繼電器的基本情況簡述

前言

繼電器的設計／生産技術是綜合了電、磁、理化、機械、材料、設備、工模具等多門學科和邊緣科學，并在許多方面需要積累和運用大量的實踐經驗，最終以試驗驗證的方式來加以确定。整個過程中的影響因素非常多，各參數之間的關系也比較複雜；而且，由于同一種繼電器可能将來用在多種不同的環境和用途，因此，反映出來的現象和要求各不相同。這些問題需要繼電器制造商在設計生産時加以充分考慮，以滿足用戶在各種條件下的使用要求。
正是由于上述的諸多因素，使得從事繼電器設計制造、繼電器經銷商以及繼電器用戶等人員需要了解從繼電器設計制造到銷售使用全過程的綜合知識。
本講座的目标就是提供這樣一個環境，抛磚引玉，希望大家就繼電器的有關問題在“瑞萊論壇”展開熱烈讨論，相互學習，共同提高。為中國繼電器事業的發展做出努力。
由于時間和水平有限，出現錯誤，在所難免，請多多指教！
繼電器是我們生活中常用的一種控制設備，通俗的意義上來說就是開關，在條件滿足的情況下關閉或者開啟。繼電器的開關特性在很多的控制系統尤其是離散的控制系統中得到廣泛的應用。從另一個角度來說，由于為某一個用途設計使用的電子電路，最終或多或少都需要和某一些機械設備相交互，所以繼電器也起到電子設備和機械設備的接口作用。繼電器就像計算機中的基本邏輯電路一樣。由它們作為基本單元組成了各種各樣的控制電路。
最常見的繼電器要數熱繼電器，通常使用的熱繼電器适用于交流50Hz、60Hz、額定電壓至660V、額定電流至80A的電路中，供交流電動機的過載保護用。它具有差動機構和溫度補償環節，可與特定的交流接觸器插接安裝。
時間繼電器也是很常用的一種繼電器，它的作用是作延時元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、電壓至380V、直流至220V的控制電路中作延時元件，按預定的時間接通或分斷電路。可廣泛應用于電力拖動系統，自動程序控制系統及在各種生産工藝過程的自動控制系統中起時間控制作用。
在控制中常用的中間繼電器通常用作繼電控制，信号傳輸和隔離放大等用途。此外還有電流繼電器用來限制電流、電壓繼電器用來控制電壓、靜态電壓繼電器、相序電壓繼電器、相序電壓差繼電器、頻率繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、接地繼電器、電動機保護繼電器等等。正是有了這些不同類型的繼電器，我們才有可能對不同的物理量作出控制，完成一個完整的控制系統。
除了傳統的繼電器之外，繼電器的技術還應用在其他的方面，比如說電機智能保護器是根據三相交流電動機的工作原理，分析導緻電動機損壞的主要原因研制的，它是一種設計獨特，工作可靠的多功能保護器，在故障出現時，能及時切斷電源，便于實現電機的檢修與維護，該産品具有缺相保護，短路、過載保護功能，适用于各類交流電動機，開關櫃，配電箱等電器設備的安全保護和限電控制，是各類電器設備設計安裝的優選配套産品。該技術安裝尺寸、接線方式、電流調整與同型号的雙金屬片式熱繼電器相同。是直接代替雙金屬片式熱繼電器的更新換代的先進電子産品。而其真正的原理還是繼電器技術。
繼電器技術發展到現在，已經和計算機技術結合起來，産生了可編程控制器的技術。可編程控制器簡稱作PLC。它是将微電腦技術直接用于自動控制的先進裝置。它具有可靠性高，抗幹擾性強，功能齊全，體積小，靈活可擴，軟件直接、簡單，維護方便，外形美觀等優點；以往繼電器控制的電梯有幾百個觸點控制電梯的運行。有一個觸點接觸不良，就會引起故障，維修也相當麻煩，而PLC控制器内部有幾百個固态繼電器，幾十個定時器/計數器，具備停電記憶功能，輸入輸出采用光電隔離，控制系統故障僅為繼電器控制方式的10%。正因為如此，國家有關部門已明文規定從1997年起新産電梯不得使用繼電器控制電梯，改用PLC微電腦控制電梯。
可以看出，繼電器技術在日常生活中無所不在，而且和電腦的緊密結合更加增強了它的活力，使得繼電器為我們的生活更好地服務。

