Wie überleben Relaiskontakte den Einschaltstrom?

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Soweit ich weiß, ist der Einschaltstrom der Strom, wenn der Kontakt schließt. Der Widerstand ist noch nicht minimal, und der Einschaltstrom kann ein Vielfaches des Nennstroms betragen, wie z. B. 80 A bei einem 10 A-Relais. Wie kommt es, dass der Einschaltstrom die Kontakte nicht verschweißt?

Beispiel bearbeiten
: Dieses Relais kann 200A (!) Einschaltstrom für 200 nehmen $\mu$ s

current relay

— Federico Russo
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Das (W) in spec bedeutet möglicherweise Wolfram (Wolfram). Dieses Metall ist am schwersten zu schweißen. + AgSn usw. ist der Füllstoff und die Beschichtung für Wolframschwamm. Die Wahl des Materials ist der Grund dafür, dass Kontakte hohe Ströme überstehen können.

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Relais sind keine perfekten Schalter und haben einen bestimmten Kontaktwiderstand, der mehrere zehn Milliohm betragen kann. Bei Stromversorgungsanwendungen muss dies berücksichtigt werden. Ein Relais mit einem Kontaktwiderstand von 10m $\Omega$ Wenn Sie 16A tragen, werden 2,5 W im Kontakt abgeführt!

Es wurde vorgeschlagen, dass Kontakte beim Öffnen mehr schweißen als beim Schließen. Ich denke nicht, dass das richtig ist. Erstens ist die Auslösezeit bei den meisten Relais viel schneller als die Betriebszeit. Zweitens, ja, es gibt oft einen bösen Lichtbogen beim Öffnen, aber dieser Lichtbogen ist tatsächlich ein Zeichen dafür, dass Kontaktanode und Kathode tatsächlich getrennt sind und dann nicht mehr schweißen können. Das bedeutet nicht, dass Bögen harmlos sind. Sie sind ein leistungsstarker HF-Sender und verursachen viel EMI . Und sie verbrennen die Beschichtung des Kontakts. Beim Wechselstromschalten erlöschen sie beim Nulldurchgang nach maximal 1/100 oder 1/120 Sekunde (gilt nicht für das Schalten mit sehr hoher Spannung), aber in DC kann dies länger dauern. Aus diesem Grund sind die Gleichstromwerte für ein Relais erheblich niedriger als die Wechselstromwerte.

Daher neigen Kontakte dazu, beim Schließen zu schweißen , und Sie erwähnen zu Recht, dass der Kontaktwiderstand während des Einschaltvorgangs noch nicht minimal ist. Es sieht also seltsam aus, dass genau dann ein höherer Strom zulässig ist. Es hat alles mit Zeit zu tun . Das Schließen eines Kontakts dauert normalerweise mehrere ms, aber die meiste Zeit wird zum Aufbau des Magnetfelds in der Spule verwendet, und der Weg der Anode des Kontakts dauert ebenfalls einige Zeit. Die tatsächliche Zeit zwischen dem ersten Kontakt und dem endgültigen Schließen ist sehr kurz . Hinzu kommt, dass der Strom beim ersten Kontakt noch nicht 80A beträgt. Der Strom kann nicht in einer Nanosekunde von 0 auf 80 A steigen. Während sich der Strom aufbaut, nimmt der Widerstand ab. Alles in sehr kurzer Zeit, damit die insgesamt verbrauchte Energie im Allgemeinen nicht zu hoch wird.
In Situationen, in denen dies nicht gut genug ist, gibt es Relais mit einem separaten, schnelleren Wolframkontakt , um die Schließleistung zu verbessern. (Auf Niederländisch heißt es "voorloopcontact", ich kenne den Namen auf Englisch nicht.)

