高壓繼電器在各種場(chǎng)合的應(yīng)用

一、前言

緩沖回路通常用來(lái)保護(hù)低壓電路里的繼電器觸頭的，在高壓電路里對(duì)繼電器觸頭的保護(hù)就困難多了。

切斷低壓回路相當(dāng)簡(jiǎn)單。然而，當(dāng)回路電壓升高，切斷電路就并不那么容易了。常規(guī)的開關(guān)和繼電器由于會(huì)產(chǎn)生電弧，所以幾乎不可能切斷一個(gè)千伏級(jí)的電路。因?yàn)殡妷汉芨撸|頭之間的空氣被電離而擊穿導(dǎo)電。因此，即使觸頭是分離的，電離的氣體也會(huì)使得回路導(dǎo)通。

解決電弧方法之一就是把觸頭區(qū)域的電離空氣除掉。這也就意味著高壓開關(guān)工作在真空狀態(tài)會(huì)有很好的效果。舉例來(lái)說(shuō)，10-6毫米汞柱的真空下，觸點(diǎn)氣隙每毫米的絕緣強(qiáng)度高達(dá)2000伏。

真空絕緣為高壓觸點(diǎn)提供了穩(wěn)定的切換環(huán)境，減少了氧化和腐蝕性，當(dāng)真空管中出現(xiàn)電弧時(shí)，沒(méi)有因空氣或絕緣氣體被分離而產(chǎn)生腐蝕性的副產(chǎn)品，而且在切斷觸點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生“吸除”作用。因?yàn)檎婵帐遣患儍舻模€存在一些雜質(zhì)。在產(chǎn)生電弧的短時(shí)間內(nèi)，一些雜質(zhì)就從真空中分離出來(lái)，附著在真空管表面，從而提高了真空的純凈度。

電極之間在*真空時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。產(chǎn)生電弧的電子來(lái)源于觸點(diǎn)本身的材料。產(chǎn)生電弧的溫度點(diǎn)取決于觸點(diǎn)材料的功函數(shù)?？紤]到功函數(shù)的問(wèn)題，觸點(diǎn)材料經(jīng)常使用鎢和鉬。

功函數(shù)是指一定的觸點(diǎn)氣隙之間所能承受的zui大絕緣靜電場(chǎng)。注意在熱環(huán)境的切換中，當(dāng)接觸氣隙縮小至零的過(guò)程中，電弧就會(huì)被拉出，靜電場(chǎng)強(qiáng)度增加。因此，當(dāng)觸點(diǎn)逐步的閉合時(shí)，某些點(diǎn)的靜電場(chǎng)會(huì)非常的高，足以擊穿余隙。

真空中的電弧，除非強(qiáng)度非常大，一般都會(huì)自動(dòng)熄滅。之所以能夠熄滅，是因?yàn)殡娀”旧硎钦舭l(fā)的金屬高壓區(qū)，但它周圍確是極度低壓區(qū)。因?yàn)楦叩蛪褐g沒(méi)有物理上的分界線，壓強(qiáng)會(huì)趨于相等，電弧的強(qiáng)度就會(huì)減弱，zui終迅速熄滅。盡管時(shí)間很短，電弧也會(huì)引起觸頭的腐蝕。然而，這通常不會(huì)影響到觸點(diǎn)電阻，因?yàn)樗D(zhuǎn)移的是純金屬。

二、惰性氣體電介質(zhì)

并非所有的高壓繼電器都是真空型的。惰性氣體電介質(zhì)也用于高壓元件和系統(tǒng)中。通過(guò)改變氣體混合的比例和（或者）氣壓就可控制受壓外殼中的擊穿電壓，因而使用靈活。氣體加壓滅弧是它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥ǔＴ趲孜⒚氲臅r(shí)間內(nèi)就可以完成滅弧。 充氣式繼電器用于高壓功率開關(guān)，其功能是關(guān)閉常開觸點(diǎn)。原因之一是氣體混合物和氣壓可以事先設(shè)定，在關(guān)閉觸點(diǎn)之前電弧放電。此外，如果電路電壓高于3500伏，即使由于觸點(diǎn)抖動(dòng)使得電路切斷，電弧是仍然穩(wěn)定，足以維持電流。這有助于延長(zhǎng)充氣繼電器的使用壽命，有關(guān)這一點(diǎn)可在電容性放電電路里得到印證。