繼電器概述

繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。
... .繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應機構（輸入部分）；有能對被控電路實現“通”、“斷”控制的執行機構（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅動的中間機構（驅動部分）。
... 作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：
.....1) 擴大控制範圍。例如，多觸點繼電器控制信号達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。
.....2) 放大。例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。
.....3) 綜合信号。例如，當多個控制信号按規定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效果。
.... 4) 自動、遙控、監測。例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現自動化運行。
繼電器分類

繼電器的應用
通常人們所說的産品可靠性是指産品的工作可靠性，其被定義：在規定的條件下和規定的時間内完成規定功能的能力。它由産品的固有可靠性和使用可靠性組成，前項由産品的設計和制造工藝決定，而後項則與用戶的正确使用及生産廠家售前、售後服務有關。用戶使用時應注意以下各項。
8．1線圈使用電壓
... 線圈使用電壓在設計上最好按額定電壓選擇，若不能，可參考溫升曲線選擇。使用任何小于額定工作電壓的線圈電壓将會影響繼電器的工作。注意線圈工作電壓是指加到線圈引出端之間的電壓，特别是用放大電路來激勵線圈務必保證線圈兩個引出端間的電壓值。反之超過最高額定工作電壓時也會影響産品性能，過高的工作電壓會使線圈溫升過高，特别是在高溫下，溫升過高會使絕緣材料受到損傷，也會影響到繼電器的工作安全。對磁保持繼電器，激勵（或複歸）脈寬應不小于吸合（或複歸）時間的3倍，否則産品會處于中位狀态。用固态器件來激勵線圈時，其器件耐壓至少在80V以上，且漏電流要足夠小，以确保繼電器的釋放。

8．2瞬态抑制
... 繼電器線圈斷電瞬間，線圈上可産生高于線圈額定工作電壓值30倍以上的反峰電壓，對電子線路有極大的危害，通常采用并聯瞬态抑制（又叫削峰）二極管或電阻的方法加以抑制，使反峰電壓不超過50V，但并聯二極管會延長繼電器的釋放時間3~5倍。當釋放時間要求高時，可在二極管一端串接一個合适的電阻。激勵電源：在110%額定電流下，電源調整率 ≤10%（或輸出阻抗<5%的線圈阻抗），直流電源的波紋電壓應<5% 。交流波形為正弦波，波形系數應在0.95~1.25之間，波形失真應在±10%以内，頻率變化應在±1Hz或規定頻率的±1%之内（取較大值）。其輸出功率不小于線圈功耗。

8．3多個繼電器的并聯和串聯供電
... 多個繼電器并聯供電時，反峰電壓高（即電感大）的繼電器會向反峰電壓低的繼電器放電，其釋放時間會延長，因此最好每個繼電器分别控制後再并聯才能消除相互影響。不同線圈電阻和功耗的繼電器不要串聯供電使用，否則串聯回路中線圈電流大的繼電器不能可靠工作。隻有同規格型号的繼電器可以串聯供電，但反峰電壓會提高，應給予抑制。可以按分壓比串聯電阻來承受供電電壓高出繼電器的線圈額定電壓的那部分電壓。

8．4觸點負載
... 加到觸點上的負載應符合觸點的額定負載和性質，不按額定負載大小（或範圍）和性質施加負載往往容易出現問題。隻适合直流負載的産品不應用于交流場合。能可靠切換10A負載的繼電器，在低電平負載（小于10mA×6A）或幹電路下不一定能可靠工作。能切換單相交流電源的繼電器不一定适合切換兩個不同步的單相交流負載；隻規定切換交流50Hz（或60Hz）的産品不應用來切換400Hz的交流負載。

