继电器选用准则详细资料
继电器选用准则详细资料
1选用继电器的一般原则
怎样才能正确地选用继电器呢？一是要做到“知已知彼”,即首先必须对继电器所控制的对象一一被控回路的性质、特点以及对继电器的要求等都要有周密地考察和透彻地了解。其次，对继电器本身的各种特性一一原理、使用条件、技术参数、结构工艺特点以及规格型号等,做到全面的掌握与认真分析；二是按“价值工程”原则，从先进性、合理性、可用性、经济性全面考虑，作到正确地选用和使用继电器。正确选用继电器的原则具体来讲应该是：(1)继电器的主要技术性能，如触点负荷,动作时间参数，机械和电气寿命等,应满足整机系统的要求；(2)继电器的结构型式(包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要；(3)经济合理。
2选用提纲
为了减少继电器选用中的随意性，提高自主性，选用前应编写选用提纲,一般包括以下要素：(1)气候应力作用要素温度范围：湿度范围；大气压力；沿海大气；砂尘污染；化学污染；磁干扰；其它特殊气候应力。(2)机械应力作用要素振动应力；冲击应力；离心作用及其它。(3)输入参量要素交流参量激励；直流参量激励；温度变化影响；有或无触点开关激励方式；固体器件开关激励方式；远距离有线激励方式；互相干扰等激励因素；低压激励与高压(强电回路)输出隔离因素等。(4)输出参量要素白炽灯；容性负载；电机负载；电感器、螺线管、接触器线圈、扼流圈负载；直流阻性负载；中等电流负载；低电平负载；干电路负载等。(5)安装方式要求焊接式、插入式、螺钉式或其它(如导轨式安装等)(6)安全要素阻燃要求；过载能力要求；绝缘抗电水平。(7)筛选要求筛选要求包括筛选的项目、所加应力，监测水平、监测手段、失效判据等。(8)失效率要求与可靠性评估失效判据；失效率评估及置信度。
3选用电磁继电器的一般步聚：
作为选用继电器的第一步，是确定其应用分类，由此初选一种在给定条件下曾经有过成功应用的继电器类型，然后按下列步聚使所选用继电器最适合于规定应用。(1)按照输入的信号确定继电器的种类
不同作用原理或结构特征的继电器，其要求输入的信号的性质是不同的。例如热继电器是利用热效应而动作的继电器；声继电器是利用声效应而动作；而电磁继电器则是由控制电流通过线圈产生的电磁吸力而实现触点开、闭。这就要求使用者首先要按输入信号的性质选择继电器种类。例如反应电压、电流或功率信号时，选用电压、电流或功率继电器；反应脉冲信号或有极性要求时，应选用脉冲、极化继电器等。
在这里，简要地介绍一下电压和电流继电器的区别，以供用户正确选用。从工作原理来讲，二者均属电磁继电器，没有任何区别。但从继电器的设计讲，二者是有区别的。电流继电器磁路系统按IW=C来考虑，即在继电器动作过程中由于衔铁的动作而导致线圈电感发生变化时，也不会影响到回路电流值。该电流是由回路中其它电路元件较大的阻抗决定了的，电流继电器线圈阻抗对整个回路阻抗的影响可忽略不计。因此，一般电流继电器线圈导线匝数少，电感和电阻均较小，因而线圈电流较大。供给电流继电器线圈的是恒定的电流值。电压继电器线圈输入的信号是相对恒定的电压值，一般是电源电压直接加在线圈上或通过网络分配给它以恒定的电压值。因此，回路电流主要取决于线圈阻抗，一般不涉及其它回路元件。为了尽量减小它对其它支路的分流作用,一般导线细，匝数多,电感和电阻都较大，线圈电流不大。
选用电流或电压继电器时，要有相对的电路条件。电流继电器要求恒流源电路条件,即回路有较大阻抗与之串联,它本身阻抗对回路电流影响很小。电压继电器要求提供恒定的电压。电流继电器当作电压继电器用，因其线圈电阻小,很容易烧坏线圈,甚至造成电源短路。如将电压继电器当电流继电器使用线圈串接在线路里时，由于其大的阻抗会明显地改变原来回路参数，会因线圈得不到足够的电流而继电器不动作。
值得注意的是交流继电器线圈通常承受过电压的能力比直流继电器差。在直流继电器线圈中，外加电压的增加所引起电流增加的速率较低。这是因为线圈的温升引起线圈电阻的上升。然而在交流继电器中，外加电压的增加引起电流的增加，同样引起线圈电阻增加,这将造成导磁零件进一步饱和,使感抗进而使阻抗大幅度下降。结果是线圈电流增加速率要比外加电压增加的速率快，因此，由于外加过电压造成的过热比直流继电器容易发生。
(2)按使用环境条件选择继电器型号
