李東俠

(廈門宏發(fā)電聲有限公司，福建廈門，361021)

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淺談電磁繼電器的選型及使用注意事項(xiàng)

李東俠

(廈門宏發(fā)電聲有限公司，福建廈門，361021)

摘要：由于各繼電器生產(chǎn)廠家開發(fā)了許多不同型號、不同規(guī)格、不同使用性能的繼電器；因而面對品種規(guī)格繁多的繼電器產(chǎn)品，如何合理選擇、正確使用，將直接影響到整機(jī)的性能，本文就從選型及使用方面加以闡述，旨在對大家選型及使用時(shí)有所幫助。

關(guān)鍵詞：繼電器；選型要求；輸入?yún)⒘?；輸出參量；注意事?xiàng)

1電磁繼電器的選型要求

1.1　外形、安裝方式、安裝尺寸

繼電器的外形、安裝方式、安裝尺寸品種很多，用戶必須按整機(jī)的具體要求，提出具體的安裝面積，允許繼電器的高度、安裝方式、安裝尺寸。這是選擇繼電器首先要考慮的問題。

a) 對于PC板式引出腳；腳間距大都為2.54×n(n=1、2、3……，下同)，引出腳的長度一般為3.5mm。

b) 引出腳的可焊性、繼電器的抗焊接熱、引出腳相對底座的不垂直度等應(yīng)有要求。

c) 快連接式繼電器；引出腳通常有250#(6.35×0.8)、187#(4.75×0.5)2種。引出腳要特別注意插拔力要求，250#引出腳：拔力矩>10kg.cm；187#引出腳：拔力矩>5kg.cm。

1.2　輸入?yún)⒘?/h2>

不同種類的輸入?yún)⒘?，是選擇繼電器型號的重要依據(jù)。常見的輸入?yún)⒘坑薪涣髋c直流兩種：

1.2.1交流輸入?yún)⒘?。?dāng)輸入?yún)⒘繛榻涣麟妷?電流)時(shí)，應(yīng)選用交流繼電器。選用這一類型的繼電器，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

a) 交流頻率：一般為50HZ，或60HZ。由于二者線圈的感抗不同，吸動(dòng)電壓有明顯差異。因而，在技術(shù)要求的規(guī)格書中應(yīng)予注明。

b) 環(huán)境溫度：交流繼電器由于存在渦流損耗、磁滯損耗，繼電器的溫升較高，一般為70℃到80℃。工作環(huán)境溫度不宜過高，最好為40℃到65℃。

確定環(huán)境溫度的計(jì)算公式：t1≤t2-t3-150℃。

注：t1：繼電器最高環(huán)境溫度℃；

t2：漆包線、絕緣材料最高允許長期工作溫度℃(B級為1300℃；F級為1550℃)；

t3：繼電器平均溫升℃。

由此可見，當(dāng)提高環(huán)境溫度，要求漆包線及絕緣材料的耐溫等級相應(yīng)提高，繼電器成本將大幅度上升。

c)交流噪聲：交流繼電器工作時(shí)，會(huì)發(fā)出交流噪聲。初始要求小于45dB(分貝)，實(shí)際使用中，由于磁極間出現(xiàn)砂塵等污物、機(jī)械參數(shù)的變化，交流噪聲會(huì)有所增大。

d)吸動(dòng)電壓：用供電電壓直接激勵(lì)的繼電器，當(dāng)供電電壓波動(dòng)幅度大于±10%，將導(dǎo)致繼電器的失效，電壓過低，吸動(dòng)不可靠，會(huì)出現(xiàn)似吸非吸而失效；電壓過高，溫升上升，繼電器絕緣受損而失效。當(dāng)供電電壓大于±10%時(shí)(如農(nóng)村電網(wǎng)電壓波動(dòng)大)。規(guī)格書中應(yīng)提出，將吸動(dòng)電壓酌情降低；選擇較高耐溫等級的漆包線、絕緣材料。

