如何选用继电器

时间：2023-03-19来源：佚名

在通讯设备、自动装置、家用电器、汽车电子装置等凡是需要电路转换功能的地方，都可以选用继电器。由于应用领域很广，不同用户对继电器的要求千差万别。为满足各种不同应用领域的使用要求，各继电器生产厂家开发了许多不同型号、不同规格、不同使用性能的继电器；随着科学技术的发展，新结构、高性能、高可靠的继电器不断地涌现。面对品种规格繁多的继电器产品，如何合理选择、正确使用，将直接影响到整机的性能、可靠性。如何合理选用继电器？首先要深入分析、研究整机的使用条件、技术要求，按照“价值工程”原理，合理地提出入选继电器产品必须达到的技术性能。我们的技术人员、销售人员应介入继电器的选型，发挥我们的优势，当好参谋，做好售前、售后服务。可以按下述要点，逐项开展分析、研究：外形及安装方式、安装尺寸；输入参量；输出参量；环境条件；安全要求；可靠性要求。下面按上述要求分别阐述。
1、外形、安装方式、安装尺寸
继电器的外形、安装方式、安装尺寸品种很多，用户必须按整机的具体要求，提出具体的安装面积，允许继电器的高度、安装方式、安装尺寸。这是选择继电器首先要考虑的问题。以下几个问题，选用时应予以注意：
（1）.对于PC板式引出脚；脚间距大都为2.54×n(n=1、2、3……，以下同)，如JZW5；也有2.5n，如JZG2-2/B；也有不符合标准间距的继电器，如MR72。引出脚的长度一般为3.5。
（2）.引出脚的可焊性、继电器的抗焊接热、引出脚相对底座的不垂直度等应有严格的要求。
（3）.快连接式继电器；快连接引出脚通常有250#（6.35×0.8）、187#（4.75×0.5）2种。这类引出脚要特别注意插拔力要求，250#引出脚：拔力矩＞10kg.cm; 187#引出脚：拔力矩＞ 5kg.cm。
2、不同种类的输入参量，是选择继电器型号的重要依据。常见的输入参量的种类有：
（1）．交流输入参量。当输入参量为交流电压（电流）时，应选用交流继电器。选用这一类型的继电器，应注意以下几个问题：交流频率—-交流继电器输入电压（电流）的频率一般为50HZ，或60HZ。由于二者线圈的感抗不同，吸动电压有明显差异。合同中应予注明。环境温度—-交流继电器由于存在涡流损耗、磁滞损耗，继电器的温升较高，一般为70℃到80℃。工作环境温度不宜过高，最好为40℃到65℃，确定环境温度的计算公式：t1≤t2-t3-150C；注：t1：继电器最高环境温度，0C； t2：漆包线、绝缘材料最高允许长期工作温度0C （B级为1300C；F级为1550C） t3：继电器平均温升，0C。由此可见，当提高环境温度，要求漆包线及绝缘材料的耐温等级相应提高，继电器成本将大幅度上升。交流噪声—-继电器工作时，会发出交流噪声。初始要求小于45dB（分贝），实际使用中，由于磁极间出现砂尘等污物、机械参数的变化，交流噪声会有所增大。吸动电压—-交流继电器的吸动电压一般小于80%VH(额定工作电压以下同)；允许最高吸动电压＜90%VH。用供电电压直接激励的继电器，当供电电压波动幅度大于±10%，将导致继电器的失效，电压过低，吸动不可靠，会出现似吸非吸而失效；电压过高，温升上升，继电器绝缘受损而失效。当供电电压大于±10%时（如农村电网电压波动大）。合同中应提出，将吸动电压酌情降低；选择较高耐温等级的漆包线、绝缘材料。
（2）．直流输入参量。这类继电器应用很广，分几种情况加以讨论。选择直流继电器，突出问题是灵敏度L（线圈额定功耗）问题，L与输出功率大小、外形尺寸、环境条件（环境温度，振动、冲击……）有关，确定继电器灵敏度应十分谨慎，不可片面强调灵敏度，而牺牲其他性能。当对灵敏度要求不高时，可采用一般灵敏度的直流继电器；当灵敏度要求较高，输出功率为强电，环境条件苛刻，可用固态继电器、中等灵敏度的继电器；当要求高灵敏度（如0.2W以下），可采用混合继电器、极化继电器。但混合继电器的价格较高，体积较大；极化继电器环境适应性较差，负载能力不高。当输入电压持续时间较长，如几个小时、几天、几个月、建议采用磁保持继电器。有几个好处：节省输入电能；降低继电器温升；提高环境适应性。但要求输入量为脉冲，有极性要求，输入线路复杂化。如磁卡电表用继电器、卫星电源控制用继电器，继电器触点在一种导通状态下可连续工作几十小时，几个月，采用磁保持很合算。在电能消耗严加控制的场合下，经常采用磁保持继电器。当输入参量频率达10Hz及以上，要求继电器快速动作时，应选用舌簧继电器、极化继电器或固态继电器。舌簧继电器动作频率可达50次/秒，价格低廉，但触点负载能力低，一般只能达50mA、28VDC；极化继电器、固态继电器、切换速度可达100次/秒，工作可靠，但价格高，体积较大；