當(dāng)切斷電路時(shí)電離作用是有害的。實(shí)際上，它延長(zhǎng)了電弧并增強(qiáng)了觸點(diǎn)的腐蝕。試驗(yàn)表明：真空繼電器更適用于功率切斷，因?yàn)樗芤种齐娀。缁。?。滅弧減小了腐蝕并延長(zhǎng)了觸點(diǎn)壽命。

傳統(tǒng)繼電器的接觸電阻是隨使用次數(shù)而變化的，但真空繼電器的接觸電阻是恒定的且阻值低，在整個(gè)使用壽命期間其典型值為0.015歐姆。這是因?yàn)槭褂脴?biāo)準(zhǔn)的清潔部件，無(wú)氧化或污染，在觸點(diǎn)部位使用純金屬。由于觸點(diǎn)是密封在真空管內(nèi)的，在易爆或腐蝕性的環(huán)境中可實(shí)現(xiàn)安全通斷操作。

充氣式繼電器的接觸電阻一般也很低，但要比真空繼電器的電阻要高，穩(wěn)定性也差。隨著測(cè)試方法的不同接觸阻值也不同。在大容量和大電流的測(cè)試電路里測(cè)得的阻值較低。觸頭鍍金會(huì)提高充氣式繼電器的穩(wěn)定性、降低接觸電阻。

三、射頻應(yīng)用場(chǎng)合

好的絕緣質(zhì)量和低且穩(wěn)定的接觸電阻是在射頻轉(zhuǎn)換中應(yīng)用高壓真空繼電器的兩個(gè)重要因素，然而任何繼電器在射頻應(yīng)用中都必須注意電流和電壓的限制。由于“集膚效應(yīng)”的影響，也就是說(shuō)隨著頻率的增加，電流將由導(dǎo)體的中心向表面移動(dòng)，即隨著頻率的增加，傳導(dǎo)的導(dǎo)體表面的有效厚度卻在減小，這樣會(huì)使更多的電流通過(guò)更小的截面。因而會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體的局部表面受熱升溫。高溫會(huì)影響繼電器的密封性。

當(dāng)繼電器用作絕緣體時(shí)，將會(huì)在繼電器的常開觸點(diǎn)兩端和（或）是在觸點(diǎn)與地端之間存在射頻電壓。在所有的實(shí)際應(yīng)用中，繼電器存在一個(gè)高電壓電容，其范圍是在1PF到2PF之間。流經(jīng)該電容的漏電流致使絕緣體的損耗部分發(fā)熱，進(jìn)而限制了加在其上的射頻電壓。

電流和電壓的限制使得在射頻應(yīng)用有必要降低電流和電壓的指標(biāo)，同時(shí)其工作頻率也要限制在32 MHz以下。在選用某一個(gè)繼電器時(shí)，這些限制因素是必須要考慮的。

四、電力開關(guān)應(yīng)用

術(shù)語(yǔ)“電力開關(guān)”和“熱開關(guān)”指的是利用繼電器來(lái)斷開電源或是接通電源。當(dāng)繼電器當(dāng)作電力開關(guān)使用時(shí)，在觸點(diǎn)開始閉合瞬間以及之后的觸點(diǎn)抖動(dòng)中都產(chǎn)生電弧。電弧會(huì)使觸點(diǎn)腐蝕，若不采取一定的預(yù)防措施，可能會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)熔結(jié)，輕則也會(huì)引起相當(dāng)嚴(yán)重的觸點(diǎn)損傷。因此，電弧的持續(xù)時(shí)間以及電流電壓的等級(jí)都是決定繼電器壽命和可靠性的決定因素。

高電壓電力開關(guān)繼電器觸點(diǎn)通常是由鎢或鉬制成，因?yàn)檫@些金屬硬度大且熔點(diǎn)高，可以耐受電弧高溫作用。一些毫安級(jí)的高壓繼電器使用銅制觸點(diǎn)，它們通常只作為“中繼”來(lái)用。

在選擇合適的繼電器時(shí)，電路負(fù)載的類型是一個(gè)很重要的因素，電路通常分為電容性、電感性和電阻性負(fù)載。