Analyse der Ausfallmuster von Relais und Gegenmaßnahmen

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Ein Relais ist ein elektronisches Steuergerät, das in der Regel in Schaltungen zur automatischen Steuerung eingesetzt wird. Tatsächlich handelt es sich um eine Art „Automatikschalter“, der mit einem geringeren Strom einen größeren Strom steuert. Daher übernimmt es im Schaltkreis Funktionen wie automatische Regulierung, Sicherheitsschutz und Umschaltung des Schaltkreises. Ein elektromagnetischer Relais besteht hauptsächlich aus einer Spule, Eisenplatten, einem Rückstellfedern, beweglichen Kontakten sowie festen Kontakten. Die gängige Struktur eines elektromagnetischen Relais ist in der folgenden Abbildung dargestellt. http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050416089817.png Grundlegende Struktur eines elektromagnetischen Relais – Funktionsprinzip des elektromagnetischen Relais: ◆ Wenn die Spule mit Strom versorgt wird, wird der Eisenkern in der Mitte der Spule magnetisiert. Dadurch entsteht eine Magnetkraft, die die eisernen Platten zueinander zieht. Durch die Hebelwirkung werden die damit verbundenen beweglichen Kontakte in Bewegung gesetzt. In diesem Moment schließen sich die normal offenen Kontakte, während die normal geschlossenen Kontakte geöffnet werden ； ◆Wenn der Strom durch die Spule unterbrochen wird, verliert der Eisenkern sofort seine Magnetisierung. Die komprimierte Feder wirkt nun als Kraft, die den Eisenstück zurück in seine ursprüngliche Position bringt. In diesem Moment öffnen sich die normal offenen Kontakte, während die normal geschlossenen Kontakte zusammengedrückt werden. Analyse der Ausfallmuster von Relais und Gegenmaßnahmen yunrun.com.cn/tech/2662.html In einigen speziellen Anwendungsgebieten funktionieren Relais, die eigentlich ordnungsgemäß arbeiten sollten, aufgrund verschiedener Besonderheiten nicht richtig. Die entstehenden Schäden sind oft unermesslich. Daher sollten wir beim Einsatz von Relais genau wissen, welche spezifischen Ursachen zu deren Ausfall führen, um anschließend geeignete Maßnahmen ergreifen zu können, um den Ausfall der Relais so weit wie möglich zu vermeiden. Dies kann von großer Bedeutung für den Schutz von Menschenleben und Eigentum sein. Was Relais betrifft, so gibt es bis zu zwanzig verschiedene Ursachen für Störungen in ihrem Betrieb. Je nach konkretem Einsatzumfeld und Arbeitsbedingungen können die Ursachen für Störungen bei Relais ebenfalls unterschiedlich sein. Changhui Instrumente nennt hier nur einige der gängigsten Ursachen für das Versagen von Relais sowie die dazugehörigen Lösungsansätze zur Information der Leser. Häufige Ursachen für das Versagen von Relais und Lösungsansätze 1. Abnormale Funktion der Kontakte ① Verlötung der Relaiskontakte: Durch hohe Lastströme sowie häufiges Umschalten entsteht an der Oberfläche der Kontakte Hitze durch Entstehung von Bogenströmen. Gegenmaßnahmen: a) Vermeiden Sie, dass ein Rückgang der Stromversorgungsspannung oder der Spannung an den Spulen zu Zittern der Kontakte führt ； b. Achten Sie auf Lasten, bei denen der Schaltstrom den Nennstrom überschreitet ； c. Achten Sie auf den häufigen Schaltvorgang des Relais. http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050420217254.png Fehlerhafte Kontakte durch Verlötung der Relaiskontakte ② Übertragung des Materials der Relaiskontakte: Beim Wechsel eines Gleichstromlastes entsteht eine Bogenhitze, wodurch das Material der Kontakte schmilzt und sich dadurch überträgt. Gegenmaßnahmen: a) Verringerung des Lastspitzenstroms durch in Reihe geschaltete Strombegrenzungsresistoren ； b. Die Kontaktpunkte sind mit Dioden in Reihe geschaltet, um die Gegenspannung aufzunehmen. http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050422007088.png Fehler durch Kleben der Kontakte des Relais sowie Materialübertragung auf die Kontakte. ③ Karbide verursachen Probleme mit den Kontakten des Relais: Dies tritt häufig auf, wenn die Kontakte elektrische Lasten wie Elektromagnete, Kontaktoren und Ventile anschließen. Nach wiederholtem Öffnen und Schließen der Kontakte führen die Spannungsspitzen dazu, dass umliegende organische Gase zerfallen und Staub