为了正确的选用继电器,需要了解继电器的特性,确认这些特性是否符合使用要求,如能在实际使环境中进行确认则更为可靠。继电器的选用原则参见表 1,在表中“必须确定”栏中有“”号的项目被确定之后,就可选定一款继电器。如果有进一步的要求,需要进一步考虑“参考”栏中有“”号的相应项目。
以下对上表中的一些项目进一步说明
1 触点
1.1 触点负载
确定继电器所能承受的负载是否满足使用要求时,除了需要确定负载的大小,还要确定实际负载的种类,因为不同的负载有不同的稳态值,见表 2。除非另有说明,一般说明书给出的负载是阻性负载。
显示了有代表性的负载与冲击电流和时间的关系。另外,根据继电器有不同动、静触点的极性也会影响电耐久性。
1.2 触点材料
对于同一款继电器,不同的触点材料所适用的负载种类或范围略有不同。见表 3。
备注:
(1) 每种继电器必须要考虑说明书中规定的最大电流值。
(2) 一般条件充许时,最好在实际使用中进行试验确认。
(3) 触点的覆金层对于中、小负载性能较好。但对于负载的情况,通常仅用于维护在继电器使用前的触点的初始接触性能。
1.3 电耐久性
除非另有说明,一般说明书显示的电耐久性是在额定负载、一定温度、负载比和动作频率下测得的标称值,因此对于其它负载种类和切换频率,电耐久性会不同。一般对于 2A 以上的负载,同一款继电器的防焊剂型和防尘罩型的电耐久性比塑封型的要长,因此在环境允许的条件下尽量使用防焊剂型和防尘罩型断电器以提高继电器使用寿命。
2 线圈
2.1 电压
为了使继电器工作可靠,要保证工作线路能给继电器线圈供给额定电压。
在采用晶体管驱动继电器时,由于晶体管本身固有的压降会导致施加在继电器线圈上的电压值低于驱动电路的各义值,建议在晶体管驱动电路电压为 5V 是选用 4.5V 规格的继电器。
有时为了缩短继电器动作时间,可以在短时间内给线圈施加最大允许电压,但要确保继电器不会过热,甚至损坏。对于极化继电器,请确认线圈电压的极性。
2.2 线圈电阻
为了使继电器工作可靠,要保证工作线路能给继电器供给标称的线圈功耗,因此要选择合适 的线圈电阻。
3 性能
3.1 封装方式
为了保证继电器的可靠性,不同的封装方式对继电器的后加工有不同的要求,见表 4
备注:
(1)“√”:好;“×”:不好;“△”:注意;
(2)由于塑料具有一定的透气率,所以在有有害气体或要求防爆的情况下请使用密封型继电器。
3.2 介质耐压和绝缘电阻
请确认这两项参数能满足使用要求,而不会导致线路发生击穿、短路等情况。
3.3 抗振动和抗冲击性能
请确认这两项参数能满足使用要求,而不会导致继电器在使用过程中发生失效。
4 使用环境
4.1 环境温度
一般在环境温度不超出说明书中所规定的范围时, 继电器均可正常工作。
4.2 气氛
在较大湿度、甚至会凝露,以及粉尘多的环境下,推荐使用塑封型继电器,因为较大的湿度易加速继电器结构零件的锈蚀,粉尘则易使继电器触点失效。
在含有机硅的环境下,推荐使用密封型产品,因为有机硅会使继电器加速触点失效。
在含 H2S、 SO2、 NO2 等有害气体的环境下,不能使用防焊剂型和防尘罩型,可用塑封型,并在实际使用中进行试验确认。
在实际使用中,如果环境气氛比较好,那么推荐使用防尘罩型或防焊剂型继电器,因为防尘罩型或防焊剂型继电器可获得较塑封型更长的电耐久性。
5 外形和安装
5.1 外形和安装间隙
一般继电器的外形尺寸都有一定的公差,因此在设计电路和安装间隙时,推荐按说明书中规定的最大尺寸进行设计
5.2 焊接方式
