淺談電磁繼電器的選型及使用注意事項

李東俠

(廈門宏發(fā)電聲有限公司，福建廈門，361021)

?

淺談電磁繼電器的選型及使用注意事項

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)格繁多的繼電器產品，如何合理選擇、正確使用，將直接影響到整機的性能，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有所幫助。

關鍵詞：繼電器；選型要求；輸入參量；輸出參量；注意事項

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　輸入參量

不同種類的輸入參量，是選擇繼電器型號的重要依據。常見的輸入參量有交流與直流兩種：

1.2.1交流輸入參量。當輸入參量為交流電壓(電流)時，應選用交流繼電器。選用這一類型的繼電器，應注意以下幾個問題：

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

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

c)交流噪聲：交流繼電器工作時，會發(fā)出交流噪聲。初始要求小于45dB(分貝)，實際使用中，由于磁極間出現砂塵等污物、機械參數的變化，交流噪聲會有所增大。

d)吸動電壓：用供電電壓直接激勵的繼電器，當供電電壓波動幅度大于±10%，將導致繼電器的失效，電壓過低，吸動不可靠，會出現似吸非吸而失效；電壓過高，溫升上升，繼電器絕緣受損而失效。當供電電壓大于±10%時(如農村電網電壓波動大)。規(guī)格書中應提出，將吸動電壓酌情降低；選擇較高耐溫等級的漆包線、絕緣材料。

1.2.2直流輸入參量。這類繼電器應用很廣。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、沖擊……)有關，確定繼電器靈敏度應十分謹慎，不可片面強調靈敏度，而犧牲其他性能。 當對靈敏度要求不高時，可采用一般靈敏度的直流繼電器；當靈敏度要求較高，輸出功率為強電，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。但混合繼電器的價格較高，體積較大；極化繼電器環(huán)境適應性較差，負載能力不高。 當輸入電壓持續(xù)時間較長，如幾個小時、幾天、幾個月、建議采用磁保持繼電器。有幾個好處：節(jié)省輸入電能；降低繼電器溫升；提高環(huán)境適應性。但要求輸入量為脈沖，有極性要求，輸入線路復雜化。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、釋放電壓的影響是明顯的。溫度上升到極限高溫時，釋放電壓趨于最大值，吸動電壓相應升高；溫度降到極限低溫時，釋放電壓趨于最小值，吸動電壓會有所降低。極限高溫下的不吸動或吸合不可靠；極低溫度下不釋放或釋放遲緩，將導致繼電器的失效。

c)固體器件開關激勵：

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

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

(c) 固體器件開關關斷時，激勵回路的漏電流必須小于繼電器的最小釋放電流。

(d)固體器件開關反向耐壓必須與50～80V峰值電壓相適應，且具有必要的余量。由于繼電器線圈斷電瞬間，會產生很高的浪涌電壓，有時可達1500V，為將電壓峰值限制在50～80V之內，必須采用適當的抑制措施。

d) 互相干擾、誤動作：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品時，有可能產生電磁互感，導致繼電器誤動作；也可能由于其活動部分的沖擊，振動而導致其他繼電器的誤動作。對于靈敏型、簡易通用繼電器產品的安裝，相關位置的安排，要特別留意。

1.3　輸出參量

國內大多數繼電器負載能力，只標最大純阻性負載，這給用戶在選擇繼電器負載時，產生二種誤解，導致選型失誤。誤解之一：用戶實用的往往不是純阻負載，而是感性的、燈的、電機的或容性的負載；誤解之二：負載可以從低電平到額定負載，均能適應。能可靠轉換10A阻性負載的繼電器，不可轉換10A的感性負載，不一定能可靠轉換10mA的負載，因為不同性質負載條件下的電接觸失效機理是不同的。

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穩(wěn)態(tài)電流15倍。如此大的浪涌電流會使觸點迅速燒蝕，甚至產出熔焊失效。一般可串入限流電阻來減少浪涌電流。

