【知识讲堂】详解“继电器”

中科国腾CASGTVAC2020-10-27 15:45:11

继电器(Relay),也称电驿,是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。继电器是具有隔离功能的自动开关元件,广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力设备中,是最重要的控制元件之一。
继电器主要用于控制与保护电路作信号转换用。它具有输入电路(又称感应元件)和输出电路(又称执行元件)。当感应元件中的输入量(如电流、电压、温度、压力等)变化到某一定值时继电器动作,执行元件便接通和断开控制回路。继电器是一种传递信号的电器,用来接通和分断控制电路。继电器的输入信号可以是电压、电流等电气量,也可以是温度、速度、光、油压等非电气量,而输出则都是触头动作。

继电器的动作迅速,反应灵敏,是基本元件之一。

继电器的种类和形式很多,按其动作原理可分为电磁继电器、热力继电器、速度继电器及压力继电器等。

控制继电器种类繁多,常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率、速度继电器等等,下面对经常使用的几种继电器做一简单介绍。

一、电压、电流继电器

根据输入(线圈)电流大小而动作的继电器称为电流继电器。按用途还可以分为过电流继电器和欠电流继电器。过电流继电器的任务是当电路发生短路及过流时立即将电路切断,因此过电流继电器线圈中通过的电流小于整定电流时,继电器不动作,只有超过整定电流时,继电器才动作。过电流继电器动作电流整定范围:交流过流继电器为(110%~350%)IN,直流过流继电器为(70%~300%)IN。欠电流继电器的任务是当电路电流过低时立即将电路切断,因此欠电流继电器线圈中通过的电流大于或等于整定电流时,继电器吸合,只有电流低于整定电流时,继电器才释放。欠电流继电器动作电流整定范围:吸合电流为(30%~50%)IN,释放电流为(10%~20%)IN。欠电流继电器一般是自动复位的。

与此类似,电压继电器是根据输入电压大小而动作的继电器。过电压继电器动作电压整定范围为(105%~120%)UN。欠电压继电器吸合电压调整范围为(30%~50%)UN,释放电压调整范围为(7%~20%)UN。
▲电磁式继电器在电路中图形和文字符号如图1所示。
二、时间继电器

从得到的输入信号(线圈的通电或断电)开始,经过一定的延时后才输出信号(触头的闭合或断开)的继电器,称为时间继电器。时间继电器的种类很多,常用的有空气式、电动式、电子式等。

1、空气式时间继电器
空气式时间继电器由电磁机构、工作触头和气室三部分组成,它的延时是靠空气的阻尼作用来实现的。常见的型号有JS7-A系列,按其控制原理有通电延时和断电延时两种类型。图2所示为JS7-A系列空气阻尼式时间继电器的工作原理图。

当通电延时型时间继电器的电磁铁线圈1通电后,将衔铁吸下,于是顶杆6与衔铁间出现一个空隙,当与顶杆相连的活塞在弹簧7的作用下由上向下移动时,在橡皮膜上面形成空气稀薄的空间(气室),空气由进气孔逐渐进入气室,活塞因受到空气的阻力,不能迅速下降,在降到一定位置时,杠杆15使触头14动作(常开触点闭合,常闭触点断开)。线圈断电时,弹簧使衔铁和活塞等复位,空气经橡皮膜与顶杆6之间推开的气隙迅速排出,触点瞬时复位。

断电延时型时间继电器与通电延时型时间继电器的原理与结构均相同,只是将其电磁机构翻转180°安装,即为断电延时型。

空气阻尼式时间继电器的延时时间有0.4~180s和0.4~60s两种规格。它具有延时范围较宽,结构简单,工作可靠,价格低廉,寿命长等优点,是机床交流控制线路中常用的时间继电器。

表1所示为JS7-A系列空气阻尼式时间继电器的技术数据,其中JS7-2A型和JS7-4A型既带有延时动作触头,又带有瞬时动作触头。
▲(a)通电延时型;(b)断电延时型
表1 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器的技术数据

按照通电延时和断电延时两种形式,空气阻尼式时间继电器的延时触头有:延时打开常开触头、延时打开常闭触头、延时闭合常开触头和延时闭合常闭触头。时间继电器的图形符号如图3所示,文字符号为KT。
▲图3 时间继电器的图形符号
(a)线圈的一般符号;(b)通电延时线圈;(c)断电延时线圈;(d)延时闭合常开触头;(e)延时断开常闭触头;(f)延时断开常开触头;(g)延时闭合常闭触头;(h)瞬动常开触头;(i)瞬动常闭触头。

