一、 背景：

高炉炉顶液压阀门是通过继电器（DC 24V）控制电磁阀（DC 24V 35W）进行动作，通过测量和计算电磁阀线圈的运行电流约DC 1.5A～1.8A，在继电器触点分断瞬间火花非常明显。炉顶阀门每天动作约360次，运行约一个月左右，继电器壳体内部有明显“发黑”现象，且动静触头烧蚀严重。长时间打火会导致继电器触头接触不良，或者触头粘住无法分断，导致设备无法动作影响生产。2023年一号高炉和二号高炉都出现过中间继电器触头粘住无法分断的故障。现场使用的施耐德RXM2AB2BD（触点容量12A）、西门子APT SR2HLTD-D24（触点容量12A）和菲尼克斯REL-MR-24DC/21HC（触点容量16A）继电器均出现过类似的故障。

高炉炉顶液压站在高炉顶部，从发生故障——判断问题——人员到位处理需要15-20分钟时间，在此期间高炉不能上料，在当前的高强度冶炼模式下，高炉需要减氧减风操作，影响产量及成本。因此，必须要解决继电器触点寿命问题。

二、 原因分析：

1、 经过分析，炉顶液压电磁阀线圈是DC13类负载（控制直流电磁铁），属于直流感性负载。在继电器触点分断瞬间，电磁阀线圈会产生自感电动势，引起继电器触头打火，长时间的频繁打火会造成触头的损坏。

2、 继电器外壳上标识的触点额定容量（如下图）一般都是250VAC，电阻性负载下对应电流。对应到DC13负载，其额定电流大为减小，例如12A/250VAC电阻性负载对应到DC13负载，24VDC电压下其额定电流<2A 。因此，用于驱动电磁阀线圈类应用，触点电流应按DC13负载下电流选型，且其值应大于实际工作电流2倍以上。

3、 在线圈没有插入铁心情况下给电磁阀线圈接入39V交流电测试，电磁阀线圈交流电流I≈2.212A，根据阻抗的公式Z2= R2+（2πfL）2，可以推导出电感值L≈0.038H。

4、 通过测量冷态电磁阀线圈电阻值R≈13Ω，在线圈插入铁心情况下给电磁阀线圈接入39V交流电测试，电磁阀线圈交流电流I≈0.246A，根据阻抗的公式Z2= R2+（2πfL）2，可以推导出电感值L≈0.503H。通过计算负载L/R时间常数T=L/R=39ms。通过对比电磁阀线圈在有铁芯时的电感比无铁芯时的电感大很多。

三、 续流二极管实验：

1、搭建试验平台，测试在电磁阀线圈两端反向并联续流二极管，让电磁阀线圈产生的自感电动势通过续流二极管在内部消耗掉，原理图如下图。通过在试验平台测试，反向并联二极管后，驱动同样的负载，继电器触点打火现象明显减弱。

2、利用PLC模块自编程序搭建试验平台，模拟高炉液压阀门运行工况，电磁阀每次动作5秒，每隔10秒动作一次；分两组进行测试，一组电磁阀线圈没有反向并联二极管，另一组在电磁阀线圈两端反向并联二极管，通过测试15天（约动作8万次），对比两个中间继电器触点，没有反向并联二极管的继电器壳体内部“发黑”严重很多，且触头明显有烧蚀的现象；而有反向并联二极管的继电器壳体内部只有少量的“发黑”，触头接触面良好。通过试验证明在直流感性负载的电磁阀线圈两端反向并联续流二极管，对延长中间继电器寿命、降低设备故障率有很大的作用。

四、 改进建议：

1、对于直流感性负载，在负载线圈两端反向并联二极管，可以大幅度减弱触点电弧，对延长中间继电器寿命有很好的作用。

2、对于重要应用，可以选用专用于直流电感负载，带熄弧磁铁的继电器，如魏德米勒的DRH系列继电器、菲尼克斯的REL-PR1系列继电器。例如REL-PR1-24DC/1/MB，其对应24V DC感性负载开关容量达到了16A。

3、也可以选用固态继电器。固态继电器内部是电子开关，分断时不产生电弧。通常体积较小，额定电流一般为5A，小于带熄弧磁铁继电器专用直流继电器。需注意固态继电器的接线有极性要求。

4、在安装空间允许的情况下，即便触头容量一样也选用体积大的继电器。

五、应用

经过综合考虑，重要的高炉炉顶液压阀驱动继电器已改为固态继电器，且均加装续流二极管。

（黑色的为固态继电器）

（端子处反向并联续流二极管，二极管用热缩管密封）