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Es gab einige Diskussionen darüber, ob das Relais beim Öffnen schweißen würde. Steve zitierte Siemens: " [Schweißen erfolgt beim] Öffnen und sofortigen Wiedereinschalten von Kontakten ". Wenn Sie den Kontakt schweißen möchten, ist dies definitiv der richtige Weg. Das Öffnen wird wahrscheinlich einen Lichtbogen zeichnen, und das Wiedereinschalten während dieses Lichtbogens bedeutet, dass während der hochohmigen Phase beim ersten Kontakt Strom fließt. Kontakt + hohe Energie = hohes Schweißrisiko. Selbst wenn der Lichtbogen bereits gelöscht ist, kann die Luft im Spalt dennoch ionisiert sein, was bedeutet, dass sie beim Wiedereinschalten vor dem Kontakt zusammenbrechen kann und dass beim Schließen bereits Strom vorhanden ist. Also im Grunde die gleiche Situation.

Weiterführende Literatur:
Tyco-Anwendungshinweis: Relaiskontaktlebensdauer

— stevenvh
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Hat jemand jemals ein Diagramm gesehen, in dem der Kontaktwiderstand gegen die Zeit während des Schließens aufgetragen ist?

— Stevenvh

1up. Es kommt auch auf die Last an. Eine rein ohmsche Last hat einen Einschaltstrom, der ihrem stationären Strom entspricht (wenn es nicht Glühlampen gäbe, die im kalten Zustand einen niedrigeren Widerstand haben) und beim Einschalten nicht so viele Probleme verursacht wie eine kapazitive Last . Wirklich schlimme Einschaltereignisse treten auf, wenn leere Kondensatoren an eine Versorgungsleitung angeschlossen werden und sich sehr schnell aufladen, während ein Kontakt möglicherweise noch nicht vollständig geschlossen ist.

— Zebonaut

Obwohl Relais nur beim Schließen tatsächlich schweißen könnten, könnte ein beim Öffnen erzeugter Lichtbogen die Kontakte mit Sicherheit so beschädigen, dass ihr anfänglicher Widerstand beim nächsten Schließen erhöht wird.

— Supercat

@stevenvh - Ich glaube nicht, dass wir einen bestimmten Begriff für ein Paar Wolframkontakte haben, die zuerst schließen und zuletzt öffnen. Sie sind bei Leistungsrelais weit verbreitet - eine Reihe von Wolframkontakten, um die Schmerzen zu lindern, und eine Reihe von Kontakten mit niedrigerem Widerstand, um den Strom zu führen. "voorloopcontact" bedeutet nur Vorkontakt oder Frontkontakt, was Sinn macht.

— Cybergibbons

@Cybergibbons - buchstäblich "Pre-Run". Seltsam, dass es keinen Namen dafür geben würde. Was schreiben sie dann in das Datenblatt? Trotzdem danke für deine Antwort.

— Stevenvh

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Hohe Ströme bewirken eine Erwärmung des Metalls. Der Widerstand des Metalls wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie um. Wenn die Stromspitze sehr kurz ist, ist die Wärmeenergie nicht so groß und kann abgeführt werden, bevor das Metall schmilzt.

— Endolith
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Es ist der Strom, den das Relais unterbrechen muss, um den Sie sich kümmern müssen. Dann neigen die Kontakte zum Schweißen.

— SteveR
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Ich denke nicht, dass das richtig ist. Ich kenne geschweißte Kontakte, die ohne Strom ausgeschaltet wurden.

— Stevenvh

@ stevenvh - es ist wahr, dass wenn Sie genug Strom durch einen geschlossenen Kontakt bringen, dieser zusammenschweißen könnte. Wenn sich ein Kontakt jedoch mit hohem Strom öffnet, neigt er zum Lichtbogen. Dieser Lichtbogen ist bei Gleichstrompotentialen größer als bei Wechselstrom. Wechselstrom ist normalerweise kein Problem, wenn er in der Nähe oder im Nulldurchgangsintervall geöffnet wird. Es ist dieser Lichtbogen, der oft die Kontakte schweißt. Ich habe es oft gesehen. Stellen Sie sich vor, wie ein Lichtbogenschweißgerät funktioniert, indem Sie einen Lichtbogen entlang seiner Elektroden zeichnen.