2、电动式时间继电器
电动式时间继电器由同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行机构组成。电动式时间继电器延时时间长,可达数十小时,延时精度高,但结构复杂,体积较大。常用的有JS10、JS11系列和7PR系列。

3、电子式时间继电器
早期产品多是阻容式,近期开发的产品多为数字式,又称计数式。其结构由脉冲发生器、计数器、数字显示器、放大器及执行机构组成。电子式时间继电器具有延时时间长、调节方便、精度高的优点。有的还带有数字显示,应用很广,可取代阻容式、空气式、电动式等时间继电器。我国生产的产品有JSS1系列。
三、中间继电器

中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大(即增大触头容量)。

常用的中间继电器有JZ7系列。下面以JZ7-62为例说明其型号意义。JZ为中间继电器的代号,7为设计序号,62表示有6对常开触头、2对常闭触头。表2所示为JZ7系列中间继电器的主要技术数据。
▲表2 JZ7系列中间继电器的主要技术数据
四、热继电器

热继电器是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护,以防止电动机过热而烧毁的保护电器。

热继电器的主要参数有热继电器额定电流、相数,热元件额定电流,整定电流及调节范围等。热继电器的额定电流是指热继电器中可以安装的热元件的最大整定电流值。热元件的额定电流是指热元件的最大整定电流值。热继电器的整定电流是指热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的最大电流值。通常热继电器的整定电流是按电动机的额定电流设定的。对于某一热元件的热继电器,可手动调节整定电流旋钮,通过偏心轮机构调整双金属片与导板的距离,能在一定范围内调节其电流的整定值,使热继电器更好地保护电动机。JR16、JR20系列是目前广泛应用的热继电器。

在电气原理图中,热继电器的热元件和常闭触头的图形和文字符号如图4所示。

图4 热继电器的图形和文字符号
(a)热元件;(b)常闭触头
五、速度继电器

速度继电器根据电磁感应原理制成,用来在三相交流异步电动机反接制动转速过零时,动切除反相序电源。速度继电器的动作转速一般不低于120r/min,复位转速约在100r/min以下。启动时,果转速达到其动作转速,则其常开触头闭合,常闭触头断开;停车时,果转速低于复位转速,则其常闭触头闭合,常开触头断开。工作时,允许的转速高达1000~3600r/min。由速度继电器正转和反转切换触点的动作,来反映电动机转向和速度的变化。常用的型号有JY1和JF20系列。速度继电器的图形及文字符号如图5所示。
▲图5 速度继电器的图形和文字符号
(a)转子;(b)常开触头;(c)常闭触头


继电器的原理、结构

在机电控制系统中,虽然利用接触器作为电气执行元件可以实现最基本的自动控制,但对于稍复杂的情况就无能为力。在极大多数的机电控制系统中,需要根据系统的各种状态或参数进行判断和逻辑运算,然后根据逻辑运算结果去控制接触器等电气执行元件,实现自动控制的目的。这就需要能够对系统的各种状态或参数进行判断和逻辑运算的电器元件,这一类电器元件就称为继电器。

定义:当输入量(或激励量)满足某些规定的条件时,能在一个或多个电气输出电路中产生跃变的一种器件(输入量:电、光、磁、热等信号)。继电器就是一个电子开关。


作用:

1)输入与输出电路之间的隔离

2)信号转换(从断到接通或反之)

3)增加输出电路(即切换几个负载或切换不同电源负载)

4)重复信号

5)切换不同电压或电流负载

6)保留输出信号

7)闭锁电路

8)提供遥控

继电器作为系统的各种状态或参量判断和逻辑运算的电器元件,主要起到信号转换和传递作用,其触点容量较小。所以,通常接在控制电路中用于反映控制信号,而不能像接触器那样直接接到有一定负荷的主回路中。这也是继电器与接触器的根本区别。

继电器的原理

两个基本原理

一.电磁原理(磁路部分):


二.杠杆原理(接触部分):


工作原理:


典型结构及特点


电磁系统:线圈(引线脚)、铁心、轭铁、衔铁(此处在接系统中)及气隙;

接触系统:动、静接点,端子脚;