1.2.2直流輸入?yún)⒘?。這類繼電器應(yīng)用很廣。選擇直流繼電器，考慮的主要問題是：

a)靈敏度L(線圈額定功耗)問題：L與輸出功率大小、外形尺寸、環(huán)境條件(環(huán)境溫度，振動(dòng)、沖擊……)有關(guān)，確定繼電器靈敏度應(yīng)十分謹(jǐn)慎，不可片面強(qiáng)調(diào)靈敏度，而犧牲其他性能。 當(dāng)對靈敏度要求不高時(shí)，可采用一般靈敏度的直流繼電器；當(dāng)靈敏度要求較高，輸出功率為強(qiáng)電，環(huán)境條件苛刻，可用固態(tài)繼電器、中等靈敏度的繼電器； 當(dāng)要求高靈敏度(如0.2W以下)，可采用混合繼電器、極化繼電器。但混合繼電器的價(jià)格較高，體積較大；極化繼電器環(huán)境適應(yīng)性較差，負(fù)載能力不高。 當(dāng)輸入電壓持續(xù)時(shí)間較長，如幾個(gè)小時(shí)、幾天、幾個(gè)月、建議采用磁保持繼電器。有幾個(gè)好處：節(jié)省輸入電能；降低繼電器溫升；提高環(huán)境適應(yīng)性。但要求輸入量為脈沖，有極性要求，輸入線路復(fù)雜化。如磁卡電表用繼電器、衛(wèi)星電源控制用繼電器。

b)溫度變化影響：繼電器線圈電阻隨溫度的變化而變化，對繼電器吸動(dòng)、釋放電壓的影響是明顯的。溫度上升到極限高溫時(shí)，釋放電壓趨于最大值，吸動(dòng)電壓相應(yīng)升高；溫度降到極限低溫時(shí)，釋放電壓趨于最小值，吸動(dòng)電壓會(huì)有所降低。極限高溫下的不吸動(dòng)或吸合不可靠；極低溫度下不釋放或釋放遲緩，將導(dǎo)致繼電器的失效。

c)固體器件開關(guān)激勵(lì)：

(a) 固體器件開關(guān)的負(fù)載能力必須與被激勵(lì)繼電器的線圈相適應(yīng)，且留有充分的裕量(一般為2倍)。

(b) 固體器件開關(guān)接通時(shí)，激勵(lì)回路電壓分配必須確保繼電器線圈上的實(shí)際激勵(lì)電壓值符合額定工作電壓要求。

(c) 固體器件開關(guān)關(guān)斷時(shí)，激勵(lì)回路的漏電流必須小于繼電器的最小釋放電流。

(d)固體器件開關(guān)反向耐壓必須與50～80V峰值電壓相適應(yīng)，且具有必要的余量。由于繼電器線圈斷電瞬間，會(huì)產(chǎn)生很高的浪涌電壓，有時(shí)可達(dá)1500V，為將電壓峰值限制在50～80V之內(nèi)，必須采用適當(dāng)?shù)囊种拼胧?/p>

d) 互相干擾、誤動(dòng)作：在印刷電路板上高密度組裝多種繼電器，特別是含有大型電磁鐵或接觸器產(chǎn)品時(shí)，有可能產(chǎn)生電磁互感，導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)作；也可能由于其活動(dòng)部分的沖擊，振動(dòng)而導(dǎo)致其他繼電器的誤動(dòng)作。對于靈敏型、簡易通用繼電器產(chǎn)品的安裝，相關(guān)位置的安排，要特別留意。

1.3　輸出參量

國內(nèi)大多數(shù)繼電器負(fù)載能力，只標(biāo)最大純阻性負(fù)載，這給用戶在選擇繼電器負(fù)載時(shí)，產(chǎn)生二種誤解，導(dǎo)致選型失誤。誤解之一：用戶實(shí)用的往往不是純阻負(fù)載，而是感性的、燈的、電機(jī)的或容性的負(fù)載；誤解之二：負(fù)載可以從低電平到額定負(fù)載，均能適應(yīng)。能可靠轉(zhuǎn)換10A阻性負(fù)載的繼電器，不可轉(zhuǎn)換10A的感性負(fù)載，不一定能可靠轉(zhuǎn)換10mA的負(fù)載，因?yàn)椴煌再|(zhì)負(fù)載條件下的電接觸失效機(jī)理是不同的。

1.3.1白熾燈：由于白熾燈鎢絲冷態(tài)電阻很小，接通瞬間的浪涌電流高達(dá)穩(wěn)態(tài)電流15倍。如此大的浪涌電流會(huì)使觸點(diǎn)迅速燒蝕，甚至產(chǎn)出熔焊失效。一般可串入限流電阻來減少浪涌電流。