选择继电器的引出端均不含铅,推荐焊接温度和时间为:240℃~260℃, 2s-5s。
若需要进行回流焊,请确认说明书是否说明该款继电器可以进行回流焊。
5.3 引出端形式
可根据实际情况选择合适的引出端形状(表 6)和安装方法(表 7)
6 其它
6.1 安全认证
一般 UL/CUL 认证适用于北美洲, VDE 和 TüV 认证适用于欧洲,但由于这些认证的国际权威性,其它大部分国家也认可这些认证。
二、 继电器使用上的注意事项
为了正确使用继电器,在选定继电器并了解其特性的同时,还需要了解一些使用上的注意事项,以确保继电器的可靠工作。
继电器在使用中有以下其它注意事项:
a) 继电器的使用应尽量符合产品说明书所列的各个参数范围。
b) 额定负载和寿命是一个参考值,会根据不同的环境因素、负载性质与种类而有较大不同,因此最好在实际或模拟实际的使用中进行确认。
c) 直流继电器尽量使用矩形波控制,交流继电器尽量使用正弦波控制。
d) 为了保持继电器的性能,请注意不要使继电器掉落或受强冲击。掉落后的继电器建议不再使用。
e) 继电器尽量使用于常温常湿,灰尘和有害气体少的环境中。有害气体包括含硫类、硅类和氧化氮类等等的气体。
f) 对于磁保持继电器,在使用前应先根据需要将置于动作或复归位置。线圈施加电压时要注意极性、脉冲宽度。
g) 对于极化继电器,请注意其线圈电压的极性(+、-)。
除此之外还有其它注意事项,以下将大致参照“表 1 继电器的选用原则”的顺序逐一说明。
触点的注意事项触点是继电器中最重要的结构件,触点的使用寿命受触点材料、触点上的电压及电流值(特别是接通时及断开时的电压、电流波形)、负载种类、切换频率、环境情况、接触形式、触点回跳现象等的影响,触点失效多以触点的材料转移、粘连、异常消耗、接触电阻增大等故障现象出现,使用时需要注意。为更好的使用继电器,请参考以下记述的有关触点的注意事项。
1.1 负载
一般在产品说明书中记载了阻性负载的大小, 但只有这些是不够的, 应该在实际的触点电路里进行试验确认。产品说明书中记载的最小负载并非继电器可以可靠切换的标准下限值,这个值由于通断频率、环境条件、被要求的接触电阻的变化、绝对值的不同,可靠程度是不同的。
1.1.1 电压
触点电路的电压,在断开感性电路时存在大于电路电压的反向电压,该电压超高能量越大,导致触点的消耗量和材料转移量也增大,所以需要注意继电器触点所控制负载的类型和大小。
同样电流下,继电器能可靠切换的直流(DC)电压值要比交流(AC)电压值要低得多,因为交流电流存在零点(电流为零的点),产生的电弧容易熄灭,而对直流,产生的电弧只能在触点间间隙达到一定值以后熄灭,使得电弧持续的时间较交流情况变得更长,加剧触点的消耗和材料转移。
1.1.2 电流
触点闭合和断开时冲击电流对触点的影响很大。例如负载为电动机或者指示灯的时候,闭合时的冲击电流越大,触点的消耗理和材料转移就越多,更易导致触点粘接而不能断开,请在实际使用时进行确认。
1.2 使用上的注意事项
1.2.1 避免同一继电器既通断大负载又通断小负载
因为通断较大负载时易产生触点飞溅物,它们会附着于通断微小负载的触点上,导致触点故障,因此,请避免同一继电器既通断大和又通断小负载。若不得不这样使用时,在安装时请将通断微小负载的触点置于通断较大负载的触点上方,但继电器的可靠性会受到影响。
1.2.2 两组触点并联的注意事项
两组触点并联时可以提高接通的可靠性,但不能提高负载的能力,因为两组触点不可能同时打开或闭合。
1.2.3 关于触点动作与交流负载相位同步的问题