基础防护部分:基座,外壳;

返回机构:簧片脚,推片,挂勾。

继电器的组成

以磁路系统分:拍合式(SRU)、推动杆式(SJ);

以密封形式分:非密封继电器、密封继电器。

各国各继电器生产厂商对各自的继电器均有不同的命名和标志方法。但总体均由:

①产品型号;②封装形式;③动片刀数;④线圈额定电压;⑤线圈功耗;⑥触点形式,六部分组成。

标准密封型,通常透气孔未密封,若继电器需高液位清洗,请告知制造厂透气孔须密封,方可正常使用。

制造厂商不推荐使用全密封继电器,生产时需注意详细的技术要求。


继电器图形符号、分类、作用、特点

继电器的种类很多,按它反映信号的种类可分为电流、电压、速度、压力、温度等;按动作原理分为电磁式、感应式、电动式和电子式;按动作时间分为瞬时动作和延时动作。电磁式继电器有直流和交流之分,它们的重要结构和工作原理与接触器基本相同,它们各自又可分为电流、电压、中间、时间继电器等。下面介绍几种常用的继电器。

中间继电器

中间继电器是用来转换和传递控制信号的元件。他的输入信号是线圈的通电断电信号,输出信号为触点的动作。它本质上是电压继电器,但还具有触头多(多至六对或更多)、触头能承受的电流较大(额定电流5A~10A)、动作灵敏(动作时间小于0.05s)等特点。中间继电器的图形符号如图1所示,其文字符号用KA表示。


图1 中间继电器的图形符号

中间继电器的主要技术参数有额定电压、额定电流、触点对数以及线圈电压种类和规格等。选用时要注意线圈的电压种类和规格应和控制电路相一致。

电压继电器

电压继电器是根据电压信号工作的,根据线圈电压的大小来决定触点动作。电压继电器的线圈的匝数多而线径细,使用时其线圈与负载并联。按线圈电压的种类可分为交流电压继电器和直流电压继电器;按动作电压的大小又可分为过电压继电器和欠电压继电器。

对于过电压继电器,当线圈电压为额定值时,衔铁不产生吸合动作。只有当线圈电压高出额定电压某一值时衔铁才产生吸合动作,所以称为过电压继电器。交流过电压继电器在电路中起过压保护作用。而直流电路中一般不会出现波动较大的过电压现象,因此,在产品中没有直流过电压继电器。

对于欠电压继电器,当线圈电压达到或大于线圈额定值时,衔铁吸合动作。当线圈电压低于线圈额定电压时衔铁立即释放,所以称为欠电压继电器。欠电压继电器有交流欠电压继电器和直流欠电压继电器之分,在电路中起欠压保护作用。

电压继电器的图形符号如图2所示,其文字符号用KV表示。图中左边线圈符号为过电压线圈符号,右边线圈符号为欠电压线圈符号。


图2 电压继电器的图形符号

电流继电器

电流继电器是根据电流信号工作的,根据线圈电流的大小来决定触点动作。电流继电器的线圈的匝数少而线径粗,使用时其线圈与负载串联。按线圈电流的种类可分为交流电流继电器和直流电流继电器;按动作电流的大小又可分为过电流继电器和欠电流继电器。

对于过电流继电器,工作时负载电流流过线圈,一般选取线圈额定电流(整定电流)等于最大负载电流。当负载电流不超过整定值时,衔铁不产生吸合动作。当负载电流高出整定电流时衔铁产生吸合动作,所以称为过电流继电器。过电流继电器在电路中起过流保护作用特别是对于冲击性过流具有很好的保护效果。

对于欠电流继电器,当线圈电流达到或大于动作电流值时,衔铁吸合动作。当线圈电流低于动作电流值时衔铁立即释放,所以称为欠电流继电器。正常工作时,由于负载电流大于线圈动作电流,衔铁处于吸合状态。当电路的负载电流降至线圈释放电流值以下时,衔铁释放。欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用。在交流电路中需要欠电流保护的情况比较少见,所以产品中没有交流欠电流继电器。而在某些直流电路中,欠电流会产生严重的不良后果,如运行中的直流他励电机的励磁电流,因此有直流欠电流继电器。