1.3.2電機(jī)負(fù)載：電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)輸入阻抗很小，啟動(dòng)瞬間浪涌電流很大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，產(chǎn)生內(nèi)部電動(dòng)勢，致使觸點(diǎn)電流趨于減小，關(guān)斷時(shí)，觸點(diǎn)間出現(xiàn)反電勢，常常會(huì)引起拉弧，造成觸點(diǎn)燒蝕。不過，電機(jī)是緩慢地停下來，反電勢不會(huì)太高。

1.3.3感性負(fù)載：電感器、電磁鐵、接觸器線圈、軛流圈等都是感性負(fù)載。接通瞬間，電磁線圈有抑制電流上升的功能，不會(huì)出現(xiàn)浪涌電流；但關(guān)斷時(shí)，貯存在電磁線圈中的電磁能通過觸點(diǎn)間燃弧消耗掉。這將導(dǎo)致觸點(diǎn)燒蝕，金屬轉(zhuǎn)移、沾結(jié)。采用RC網(wǎng)絡(luò)、二極管，壓敏電阻等觸點(diǎn)保護(hù)裝置可減少觸點(diǎn)的燒蝕。

1.3.4容性負(fù)載：容性電路的充電電流可能非常大，開始時(shí)，電容器類似短路，其電流僅受線路電阻的限制。實(shí)際上，長的傳輸線、消除磁干擾的濾波器、電源等都是強(qiáng)容性的。串聯(lián)限流電阻，可以減少接通瞬間的浪涌電流。

1.3.5直流負(fù)載：直流負(fù)載比交流負(fù)載難斷開，因?yàn)殡妷翰贿^零，觸點(diǎn)開斷瞬間，即產(chǎn)生電弧，且由于外加電壓持續(xù)保持，只有電弧被拉長，不能自持而熄滅。電弧熱能會(huì)使觸點(diǎn)嚴(yán)重?zé)龘p。

1.3.6低電平：低電平一般指開路電壓為10～100mV；觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換電流為微安級到10mA 。由于吸附在觸點(diǎn)表面的有機(jī)物、化合物，難以在轉(zhuǎn)換負(fù)載時(shí)消除，導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸電阻大而不穩(wěn)定，觸點(diǎn)壓降遞增。有效的解決辦法是：表面鍍1到3μ的金。從工藝上保證觸點(diǎn)表面潔凈；控制繼電器內(nèi)部有害氣體的含量。

1.4　繼電器選用環(huán)境條件要求

1.4.1高溫條件下，絕緣材料軟化、熔化；低溫條件下，材料龜裂。絕緣抗電性能下降，以致失效。高、低溫交替作用下，造成結(jié)構(gòu)松動(dòng)，活動(dòng)部件位置發(fā)生變化，導(dǎo)致吸合、釋放失控，觸點(diǎn)接觸不良或不接觸。 低溫下，繼電器內(nèi)部水汽凝露、結(jié)冰，導(dǎo)致絕緣性能下降。高溫條件下，線圈電阻增大，吸動(dòng)電壓相應(yīng)增大，造成不吸動(dòng)或似吸非吸，導(dǎo)致繼電器失效。高溫條件下，觸點(diǎn)切換功率負(fù)載時(shí)，斷弧能力降低，觸點(diǎn)腐蝕、金屬轉(zhuǎn)移加劇，失效可能性增加，壽命縮短。繼電器的環(huán)境溫度范圍由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、所選用的材料性能和制造工藝決定，應(yīng)在產(chǎn)品說明書規(guī)定的范圍內(nèi)選用。

1.4.2低氣壓條件下，將對繼電器產(chǎn)生以下不良影響：絕緣零、部件的絕緣電阻，介質(zhì)耐壓下降，觸點(diǎn)斷弧能力下降，壽命降低。繼電器散熱變壞，溫升增高。對功耗大的繼電器的影響尤為明顯。