（3）．温度变化影响：继电器线圈电阻随温度的变化而变化，对继电器吸动、释放电压的影响是明显的。温度上升到极限高温时，释放电压趋于最大值，吸动电压相应升高；温度降到极限低温时，释放电压趋于最小值，吸动电压会有所降低。极限高温下的不吸动或吸合不可靠；极低温度下不释放或释放迟缓，将导致继电器的失效。对电流型继电器，因吸动安匝，释放安匝不受线圈电阻变化的影响，故不随继电器温度的变化而变化。必须指出，有些用户选用电流型继电器，而不是用恒流源作为继电器的激励源，实际上用的是电压源。在这种情况，必须考虑温度对线圈电阻的影响。
（4）．固体器件开关激励： a.固体器件开关的负载能力必须与被激励继电器的线圈相适应，且留有充分的裕量（一般为2倍）。 b.固体器件开关接通时，激励回路电压分配必须确保继电器线圈上的实际激励电压值符合额定工作电压要求。 c.固体器件开关关断时，激励回路的漏电流必须小于继电器的最小释放电流。 d.固体器件开关反向耐压必须与50～80V峰值电压相适应，且具有必要的余量。由于继电器线圈断电瞬间，会产生很高的浪涌电压，有时可达1500V，为将电压峰值限制在50～80V之内，必须采用适当的抑制措施。低压激励与高压输出隔离：现代工业自动控制系统中，往往以低压回路的固体器件开关控制小型中间继电器的输入，再用该继电器的触点转换220VAC或380VAC感性负载回路（如电磁铁、接触器线圈……），实现自动控制和保护功能。中间继电器实际上承担了低压、高压隔离并转换感性负载功能。选用此类中间继电器，必须具备良好的绝缘抗电水平和长期耐受高、低温、潮湿、砂尘及有害气体作用的能力。一般说来，抗恶劣环境能力，可由密封措施与必要的防护手段加以保证；绝缘抗电水平可由绝缘间隙、配电距离严格的控制、认定得以保证。
（5）．互相干扰、误动作：在印刷电路板上高密度组装多种继电器，特别是含有大型电磁铁或接触器产品时，有可能产生电磁互感，导致继电器误动作；也可能由于其活动部分的冲击，振动而导致其他继电器的误动作。对于灵敏型、简易通用继电器产品的安装，相关位置的安排，要特别留意。远距离有线激励方式：自动电话振铃电路、门铃型布线激励方式等均属于此类。由于激励用的连接导线较长，应充分考虑连接导线的电压降对实际激励值的影响，确保加在继电器线圈上的实际激励值达到规定的额定电压工作值的要求。

3、输出参量
国内大多数继电器负载能力，只标最大纯阻性负载，这给用户在选择继电器负载时，产生二种误解，导致选型失误。误解之一是：用户实用的往往不是纯阻负载，而是感性的、灯的、电机的或容性的负载，负载大小等同或接近于阻性负载；误解之二是：负载可以从低电平到额定负载，均能适应。应该指出，能可靠转换10A阻性负载的继电器，不可转换10A的感性负载，不一定能可靠转换10mA的负载。因为不同性质负载条件下的电接触失效机理是截然不同的。应该强调，触点故障是继电器失效的主要原因。正确理解触点在不同负载类型、不同负载大小条件的电接触特性、失效现象及失效机理，统一制造方与用户的认识，对提高继电器工作的可靠性，尤为重要。制造厂应改进触点负载的标识、内容，对不同负载类型应分别标注。
1)．白炽灯—-由于白炽灯钨丝冷态电阻很小，接通瞬间的浪涌电流高达稳态电流15倍。如此大的浪涌电流会使触点迅速烧蚀，甚至产出熔焊失效。一般可串入限流电阻来减少浪涌电流。
2)．电机负载—-电动机静止时输入阻抗很小，启动瞬间浪涌电流很大。电流注入后，电流和磁场相互作用产生转矩。当电动机启动后，产生内部电动势，致使触点电流趋于减小，关断时，触点间出现反电势，常常会引起拉弧，造成触点烧蚀。不过，电机是缓慢地停下来，电机内部贮存的电磁能，动能转换成热能消耗掉一部分，反电势不会太高。