8．5觸點并聯和串聯
... 觸點并聯使用不能提高其負載電流，因為繼電器多組觸點動作的絕對不同時性，即仍然是一組觸點在切換提高後的負載，很容易使觸點損壞而不接觸或熔焊而不能斷開。觸點并聯對“斷”失誤可以降低失效率，但對“粘”失誤則相反。由于觸點失誤以“斷”失誤為主要失效模式，故并聯對提高可靠性應予肯定，可使用于設備的關鍵部位。但使用電壓不要高于線圈最大工作電壓，也不要低于額定電壓的90%，否則會危及線圈壽命和使用可靠性。觸點串聯能夠提高其負載電壓 ，提高的倍數即為串聯觸點的組數。觸點串聯對“粘”失誤可以提高其可靠性，但對“斷”失誤則相反。總之，利用冗餘技術來提高觸點工作可靠性時，務必注意負載性質、大小及失效模式。
8．6切換速率
... 繼電器切換速率應不高于其10倍動作時間和釋放時間之和的倒數（次/s），否則繼電器觸點不能穩定接通。磁保持應在繼電器技術标準規定的脈沖寬度下使用，否則有可能損壞線圈。
繼電器的安裝
将繼電器焊接在印制電路闆上使用時，印制闆的孔距要正确，孔徑不能太小。當必須扳動引出端時，應首先将引出端靠底闆3mm處固定再扳動和扭轉。直徑≥0.8mm的引出端不允許扳動和扭轉。繼電器底闆與印制闆之間應有大小于0.3mm的間隙，這可保護引出端根部不受外力損傷，也便于焊後清洗時清洗液的流出和揮發。焊孔式和焊鈎式引出端在焊接引線和焊下引線過程中都不能使勁絞導線、拉導線，以免造成引出端松動。對螺孔和螺栓引出端，安裝時其扭矩應小于表10的值。

表10 單位：N·M

安裝時繼電器不慎掉落在地，由于受強沖擊，内部可能受損，應隔離、檢驗确認合格後才能使用。

9．2焊接與清洗
... 繼電器引出端的焊接應使用中性松香焊劑，不應使用酸性焊劑，焊接後應及時清洗、烘幹。焊接用電路鐵以30~60W為宜，烙鐵頂端溫度280~330℃為好，焊接時間應不大于3秒。自動焊接時，焊料溫度260℃，焊接時間不大于5秒。非密封繼電器在焊接和清洗過程中，切勿讓焊劑、清洗液污染繼電器内部結構，而密封繼電器和可清洗式塑封繼電器都可進行整體浸洗。
9．3防止振動放大
... 對有抗振要求的繼電器，合理選擇安裝方式可避免或減少振動放大，最好是将繼電器安裝成使繼電器受到的沖擊和振動的方向與繼電器銜鐵的運動方向相垂直，盡量避免選用頂部螺釘安裝或頂部支架安裝的繼電器。
9．4多隻繼電器集中安裝方法
... 多隻繼電器密集安裝于同一印制闆或同一機架，它們可以産生反常的高熱，無磁屏蔽罩子的繼電器還可能因受磁幹擾而動作失誤，這可以通過合理設計各繼電器之間的安裝間隙，或把其它元器件安裝到各隻繼電器中間（但不得是強發熱和産生強磁場的元件以及怕熱和磁幹擾的元器件）來解決。
繼電器的保護
10．1線圈保護
... 隻要條件允許，應使繼電器線圈和鐵心無論在線圈導通或斷開時都處于等電位，以避免電化學腐蝕。
10．2觸點保護
... 繼電器觸點保護線路很多，對電感性負載通常采用負載并聯二極管消火花，與觸點并聯RC吸收網絡或壓敏電阻來保護觸點。對容性負載、燈負載通常采用在負載回路串聯小阻值功率電阻或串聯RL抑制網絡來抑制浪湧電流的沖擊