— SteveR

Der Lichtbogenschweißer ist kein guter Vergleich; Wenn Sie Material von der Elektrode ablagern, schweißen Sie die Elektrode nicht an Stahl. Die Elektrode kann am Stahl haften bleiben, wenn Sie nicht richtig darauf schlagen, das ist geschweißt, aber Sie können die Elektrode niemals an den Stahl schweißen lassen, solange Sie einen Lichtbogen haben. Noch nie! Ich erwähne auch den Bogen und die Öffnung der Kontakte in meiner Antwort

— stevenvh

Wenn sich der Kontakt unter hohem Strom öffnet und einen Lichtbogen zu bilden beginnt, bleibt der Lichtbogen bestehen, wenn noch genügend Strom vorhanden ist. Dieser Lichtbogen neigt dazu, "Feuer zu hängen", was zu einer Schweißverbindung der beiden Kontakte führt.

— SteveR

Ich stimme immer noch nicht zu. Selbst wenn der Lichtbogen anhält, öffnet sich der Kontakt immer weiter, nichts bringt die Kontakte wieder näher. Und das wird zum Schweißen benötigt, da es kein Material gibt, um die Lücke zu füllen, wie es Ihre Elektrode beim Lichtbogenschweißen bereitstellen würde. Sie können Kontakte nur zusammenschweißen, wenn sie bereits Kontakt haben. Sobald Sie den Lichtbogen beim Öffnen haben, ist es dafür zu spät.

— Stevenvh

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"Das Kontaktschweißen in Schützen erfolgt nur beim Schließen von Kontakten oder beim Öffnen und sofortigen Wiedereinschalten von Kontakten."

— SteveR
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Dies scheint zu bestätigen, was ich gesagt habe: Beim Schließen schweißen sie. Wenn es beim Öffnen geschweißt worden wäre, müsste es nicht wieder geschlossen werden.

— Stevenvh

Ja, aber es muss zuerst geöffnet werden, um den Lichtbogen zu zeichnen, und dann nahe an die Schweißnaht. Ich denke, wir hatten beide ein Stück davon, aber der Wortlaut hier macht es klar :)

— SteveR

Zurück zur ursprünglichen Frage Ich sage immer noch: Es ist etwas sicher, den Nennstrom des Relais zu überschreiten, während das Relais für kurze Zeit geschlossen bleibt. Wenn das Relais öffnet und dann während dieser Hochstromperiode (ob Kontaktsprung, Probleme mit dem Steuerspulenkreis oder was auch immer) wieder schließt, werden die Kontakte möglicherweise geschweißt. Wenn die eigentliche Schweißung während des Lichtbogens oder nach dem Abfallen des Relais auftritt (muss irgendwann abfallen!), Ist dies irrelevant.

— SteveR

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Nun, im Allgemeinen schweißt es ziemlich einfach :-D

Wenn es für Sie noch nicht schweißt, wird es oder Sie haben Ihren 80A-Peak für zu wenige Mikrosekunden.

Alternativ, wenn es Wechselstrom ist, hatten Sie zu oft das Glück, bei 0-Kreuzung zu wechseln.

— BarsMonster
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Ein Grund, der in den Antworten bisher übersehen wurde, ist, dass der Strom durch Kontaktheizung begrenzt wird. Über einen kurzen Zeitraum ist die Wärmeübertragung von den Kontakten höher als die der stationären Ableitung, da der Wärmegradient zu mehr Wärmeübertragung durch Wärmeleitung führt. Mehr Wärmeübertragung bedeutet einen kühleren „Hot-Spot“ und damit eine höhere Stromhandhabung.

Es sollte auch beachtet werden, dass dies besser funktioniert, wenn das Relais kalt ist - sobald sich das Relais auf Betriebstemperatur erwärmt hat, ist die Toleranz für einen solchen Stromstoß geringer. Dies kann zu Problemen bei Geräten mit NTC-Einschaltbegrenzung führen. - Wenn das Gerät für kurze Zeit ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wurde, haben sich die Kappen möglicherweise entladen, aber das Relais und der NTC sind möglicherweise noch warm. Dies würde einen überdurchschnittlichen Einschaltstrom erzeugen, wenn das Relais am wenigsten damit umgehen kann.

— Gast
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