3)．感性负载—-电感器、电磁铁、接触器线圈、轭流圈等都是感性负载。接通瞬间，电磁线圈有抑制电流上升的功能，不会出现浪涌电流；但关断时，贮存在电磁线圈中的电磁能通过触点间燃弧消耗掉，这将导致触点烧蚀，金属转移、沾结。采用RC网络、二极管，压敏电阻等触点保护装置可减少触点的烧蚀。
4)．容性负载—-容性电路的充电电流可能非常大，开始时，电容器类似短路，其电流仅受线路电阻的限制。有时，用户并未意识到其负载是容性的，实际上，长的传输线、消除磁干扰的滤波器、电源等都是强容性的。串联限流电阻，可以减少接通瞬间的浪涌电流。
5)．直流负载—-直流负载比交流负载难断开，因为电压不过零，触点开断瞬间，即产生电弧，且由于外加电压持续保持，只有电弧被拉长，不能自持而熄灭。电弧热能会使触点严重烧损。直流负载继电器触点间隙应设计大些。灭弧措施也经常被采用。
6)．低电平—-低电平一般指开路电压为10～100mV；触点转换电流为微安级到10mA 。由于吸附在触点表面的有机物、化合物，难以在转换负载时消除，导致触点接触电阻大而不稳定，触点压降递增。有效的解决办法是：选择软化电压低的触点材料；表面镀1到3u的金。从工艺上保证触点表面洁净；控制继电器内部有害气体的含量。但继电器成本将大幅度上升。
4、环境条件
环境温度导致继电器失效方式有如下几个方面：
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。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。低温下，继电器内部水汽凝露、结冰，导致绝缘性能下降。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。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。温度变化，将导致热继电器、固体继电器、混合式继电器性能参数不稳定。继电器的环境温度范围由产品结构设计、所选用的材料性能和制造工艺决定，应在产品说明书规定的范围内选用。继电器的温升，尤其是交流继电器的温升加最高环境温度应小于所选漆包线绝缘材料的耐温等级。继电器的选用，必须十分注意此问题。温度范围分级如下，推荐选用：极限低温（℃）:-5±3；-10±3；-25±3；-40±3；-55±3；-65±3。极限高温（℃）:40±2；55±2；70±2；85±2；100±2；125±2；155±2；175±2；200±2。 2．湿热湿热对继电器性能构成威胁，具体表现如下：长期湿热将直接导致绝缘抗电水平的下降，以致完全失效。特别是长期裸露贮存或使用过程中继电器绝缘受砂尘等污染后再受湿热作用，将造成绝缘失效。非密封继电器在湿热条件下，线圈因电化学腐蚀或霉变而断线，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。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。在热带、亚热带使用的电子产品，产品设计、材料选用时必须充分考虑湿热问题。
低气压条件下，将对继电器产生以下不良影响：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。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，不详谈。
砂尘污染导致继电器的失效，还未引起用户的足够重视。在自然环境条件下或一般工业车间环境条件下，尤其汽车上使用的电子装置，砂尘往往会通过散热孔、裂纹部位渗入继电器内部，经日积月累，开机察看，均可发现污尘堆积，导致活动部件转动（滑动）不灵，卡死；触点电接触失效；在潮湿作用下，金属件腐蚀加剧，绝缘件绝缘性能下降，以致失效。某些电力保护用继电器、汽车用继电器出厂前检验合格，经一、二年运行后，继电器不断出现故障。设计和使用时必须充分考虑砂尘污染的危害。用户根据实用需要，提出特定要求。
