插入式繼電器-通常是通用控制繼電器 - 在工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常使用。繼電器被“插入”在兩個系統(tǒng)之間。使用它有多種原因，包括:

• 增加可編程邏輯控制器 (PLC) 等設(shè)備的電流處理能力。

• 改變電壓，例如當(dāng)需要 24VDC PLC 輸出來驅(qū)動具有 120 或 277VAC 線圈的接觸器時。

• 安全通過面板隔離。該應(yīng)用程序在 PLC 的表面上提供專用的 24VDC (藍色線)，在控制面板的其他地方具有較高的交流電壓。這種刻意的隔離是一種故障排除幫助，因為干凈的面板布局，為每種類型的設(shè)備提供專用空間，更容易進行故障排除。

• 提高接觸器打開的速度，從而最大限度地減少電弧并延長壽命。

本文討論的是接觸器工作速度的最后一點。圖1 所示的硬件用于說明原理。從左到右，我們看到一個 0.5A 斷路器，端子塊連接器，Crouzet 的可編程邏輯（PLC） 底座安裝，控制繼電器，浪涌抑制二極管加插座，和一個 24VDC 的接觸器（DPE09BL）。

圖 1 :圖片顯示夾在 Millenium Slim PLC 和三相接觸器之間的插入繼電器。

從一開始，我們必須承認(rèn) Crouzet PLC 具有固態(tài)輸出。它當(dāng)然能夠直接為大型接觸器供電。接觸器的 2.4W 線圈消耗 100mA，這完全在 PLC 的設(shè)計最大值 500mA 之內(nèi)。然而，當(dāng)我們考慮與接觸器感應(yīng)能量耗散相關(guān)的動力學(xué)時，PLC 與接觸器并不能很好地匹配。

技術(shù)貼士 :關(guān)閉大型直流接觸器或繼電器可能是一個有壓力的事。回想一下，線圈在磁場中儲存能量。還記得電感器“想”保持電流恒定。其結(jié)果被稱為感應(yīng)踢腳（inductive kick ），在線圈斷電的那一刻，電感器會做任何必要的事情來保持電流恒定。如果沒有相關(guān)的保護，電壓將上升到數(shù)百伏，造成電弧來維持電流。這將破壞任何用于控制線圈的半導(dǎo)體開關(guān)。浪涌抑制二極管通常被合并，以提供電流的替代路徑。

使用固態(tài)輸出插入繼電器的原因

PLC 與接觸器失配的原因與必要的浪涌抑制二極管有關(guān)。雖然 Crouzet PLC 數(shù)據(jù)手冊沒有列出過壓設(shè)計最大值，但它確實表明，在存在感應(yīng)負載時需要二極管，如圖 2 所示。這是工業(yè)控制系統(tǒng)中常見的配置。如此普遍，事實上，許多控制繼電器都將二極管集成到插座中。圖 1 所示的Finder控制繼電器就是這種情況。

圖 2 :節(jié)選自 Crouzet Millenium Slim PLC 數(shù)據(jù)手冊，顯示了對感應(yīng)負載使用浪涌抑制二極管。

要知道施耐德接觸器確實具有浪涌抑制二極管，但類型不同。而不是使用一個簡單的二極管，它具有一個“雙向二極管?！保↙AD4TBDL）這個二極管鉗位電壓約 48VDC，將在本文后面演示。具有半導(dǎo)體輸出的 PLC，如 Millenium Slim，預(yù)計不會允許或存活于這種較高的箝位電壓。

當(dāng)我們考慮接觸器的動態(tài)時，這個單二極管 (0.6VDC) 與鉗位 (48VDC) 并不是一個微不足道的差異。理解鉗位電感耗散電壓與本文中描述的繼電器打開速度的速度直接相關(guān)。施耐德接觸器的直流線圈尤其如此，因為當(dāng) PLC 要求的單二極管浪涌抑制器阻礙時，它需要超過100毫秒才能打開。

一個可行的解決方案是使用插入繼電器。這為嵌入式雙向二極管組件提供了工作空間。插入繼電器的常開 (N.O.) 將很容易適應(yīng)更高的電壓。同時，插入式繼電器的小線圈與 PLC 更兼容。實驗表明，較小的控制繼電器的操作開斷速度不如較大的接觸器靈敏。

插入式繼電器示范

實驗示意圖如圖3所示。插入式控制繼電器由 PLC 驅(qū)動。然后使用插入繼電器的 no 接點驅(qū)動大接觸器的線圈。如 PLC 數(shù)據(jù)手冊中建議的那樣，包括一個斷路器，以最大限度地減少出現(xiàn)故障時的損壞。

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圖 3 :顯示 PLC，插入繼電器(cr1)和接觸器的線路圖。

與繼電器開路相關(guān)的波形如圖4所示。事件開始于 PLC 輸出的下降沿(橙色)。從接觸器線圈的下降沿(藍色)可以看出，插入繼電器在大約 8ms 后放松。接觸器在大約 37ms 后打開，這可以從接觸器電壓波形的不連續(xù)中看出。這是由于電樞與線圈接近度的變化引起的電感變化引起的。此操作的總時間約為 45ms。不過，這并不是本文的重點。相反，我們需要關(guān)注接觸器的波形。

本文的中心論點是，允許接觸器的線圈負擺至 48VDC。如果不使用插入繼電器，這是不允許的。需要一個浪涌抑制二極管。直接 PLC 到接觸器的后果將是一個遲緩的緩慢打開接觸器如前面提到的文章中所述。

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圖 4 :與 PLC、查找控制繼電器和施耐德接觸器相關(guān)的電壓波形

關(guān)于電機啟動器的其他信息

本文是介紹電動機起動器的更大工作的一部分，并探討了其重要的、有時微妙的應(yīng)用。有關(guān)更多信息，請參閱這些相關(guān)帖子：

• 電機控制中的軟啟動 (Soft Start) 1

結(jié)論

關(guān)鍵動態(tài)是與接觸器相關(guān)的電壓波形。隨著插入繼電器的安裝，它可以自由地增加到雙向二極管鉗位的極限。大部分感應(yīng)能量作為相對較高的電壓P=IE迅速耗散在這個鉗位上，而不是更慢的 P = I2R，其中 R 是接觸器的內(nèi)阻。這是穩(wěn)態(tài)和動態(tài)方面之間的一個微妙點。穩(wěn)態(tài)分析表明，接觸器與 PLC 匹配良好。動態(tài)地，所需的單二極管鉗位降低了系統(tǒng)性能，導(dǎo)致有問題的減速。