继电器触点动作与所切换负载的交流电流相位同步时,如果触点总是在负载电压较高时接通或断开,如图 2,会增中触点的粘接或材料转移,从而引起继电器过早失效,请在实际使用中确认是滞用随机相位通断。用计时器、微型计算机等驱动继电器时,有电源相位同步的情况。
1.2.4 高温下的电耐久性
继电器在高温下使用时,电耐久性会比常温下使用要低,所以请在实际使用中进行确认。
1.2.5 多组触点与负载的连接
在有多组触点时,请把触点尽量排列在电源的同一极,负载在电源的另一极如图 3(a),这样可以防止触点与触点间存在电压差造成触点间短路的可能。避免象图 3(b)那样边接。
应避免因触点粘接、电弧导致的短路在电路中,应考虑以几点(参见图 4):
1) 一般继电器的触点间隙都比较小,应考虑到可能由于触点间电弧引起短路的情况。请不要使用图 4(b)的电路。推荐使用图 4(a)所示电路,并在触点 Con1 和 Con2 动作之间设定一定的间隔时间。
2)应该考虑在触点间粘接或错误动作造成短路时,也不应产生过电流,造成电路超负荷或烧损。
3)注意不要使用图 4(d)所示的用两组转换触点构成电动机正、逆转电路。推荐使用图 4(c)所示电路,并在触点 Con1 和 Con2 动作之间投定一定的间隔时间。
1.2.7 避免触点组间短路
由于电气控制投备的小型化使得控制用元器件也趋于小型化,因此在使用有多组触点继电器时,请注意负载的种类及各组触点的电压差情况,推荐各组触点间最好不要存在过大的电压差,以避免触点组间短路。
1.2.8 使用长导线时的注意点
在继电器触点电路中,使用数十米以上的长导线时,由于导线内有寄生电容量存在,会产生冲击电流,请在触点电路上串联电阻(约 10Ω~50Ω),如图5。
1.2.9 磁保持继电器触点的注意事项
在出厂时,一用典磁保持继电器均设置为复归状态,但在运输时或继电器安装时由于受到冲击等可能会变为动作关态,所以建设使用时(电源接入时)根据需要把它设置为必要的关态。
1.3 触点保护
1.3.1 冲击电流和反向电压
接通电动机、电容、螺线管或灯负载时,会引起数倍于稳态电流的冲击电流。
断开螺线管、电动机、接触器等感性负载时,会引起数百~数千伏的反向电压。一般常温常压下空气的临界绝缘破坏电压是 200~300V,所以如果反向电压超过此值的时候,在触点间就会产生放电现象。
冲击电流和反向电压均会使触点受到很大损害, 明显缩短继电器的使用寿命, 因此适当的使用触点保护电路,可以提高继电器的使用寿命。
1.3.2 触点的材料转移现象
触点的材料转移现象是指一方的触点材料转移到另一方的触点上,材料转移严重时肉眼可见触点表面的凹凸情况,如图 6,这种凹凸易造成触点粘接。
一般,触点的材料转移是由于大电流的单向流动或者容性负载的冲击电流造成,多发生在直流电路,一般表现为阳性凸、阴性凹的形状。因此适当使用触点保护电路、或使用抗材料转移较好的 AgSnO 触点,可缓解触点的材料转移现象。对于大容量的直流负载(数 A~数十 A),必须在实际应用中试验确认。
1.3.3 触点的保护电路
一般感性负载比电阻性负载更容易使触点受到损作,如果使用适当的保护电路可以使感性负载对触点的影响与电阻性负载基本相当,但请注意如果不正确使用,可能会产生反效果。表 7 是触点保护电路的代表性例子。
注意请避免使用表 8 中所列的触点保护电路。
1.3.4 安装保护元件时的注意事项
在安装二极管、 C-R、压敏电阻等保护元件时,必须在负载或者触点的旁边安装。如果距离过远,保护的效果将会不理想。推荐在 50CM 以内安装。
2 线圈的注意事项