繼電器選型指導

1. 按使用環境選型
   ... 使用環境條件主要指溫度（最大與最小）、濕度（一般指40攝氏度下的最大相對濕度）、低氣壓（使用高度1000米以下可不考慮）、振動和沖擊。此外，尚有封裝方式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結構不同，繼電器承受的環境力學條件各異，超過産品标準規定的環境力學條件下使用，有可能損壞繼電器，可按整機的環境力學條件或高一級的條件選用。
   ... 對電磁幹擾或射頻幹擾比較敏感的裝置周圍，最好不要選用交流電激勵的繼電器。選用直流繼電器要選用帶線圈瞬态抑制電路的産品。那些用固态器件或電路提供激勵及對尖峰信号比較敏感地地方，也要選擇有瞬态抑制電路的産品。
   
   2.按輸入信号不同确定繼電器種類
   ... 按輸入信号是電、溫度、時間、光信号确定選用電磁、溫度、時間、光電繼電器，這是沒有問題的。這裡特别說明電壓、電流繼電器的選用。若整機供給繼電器線圈是恒定的電流應選用電流繼電器，是恒定電壓值則選用電壓繼電器。
   
   3．輸入參量的選定
   ... 與用戶密切相關的輸入量是線圈工作電壓（或電流），而吸合電壓（或電流）則是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對其進行判斷、考核的參數。對用戶來講，它隻是一個工作下極限參數值。控制安全系數是工作電壓（電流）/吸合電壓（電流），如果在吸合值下使用繼電器，是不可靠的、不安全的，環境溫度升高或處于振動、沖擊條件下，将使繼電器工作不可靠。整機設計時，不能以空載電壓作為繼電器工作電壓依據，而應将線圈接入作為負載來計算實際電壓，特别是電源内阻大時更是如此。當用三極管作為開關元件控制線圈通斷時，三極管必須處于開關狀态，對6VDC以下工作電壓的繼電器來講，還應扣除三極管飽和壓降。當然，并非工作值加得愈高愈好，超過額定工作值太高會增加銜鐵的沖擊磨損，增加觸點回跳次數，縮短電氣壽命，一般，工作值為吸合值的1.5倍，工作值的誤差一般為±10%。
   
   4．根據負載情況選擇繼電器觸點的種類和容量
   ... 國内外長期實踐證明，約70%的故障發生在觸點上，這足見正确選擇和使用繼電器觸點非常重要。
   ... 觸點組合形式和觸點組數應根據被控回路實際情況确定。常用的觸點組合形式見表6。動合觸點組和轉換觸點組中的動合觸點對，由于接通時觸點回跳次數少和觸點燒蝕後補償量大，其負載能力和接觸可靠性較動斷觸點組和轉換觸點組中的動斷觸點對要高，整機線路可通過對觸點位置适當調整，盡量多用動合觸點。
   ... 根據負載容量大小和負載性質（阻性、感性、容性、燈載及馬達負載）确定參數十分重要。認為觸點切換負荷小一定比切換負荷大可靠是不正确的，一般說，繼電器切換負荷在額定電壓下，電流大于100mA、小于額定電流的75%最好。電流小于100mA會使觸點積碳增加，可靠性下降，故100mA稱作試驗電流，是國内外專業标準對繼電器生産廠工藝條件和水平的考核内容。由于一般繼電器不具備低電平切換能力，用于切換50mV、50μA以下負荷的繼電器訂貨，用戶需注明，必要時應請繼電器生産廠協助選型。
   ... 繼電器的觸點額定負載與壽命是指在額定電壓、電流下，負載為阻性的動作次數，當超出額定電壓時，可參照觸點負載曲線選用。當負載性質改變時，其觸點負載能力将發生變用，用戶可參照表8變換觸點負載電流。