电流继电器的图形符号如图3所示,其文字符号用KA表示。图中左边线圈符号为过电流线圈符号,右边线圈符号为欠电流线圈符号。


图3 电流继电器的图形符号

时间继电器

时间继电器是一种从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始,经过一个预先设定的时延后才输出信号(触点的闭合或断开)的继电器。根据延时方式的不同,可分为通电延时继电器和断电延时继电器。

通电延时继电器接受输入信号后,延迟一定的时间输出信号才发生变化。而当输入信号消失后,输出信后瞬时复位。通电延时继电器的图形符号如图4所示,其文字符号用KT表示。

断电延时继电器接受输入信号后,瞬时产生输出信号。而当输入信号消失后,延迟一定的时间输出信号才复位。断电延时继电器的图形符号如图5所示,其文字符号用KT表示。


图4 通电延时继电器的图形符号


图5 断电延时继电器的图形符号

   时间继电器按工作原理分为电磁式、电动式、空气阻尼式和电子式等。电磁式、电动式、空气阻尼式是传统的时间继电器,在早期的机电系统中普遍采用,但其存在着定时精度低、故障率高等问题。电子式时间继电器是新型的时间继电器,发展非常迅速。由于电子技术的飞速发展,使得电子式时间继电器的制造成本与传统的时间继电器相当,但其性能大大提高,功能不断扩展,所以是现在和将来时间继电器的主流。

接近开关


随着电子技术的发展,出现了非接触式的行程开关,即接近开关。接近开关又称为无触点行程开关。当某种物体与之感应头接近到一定距离时就发出动作信号,它不像机械行程开关那样需要施加机械力,而是通过其感应头与被测物体间介质能量的变化来获取信号。接近开关的应用已远超出一般行程控制和限位保护的范畴,例如用于高速记数、测速、液面控制,检测金属体的存在、零件尺寸以及无触点按钮等。即便用于一般行程控制,其定位精度、操作频率、使用寿命和对恶劣环境的适应能力也优于一般机械式行程开关。接近开关的图形符号如图6所示,文字符号为SQ。


图6 接近开关的图形符号

接近开关按工作原理可以分为高频振荡型、电容型、霍尔型等几种类型。

高频振荡型接近开关是以金属感应为原理,主要由高频振荡器、集成电路或晶体管放大电路和输出电路三部分组成,停振型接近开关原理框图如图7所示。其基本工作原理是,振荡器的线圈在开关的作用表面产生了一个交变磁场,当被检测金属体接近此作用表面时,在被检测金属体中将产生涡流,由于涡流的去磁作用使感应头的等效参数发生变化,由此改变振荡回路的谐振阻抗和谐振频率,使振荡停止。振荡器的振荡和停振这两个信号,经整形放大后转换成开关信号输出。


图7 停振型接近开关原理框图


光电开关

光电开关是利用光电感应原理实现开关动作的电器元件,是接近开关的又一种形式,它除克服了接触式行程开关存在的诸多不足外,还克服了接近开关的作用距离短、不能直接检测非金属材料等缺点。它具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗电磁干扰能力强等优点。还可非接触、无损伤地检测和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。

光电开关按检测方式可分为对射式、反射式和镜面反射式三种类型。反射式光电开关的工作原理如图8所示。


图8 反射式光电开关工作原理图

电气工程制图原则

电气控制系统图包括电气系统图和框图、电气原理图、电气接线图和接线表三种形式。各种图都有其不同的用途和规定的表达方式,电气系统图主要用于表达系统的层次关系,系统内各子系统或功能部件的相互关系,以及系统与外界的联系;电气原理图主要用于表达系统控制原理、参数、功能及逻辑关系,是最详细表达控制规律和参数的工程图;电气接线图主要用于表达各电器元件在设备中的具体位置分布情况,以及连接导线的走向。对于一般的机电装备而言,电气原理图是必须的,而其余两种图则根据需要绘制。绘制电气接线图则需要首先绘制电器位置图,在实际应用中电气接线图一般与电气原理图和电器位置图一起使用。

文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号又分单字母文字符号和双字母文字符号两种。单字母符号是按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分为23类,每一大类电器用一个专用单字母符号表示,如“K”表示继电器、接触器类,“R”表示电阻器类。当单字母符号不能满足要求而需要将大类进一步划分,以便更为详尽地表述某一种电气设备、装置和元器件时采用双字母符号。双字母符号由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成,组合形式为单字母符号在前、另一个字母在后,如“F”表示保护器件类,“FU”表示熔断器,“FR”表示热继电器。

