繼電器選用準則
2016-03-08
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? ??????1 選用繼電器的一般原則?
????????怎樣才能準確地選用繼電器呢？一是要做到“知已知彼”,即首先必需對繼電器所控制的對象逐一被控回路的性質、特點和對繼電器的要求等都要有周密地考查和透徹地領會。其次，對繼電器自己的各類特征逐一原理、使用條件、技術參數、結構工藝特點和規格型號等,做到周全的掌握與認真分析；二是按“價值工程”原則，從進步前輩性、合理性、可用性、經濟性周全斟酌，作到準確地選用和使用繼電器。準確選用繼電器的原則具體來說應當是：（1）繼電器的主要技術性能，如觸點負荷,動作時間參數，機械和電氣壽命等,應知足整機系統的要求；（2）繼電器的結構型式（包括安裝方式）與外形尺寸應能適合使用條件的需要；（3）經濟合理。?
????????2 選用提綱?
????????為了削減繼電器選用中的隨意性，提高自立性，選用前應編寫選用提綱,一般包括以下要素：?
????????（1）天氣應力作用要素?
????????溫度范圍：濕度范圍；大氣壓力；沿海大氣；砂塵污染；化學污染；磁干擾；其它特殊天氣應力。?
????????（2）機械應力作用要素?
????????振動應力；沖擊應力；離心作用及其它。?
????????（3）輸進參量要素?
????????交流參量激勵；直流參量激勵；溫度變化影響；有或無觸點開關激勵方式；固體器件開關激勵方式；遠距離有線激勵方式；相互干擾等激勵身分；低壓激勵與高壓（強電回路）輸出隔離身分等。?
????????（4）輸出參量要素?
????????白熾燈；容性負載；機電負載；電感器、螺線管、接觸器線圈、扼流圈負載；直流阻性負載；中等電流負載；低電平負載；干電路負載等。?
????????（5）安裝方式要求?
????????焊接式、插進式、螺釘式或其它（如導軌式安裝等）?
????????（6）平安要素?
????????阻燃要求；過載能力要求；盡緣抗電水平。?
????????（7）挑選要求?
????????挑選要求包括挑選的項目、所加應力，監測水平、監測手段、失效判據等。?
????????（8）失效率要求與靠得住性評估?
????????失效判據；失效率評估及置信度。?
????????3 選用電磁繼電器的一般步聚：?
????????作為選用繼電器的第一步，是肯定其運用分類，由此初選一種在給定條件下曾有過成功運用的繼電器類型，然后按下列步聚使所選用繼電器最適合于劃定運用。?
????????（1）依照輸進的旌旗燈號肯定繼電器的種類?
????????分歧作用原理或結構特征的繼電器，其要求輸進的旌旗燈號的性質是分歧的。例如熱繼電器是哄騙熱效應而動作的繼電器；聲繼電器是哄騙聲效應而動作；而電磁繼電器則是由控制電暢通流暢過線圈發生的電磁吸力而實現觸點開、閉。這就要求使用者首先要按輸進旌旗燈號的性質選擇繼電器種類。例如反應電壓、電流或功率旌旗燈號時，選用電壓、電流或功率繼電器；反應脈沖旌旗燈號或有極性要求時，應選用脈沖、極化繼電器等。?
????????在這里，簡要地介紹一下電壓和電流繼電器的區分，以供用戶準確選用。從工作原理來說，兩者均屬電磁繼電器，沒有任何區分。但從繼電器的設計講，兩者是有區分的。電流繼電器磁路系統按IW=C來斟酌，即在繼電器動作進程中由于銜鐵的動作而致使線圈電感發生變化時，也不會影響到回路電流值。該電流是由回路中其它電路元件較大的阻抗決議了的，電流繼電器線圈阻抗對整個回路阻抗的影響可疏忽不計。是以，一般電流繼電器線圈導線匝數少，電感和電阻均較小，因而線圈電流較大。供給電流繼電器線圈的是恒定的電流值。電壓繼電器線圈輸進的旌旗燈號是相對恒定的電壓值，通常為電源電壓直接加在線圈上或經由過程網絡分配給它以恒定的電壓值。是以，回路電流主要取決于線圈阻抗，一般不觸及其它回路元件。為了盡量減小它對其它支路的分流作用,一般導線細，匝數多,電感和電阻都較大，線圈電流不大。?
