浅析继电器的选型与应用
| 摘 要: 阐述了继电器的应用选型是切实提高系统运行可靠性的关键问题，结合系统的工作特性和工作环境及继电器产品特性，论述了继电器的选型原则及继电器应用中质量等级的选择和继电器降额使用的原则，并对继电器的安装和保护技术和继电器应用中的问题作以分析。 1. 概述 面对纷繁复杂的继电器产品，如何合理选择、正确使用，是系统开发、设计人员密切关注并且必须优先解决的实际问题。要做到合理选择，正确使用，就必须充分研究分析系统的实际使用条件与实际技术参数要求，按照“价值工程原则” ，恰如其分地提出所选用继电器产品必须达到的技术性能要求。在整机的可靠性设计中，要求合理选用元器件。元器件的选择和控制是需要多学科知识才能完成的一项任务，一般应由元器件工程师、可靠性设计师、总体及电路设计师、失效分析人员共同完成。首先要根据整机系统的重要程度、可靠性要求、所使用的环境条件及成本等项要求综合考虑和选择。具体说来，大致可按下列要素逐条分析研究，确认所要求的等级以及量值范围。选择时必须重视以下几个方面的要求。 2. 对使用环境条件的选择 气候应力作用要素，主要指温度、湿度、大气压力（海拔高度）、沿海大气（盐雾腐蚀）、砂尘污染、化学气体和电磁干扰等要素。考虑系统在全国各地各行业及自然环境的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，系统关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型（金属罩密封或塑封型，金属罩密封产品优于塑封产品） 继电器产品。因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和稳定的切换负载能力（不受外部气候环境影响）。 2.1 温度对继电器的影响 继电器是怕热元件，高温可加速继电器内部塑料及绝缘材料的老化、触点氧化腐蚀、熄弧困难、电参数变坏，使可靠性降低，所以，要求设计时使继电器不要靠近发热元件，并有良好的通风散热条件。 继电器虽然是怕热元件，但对过低温度（如军用航空条件-55℃） 也不能忽视，低温可使触点冷粘作用加剧，触点表面起露，衔铁表面产生冰膜，使触点不能正常转换，尤其是小功率继电器更为严重。试验证明，对于有些按部标生产的国产小功率继电器，虽然使用条件规定低温为- 55℃，但实际上在此条件下继电器根本无法进行正常转换，建议在选择时要留有充分的余量，对于重要的军用电子整机，建议选用国军标产品。 2.2 低气压对继电器的影响 在低气压条件下，继电器散热条件变坏，线圈温度升高，使继电器给定的吸合、释放参数发生变化，影响继电器的正常工作；低气压还可使继电器绝缘电阻降低、触点熄弧困难，容易使触点烧熔，影响继电器的可靠性。对于使用环境较恶劣的条件，建议采用整机密封的办法。 2.3 机械应力对继电器的影响 主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主要考虑的是抗地震应力作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。电磁继电器的簧片均为悬梁结构，固有频率低，振动和冲击可引起谐振，导致继电器触点压力下降，容易产生瞬间断开或触点出现抖动，严重时可造成结构损坏，可动的衔铁部分可产生误动作，影响继电器的可靠性。建议在设计中尽量采取防振措施以防产生谐振。 根据上述环境条件对继电器的影响，在选择继电器时，首先要使继电器满足整机规定的各项环境条件的要求。如果不能全面考虑各项环境条件，研制出来的整机就达不到合同规定的技术要求。如在军用机载电子设备上选用JRC- 5M小型电磁继电器，若只重视环境温度可满足整机要求而忽视振动、冲击条件。这些条件不能满足，就必须采取相应的防范措施，否则可靠性得不到保证。 2.4 绝缘耐压 非密封或密封继电器的引出端外露绝缘子长期受尘埃、水气污染，导致其绝缘强度下降，在切换感性负载时的过电压作用下，引起绝缘击穿失效。针对继电器绝缘固有特性，在选型时必须依据继电器的以下技术特性： 2.4.1 足够的爬电距离：一般要求>3 mm（工作AC 220V）； 2.4.2 足够的绝缘强度：无电气联系的导体之间>AC 2000V（工作AC 220V），同组触点之间>AC 1000V； 2.4.3 足够的负载能力：DC 220 V感性；5～40 ms，>50W； 2.4.4 长期耐受气候应力的能力：线圈防霉断、绝缘抗电水平长期稳定可靠。 2.5 密封继电器与非密封继电器 部分工程技术人员认为非密封产品动作状态直观、失效分析方便，而密封产品动作过程看不见摸不透，两者的优缺点如下： 非密封继电器的优点是多采用拍合式衔铁，结构简单、制造工艺简便、安装维修方便、工作状态直观、便于失效分析、价格便宜。主要缺点是工作可靠性对使用环境（气候应力、机械应力）变化的敏感性强；长期耐受气候条件性能随时间增长而易受环境条件污染、损伤；电接触稳定性、可靠性差；线圈易受潮气、杂质污染产生电腐蚀、霉变等而失效。 