wenn sich Metall auf den Kontaktisolatoren und dem Relaisgehäuse ablagert;
7. Beständigkeit der Kontakte gegenüber mechanischem Verschleiß;
8. Elastizität der Kontakte, um kinetische Energie zu absorbieren und übermäßiges Rattern zu verhindern;
9. Beständigkeit des Kontaktmetalls gegenüber korrosiven Gasen aus der Umgebung.

Reis. 7. Jedes Material ist für den Betrieb von Kontakten in einem bestimmten Strombereich ausgelegt, kann aber auch mit Vorsicht zum Schalten schwacher Signale verwendet werden

Einige nützliche Eigenschaften von Materialien schließen sich nicht gegenseitig aus, zum Beispiel haben gute Stromleiter immer eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Allerdings sind gute Leiter mit niedrigem spezifischem Widerstand meist zu weich und verschleißen leicht.

Bei speziellen Kontaktlegierungen (z. B. AgNi oder AgSnO) liegt der Schmelzpunkt höher, zum Schalten von Mikroströmen sind solche Materialien jedoch überhaupt nicht geeignet.

Dadurch einigt sich der Relaisentwickler auf einen gewissen Kompromiss zwischen Qualität, Preis und Abmessungen des Relais. Dieser Kompromiss hat zur Standardisierung der Anwendungen der verschiedenen Relaiskontakte geführt, wie in Abb. 7. Die Anwendungsbereiche verschiedener Materialien für Kontakte sind recht bedingt, aber der Designer muss verstehen, dass, wenn Kontakte an der Grenze des für sie „zugewiesenen“ Bereichs von Strömen und Spannungen arbeiten, eine experimentelle Überprüfung der Zuverlässigkeit einer solchen Anwendung möglich ist erforderlich sein. Das Experiment ist sehr einfach und besteht darin, den Kontaktwiderstand von Kontakten für eine Charge von Relais des gleichen Typs zu messen, und es ist ratsam, nicht Relais zu testen, die gerade vom Band gelaufen sind, sondern solche, die transportiert wurden und waren einige Zeit im Lager. Die optimale „Alterungsdauer“ in einem Lager beträgt 3-6 Monate. Während dieser Zeit normalisieren sich die Alterungsprozesse bei Kunststoffen und Metall-Kunststoff-Verbindungen.

Wird dort eingesetzt, wo es unerwünscht oder unmöglich ist, eine RC-Schaltung parallel zu den Relaiskontakten zu installieren. Zur Berechnung werden folgende Näherungswerte der Elemente vorgeschlagen:

C = 0,5 ... 1 µF pro 1 A Laststrom;

R = 50...100 % des Lastwiderstands.

Nach der Berechnung der Nennwerte R und C muss wie oben beschrieben die zusätzliche Belastung der Relaiskontakte überprüft werden, die während des Einschwingvorgangs (Laden des Kondensators) entsteht.

Die angegebenen Werte von R und C sind nicht optimal. Wenn ein möglichst vollständiger Schutz der Kontakte und die Ausschöpfung der maximalen Ressourcen des Relais erforderlich sind, ist es erforderlich, ein Experiment durchzuführen und einen Widerstand und einen Kondensator experimentell auszuwählen und dabei transiente Prozesse mit einem Oszilloskop zu beobachten.

Vorteile einer RC-Beschaltung parallel zur Last:

gute Lichtbogenunterdrückung, keine Leckströme in die Last durch offene Relaiskontakte.

Mängel:

Bei einem Laststrom von mehr als 10 A führen große Kapazitätswerte dazu, dass zur Optimierung der Schaltung relativ teure und große Kondensatoren eingebaut werden müssen. Eine experimentelle Prüfung und Auswahl der Elemente ist wünschenswert.

Die Fotos zeigen Spannungsoszillogramme an einer induktiven Last zum Zeitpunkt des Abschaltens der Stromversorgung ohne Nebenschluss (Abb. 33) und mit installierter RC-Schaltung (Abb. 34). Beide Wellenformen haben eine vertikale Skala von 100 Volt/Division.

Hier bedarf es keines besonderen Kommentars; die Wirkung der Installation einer Funkenlöschschaltung ist sofort sichtbar. Auffallend ist der Prozess der Erzeugung hochfrequenter Hochspannungsstörungen im Moment des Öffnens der Kontakte; auf dieses Phänomen werden wir bei der Analyse des EMV-Relais zurückkommen.