1.4.3砂塵污染導(dǎo)致繼電器的失效，在自然環(huán)境條件下或一般工業(yè)車間環(huán)境條件下，尤其汽車上使用的電子裝置，砂塵往往會(huì)通過散熱孔、裂紋部位滲入繼電器內(nèi)部，導(dǎo)致活動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)(滑動(dòng))不靈，卡死；絕緣件絕緣性能下降，導(dǎo)致失效。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)用需要，提出特定要求。

1.4.4化學(xué)氣氛污染----環(huán)境氣氛中的有機(jī)蒸汽、氧氣、二氧化硫、鹽霧等，對繼電器觸點(diǎn)、金屬零件、線圈、絕緣零件有侵蝕性影響，導(dǎo)致觸點(diǎn)電接觸不良，以致失效；導(dǎo)致線圈引線銹蝕斷線、絕緣水平下降。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)用需要，提出特定要求。

1.4.5機(jī)械振動(dòng)----繼電器在強(qiáng)動(dòng)力設(shè)備周圍、在運(yùn)輸途中都會(huì)遇到一定頻率范圍、加速度值的振動(dòng)。

振動(dòng)對繼電器的影響表現(xiàn)在：

a.振動(dòng)可能致使機(jī)械結(jié)構(gòu)件松動(dòng)、疲勞、斷裂失效；

b.閉合觸點(diǎn)因振動(dòng)產(chǎn)生大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)間(10μs、100μs)的瞬間斷開而失效；斷開觸點(diǎn)因振動(dòng)產(chǎn)生大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)間(10μs、100μs)的瞬間閉合而失效；

c.導(dǎo)致活動(dòng)零件之間的相對運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生噪聲、磨損和其他物理失效?？蛻魬?yīng)根據(jù)具體情況，選取合適的繼電器。

1.4.6沖擊：繼電器在運(yùn)輸、搬運(yùn)、使用中經(jīng)常會(huì)受到機(jī)械沖擊的作用。

沖擊對繼電器的影響表現(xiàn)在：

a)由于沖擊，造成結(jié)構(gòu)松動(dòng)、損傷、斷裂而喪失工作能力。

b)由于沖擊，閉合觸點(diǎn)產(chǎn)生大于規(guī)定要求(10μs或100μs)的瞬間斷開而失效；斷開觸點(diǎn)產(chǎn)生大于規(guī)定要求(10μs或100μs)的瞬間閉合而失效。

1.5　繼電器選用安全要求

1.5.1絕緣材料：要求具有阻燃性能；耐溫等級溫度上限≥最高環(huán)境溫度+線圈溫升+15℃。

1.5.2觸點(diǎn)過負(fù)載能力：觸點(diǎn)應(yīng)能100次成功(交流為200次)切換兩倍額定負(fù)載電流。

1.5.3絕緣抗電水平：繼電器各導(dǎo)電部分之間的絕緣電阻一般應(yīng)：>100MΩ；>500MΩ；>10000MΩ。繼電器各導(dǎo)電部分之間的絕緣應(yīng)能承受使用中可能出現(xiàn)的最高峰值電壓而不損壞，漏電流不得超過100μA(或1mA)；也不允許有飛弧，閃絡(luò)或擊穿而引起的損壞，尤其是線圈和觸點(diǎn)間的耐壓，爬電距離應(yīng)特別注意。

2電磁繼電器的使用線路應(yīng)注意事項(xiàng)

2.1觸點(diǎn)通斷時(shí)，線圈兩端會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢，如果不加隔離，便很容易通過地電勢將干擾引入板上其它電路，導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位。線圈控制端加光耦隔離，線圈的電源與板子的電源隔離。另外，線圈兩端要加續(xù)流二極管等。

2.2觸點(diǎn)兩端并接去火花的RC電路，R用來抑制觸點(diǎn)閉合時(shí)的短路電流(作為一個(gè)分路，分部分電流)，C用來抑制觸點(diǎn)斷開時(shí)的放電。

2.3電磁繼電器肯定會(huì)產(chǎn)生射頻干擾，只不過是干擾大小的問題，在繼電器電路本身采取足夠措施后還需要增強(qiáng)板子的抗干擾能力(軟件硬件均要考慮抗干擾措施)。如果干擾嚴(yán)重，需要考慮采取屏蔽措施。

中圖分類號：TN784

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-6133(2015)02-0052-03

Doi:10.3969/j.issn.1000-6133.2015.02.011

收稿日期：2015-02-06