辅助文字符号用来表示电气设备、装置、元器件及线路的功能、状态和特征,如“DC”表示直流,“AC”表示交流,“SYN”表示同步,“ASY”表示异步等。辅助文字符号也可放在表示类别的单字母符号后面组成双字母符号,如“KT”表示时间继电器,“YB”表示电磁制动器等。为简化文字符号起见,当辅助文字符号由两个或两个以上字母组成时,可以只采用第一位字母进行组合,如“MS”表示同步电动机。辅助文字符号也可单独使用,如“ON”表示接通,“N”表示中性线等。

绘制电路图时一般要遵循以下基本规则:

(1) 电路图一般包含主电路和控制、信号电路两部分。为了区别主电路与控制电路,在绘制电路图时主电路(电机、电器及连接线等),用粗线表示,而控制、信号电路(电器及连接线等)用细线表示。通常习惯将主电路放在电路图的左边(或上部),而将控制电路放在右边(或下部)。

(2) 主电路(动力电路)中电源电路绘水平线;受电的动力设备(如电动机等)及其它保护电器支路,应垂直于电源电路绘制。

(3) 控制和信号电路应垂直地绘于两条水平电源线之间,耗能元件(如接触器线圈、电磁铁线圈,信号灯等)应直接连接在接地或下方的水平电源线上,各种控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间。

(4) 在电路图中各个电器并不按照它实际的布置情况绘制,而是采用同一电器的各部件分别绘在它们完成作用的地方。

(5) 无论主电路还是控制电路,各元件一般按照动作顺序自上而下、从左到右依次排列。

(6) 为区别控制线路中各电器的类型和作用,每个电器及它们的部件用规定的图形符号表示,且每个电器有一个文字符号,属于同一个电器的各个部件(如接触器的线圈和触头)都用同一个文字符号表示。而作用相同的电器用规定的文字符号加数字序号表示。

(7) 因为各个电器在不同的工作阶段分别作不同的动作,触点时闭时开,而在电路图内只能表示一种情况。因此,规定所有电器的触点均表示成在(线圈)没有通电或机械外力作用时的位置。对于接触器和电磁式继电器为电磁铁未吸合的位置,对于行程开关、按钮等则为未压合的位置。

(8)在电路图中两条以上导线的电气连接处要打一圆点,且每个接点要标一个编号,编号的原则是:靠近左边电源线的用单数标注,靠近右边电源线的用双数标注,通常都是以电器的线圈或电阻作为单、双数的分界线,故电器的线圈或电阻应尽量放在各行的—边(左边或右边)。

(9) 对具有循环运动的机构,应给出工作循环图,万能转换开关和行程开关应绘出动作程序和动作位置。

(10) 电路图应标出下列数据或说明:

a各电源电路的电压值,极性或频率及相数。

b某些元器件的特性(如电阻,电容器的参数值等);

c不常用的电器(如位置传感器、电磁阀门、定时器等)的操作方法和功能。


继电器的选用原则与使用

选型时可以按下述要点逐项开展分析和研究:

1.外形及安装方式、安装脚位

2.输入参量

3.输出参量

4.环境条件

5.安全要求

6.安装使用要求


外形、安装试式、安装脚位继电器选用原则

1.继电器的外形、安装方式、安装脚位形式很多,选用时必须按整机的具体要求,考虑继电器高度和安装面积、安装方式、安装脚位等。这是选择继电器首先要考虑的问题,一般采用以下原则:

满足同样负载要求的产品具有不同的外形尺寸,根据所允许的安装空间,可选用低高度或小安装面积的产品。但体积小的产品有时在触点负载能力、灵敏度方面会受到一定限制。

2.继电器的安装方式有PC板、快速连接式、法兰安装式、插座安装式等,其中快速连接式继电器的连接片可以是187#或250#。对体积小、不经常更换的继电器,一般选用PC板式。对经常更换的继电器,选用插座安装式。对主回路电流超过20A的继电器,选用快速连接式,防止大电流通过线路板,造成线路板发热损坏。对体积大的继电器,可选用法兰安装式,防止冲击、振动条件下,安装脚损坏。

3.安装脚位:一般考虑线路板布线的方便,强弱电之间的隔离(爬电距离)。特别应考虑安装脚位的通用性。有些公司的产品在设计风格上较为独特,所以脚位很特别,这样的产品大部分是为特定用户设计,其它生产厂因考虑市场问题不愿开发,选用后供货较难。