????????選用電流或電壓繼電器時，要有相對的電路條件。電流繼電器要求恒流源電路條件,即回路有較大阻抗與之串聯,它自己阻抗對回路電流影響很小。電壓繼電器要求提供恒定的電壓。電流繼電器看成電壓繼電器用，因其線圈電阻小,很容易燒壞線圈, 甚至造成電源短路。如將電壓繼電器當電流繼電器使用線圈串接在線路里時，由于其大的阻抗會較著地改變原往返路參數，會因線圈得不到足夠的電流而繼電器不動作。?
????????值得注重的是交流繼電器線圈凡是承受過電壓的能力比直流繼電器差。在直流繼電器線圈中，外加電壓的增加所引發電流增加的速度較低。這是由于線圈的溫升引發線圈電阻的上升 。然而在交流繼電器中，外加電壓的增加引發電流的增加，一樣引發線圈電阻增加, 這將造成導磁零件進一步飽和,使感抗進而使阻抗大幅度下降。成效是線圈電流增加速度要比外加電壓增加的速度快，是以，由于外加過電壓釀成的過熱比直流繼電器容易發生。?
????????（2）按使用情況條件選擇繼電器型號?
????????情況順應性是繼電器靠得住性指標之一。使用情況和工作條件的差異，對繼電器性能有很大的影響。下面介紹幾個主要情況身分的變化對電磁繼電器性能的影響。?
????????情況溫度?
????????①情況溫度的升高加速了盡緣的老化，盡緣性能下降，縮短使用壽命。?
????????②對于反應溫度變化的溫度繼電器、熱繼電器等,情況溫度的變化直接影響庇護特征的變化；對電磁繼電器來說，溫度的升高, 某些盡緣材料的熱變形使產物結構參數和動作參數會發生變化。?
????????③溫度升高?
????????線圈溫升響應增高,不單漆層老化加重，對電壓繼電器來說，還直接影響到吸合、釋放參數的變化。電流繼電器，溫度升高，功耗增大，亦影響盡緣和觸點切換特征。?
????????④溫度升高加速某些零件的氧化進程。對觸點來說，不單其材料自己氧化，而且加重概況膜電阻的形成，直接影響接觸靠得住性，出格在低電平下。?
????????⑤溫度升高，熄弧堅苦，切換能力下降，觸點侵蝕加重。額定負荷時，易形成觸點粘結，中等電流時易析出碳化物，下降接觸靠得住性。?
????????⑥在低溫下，鍍層材料，如金鍍層冷粘作用加重，小電流負載或低電平下會形成冷粘故障。對一些非密封或密封性欠好的繼電器，低溫下可能觸點間形成冰霜，直接影響觸點的導通。對于釬焊錫封繼電器，在低溫下，錫的脆裂會影響產物的氣密性。?
????????振動與沖擊?
????????電磁繼電器觸點簧片多為懸臂梁系統，固有頻率較低。在接近或到達固有頻率的外界振動作用下會引發諧振，致使結構損壞或使觸點壓力下降直至發生瞬時斷開，即泛起發抖?？蓜拥你曡F部門會因過振動而誤動作，進而使觸點接觸不良或斷開。周期性的作用力會使結構松動或破壞脫落造成結構失效。振動和沖擊作用會改變繼電器的機械特征，下降動作靠得住性。繼電器內殘余的松散微粒（毛刺脫落物、焊渣、材料碎屑）在振動和沖擊作用下會落進觸點間隙或轉動支承處造成嚴重故障。?
????????低氣壓?
????????①低氣壓下，散熱條件變壞，尤其在高溫低氣壓下，對流作用削弱，小尺寸簧片只能靠熱傳導散熱，切換額定負載時,簧片溫度可高達300℃以上。滅弧堅苦，電弧延續時間增加，觸點金屬蒸發加重,壽命縮短，致使觸點分斷容量的下降。?
????????②線圈散熱堅苦，溫升加速，引發吸合、釋放參數的變化。?
????????③低氣壓下，介質強度下降，觸點間盡緣下降，在盡緣子底板上可能形成通道。一般來說，海拔每升高1000米，盡緣水平大約下降10%。?
