(珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070)
摘要：继电器在电力系统中使用尤为广泛，若继电器在容性及感性负载场合中频繁切换，容易导致触点融化及触点拉弧燃烧的情况，本文提出一种低电压开通，低电流切换的继电器控制方式，用提高继电器及其电路的可靠性。
关键词：继电器；控制技术；寿命
引言
继电器的发明使得电器产品实现了低压控制高压，风扇转速控制，大功率负载的控制等，随着家电及其他电子产品普及应用，日常生活中随处可见产品大多数均带有继电器器件，继电器弱电控制强电负载，有着优越的特性，到处可见的应用，开发设计人员对继电器选型及应用越来越重视，对继电器器件的质量也提出了更高的要求，仅仅提高继电器器件的性能还不能使产品有质的提升，需要一种新型的控制方式，在电路应用中对继电器器件进行二次防护，在控制方式及器件上提高产品可靠性。
1、电力系统继电器应用存在的问题
电力产品在上电，掉电时容易出现故障，继电器控制非阻性网络在导通、关断瞬间产生的涌流或冲击电压易使得继电器触点融化或拉弧引起燃烧，继电器控制后级网络的器件也容易在电流、电压冲击下损坏。
容性负载上电时等同于短路（电容内部阻抗忽略），根据欧姆定律I=U/R，上电瞬间峰值电流决定于U与R，网络的阻抗一定，接通时电压幅值的高低直接影响到电流I的大小，继电器吸合在交流电峰值、谷值电流峰值最大。
感性负载在掉电时，反电动势el=-L*di/dt，掉电瞬间电流I与反电动势el成正比，继电器关断在电流峰值，反向冲击最大，也容易引起拉弧。
继电器在实际应用中应分析其负载特性，在容性或感性负载时应采取相应的措施降低继电器在开关时产生的涌流及冲击电压，提高系统的可靠性，很多设计会在容性电路中串联NTC电阻、或并联PTC电阻降低导通时的涌流，在感性负载中并联续流二极管、并联阻容模块降低冲击电压。
通过电路器件补偿的方式虽然可一定程度降低系统涌流及冲击电路，提高继电器及电路可靠性，但同时也提高了系统的损耗。
2、提高继电器及其电路可靠性的方法
2.1、继电器导通及关断分析
继电器器件种类繁多，就电磁式常开继电器为例，提出一种提高继电器使用寿命，增强电路可靠性的控制方式，使继电器交流低电压导通，低电流关掉。
电磁式继电器导通及关断均有延时时间，就一般电磁继电器而言，导通及关断延时时间小于5ms，5ms时间等同50Hz电源四分之一周期时间，要使继电器导通及关断瞬间在电压及电流在较少范围内，需要缩短继电器的导通及关断延时时间，此处以3ms为例，继电器开关延时时间跟内部的机械结构精度密切相关。
50Hz交流电压220v为例，如继电器导通及关断时间小于3ms，容性负载导通时具有短路特性，使继电器导通在电压较低范围，从而降低导通时电路的冲击电流，由u=U*sinω*t可估算出开通电压范围u∈(-0.454*U，0.454*U),单位V，i=u/R可得I=U*sinω*t/R（电路R值一定）。
同理，感性负载关断时具有反向电动势特性，使继电器关断在电流较少的范围，从而降低电路的反向电压，由i=I*sinω*t可算出关断电流范围i∈(-0.454*I，0.454*I),单位A，由el=-L*di/dt可得el=-L*d(I*sinω*t)/dt（电路L值一定）。
2.2、继电器导通及关断硬件电路模型
下图一所示，控制模型中包括模块由主控电路①，过零检测电路②，输入电压检测电路③，整流降压电路④，电流互感器⑤，电流采样电路⑥，继电器驱动电路。
控制模型中，分控制主板及负载两部分，此模型主要应用在容性及感性负载上。
主控电路通过芯片IO口检测电源过零点，输入电压范围，电流采样值，并预设继电器导通及延时时间，作为负载开通的必要条件，当负载满足开通或关掉条件时，主控电路结合过零时刻、电压范围，电流值计算继电器导通及关断的时刻点，进行控制负载在u∈(-0.454*U，0.454*U)导通，在i∈(-0.454*I，0.454*I)关断，考虑到主芯片及驱动电路的延时性远小于继电器导通关断时间，此处忽略不计。
（图一）
2.3、继电器导通及关断软件控制模型
系统初始化->读取继电器导通及关断延时时间->读取电压过零信号->读取输入电压值幅->读取负载电流值->主控判断负载是否满足开通或关断条件->判断负载运行情况->计算继电器开通关断时间->主控发出继电器驱动信号->检测开通或关断瞬时电流、电压值->将开通或关断电压、电流值作运算历史数据->返回至步骤三。
图二简单示意，继电器开通或关断的时刻点，以50HZ电源、继电器导通或关闭延时3ms为例，以前一过零点开始计时，当时间到达8.5ms时，主控发出驱动信号给继电器，由于继电器固有的延时，会使得导通或关断时刻落在（8.5ms，11.5ms）区间内，此区间电压及电流幅值为额定的电压电流的0.454倍，从而大大降低系统的冲击电流及反向电流。
下图控制思路适用于继电器低电压导通及低电流关断情况，在实际使用中需要同步考虑触点断开时粘连情况，需要进行大量的实验，一方面需要保证继电器导通关断延时时间的一致性，另一方面程序需对负载差异性自适应处理。
（图二）
结束语
继电器器件在电器产品中应用尤为广泛，价格低，控制简单，带载能力范围广，深得开发设计人员喜爱，在非阻性负载中开关频繁切换，触点频繁遭受冲击电流及反向电压的冲击，大大降低继电器的使用寿命，部分电路中增加硬件补偿方式，降低其冲击电流及反向电压，但会提高产品的功耗，难以适应节能减排的趋势。
本文提出一种提高继电器寿命的控制方式，以期开阔设计人员的思路，从根本提高产品的质量。
参考文献：
[1]陈少华，陈卫，何瑞文，文明浩．电力系统继电保护[M]．北京：机械工业出版社，2009,1．
论文作者:黎俊宇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
标签：继电器论文; 电流论文; 负载论文; 电路论文; 电压论文; 导通论文; 时间论文; 《电力设备》2018年第7期论文;