kohlenisiert wird. Dieser Ansammlungen haften an den Kontakten und führen schließlich zu einem schlechten Kontakt. Gegenmaßnahmen: a) Die Gegenspannung bei induktiven Lasten ist größer als bei resistiven Lasten, wodurch eine Karbiderbildung leichter auftritt. b. Am Kontaktpunkt werden RC-Komponenten oder Dioden sowie andere Stoßabsorptionskomponenten in Reihe geschaltet, um die Gegenspannung aufzunehmen. http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050426539522.png Defekte Kontakte des Relais aufgrund von Karbidenbildung. Die oben genannten drei Arten von Kontaktfehlern gehören zu den häufigen Versagenmustern von Relais im Betrieb. Aus Gründen der Zuverlässigkeit der Kontakte sowie der Lebensdauer sowie zur Vermeidung von Geräuschen empfiehlt Changhui Instruments den Einsatz von Überspannungsschutzkomponenten in den Schaltkreisen. Außerdem wird zu diesem Zeitpunkt die Freigabezeit der Last etwas verzögert sein; bitte überprüfen Sie dies vor der Verwendung mit einer tatsächlichen Last. Außerdem beachten Sie bitte, dass eine falsche Anwendung entgegengesetzte Effekte haben kann. Typisches Beispiel für einen Schutzschaltkreis für Relaiskontakte: 1. Schutzschaltkreis für Kontakte – Methode CR: http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050500017897.png In Stromnetzen mit Wechselstrom kann diese Methode verwendet werden, wenn die Lastimpedanz kleiner ist als die RC-Impedanz. C:0,1~1 μF ； R: Der Widerstandswert, der dem Lastwert entspricht. http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050500362203.png Kann in AC- und DC-Stromkreisen verwendet werden. C:0,1–1 μF ； R: Der Widerstandswert, der dem Lastwert entspricht. ②Diodenmethode http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050507177352.png Speziell für Gleichstromquellen. Bitte verwenden Sie Dioden mit den folgenden Nennwerten. Rückwärts-Toleranzspannung: Netzspannung des Lastkreises * 10, Vorwärtsstrom: größer als der Laststrom. ③Druckempfindlicher Widerstand – http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050511488692.png Kann in sowohl AC- als auch DC-Stromkreisen verwendet werden. Um die beste Leistung zu erzielen, sollte bei einer Versorgungsspannung von 24 V–48 V ein Spannungsregler am Lastanschluss angeschlossen werden ； Bei einer Netzspannung von 100 V–200 V wird ein Spannungsstoßdämpfer zwischen den Kontakten angeschlossen. Hinweis: Verwenden Sie bitte nicht den folgenden Schutzschaltkreis für Kontakte: http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050516477124.png. a) Dieser Schutzschaltkreis ist sehr wirksam bei der Unterdrückung von Entladungen, wenn die Kontakte getrennt werden. Doch da der Kondensator (C) beim Trennen der Kontakte Ladung speichert und beim Verbinden der Kontakte ein Kurzschlussstrom durch den Kondensator fließt, neigen die Kontakte dazu, zu verschmelzen. http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050517564742.png b) Der Schutzschaltkreis ist bei Trennung der Kontakte äußerst wirksam bei der Auslöschung von Entladungen. Doch wenn die Kontakte geschlossen sind, kann es beim Fluss der angesammelten Stromstärke in den Kondensator zu einem Verschmelzen der Kontakte kommen. In der Praxis sind fast alle Ausfälle von Relais auf das häufige Öffnen und Schließen des Relais zurückzuführen, wodurch dessen Lebensdauer erreicht wird, oder auf die Steuerung von leistungsstarken induktiven Lasten, was zu Verkohlung oder Verkleben der Kontakte führt. Auch wenn bereits Störschutzvorrichtungen wie Dioden eingebaut sind, kann das Auftreten von Fehlern dennoch nicht vollständig verhindert werden. Daher sind für jene Steueranforderungen, bei denen die Kontakte eine zuverlässige Öffnung und Schließung gewährleisten müssen – wie beispielsweise das Durchtrennen der Energieversorgung über einen Relais aufgrund des Notstopp-Signals usw. – sichere Relais mit Redundanz- und Selbstprüfungsfunktionen erforderlich. Wie ist es also mit Sicherungsrelais, die über Redundanz- und Selbstprüfungsfunktionen verfügen? Im Folgenden wird zur Information aller ein Überblick über die relevanten Kenntnisse zum Sicherheitsrelais gegeben. Definition und Eigenschaften des Sicherheitsrelais 1. Was ist