????????輻照?
????????嚴重核幅照下，部門有機材料會變為粉塵。高份子盡緣材料份子連系鏈被破壞，盡緣性能下降，直至失效。如聚四氟乙稀薄膜材料耐輻照性能就很差。?
????????電磁干擾?
????????電磁繼電器是靠電磁力的作用來動作的，在強的磁場元件、強的雜散場儀器周圍使用時，要注重布放位置及離磁干擾源的距離。否則會危及動作靠得住性。高頻電源還會使繼電器被感應加熱造成熱損壞。?
????????相對濕度?
????????在高濕，出格是高溫、高濕條件下：?
????????①金屬零件的侵蝕速度顯著上升。例如，鋼鐵零件在含0.1%SO2干燥大氣中，侵蝕速度很低，當相對濕度到達70%時，侵蝕速度立即上升100倍以上。普通金屬的臨界濕度（使金屬侵蝕速度顯著升高的最低相對濕度）通常是60~70%（此相當于繼電器的正常使用情況濕度條件）。?
????????②敞開式或封鎖式繼電器在濕潤下，盡緣會較著下降,泄漏急劇增大。另外相對濕度到達80%以上，霉菌、昆蟲滋生很快，對不耐霉的有機材料極易長霉，以致影響產物性能。例如，盡緣漆和層壓塑料概況發霉后，使概況電阻下降10%。?
????????③在有灰塵的情況中，相對濕度大，灰塵易吸附水份，使一部門可溶性雜質溶于水中，釀成電解液，灰塵自己與金屬間形成侵蝕微電池，加速金屬侵蝕。對非密封繼電器，線圈的失效，往往是由于這類“電解侵蝕”引發斷線所造成。?
????????④高濕下，會加重繼電器觸點膜電阻的生成，當水汽含量跨越1000PPm時,會引發接觸電阻發生不劃定規矩變化。對一些運用在高溫高濕條件下的非密封繼電器,其盡緣零件還要進行特殊的三防(防濕、防霉、防菌）處置。?
????????在其它情況條件下，如鹽霧、油霧、噪聲場、恒加速度等，繼電器的內部結構損壞與其它電器元件類似。例如鹽霧或其它有害氣體對電器產物零件的侵蝕很嚴重。?
用戶在選用繼電器時，必需對上述情況有所領會。?
????????（3）憑據輸進量選定繼電器的輸進參數。?
????????①在電磁繼電器的輸進參數中，與用戶緊密親密相關的是線圈的工作電壓（或電流），而吸合電壓（或電流）則是繼電器制造廠約束繼電器活絡度并對其進行判斷、考核的參數，它只是一個工作下限參考值。很多用戶因不領會繼電器動作原理的特殊性，往往把吸合電壓（或電流）錯認為是繼電器應靠得住工作的電壓（或電流），而把工作電壓值取在吸合電壓值上，這是十分危險也是不允許的。由于吸合值只是保證繼電器靠得住動作的最小輸進量，而繼電器動作后，還需要一個保險量，以提高維持靠得住閉合所需的接觸壓力、抗情況作用所需的電磁吸力。否則，一旦情況溫度升高或在機械振動和沖擊條件下，或輸進回路電流波動和電源電壓下降時，僅靠吸合值是不成能保證靠得住工作的。所以選擇繼電器時，首先看繼電器技術條件劃定的額定工作電壓是否與整機線路所能提供的電壓相符,盡不能與繼電器吸合值相比。?
????????②依照繼電器工業尺度，交流繼電器應當在其標稱電壓的85%下吸合,而直流繼電器應當在標稱電壓的75%下吸合。若是需要的數值與此分歧，就應當加以說明。?
????????③在極限溫度下，用戶對線圈激勵量的變化往往未給予足夠的余量。尤其在較高的溫度下，這個問題是很關頭的。由于在高溫下線圈電阻增加，線圈功率下降。另外，由于線圈內部發生的溫升也需要過激勵或余量。對于低溫下釋放，也存在著一樣的問題,不外不經常泛起。?
????????(4) 憑據負載情況選擇繼電器觸點的種類與參數?