输入参量

不同类型的电磁继电器的输入参量分为:交流输入参量、直流输入参量、脉冲输入参量。在选用时考虑以下参数:

(1)线圈参数:吸合电压、释放电压、线圈功率、线圈电阻;

(2)触点参数:触点容量、接触电阻、最大开关电流与电压;

(3)特性参数:

吸合时间、释放时间、环境温度、环境湿度;

耐压、绝缘、耐冲击、耐振动;

机械寿命、电气寿命。

(6)交流继电器的工作电流;

(7)线圈温升;

(8)交流输入参量的频率;

(9)脉冲输入参量的脉宽。

对各种输入参量的通用选用注意事项

1、线圈电阻随环境温度的变化而变化,对继电器吸动、释放电压有一定的影响,不同继电器的影响程度不同。不考虑结构影响,70℃下的吸合电压一般比20℃下的吸合电压高20%左右。

2、在继电器常开触点闭合后,一般要求线圈上应施加最低动作电压以上电压,最好为额定电压,不推荐使用低保持电压,因为这样会减弱产品抗振性及承载能力。

3、长期施加在线圈上的电压值,一般应小于120%额定电压,若需达到130%额定电压及以上值时,应与生产厂协商。特别在高温下使用,会造成线圈温度过高,老化加速。

4、采用开关控制继电器线圈通断时,应考虑开关触点回跳的影响。

5、用可控硅控制交流负载继电器的线圈时,可能造成每次在负载的同一相位开断,若正好为负载电压的峰值,继电器寿命将大大缩短。还应避免可控硅误触发。

6、直流继电器释放电压一般为5%-10%额定电压,交流继电器释放电压一般为10%-30%额定电压。当线路上剩余电压过大,会造成继电器不释放。

7、电压规格的选用应尽量采用通用规格,直流为12VDC、24VDC,交流为110VAC、220VAC。

8、当继电器线圈通电一段时间后,线圈发热。这时进行继电器触点切换动作,其吸合电压高于冷态吸合电压,可能造成继电器不动作。

输出参量

继电器输出参量选用时应考虑以下参数:

(1)触点组数

(2)触点形式

(3)触点负载

(4)触点材料

(5)电气寿命、机械寿命

环境条件

1、高温

(1) 高温条件下,绝缘材料软化、熔化;低温条件下,材料龟裂,绝缘抗电性能下降,以致失效。

(2) 高、低温交替作用下,造成结构松动,活动部件位置发生变化,导致吸合、释放失控,触点接触不良或不接触。

(3) 高温条件下,线圈电阻增大,吸动电压相应增大,造成不吸动或似吸非吸,导致继电器失效。

(4) 高温条件下,触点切换功率负载时,断弧能力降低,触点腐蚀、金属转移加剧,失效可能性增加,寿命缩短。

(5) 低温条件下,继电器内部水汽凝露、结冰,导致绝缘性能下降、零件生锈失效等,因此,在零度以下的低度温环境中,应尽量选用全密封的继电器。

(6) 对于需要在极限高温或者极限低温下使用继电器时,需与继电器生产厂协商,进行必要的改进和试验后,才能使用。设计线板时,应尽量远离发热元件。

2、湿热

湿热对继电器性能构成威胁,具体表现如下:

(1)长期湿热将直接导致绝缘抗电水平的下降,以致完全失效。

(2)非密封继电器在湿热条件下,线圈因电化学腐蚀或霉变而为断线,触点电化学腐蚀、氧化加剧;金属零件腐蚀速度显著上升,继电器性能变坏,工作可靠性变差,以致完全失效。

(3)在湿热条件下,触点带电切换负载时,拉弧现象加剧,导致电寿命缩短。

(4)避免在湿热环境下,贮存或使用非密封继电器。湿度过大时会由于塑料吸潮而导致继电器失效。

3、低气压

低气压条件下,将对继电器产生以下不良影响:

(1)绝缘零、部件的绝缘电阻、介质耐压下降,触点断弧能力下降,寿命降低。

(2)继电器散热变坏,温升增高。对功耗大的继电器的影响尤为明显,对于民用继电器,低气压的影响不明显。

4、冲击、振动

冲击、振动条件下,将对继电器产生以下不良影响:

(1)造成结构松动、损伤、断裂而丧失工作能力。

(2)闭合触点产生大于规定要求的瞬间断开。

5、选用注意事项:

(1)产品使用条件一般要求基本处于标准+试验条件范围内,对于使用条件比较严酷时,必须通知生产厂。

(2)在较高温度下工作时,线圈两端施加的电压应适当升高,开断负载应降低。

(3)在潮湿(湿度超过RH85%)、腐蚀性气氛条件下使用时,应采用塑封继电器。

(4)继电器作为一个机电元件,比其他电子产品抗振动、冲击性能差,产品使用过程中,应避免受到强烈冲击、碰撞、跌落。

(5)当产品可能受到大于规定的振幅或振动频率的振动时,应进行相应试验。

(6)装配使用过程中应避免继电器经受过长时间焊接热,导致继电器的引出脚发生松动、转动、拉出、压入等故障,而使继电器失效。

安全要求

继电器安全要求使用时考虑以下参数:

1、 绝缘材料

产品使用的绝缘材料应具有良好的阻燃性能及足够的耐温性能,一般要求满足94V-0级阻燃,长期使用温度应达到120℃。

2、 绝缘抗电水平

继电器的耐压分为触点间耐压、触点线圈间耐压、触点组间耐压。选择时应根据线路各部分不同的要求确定是否满足要求。继电器的各部分间的绝缘电阻一般为同一个值,典型值是100MΩ、1000MΩ。

3、 安全规格要求

为防止触电及火灾,继电器产品必须符合有关国家的安全规定,如美国UL、加拿大CSA、德国TUV、VDE、中国CQC的CCC认证等。

电磁兼容

电磁兼容(EMC)是电器装置或系统在电磁环境中工作时不干扰或不受扰的能力。EMC已经成为产品质量的一个重要判断标准。电磁兼容(EMC)分为电磁干扰(EMI)和电磁抗干扰(EMS)。由于一般用途电磁继电器在EMI和EMS方面出现故障的几率较低,所以在世界范围内还没有此方面专门的标准,不过还是需要进行一些说明:

1、当线路上的干扰源,造成继电器线圈电压发生突变时,可能造成继电器误动作。

2、当继电器周围具有强磁场时,也可能造成继电器误动作。应避免与大变压器、喇叭等器件紧靠排列。

3、继电器线圈在断开时,会有反向电压,可并联续流二极管,降低反向电压。

4、继电器触点开断时产生电弧,发射出电磁波,会影响IC工作,如果出现这种情况,可在触点加灭弧电路。也可以适当加大继电器与IC的距离。

5、线路板设计时应注意强、弱电间的影响。

安装、使用要求

1、安装、储存

1)引出端的位置应与印刷板的孔位吻合,任何配合不当都可能造成继电器产生危险的应力,损害其性能和可靠性。请参照制造商样本中的打孔图打孔,当采用机器插装时,应向制造商特别要求引脚垂直度。

2)插装过程中不能对继电器外壳施加过大压力,以免外壳破裂或动作特性变化。

3)继电器插入线路板后,不得扳弯引出脚,以免影响继电器密封或其他性能。

4)快速连接脚的插、拨压力为3~7公斤力,PCB引出脚的插拨力一般为0.2~0.5公斤力,太大的压力会造成继电器损坏、压力太小影响接触可靠性。

5)安装继电器时不应接触引出脚,以免影响焊接性能。

6)相邻安装的影响:许多继电器紧挨着安装在一起会产生热量叠加,可能会导致非正常高温,安装时应在彼此间留有足够的间隙,防止热量累积,确保继电器的实际使用环境温度不超过样本规定。

7)特别强调的是,在安装时若不慎继电器掉落或受到撞击后,电气参数虽然合格但其机械参数可能发生较大的变化,存在严重隐患,应尽量不使用。

8)继电器应在洁净的环境中存储和安装。

9)应注意监测存储温度,尽量避免继电器存储时间过长。

2、涂焊剂

  非塑封继电器极易受焊剂的污染,建议使用抗焊剂或塑封式继电器以防止焊剂气体从引出端和底座与外壳的间隙侵入,此类继电器适合用多泡涂焊剂和喷涂焊剂工艺,抗焊剂式继电器如采用预热烘干(100℃/1分钟),则可进一步防止焊剂侵入。