ein Sicherheitsrelais? Ein Sicherheitsrelais ist ein Modul, das aus mehreren Relais sowie logischen Schaltungen besteht. Es handelt sich dabei um eine Schaltungseinheit, deren Zweck es ist, die Mängel der einzelnen Komponenten im Falle eines Fehlers auszugleichen. Dadurch wird eine korrekte Funktionsweise sowie eine geringe Anzahl an Fehlern erreicht. Zudem werden die Fehleranfälligkeit und die Ausfallraten verringert, wodurch die Sicherheit erhöht wird. Genauer gesagt sollte es Sicherheitsrelaismodul genannt werden. Da verschiedene Maschinen und verschiedene Produktionsschritte unterschiedliche Sicherheitsrisiken sowie unterschiedliche Gefahrenstufen aufweisen. Daher wurden bei der Produktentwicklung verschiedene Sicherheitsrelais entwickelt, um Maschinen unterschiedlicher Sicherheitsklassen zu schützen. Das Hauptziel besteht darin, die Maschinenbediener vor den verschiedenen Gefahren zu schützen, denen sie ausgesetzt sind. 2. Eigenschaften von Relais im Allgemeinen: a. Ein Sicherheitsrelais ist ein Schaltmodul und keine elektronische Komponente ； b. Die Sicherheitsrelais weisen eine spezielle Farbe auf, in der Regel Gelb oder Rot ； c. Sicherheitsrelais weisen aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an Relais sowie der ergänzenden Konstruktionen anderer Logikschaltungen eine sehr hohe Diagnosegenauigkeit auf – in einigen Fällen sogar 99,9 %. Deshalb können sie in Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen eingesetzt werden. Zudem ist vorgeschrieben, dass nur zertifizierte Sicherheitsrelais verwendet werden dürfen, um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen!
d. Sicherheitsrelais verfügen über eine Struktur mit gezielten Kontakten (oder andere Schutzmechanismen), sodass auch im Falle eines Verschmelzens der Kontakte die Sicherheit gewährleistet bleibt. Mit anderen Worten: Ein „Sicherheitsrelais“ ist kein Relais, das niemals versagt – vielmehr handelt es sich dabei um ein Relais, das im Falle eines Versagens ordnungsgemäß reagiert. Durch den inneren Zwangsführungsstift des sicherheitsorientierten Relais wird verhindert, dass bei Verschmelzen der Kontakte beide Kontaktpaare (NO/NC) gleichzeitig im ON-Zustand sind. Eine gezwungene Leitstruktur ist eine einfache und effektive Methode zur Erkennung von Fehlern bei der Verbindung der Kontakte. Gemäß den Anforderungen von EN 50205 bleibt bei einer getrennten Kombination aus NO- und NC-Kontakten der NC-Kontakt auch dann geschlossen, wenn der NO-Kontakt verschmilzt – selbst wenn die Stromversorgung der Relaisspule unterbrochen wird (keine Erregung). Dadurch wird eine Kontakttrennung von mindestens 0,5 mm gewährleistet. Außerdem schließen sich die NO-Kontakte auch dann nicht, wenn die Spule des Relais mit Strom versorgt wird (angeschaltet wird), sobald die NC-Kontakte verschweißt sind, wodurch ein Kontaktabstand von mindestens 0,5 mm gewährleistet wird. http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050436368188.png Der NO-Kontakt des gezwungen lenkenden Relais ist verschmolzen.
http://yunrun.com.cn/upload/201908/05/201908050438086313.png Der NC-Kontakt des gezwungen lenkenden Relais ist verschmolzen. Wenn die Kontakte eines normalen Relais verschmelzen, kann es dazu kommen, dass beide Paare von Kontakten (NO/NC) gleichzeitig im ON-Zustand sind. Einfach ausgedrückt: Sicherheitsrelais sind sicherer und zuverlässiger und eignen sich für Anwendungen in der Industriesicherheit. Anwendungsbereiche von Sicherheitsrelais: ① Notstopp-Taste – zur Stilllegung der Maschine in Notfällen ； ②Geeignete Sicherheitslichtschranken, um zu verhindern, dass Mitarbeiter in gefährliche Bereiche gelangen ； ③Geeignete Sicherheitstürschalter zur Erkennung der Türposition, für den Einsatz im Offen- oder Schließzustand ； ④Anwendung des geeigneten Schalters für elektromagnetische Türschlösser, um die Sicherheit im Arbeitsbereich zu gewährleisten ； ⑤Die passenden Schlüssel dienen in Kombination mit dem Schließmechanismus der Sicherheitstür dazu, den Öffnungs- und Schließzustand der Tür zu überprüfen ； ⑥Verwenden Sie Schalter mit Sicherheitsfunktionen, um sicherzustellen, dass die Mitarbeiter sicher in die gefährlichen Arbeitsbereiche eintreten können.