????????與被控電路直接毗連的觸點是繼電器的接觸系統。國外和國內持久實踐證實，約百分之七十以上的故障發生在觸點上。這除與繼電器自己結構與制造身分緊密親密相關之外，未能準確選用和使用也是重要身分之一。且大大都問題是由于用戶的現實負載要求與繼電器觸點額定負載分歧而引發的。?
????????①憑據控制要求肯定觸點組合形式，如需要的是常開仍是常閉觸點或轉換觸點；?
????????②憑據被控回路幾多肯定觸點的對數和組數；?
????????③憑據負載性質與容量大小肯定觸點有關參數，如額定電壓、電流與容量，有時還需要斟酌對觸點接觸電阻、發抖時間、散布電容等的要求。關于觸點切換的額定值，電磁繼電器一般劃定它的性質及大小。它的寄義是指在劃定的動作次數內，在定的電壓和頻率下，觸點所能切換的電流的大小。這一負載值是由繼電器結構要素決議的。為了便于考核比力，一般只劃定阻性負載。在現實使用中需要切換其它性質的負載。?
????????繼電器的額定負載是指在劃定的動作次數(壽命）內，在劃定動作頻率下，觸點所能切換的純阻性負載的大小。顯然，負載增大，繼電器的壽命將縮短，但不存在一個通用的負載壽命對應關系，分歧的繼電用具有分歧的負載與壽命的關系曲線，即壽命曲線。?
????????一般情況下，減小負載電壓可以使負載電流提高，減小負載電流可以使負載電壓提高，但不存在一個通用的負載電壓電流對應關系。而且，即使負載電壓電流中的一個無限制的減小，負載電壓電流中的另外一個不成能無限制的增大，而是有一個上限值。分歧的繼電用具有分歧的負載電壓與負載電流的關系曲線，即負載曲線。?
????????這里還要提醒的是，繼電器額定值紛歧定適用于從零到劃定值的所有負載。能靠得住切換10A負載的觸點，其實不意味著它能靠得住地切換10mA的負載。這是由于在分歧范圍負載下，觸點的失效機理分歧。?
????????繼電器觸點交流額定值僅在劃定的頻率下適用。若是額定值是按400Hz劃定的,那末60Hz下的切換能力凡是顯然是要低的。?
????????在切換分歧步的單訂交流負載時，會存在相位差。所以應選擇觸點額定電壓為負載電壓2倍、額定電流為負載電流4倍的產物。其次, 適合交流負載的觸點紛歧定適用于幾個電源相位之間的負載切換；用于相位轉換的繼電器(一般采用三位式觸點）必需進行三訂交流負載轉換實驗或合適有關規范，如GJB1042。?
????????在某些電路中，說明的負載多是交流負載（典型的燈負載）。但其線圈驅動源多是一個總是在正弦波的統一點上轉換的電子電路。由于大大都繼電器基本上是在一定的電壓下動作時間恒定的器件，是以，繼電器觸點現實切換的負載基本上是直流負載。這類情況可能會使觸點壽命較著縮短。?
????????（5）按工作狀態選擇繼電器?
????????繼電器的工作狀態主要是指輸進旌旗燈號對線圈的作用狀態。繼電器線圈的設計是對應于分歧的輸進旌旗燈號狀態的，有持久接連作用的旌旗燈號，有短時間重復工作(脈沖)旌旗燈號。接連工作是指線圈能接連地承受工作旌旗燈號的持久作用。對脈沖旌旗燈號還要斟酌脈沖頻率、通斷比等。是以,要憑據旌旗燈號特點選用適合于分歧工作狀態的繼電器，一般不允許隨意使用,出格要注重不能將短時間工作狀態的繼電器使用在接連工作狀態，高溫工作條件下尤其要注重。在現實切換功率負載或大功率負載時，尤其要斟酌不宜切換速度太高。一般應少于10~20次/min。最大輪回速度為：0.1次/（最大吸應時間+最大釋放時間）s。?
????????（6）按安裝工作位置、安裝方式及尺寸，重量的選擇?
????????繼電器工作位置與其結構特點有關，大大都繼電器可在肆意位置下工作，但也有部門繼電器工作位置有具體的劃定。例如普通水銀繼電器，就劃定要直立安裝,其偏斜極限不得跨越30℃,否則,由于水銀的毗連中斷將不起繼電器作用。?