化学气氛污染—-环境气氛中的有机蒸气、氧气、二氧化硫、盐雾等，对继电器触点、金属零件、线圈、绝缘零件有侵蚀性影响，导致触点电接触不良，以致失效；导致线圈引线锈蚀断线、绝缘水平下降。化学有害气体在自然界是普遍存在，只是在不同场合，有害气体（蒸汽）的种类不同而已。采取工艺措施，可以减轻、免除其侵蚀，但成本将大幅度上升。如军用密封继电器，通过长时间高温真空焙烘、在继电器内腔充以高纯N2，采用电子束（或激光）进行密封焊，其泄漏率可达10-8pa.cm3/s；触点镀1～3u的金。民用继电器受价格的限制，一般只是加外壳、塑封缓解大气中有害气体（蒸气）的侵蚀，使用时，根据继电器负载大小，环境的优劣，可酌情将工艺孔打开，以提高散热能力，减少内部有机蒸气、二氧化硫对触点表面的污染。
机械振动—-继电器在强动力设备周围、在运输途中都会遇到一定频率范围、加速度值的振动；随机振动可代表导弹、高推力喷气机和火箭发动机产生的现场振动应力作用。(1) 振动对继电器的影响表现在：a.振动可能致使机械结构件松动、疲劳、断裂失效； b.闭合触点因振动产生大于标准规定时间（10us、100us）的瞬间断开而失效；断开触点因振动产生大于标准规定时间（10us、100us）的瞬间闭合而失效； c.导致活动零件之间的相对运动，产生噪声、磨损和其他物理失效。 (2) 振动分级：振动频率范围推荐选用： 10～55HZ； 10～100HZ；10～150HZ； 10～500HZ； 10～2000HZ。 10～5000HZ； 55～500HZ；55～2000HZ；55～5000HZ；100～2000HZ。振幅（双振幅），加速度推荐选用：交界频率（57HZ）以下选用双振幅（mm）：0.035；0.075；0.15；0.35；0.75；1.0；1.5；2.0；3.5。交界频率以上，选用加速度（m/s2）：4.9（0.5g）; 9.8(1.0g); 19.6(2.0g); 49.0(5g);98(10g); 147(15g); 196(20g); 294(30g); 490(50g)
冲击—-继电器在运输、搬运、使用中经常会受到机械冲击的作用。冲击对继电器的影响表现在：1）由于冲击，造成结构松动、损伤、断裂而丧失工作能力。2）由于冲击，闭合触点产生大于规定要求（10us或100us）的瞬间断开而失效；断开触点产生大于规定要求（10us或100us）的瞬间闭合而失效。针对1)要求继电器应具有抗冲击强度的性能，在试验前后进行的规定项目的测量结果，应符合产品标准要求。针对2)继电器应具有抗冲击稳定性的性能，要对触点的接触状态进行动态监测。冲击加速度分级(m/s2)：147(11ms)、294(18ms)、490(11ms)、 490(3ms)、980(11ms)、980(6ms)、1960(6ms)、1960(3ms)。
加速度—-考核继电器在恒加速度应力作用下能否正常工作的能力。在常规地面电子设备上应用的继电器，一般不考核恒加速度的影响。此处不详述，大家知道有这回事就可。在航空，航天电子装置中使用的继电器，恒加速度的影响不能忽视。
5、安全要求
继电器在设计、选用时，对安全要求，应予以充分重视，尤其是中、强功率继电器。主要考核以下几个重点： 1．绝缘材料—-要求具有阻燃性能；耐温等级温度上限≥最高环境温度线圈温升 15℃。 2．触点过负载能力—-触点应能100次成功（交流为200次）切换两倍额定负载电流。 3．绝缘抗电水平—-继电器各导电部分之间的绝绝电阻一般应：＞100MΩ；＞500MΩ；＞10000MΩ。继电器各导电部分之间的绝缘应能承受使用中可能出现的最高峰值电压而不损坏，漏电流不得超过100uA(或1mA)；也不允许有飞弧，闪络或击穿而引起的损坏。尤其是线圈和触点间的耐压，爬电距离应特别注意。当用继电器的触点切换220v或380v感性负载时，线圈与触点间的耐压往往要求高于4000Vac。

6、失效率要求
有些应用场合，对继电器工作的可靠性要求很高，如卫星、火箭、导弹、飞机及程控交换机上用的继电器，失效率等级要求达L级（1×10-6）、Q级（1×10-7）；现将失效指标介绍如下：

对应美军标失效率等级	失效率等级符号	失效率等级名称	最大允许失效率 λmax 1/10 次
LMP	YW WLQ	Ⅴ级　Ⅴ级　Ⅵ级　Ⅶ级	3×10 -5 1×10 -5 1×10 -6 1×10 -7