摘要：通过对几种常用电磁继电器线圈瞬态抑制电路的对比和分析，结合平衡力式继电器结构特点与试验结果，得出平衡力式继电器合理正确的线圈瞬态抑制电路。
关键词：平衡力式继电器；线圈瞬态抑制
1 引言
随着科学技术的飞速发展，各种电子、电气设备中对固态器件的使用量不断增加。由于电磁继电器线圈去激励时，线圈会产生高达十几倍于额定电压的反电势，势必会对周边器件产生影响，因此必须对继电器线圈进行瞬态抑制，将其电压峰值限制在一定范围之内。平衡力式继电器是现今综合性能非常优良的功率型电磁继电器，使用非常广泛，由于其结构明显不同于拍合式、平衡旋转式等其它结构继电器，如采用不适当的线圈瞬态抑制电路会引起继电器触点断开时的回跳时间变长等缺陷，导致触点燃弧加剧，从而缩短其寿命，所以选择合适的线圈瞬态抑制电路就显得尤为重要。
2 平衡力式继电器的基本结构与工作原理
目前立方英寸系列平衡力式继电器结构大致相同，本文主要以1立方英寸平衡力式继电器（以下简称继电器）进行介绍，图1为1立方英寸平衡力式继电器结构简图，其工作原理是继电器初始时，由于磁钢力的作用，衔铁被保持在图2所示位置，继电器线圈按极性要求激励后，由于线圈产生的磁通方向与磁钢的磁通方向相反，在电磁吸力的作用下，克服磁钢吸力，衔铁组件产生转动，转换到图3位置，从而带动了触点转换。线圈去激励后，由于电磁吸力的消失，受磁钢吸力，衔铁又返回到图2位置。
由图1看出，该类继电器的结构不同于拍合式、平衡旋转式等继电器，衔铁与动簧片采用刚性连接，衔铁的转动直接带动触点的转换，而且衔铁在断开与闭合时都被强大的磁力所吸持，所以该类继电器具有很高的抗冲击、振动能力。基于平衡力式继电器以上特点，所以在选择线圈瞬态抑制电路时也有所不同。
图1
3线圈瞬态抑制电路选择
线圈瞬态抑制的方法较多，早期主要采用在线圈两端并电阻、压敏电阻及电阻+电容的方法。随着半导体器件的发展，目前继电器主要采用线圈两端接续流二极管、二极管+电阻、稳压二极管+二极管等方法。对于平衡力式继电器采用哪种电路较好，下面我们对这常用三种电路的优缺点一一对比分析。
3.1 续流二极管电路
线圈两端接续流二极管电路（见图4）是最简单、最方便的线圈瞬态抑制电路，目前被广泛使用。
图2
图3
图4
由图4电路看出，继电器线圈与续流二极管构成了完整的回路，继电器线圈去激励时，线圈所产生的反电势就可通过这条回路继续泄放，形成电流，进而使继电器线圈产生磁场，影响继电器衔铁动作，使触点释放时间延长。对于平衡力式继电器来说，衔铁与动簧片为刚性连接，一体化设计，采用图4电路进行线圈瞬态抑制时，在影响衔铁动作的同时也影响动簧片的接触状态，从而使触点释放时间延长的同时回跳时间可能也会变长。
我们对继电器采用图4电路进行了实际测试对比分析，结果见表1。
从表1看出，继电器线圈接图4电路，与未接线圈瞬态抑制电路相比，动作时间基本没有变化，但释放时间增大了5倍以上，其中3只继电器（1#、2#、4#）回跳时间增大了10倍以上。由于继电器使用的材料、装配工艺水平等影响，继电器与继电器之间性能参数有一定的差异，因此对每只继电器回跳时间的影响也不同。
表1
3.2 二极管+电阻电路
由于线圈两端接续流二极管电路进行线圈瞬态抑制会延长继电器释放时间，有些还影响回跳时间，因此某些用户采用二极管+电阻电路（见图5），通过调整电阻阻值的大小，从而减小对释放时间、回跳时间的影响。
我们对继电器采用图5电路，二极管分别串接不同阻值的电阻，实际测试继电器的反电势、时间参数，结果见表2。
图5
表2
从表2看出，采用二极管+电阻电路，电阻阻值较小时，反电势抑制彻底，但继电器释放时间、回跳时间增大；电阻阻值较大时，对继电器时间参数影响变小，但反电势增大。原因是继电器线圈本身是一个电感，由时间常数公式τ=L/R看出，在线圈不变的情况下，电阻较小时，时间常数较大，因此对继电器释放时间、回跳时间的影响就大，反之影响就小。因此，采用图5电路进行线圈瞬态抑制时，存在选择合适电阻的影响，使用起来较为麻烦。
3.3 稳压二极管+二极管电路
目前继电器广泛采用稳压二极管+二极管电路（见图6）进行线圈瞬态抑制，这一电路同样使继电器线圈与稳压管二极管+二极管构成了完整的回路，也给继电器线圈去激励后所产生的反电势提供了泄放回路，也就产生电流和磁场，同样影响继电器衔铁动作、时间参数。但与直接使用单续流二极管（图4电路）不同的是，由于有稳压二极管的存在，泄放回路并不是在整个反电势过程一直导通，而是在电压高于稳压值时才导通，其余时间不导通，这从时间上讲就有了区别，该电路的导通时间就小于只有单续流二极管的电路。
图6
我们对继电器采用稳压二极管+二极管电路进行了实际测试对比分析，结果见表3。
表3
从表3看出，继电器线圈接图6电路，与未加线圈瞬态抑制电路相比，对继电器释放、回跳时间几乎没有影响，所以平衡力式继电器选用图6电路进行线圈瞬态抑制是较为合理的。
图6电路在选取元器件时，应注意续流二极管的耐压值应大于600Vr.m.s.，稳压二极管的稳压值应为继电器线圈额定工作电压的1.5倍，美军标单片规范MIL-R-6106规定继电器的反电势应≤42V（线圈额定工作电压不超过28Vd.c.），同时参考吸收能量的大小，选取元器件的功率大小。
4 结语
关于平衡力式继电器线圈瞬态抑制电路其实在美军标单片规范、GJB/Z39.2-2001军用继电器系列型谱等早有介绍，笔者只是对以上三个常用线圈瞬态抑制电路的优缺点进行了粗浅的分析，供继电器设计师和用户参考。
参考文献
[1] 金福群主译 武舒之审校. 工程师继电器手册．电子工业部继电器专业情报网编印，1985.10。
[2] 刘元干 电路理论基础 人民邮电出版社 1982.12
[3] GJB/Z39.2-2001 军用继电器系列型谱密封电磁继电器。
[4] 美国军用规范 电磁继电器单篇规范汇编（二）。
作者简介：王勇，1972年9月，男，汉族，陕西省宝鸡市人，大专，工程师。研究方向:继电器及接触器研发.
论文作者:王勇,宋小勇,程武康
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
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