????????繼電器除需知足在各類穩態的線路和情況條件下工作的要求外，還必需斟酌到各類動態特征，即吸應時間、釋放時間，由于電流的波動身分釀成的發抖，和觸點碰撞釀成的回跳等。?
????????上面我們講了怎樣選用已批量穩定生產的繼電器。若是在已生產的繼電器中沒有適合整機要求的品種、規格，那就要向繼電器制造廠提出設計使命書，進行新品設計。?
????????電磁繼電器的設計使命書一般包括：?
????????①控制電路參數：控制電源類型（是交流仍是直流）、工作狀態(線圈是處于持久、短時間或是脈沖工作狀態）、吸合值、額定值、釋放值等。?
????????②被控制電路參數：負載類型（是直流仍是交流：是阻性、感性或是其它）、負載大小(閉路電流、開路電壓或開斷功率的大小及變化范圍）、觸點組數及形式。?
????????③使用情況條件：極限溫度、相對濕度、氣壓、振動條件、沖擊條件、離心條件,使用情況氣氛（指一些特殊條件）等。?
????????④壽命要求：一般應當說明使用壽命和貯存壽命要求,使用壽命又分正常條件下和極限或特殊情況下。?
????????⑤外形尺寸、重量及安裝尺寸要求。?
????????對有失效率指標要求的繼電器，除提出失效率指標置信度外,還要提出挑選項目及挑選要求，壽命實驗的監測水平，監測延時，失效判據等。需要時還必需對繼電器生產廠提出靠得住性質量保證方面的要求及一些特殊實驗方式的劃定等。?
????????⑥試制周期、費用、首次提供樣品數目等。?
????????4 影響電磁繼電器靠得住性的使用身分?
????????（1）若是將有防塵罩的繼電器用于溫度有變化(晝夜)的和高濕的情況，則可能泛起冷凝現象，從而致使盡緣電阻下降甚至短路。這就需要在罩殼上開孔以供繼電器換氣，或采用密封繼電器。?
????????（2）在清洗印制板上的繼電器時，有些清洗劑對銅有很強的侵蝕性，而其它一些清洗劑會與線圈包帶上的粘劑結起化學反應。?
????????（3）舌簧繼電器使用在強的外磁場四周，應有足夠的磁屏障，以保證其正常工作。?
????????（4）負載接法?
????????①觸點失效機理分析講明，在中功率負載下，觸點材料從陰極轉移到陽極。觸點電弧測試得出，在不異負載下，動觸點接陰極（如圖1(a)所示），其燃弧時間要比動觸點接陽極（圖1(b)所示）短一半以上，如JZX-10M、JZC-1M按圖6-1(a)接法，一般燃弧為50μs左右,而按圖1（b）接法，燃弧時間大于100μs。由于燃弧時間短，材料轉移量就小，其壽命就長，且靠得住，所以使用時應按圖1（a）接法；而鑒定實驗時則要按圖1（b）接法，即加嚴要求。?
????????②切不成在毗連電源到雙擲觸點時將額定負載接到如圖2所示的觸點上。這樣使用時,許多繼電器都不能正常切換負載。?
????????（5）線圈接法?
????????凡是繼電器的線圈是不標正負極的，兩頭可以隨意毗連。但在線圈往激勵時，由于電感的作用，線圈內會發生反電動勢，其峰值可高出額定電壓的5倍以上，雖然其作用時間很短,但會造成線圈漆層擊穿或電路中的開關器件擊穿。如按圖 3的方式在線圈兩頭接上庇護二極管(固然用戶也能夠要求生產廠家按圖2的要求生產繼電器），此時線圈兩頭的正負極性就固定下來，不能反接。對非密封繼電器來說，線圈在高濕非激勵狀態下,發生電解侵蝕的危險必需給予注重。為了削減線圈侵蝕的危險，使用正極接地的電源，而且當繼電器閑置不用時,盡量將正極斷開,讓線圈連結負電位。對于商業和工業用繼電器，保險商實驗室劃定若電壓跨越50V，則不允許將地線切斷。?