密封继电器优点是多采用平衡旋转式衔铁，全密封结构隔离外部气候应力作用，抗恶劣环境性能优良；触点电接触性能稳定可靠，线圈抗腐蚀、霉变，长期可靠性能优良。缺点是结构复杂，制造工艺特殊，失效分析困难，本身无法维修重复使用，成本、价格高。 因此，从长期耐气候应力性能、抗恶劣环境性能与电接触稳定可靠性考虑，密封继电器明显优于非密封继电器。针对可靠性要求高的航天、航空、军用系列，主要选用金属罩密封继电器产品。对于重要场合的生产过程自动化控制系统，要求长期稳定可靠工作的特殊性，理应以选用密封继电器产品为主。 3. 激励线圈输入参量 主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压（220V） 输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰等要素，这些都是确保系统可靠运行必须认真考虑的因素。按继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。 继电器的技术条件一般对线圈的电压都给出工作电压、吸合电压、释放电压。要保证继电器的正常工作，在电路连接时，一定要保证在任何情况下都要使给定的三个电压满足技术条件规定的数值。否则，继电器无法正常转换。 3.1 关于串联供电激励方式 不少用户采用串联分压供电方式给继电器线圈施加激励量，驱动继电器动作。这种激励方式一般是不可取的。因继电器的吸合时间主要取决于回路的时间常数T，且T = L/R。当串联电阻R1给继电器线圈供电时，R=R1+ R2，则有L/R2>L/（R1+R2）；显然，串联R1后使T减小，继电器的吸合时间加速。特别是当R1≥R2，电压很高时，吸合时间将大大减少。运动部件的过快动作，将加大运动部件接合时的冲击、碰撞、反弹，从而增大触点回跳，加速机械磨损，降低触点的负载能力与机械寿命。因此，串联供电激励方式改变了继电器原设计所规定的正常工作状态，一般是不可取的。当触点回跳、机械磨损对实际使用不构成利害关系，且特别需要加快动作速度时，才可以采用提高激励电压或串联电阻供电激励方式。 3.2 继电器线圈串联的使用 采用多个继电器线圈串联后，再用DC 220V电源去激励，这种激励方式必须谨慎采用。 3.2.1 对相同类型、相同规格继电器产品而言，由于各线圈的阻抗（含直流电阻与瞬时感抗）大体相同，差值较小，故采用串联分压激励方式使用问题不大。实践证明也是可行的。 3.2.2 对不同类型或不同规格的继电器产品言之，由于不同继电器线圈的阻抗不一致，且差值随瞬时感抗的不同而相差很大，故串联激励瞬间，各继电器线圈上所分得的激励电压（由瞬时分压比决定）差值必然很大，势必出现有的继电器处于过压激励状态，有的则处于欠压激励状态，各继电器触点的开关时序与速度将会发生本质性变化，必然会出现动作先、后，快、慢颠倒，开关不可靠等情况。因此，不同类型、不同规格的继电器线圈不宜采用串联分压激励方式。 3.3 关于继电器线圈并联使用 在复杂的控制回路中，将2只（或多只）不同类型的继电器（如接触器K1、小型灵敏继电器K2）线圈并联使用的情况时有发生，在这种情况下，有可能产生K1延迟释放、触点断弧能力下降，K2被反向重复激励、触点误动作等实际问题。在直流控制回路中，K1，K2线圈所贮存的磁能可能相差很大。当线圈电源失电后，K1（磁能大）的贮能将通过K2（磁能小）的线圈泄放，产生反向电流。从而导致K1释放时间延长，触点断弧速度迟缓，触点间燃弧时间延长；K2的释放时间短，随后被反向泄放电流所激励，甚至释放后瞬间重复吸合，产生误动作故障。在实际应用时应注意避免上述因疏于研究而导致的不可靠现象。 4. 触点输出（换接电路）参量 主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载，电感器、接触器线圈、扼流圈负载，阻性负载等；触点负载量值（开路电压量值、闭路电流量值），如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。 根据继电器驱动设备的负载性质、负载容量选用合适的继电器， 是继电器可靠工作的基本条件，继电器的失效或可靠不可靠，主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载容量大于所选用继电器规定的切换负载容量，继电器是不可能可靠工作的。 4.1 关于触点的负载 继电器触点故障是继电器失效的核心所在，当触点实际切换的负载电压小于起弧电压，电流小于1A时，特别是在中等电流（试验标准为DC 28V，0.1A）、低电平（10～30mV，10～50LA）或干电路（指继电器触点先闭合，后接通毫伏微安级负载）条件下，触点实际工作时的失效机理、失效方式与实际切换额定功率负载全然不同。正是为了满足不同负载的不同要求，不同产品在设计、制造工艺、检测、试验要求也各不相同。因此，在实际选用继电器产品时，一定不能错误地认为：继电器的触点开关适 |
