Wie überleben Relaiskontakte den Einschaltstrom?

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

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

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.

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

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

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.

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.