????????（6）應將機電開關器件裝在電源正極與繼電器線圈之間，以求在斷開狀態下, 平安地隔離繼電器電路，以免電擊危險。在選用固體電子開關器件控制繼電器線路時, 應選擇漏電流足夠小的器件，使繼電器能在斷電時靠得住釋放。用于控制繼電器的任何開關器件, 必需承受線圈電路開路時引發的瞬時電壓峰值與線圈電路最小電壓值之和，開關不發生損壞。?
????????（7）由于毗連導線中的電壓降，繼電器的吸合可能不能不低于電源電壓。當使用毗連導線較長的門鈴型布線時，尤其是這樣。?
????????（8）若是將繼電器激勵了一段時間后釋放,然后在短時間內再次激勵, 那末由于線圈自己的溫升，吸合電壓將會變大。?
????????（9）當繼電器或夾雜繼電器與活絡邏輯電路一道工作或靠近時, 繼電器這些裝配既不應發射也不應傳導能損壞活絡邏輯電路或使其誤觸發的足夠大的射頻瞬態電壓。?
????????（10）繼電器的安裝?
耐振是繼電器的一個重要指標，除繼電器自己提高耐振能力外，安裝方式對繼電器耐振能力的影響也是很大的。?
????????（11）運輸保管的影響?
如用戶由總庫向各使用單元發貨運輸時，肆意裝盒、裝箱會因碰撞造成產物機械參數變化，出格長短密封繼電器。繼電器的寄存情況應合適產物技術條件尺度要求, 出格要注重不能在高濕和有害氣氛中寄存。?
????????（12）繼電器動作進程中的特征對使用靠得住性的影響?
????????①觸點回跳時間?
????????任何電磁繼電器都存在機械回跳時間，只不外因其結構、動作原理分歧而時間長短分歧而已。長的可達幾ms甚至10ms, 短的僅100微秒左右。在特殊電路中，如電碼電路、脈沖電路中,可能因回跳發生短暫閉合及斷開引發失誤，如發生漏字錯碼或誤動作,這是普通繼電器在電路中致命的弱點之一。在使用中適被選擇工作電壓、動作頻率等可以下降回跳 。回跳在電路中還會形成干擾脈沖影響其它電路。?
????????②動作分歧時性?
????????多觸點的電磁繼電器動作不成能做到觸點同時接通或斷開。這就是動作的分歧時性，一般相差0.1~0.2ms左右。在緩慢型輸進旌旗燈號作用下,這個時間差會較著增大。?
????????③橋接 當采用水銀舌簧繼電器時，要注重一般都有0.5ms左右的橋接時間,即存在兩個電路同時接通現象。?
????????④交流聲，幾近所有的交流繼電器城市泛起某種噪聲或交流聲。用戶若有特定使用處合，與繼電器廠約定交流聲允許強度。在舌簧繼電器中，噪聲系指緊隨著閉合后幾ms時間內泛起在開關引線之間的電壓。它的發生是由于簧片在磁場里運動和由磁致伸縮效應在它們中心發生了電壓。若是舌簧切換的旌旗燈號是用在緊隨著閉合后ms 之內，噪聲影響較大。?
????????5 繼電器線圈的瞬態抑制?
????????當繼電器線圈斷電時，其貯存的感應電能可能在直流電源線上發生高達 1500V的浪涌電壓，隨著固體器件使用量的不竭增加，必需對繼電器線圈進行抑制,將其電壓峰值限制在一定的范圍。?
????????常見的線圈瞬態抑制方式有：在線圈上并聯一個電阻器或阻容電路、或并聯一個二極管。線圈瞬態抑制電路會使繼電器釋放時間延長，使觸點轉換速度變慢。?
????????6 繼電器觸點的庇護?
????????（1）當觸點斷開感性負載電路時，負載中貯存的能量必需經由過程觸點燃弧來消耗為了消除和減輕電弧在斷開感性負載時的風險，延長觸點的使用壽命，消除或減輕繼電器對相關活絡電路的電磁干擾、損害，凡是采用電弧抑制庇護措施。?
????????常見的觸點庇護電路有：在感性負載上并聯一個電阻或阻容電路、或并聯一個二極管。?
????????（2）應盡量避免繼電器輸出端和輸進端共線或連通，由于線圈往激勵時，線圈上的反電勢會加在觸點上，使觸點的斷開電壓增大，同時也會干擾其它電路。
