常见的4种接触器线圈浪涌抑制器

低压接触器作为控制电动机负载的主要元器件，其优势在于可以短时间内频繁通断，且具备上百万次的电寿命。 

线圈作为接触器工作的“动力”来源，其地位相当于汽车的发动机，上电瞬间会产生很高的冲击电流，断电瞬间会产生很高的浪涌电压。

线圈在断电瞬间会产生瞬态浪涌电压，其核心机理是电感元件的自感现象，断电瞬间电流从额定电流下降到零，根据楞次定律，磁场为了阻止电流消失，会在线圈两端感应出反向电动势。

图1 交流线圈断电瞬间浪涌电压(黄色)



图2 直流线圈断电瞬间浪涌电压(黄色)

由于切断速度快，瞬态感应电压高达数百甚至数千伏，对继电器触点、电子开关元器件等造成损害，或者对同线路的精密电子控制设备(如PLC、单片机)造成EMC干扰。

为了避免接触器线圈释放瞬间产生的浪涌电压对控制元件造成损害，通常有4种常见的浪涌抑制器可以选择，它们分别是：RC阻容模块、压敏电阻、续流二极管和双向峰值限制二极管。



图3 常见的4种接触器线圈浪涌抑制器

1、RC阻容模块
第一种浪涌抑制器：RC阻容模块，其工作机理是断电瞬间，线圈产生的反向电动势会通过阻容模块形成闭合回路，电容将电能转换为电场能储存起来，强行将电压尖峰的幅值钳位在较低的水平，避免高压冲击。

电容存储的能量随后通过并联的电阻以热能形式消耗，同时，电阻也起到阻尼作用，避免电容与线圈电感形成LC振荡电路，避免产生新的电压震荡

图4 RC阻容模块

RC阻容模块适用于交流和直流线圈接触器，可以将线圈反向电动势限制到3倍Uc，对接触器释放时间略有影响(正常释放时间的1.2倍到2倍)。



图5 RC阻容模块的电压限制效果(黄色)

2、压敏电阻
第二种浪涌抑制器：压敏电阻，核心机理是利用其非线性伏安特性，将线圈反向电动势能量以“钳位”而非“吸收振荡”的方式消耗。

正常线圈电压下，压敏电阻呈高阻状态，相当于开路，不影响电路运行。

线圈断电瞬间产生高压尖峰，当电压超过压敏电阻的压敏电压(通常为线圈额定电压的1.6~2倍)时，其电阻瞬间下降呈低阻导通状态，将浪涌电压牢牢“钳位”在安全阈值内，避免电压继续升高



图6 压敏电阻

压敏电阻适用于交流线圈接触器和直流线圈接触器，可以将线圈反向电动势限制到2倍Uc，对接触器释放时间略有影响((正常释放时间的1.1倍到1.5倍)



图7 压敏电阻的电压限制效果(黄色)

图9是没有安装续流二极管的直流线圈接触器释放波形，绿线为线圈电压信号，蓝线为主触头电压信号，释放瞬间反向电动势很高，释放时间13.5ms。

图9 直流线圈接触器释放波形(无二极管)

图10是安装了续流二极管的直流线圈接触器释放波形，绿线为线圈电压信号，蓝线为主触头电压信号，可以看到释放瞬间反向电动势被限制到0V(绿色)，释放时间97.2ms是之前的7倍左右。

图10 直流线圈接触器释放波形(带二极管)

4、双向峰值限制二极管
第四种浪涌抑制器：双向峰值限制二极管(双向TVS管，也叫双向瞬变抑制二极管)，其工作机理是当线圈(断电时产生的反向感应电动势(浪涌)，无论极性如何，只要电压超过TVS管的击穿电压，它就会瞬间从高阻抗变为低阻抗，吸收浪涌能量并将电压钳位在安全值，保护线圈和后端电路不受过压损坏。



图11 双向峰值限制二极管

双向峰值限制二极管适用于交流线圈接触器和直流线圈接触器，可以将线圈反向电动势限制到2倍Uc，对接触器释放时间影响不大。



图12 双向峰值限制二极管电压限制效果(绿色)

总的来说，为了抑制线圈在断电瞬间产生的反向电动势，可以依据线圈型式、抑制效果等选择不同的浪涌抑制器。

1、RC阻容模块，抑制原理是电容吸收+电阻耗散，适用于交流和直流线圈，可以将线圈反向电动势限制到3Uc，对释放时间略有影响(正常时间1.2~2倍)，不适用于谐波含量高的场合；

2、压敏电阻，抑制原理是非线性释放，利用氧化锌晶界导通吸收能量，适用于适用于交流和直流线圈，可以将线圈反向电动势限制到2Uc，对释放时间略有影响(正常时间1.1~1.5倍)；

3、续流二极管，抑制原理是低阻抗续流，为电感提供回路，只适用于直流线圈，优点是可以将线圈反向电动势完全限制到0V，缺点是接触器释放时间大大延长(正常时间6~10倍)，不适用于需要快速分断的场合。

4、双向峰值限制二极管，抑制原理是雪崩击穿钳位，利用PN结精确稳压，适用于适用于交流和直流线圈，可以将线圈反向电动势限制到2Uc，对释放时间几乎没有影响。

作者：宾昭平

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