1.3.2電機負載：電動機靜止時輸入阻抗很小，啟動瞬間浪涌電流很大。當電動機啟動后，產生內部電動勢，致使觸點電流趨于減小，關斷時，觸點間出現反電勢，常常會引起拉弧，造成觸點燒蝕。不過，電機是緩慢地停下來，反電勢不會太高。

1.3.3感性負載：電感器、電磁鐵、接觸器線圈、軛流圈等都是感性負載。接通瞬間，電磁線圈有抑制電流上升的功能，不會出現浪涌電流；但關斷時，貯存在電磁線圈中的電磁能通過觸點間燃弧消耗掉。這將導致觸點燒蝕，金屬轉移、沾結。采用RC網絡、二極管，壓敏電阻等觸點保護裝置可減少觸點的燒蝕。

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

1.3.5直流負載：直流負載比交流負載難斷開，因為電壓不過零，觸點開斷瞬間，即產生電弧，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。電弧熱能會使觸點嚴重燒損。

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

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，造成結構松動，活動部件位置發(fā)生變化，導致吸合、釋放失控，觸點接觸不良或不接觸。 低溫下，繼電器內部水汽凝露、結冰，導致絕緣性能下降。高溫條件下，線圈電阻增大，吸動電壓相應增大，造成不吸動或似吸非吸，導致繼電器失效。高溫條件下，觸點切換功率負載時，斷弧能力降低，觸點腐蝕、金屬轉移加劇，失效可能性增加，壽命縮短。繼電器的環(huán)境溫度范圍由產品結構設計、所選用的材料性能和制造工藝決定，應在產品說明書規(guī)定的范圍內選用。

1.4.2低氣壓條件下，將對繼電器產生以下不良影響：絕緣零、部件的絕緣電阻，介質耐壓下降，觸點斷弧能力下降，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，砂塵往往會通過散熱孔、裂紋部位滲入繼電器內部，導致活動部件轉動(滑動)不靈，卡死；絕緣件絕緣性能下降，導致失效。用戶應根據實用需要，提出特定要求。

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

1.4.5機械振動----繼電器在強動力設備周圍、在運輸途中都會遇到一定頻率范圍、加速度值的振動。

振動對繼電器的影響表現在：

a.振動可能致使機械結構件松動、疲勞、斷裂失效；

b.閉合觸點因振動產生大于標準規(guī)定時間(10μs、100μs)的瞬間斷開而失效；斷開觸點因振動產生大于標準規(guī)定時間(10μs、100μs)的瞬間閉合而失效；

c.導致活動零件之間的相對運動，產生噪聲、磨損和其他物理失效。客戶應根據具體情況，選取合適的繼電器。

1.4.6沖擊：繼電器在運輸、搬運、使用中經常會受到機械沖擊的作用。

沖擊對繼電器的影響表現在：

a)由于沖擊，造成結構松動、損傷、斷裂而喪失工作能力。

b)由于沖擊，閉合觸點產生大于規(guī)定要求(10μs或100μs)的瞬間斷開而失效；斷開觸點產生大于規(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觸點過負載能力：觸點應能100次成功(交流為200次)切換兩倍額定負載電流。

1.5.3絕緣抗電水平：繼電器各導電部分之間的絕緣電阻一般應：>100MΩ；>500MΩ；>10000MΩ。繼電器各導電部分之間的絕緣應能承受使用中可能出現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，閃絡或擊穿而引起的損壞，尤其是線圈和觸點間的耐壓，爬電距離應特別注意。

2電磁繼電器的使用線路應注意事項

2.1觸點通斷時，線圈兩端會感應出較大的電動勢，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，導致單片機復位。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觸點兩端并接去火花的RC電路，R用來抑制觸點閉合時的短路電流(作為一個分路，分部分電流)，C用來抑制觸點斷開時的放電。

2.3電磁繼電器肯定會產生射頻干擾，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)。如果干擾嚴重，需要考慮采取屏蔽措施。

中圖分類號：TN784

文獻標識碼：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