Fotos aus einem Universitätsbericht zur Optimierung von parallel zu Relaiskontakten installierten RC-Schaltungen. Der Autor des Berichts führte eine komplexe mathematische Analyse des Verhaltens einer induktiven Last mit einem Shunt in Form einer RC-Schaltung durch, doch am Ende wurden die Empfehlungen zur Berechnung der Elemente auf zwei Formeln reduziert:

Abbildung 33
Das Abschalten einer induktiven Last verursacht einen sehr komplexen Übergang

Abbildung 34
Eine richtig ausgewählte RC-Schutzschaltung eliminiert den Übergangsprozess vollständig

Dabei ist C die Kapazität der RC-Schaltung, μF und I der Betriebslaststrom. A;

R = Ео/(10*I*(1 + 50/Ео))

wobei Eo die Lastspannung ist. V, I - Betriebslaststrom. A, R - Widerstand des RC-Kreises, Ohm.

Antwort: C = 0,1 µF, R = 20 Ohm. Diese Parameter stimmen hervorragend mit dem zuvor angegebenen Nomogramm überein.

Werfen wir abschließend einen Blick auf die Tabelle aus demselben Bericht, die die praktisch gemessene Spannung und Verzögerungszeit für verschiedene Funkenlöschkreise zeigt. Als induktive Last diente ein elektromagnetisches Relais mit einer Spulenspannung von 28 VDC/1 W; der Funkenlöschkreis wurde parallel zur Relaisspule installiert.

Geräte mit einem diskreten Ausgang (Relais, Transistor) werden häufig an eine induktive Last (Geräte mit einer Induktivität) angeschlossen. Das Auftreten von Lichtbogenentladungen beim Öffnen solcher Stromkreise wirkt sich äußerst negativ auf die Leistung von Relaiskontakten und Ausgangsstufen von Sensoren aus und verringert deren Lebensdauer.

Um die schädlichen Auswirkungen von Lichtbogenentladungen zu beseitigen, werden Funkenlöschkreise verwendet, die parallel zu den Relaiskontakten oder parallel zur Last installiert werden.

Ohne auf die Physik transienter Prozesse und die Ursachen von Lichtbogenentladungen einzugehen, betrachten wir die effektivsten und am weitesten verbreiteten Funkenlöschkreise für Gleich- und Wechselstrom.

Gleichstromkreise:

Die Siliziumdiode ist parallel zur induktiven Last geschaltet; wenn die Kontakte geschlossen sind und sich im Dauerzustand befinden, hat sie keinen Einfluss auf den Betrieb des Stromkreises. Beim Abschalten der Last entsteht eine Selbstinduktionsspannung, deren Polarität der Betriebsspannung entgegengesetzt ist; die Diode öffnet und überbrückt die induktive Last. Dioden sind äußerst wirksam bei der Eliminierung von Lichtbögen und verhindern das Durchbrennen von Relaiskontakten, besser als jede andere Funkenunterdrückungsschaltung. Diese Methode ist auch auf Alarme mit Transistorausgang anwendbar.

Regeln für die Auswahl einer Sperrdiode:

Die RC-Schaltung ist das kostengünstigste und am weitesten verbreitete Mittel zum Schutz von Wechsel- und Gleichstromkreisen.

Im Gegensatz zu Diodenschaltungen können RC-Beschaltungen entweder parallel zur Last oder parallel zu den Relaiskontakten installiert werden. In manchen Fällen ist die Last für die Montage von Funkenlöschelementen physisch unzugänglich und die einzige Möglichkeit, die Kontakte zu schützen, besteht darin, die Kontakte mit RC-Schaltungen zu überbrücken.

Berechnung einer parallel zu den Relaiskontakten geschalteten RC-Schaltung:

wobei C die Kapazität der RC-Schaltung in Mikrofarad ist.

I - Betriebslaststrom, A.

Dabei ist R der Widerstand des RC-Kreises, Ohm.

I - Betriebslaststrom, A.

Der einfachste Weg ist die Verwendung eines universellen Nomogramms. Unter Verwendung der bekannten Werte der Stromquellenspannung U und des Laststroms I werden im Nomogramm zwei Punkte gefunden, wonach zwischen den Punkten eine Gerade gezogen wird, die den gewünschten Widerstandswert R zeigt. Der Kapazitätswert C wird gemessen eine Skala neben der aktuellen Skala I. Das Nomogramm liefert dem Entwickler ziemlich genaue Daten, bei der praktischen Umsetzung der Schaltung wird es notwendig sein, die nächstliegenden Standardwerte für den Widerstand und den Kondensator der RC-Schaltung auszuwählen.

RC-Glied parallel zur Last geschaltet

Wird dort eingesetzt, wo es unerwünscht oder unmöglich ist, eine RC-Schaltung parallel zu den Relaiskontakten zu installieren. Zur Berechnung werden folgende Näherungswerte der Elemente vorgeschlagen:

Um die Ausgangstransistorstufen der Alarme zu schützen, ist die RC-Schaltung parallel zur Last geschaltet.