继电器触点保护电路设计

电力电子
· Power Electronics
118 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
1 继电器功能简述
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥测、通讯、遥控、机电一体化、电力电子设备及自动化控制中，是最重要的控制元件之一。

触点是继电器最重要的组成部分，同时也是最易损坏的部分，特别是在高压、大功率控制系统中。

由于在触点闭合瞬间产生接触打火，并在断开瞬间产生拉弧，使触点损坏，导致控制系统失效，或造成严重后果。

继电器触点接触打火是因为触头在吸合时，往往发生连续的弹跳，触头间不停地接触又断开，从而产生很大的火花，特别是在交流电波峰或波谷时闭合继电器，此时火花最大。

因此若能保证继电器触头在交流电过零点时闭合，可以极大地减小打火现象。

继电器触点拉弧是因为触头在断开时，若负载为非纯电阻型，那么便会产生反向电动势，触点之间空气被击穿，形成电弧放电。

其产生的高温会烧毁触点，使继电器寿命大大衰减，并且电弧产生的电磁波干扰也会影响附近电子设备的正常运行。

如果触头断开时刚好在负载电流过零点，此时产生的反向电动势最小，便可减小电弧放电。

2 总体思路
220V 电源电压直接通过过零检测电路，
文/周云旭 钟水蓉
【关键词】继电器 触点保护 过零检测 单片机
所测过零点脉冲进入单片机中断进行判断，I/
O 端口的输出控制驱动电路驱动继电器在电压零点附近闭合；负载端经过耦合线圈耦合出负载电流，通过电流检测电路检测电流零点，控制继电器在电流零点处断开；同时单片机判断出继电器闭合和断开所用的时间，通过软件修正触发继电器动作的时间，以达到智能化控制。

3 过零检测电路
若将一个发光二极管串联一合适的电阻后接到220V 交流电源上，那么发光二极管会发光，但伴随着快速的闪烁。

因为发光二极管只会在交流电半个周期内被点亮，另外半个周期在发光二极管上出现负向压降，发光二极管
熄灭。

若将两个发光二极管反向并联后再串联一合适电阻，再接到220V 交流电源上，此时
两个发光二极管都会点亮，但也伴随着快速的闪烁。

与之前不同的是，两个发光二极管一个在正半周期被点亮，另一个在负半周期被点亮。

但在电压波形过零点时两个发光二极管都会熄灭。

若采用一个光敏三极管来接收两个发光二极管发出的光，那么除了在电压过零点附近光敏三极管截止，其他时候光敏三极管都处于导通状态，利用这一原理，可以很容易的组建一个过零检测电路，在电压过零点时产生一脉冲信号。

当然，发光二极管和光敏三级管，这些可以由光耦器件替代。

电流零点检测则需要有耦合线圈，将电流信号转换为电压信号，再进行零点检测。

将检测到的电压过零点脉冲信号和电流过零点脉冲信号分别连接到单片机的INT0和INT1中断。

启动电源前使用INT0中断，启动电源后使用INT1中断。

当中断发生时表明过零点的来临，由此可以计算到此后的过零点达到时间。

若已知继电器的动作时间（继电器控制信号发出到继电器触头吸合或断开所用的时间），便可以利用单片机计算出继电器控制信号发出的时间，以保证继电器在电压过零点吸合，在电流过零点断开（由于采用耦合线圈监测负载电流，得到的电压信号和负载电流有相位差，所以事先需要测试出耦合线圈所导致的相位延迟时间s ，在控制断开继电器触头时需
要减去时间s ）。

4 继电器的选择
在真空条件下，继电器拉弧现象明显减弱，因此，需要选择真空继电器，以尽可能小的减小拉弧。

另外，电磁继电器有直流和交流之分，本文中涉及到继电器的动作时间，若采用交流驱动，那么动作时间将不固定，不利于动作时间统计。

所以采用直流继电器，动作时
间变化较小，可满足时间统计。

另外，动作时间统计需要继电器单独一路输出，因此需要选择3路真空直流继电器。

随着继电器的使用，继电器逐渐老化，动作时间越来越长，因此动作时间的统计应该是实时的。

单片机将最近几次动作时间做记录并求平均值，这样单片机统计到的动作时间也会跟随继电器发生变化，以保证在使用过程中触点始终在过零点吸合或断开。

5 小结
本设计在实验室进行了实际测试，未使用本设计电路时，真空继电器打火现象明显，特别是带感性负载时。

增加本设计电路后，真空继电器打火很小，即使是使用感性负载。

因此本设计对电磁继电器触头有很好的保护作用。

参考文献
[1] 朱飞等.AVR 单片机C 语言开发入门与典
型实例[M].北京：人民邮电出版社,2010.[2] 冈本裕生(日)著,吕砚山（译）.继电
器与可编程控制器[M].北京:科学出版社,2007.
[3] 王汝文等.电器智能化原理及应用[M].
北京:电子工业出版社,2009.
[4] 楼然苗,李光飞.单片机课程设计指导[M].
北京:北京航空航天大学出版社,2007.附录注释：
①打火：电气连接点接触性火花；
②拉弧：电气连接点断开时负载反向电动势产
生的电弧放点现象.
作者单位
西南石油大学理学院 四川省成都市 610500。