给线圈施加额定电压是使继电器的工作正常的基础。仅施加超过动作电压的电压时,继电器虽然可以工作,但是考虑到电源电压变动、温升等引起的变化,会影响继电器的正常工作,所以必须向线圈施加额定电压。
2.1 类型
2.1.2 交流动作型(以下简称为 AC 型)
一般 AC 型继电器的工作电压基本上都是 50Hz(或 60Hz)的工频电压,建议尽量选用产品说明书上所列出的标准电压规格的产品。
对于 AC 型继电器,因伴有涡流损失、磁滞损失和线圈效率降低等因素,所以其温升一般比 DC 型高。在超出额定电压±10%时,易产生蜂鸣声,所以请注意电源电压的变动。
对于 AC 型继电器,线圈断电时,供电回路中不能有残留的直流分量电压,否则有可能导致继电器不能正常释放。而且残留的交流分量电压尽可能接近 0VAC,否则有可能导致继电器产生蜂鸣声。
2.1.2 直流工作型(以下简称 DC 型)
一般 DC 型继电器分多为电压驱动型,建议尽量选用产品说明书上所列出的标准电压规格的产品。 请确认说明书上各继电器线圈的电压极性, 如果附加了抑制用二极管或显示用器件时, 一旦线圈的电压接反,会引起继电器动作不良,或附加器件动作不正常,甚至会引出电路短路,线圈并联二极管或显示用器件(发光二极管),会导致继电器释放时间加长,有可能影响电耐久性,请注意。另外,对于极化继电器,如果线圈上施加的电压的极性与说明书规定的相反,则继电器不会工作。
2.2 线圈输入电源2.2.1 交流线圈的输入电源
为了使继电器稳定工作,请向线圈施加额定电压。如果向线圈施加(连续施加)不能使继电器完全动作的电压时,线圈会异常发热,致使线圈异常损耗。
AC 型继电器的电源电压最好是正弦波形(sine curve),因为在正弦波形的情况下交流线圈能较好的抑制蜂鸣声,如果波形失真或畸变时,则这种抑制功能不能得到很好的发挥。图 7 显示了几种常见波形的例子。
如果在继电器的驱动电路上连接有电动机、螺线管、变压器等器件,当这些器件工作时,继电器线圈上的电压会降低,导致继电器的触点会发生抖动,从而引起触点的粘接、异常损耗、或不通。使用小型变压器时或没有充裕容量的变压器做电源而配线又较长时,或家庭用、商店用等配线较细时,也会出现类似线圈电压降低的现象。如果发生类似故障,请使用用步示波器等进行检测和正确调整。
如果采用电动机等变动较大的负载,请根据用途将线圈的驱动电路和电力电路分开。
如果交流继电器不能稳定工作时,可将交流变换为直流,然后选用适当的直流继电器。
2.2.2 直流线圈的输入电源
为了稳定工作, DC 型继电器的线圈两端所加电压推荐使用波纹变化率小于±5%的线圈额定电压,否则继电器会工作不稳定,引起触点的粘接或异常损耗,特别是在继电器的驱动电路上连接有电动机、螺线管、变压器等器件时,这种情况更为明显。
作为 DC 型继电器的电源,有蓄电池、带滤波电容的全波(如图 8)或者半波整流电路等,这些不同的电源种类会影响继电器的动作特性,所以请在实际使用中进行试验确认。
2.3 线圈的最大允许电压
线圈的最大允许电压除了受限于线圈温升和线圈漆包线绝缘层材料的耐热温度(一旦超出耐热温度,线圈会发生局部短路,甚至烧坏)之外,还受到绝缘材料的热变形、老化的影响。特别是不能损坏其它机器、危害人体安全或引起火灾,因此要限制在一定的范围之内。 所以请不要超出说明书中规定的值。最大允许电压是可以加到继电器线圈上的电压的最大值,而不是允许连续施加的值。
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