3、焊接工艺

  当使用涂焊剂或自动焊接时,应小心,不要破坏继电器性能,抗焊剂式继电器或塑封式继电器可适用于浸焊或波峰焊工艺,焊锡温度在250℃左右,时间5~10秒。但焊锡不得超过线路板。手工焊接温度为350℃左右,时间2~3秒。

4、清洗工艺

焊接后先进行冷却,再清洗。应避免对非塑封继电器进行整体清洗。塑封式继电器的清洗应采用适当的清洗剂,建议使用水或酒精,若使用其他溶剂清洗时,应注意外壳表面印刷的标志是否脱落,避免使用超声波清洗,以免产生触点冷焊及其他损坏。

  在清洗和干燥后,应立即进行通风处理,使继电器降至室温。

  若需对继电器进行整体清洗及超声波清洗,可在订货前与三友技术部讨论,以便用特殊工艺进行产品制造。

5、涂胶

有时为保证线路板的耐潮、高绝缘,须对线路板进行涂胶处理,应尽量选用不含硅的较柔软的胶。避免采用高温下对继电器整体灌胶封盖。

6、使用要求

   通常人们所说的产品可靠性是指产品的工作可靠性,其被定义:在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。它由产品的固有可靠性和使用可靠性组成,前项由产品的设计和制造工艺决定,而后项则与用户的正确使用及生产厂家售前、售后服务有关。用户使用时应注意以下各项。

   (1)线圈使用电压

线圈使用电压在设计上最好按额定电压选择,若不能,可参考温升曲线选择。使用任何小于额定工作电压的线圈电压将会影响继电器的工作。注意线圈工作电压是指加到线圈引出端之间的电压,特别是用放大电路来激励线圈务必保证线圈两个引出端间的电压值。反之超过最高额定工作电压时也会影响产品性能,过高的工作电压会使线圈温升过高,特别是在高温下,温升过高会使绝缘材料受到损伤,也会影响到继电器的工作安全。对磁保持继电器,激励(或复归)脉宽应不小于吸合(或复归)时间的3倍,否则产品会处于中位状态。用固态器件来激励线圈时,其器件耐压至少在80V以上,且漏电流要足够小,以确保继电器的释放。

激励电源:在110%额定电流下,电源调整率≤10%(或输出阻抗<5%的线圈阻抗),直流电源的波纹电压应<5%。交流波形为正弦波,波形系数应在0.95~1.25之间,波形失真应在±10%以内,频率变化应在±1Hz或规定频率的±1%之内(取较大值)。其输出功率不小于线圈功耗。

(2)瞬态抑制

继电器线圈断电瞬间,线圈上可产生高于线圈额定工作电压值30倍以上的反峰电压,对电子线路有极大的危害,通常采用并联瞬态抑制(又叫削峰)二极管或电阻的方法加以抑制,使反峰电压不超过50V,但并联二极管会延长继电器的释放时间3~5倍。当释放时间要求高时,可在二极管一端串接一个合适的电阻。

(3)多个继电器的并联和串联供电

多个继电器并联供电时,反峰电压高(即电感大)的继电器会向反峰电压低的继电器放电,其释放时间会延长,因此最好每个继电器分别控制后再并联才能消除相互影响。

不同线圈电阻和功耗的继电器不要串联供电使用,否则串联回路中线圈电流大的继电器不能可靠工作。只有同规格型号的继电器可以串联供电,但反峰电压会提高,应给予抑制。可以按分压比串联电阻来承受供电电压高出继电器的线圈额定电压的那部分电压。

(4)触点并联和串联

触点并联使用不能提高其负载电流,因为继电器多组触点动作的绝对不同时性,即仍然是一组触点在切换提高后的负载,很容易使触点损坏而不接触或熔焊而不能断开。触点并联对“断”失误可以降低失效率,但对“粘”失误则相反。由于触点失误以“断”失误为主要失效模式,故并联对提高可靠性应予肯定,可使用于设备的关键部位。但使用电压不要高于线圈最大工作电压,也不要低于额定电压的90%,否则会危及线圈寿命和使用可靠性。触点串联能够提高其负载电压,提高的倍数即为串联触点的组数。触点串联对“粘”失误可以提高其可靠性,但对“断”失误则相反。总之,利用冗余技术来提高触点工作可靠性,务必注意负载性质、大小及失效模式。

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