环境适应性是继电器可靠性指标之一。使用环境和工作条件的差异，对继电器性能有很大的影响。下面介绍几个主要环境因素的变化对电磁继电器性能的影响。
环境温度
①环境温度的升高加速了绝缘的老化，绝缘性能下降，缩短使用寿命。②对于反应温度变化的温度继电器、热继电器等,环境温度的变化直接影响保护特性的变化；对电磁继电器来讲，温度的升高,某些绝缘材料的热变形使产品结构参数和动作参数会发生变化。③温度升高线圈温升相应增高,不但漆层老化加剧，对电压继电器来讲，还直接影响到吸合、释放参数的变化。电流继电器，温度升高，功耗增大，亦影响绝缘和触点切换特性。④温度升高加速某些零件的氧化过程。对触点来讲，不但其材料本身氧化，而且加剧表面膜电阻的形成，直接影响接触可靠性，特别在低电平下。⑤温度升高，熄弧困难，切换能力下降，触点腐蚀加剧。额定负荷时，易形成触点粘结，中等电流时易析出碳化物，降低接触可靠性。⑥在低温下，镀层材料，如金镀层冷粘作用加剧，小电流负载或低电平下会形成冷粘故障。对一些非密封或密封性不好的继电器，低温下可能触点间形成冰霜，直接影响触点的导通。对于钎焊锡封继电器，在低温下，锡的脆裂会影响产品的气密性。
振动与冲击
电磁继电器触点簧片多为悬臂梁系统，固有频率较低。在接近或达到固有频率的外界振动作用下会引起谐振，导致结构损坏或使触点压力降低直至产生瞬时断开，即出现抖动。可动的衔铁部分会因过振动而误动作，进而使触点接触不良或断开。周期性的作用力会使结构松动或破坏脱落造成结构失效。振动和冲击作用会改变继电器的机械特性，降低动作可靠性。继电器内残存的松散微粒(毛刺脱落物、焊渣、材料碎屑)在振动和冲击作用下会落入触点间隙或转动支承处造成严重故障。
低气压
①低气压下，散热条件变坏，尤其在高温低气压下，对流作用减弱，小尺寸簧片只能靠热传导散热，切换额定负载时,簧片温度可高达300℃以上。灭弧困难，电弧持续时间增加，触点金属蒸发加剧,寿命缩短，导致触点分断容量的降低。②线圈散热困难，温升加快，引起吸合、释放参数的变化。③低气压下，介质强度降低，触点间绝缘下降，在绝缘子底板上可能形成通道。一般来讲，海拔每升高1000米，绝缘水平大约降低10%。
辐照
严重核幅照下，部分有机材料会变为粉尘。高分子绝缘材料分子结合链被破坏，绝缘性能下降，直至失效。如聚四氟乙稀薄膜材料耐辐照性能就很差。
电磁干扰
电磁继电器是靠电磁力的作用来动作的，在强的磁场元件、强的杂散场仪器周围使用时，要注意布放位置及离磁干扰源的距离。否则会危及动作可靠性。高频电源还会使继电器被感应加热造成热损坏。
相对湿度
在高湿，特别是高温、高湿条件下：①金属零件的腐蚀速度显著上升。例如，钢铁零件在含0.1%SO2干燥大气中，腐蚀速度很低，当相对湿度达到70%时，腐蚀速度立即上升100倍以上。普通金属的临界湿度(使金属腐蚀速度显著升高的最低相对湿度)一般为60~70%(此相当于继电器的正常使用环境湿度条件)。②敞开式或封闭式继电器在潮湿下，绝缘会明显降低,泄漏急剧增大。另外相对湿度达到80%以上，霉菌、昆虫繁殖很快，对不耐霉的有机材料极易长霉，以致影响产品性能。例如，绝缘漆和层压塑料表面发霉后，使表面电阻下降10%。③在有灰尘的环境中，相对湿度大，灰尘易吸附水分，使一部分可溶性杂质溶于水中，变成电解液，灰尘本身与金属间形成腐蚀微电池，加速金属腐蚀。对非密封继电器，线圈的失效，往往是由于这种“电解腐蚀”引起断线所造成。④高湿下，会加剧继电器触点膜电阻的生成，当水汽含量超过1000PPm时,会引起接触电阻发生不规则变化。对一些应用在高温高湿条件下的非密封继电器,其绝缘零件还要进行特殊的三防(防湿、防霉、防菌)处理。在其它环境条件下，如盐雾、油雾、噪声场、恒加速度等，继电器的内部结构损坏与其它电器元件类似。例如盐雾或其它有害气体对电器产品零件的腐蚀很严重。用户在选用继电器时，必须对上述情况有所了解。
(3)根据输入量选定继电器的输入参数。
①在电磁继电器的输入参数中，与用户密切相关的是线圈的工作电压(或电流)，而吸合电压(或电流)则是继电器制造厂约束继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数，它只是一个工作下限参考值。不少用户因不了解继电器动作原理的特殊性，往往把吸合电压(或电流)错认为是继电器应可靠工作的电压(或电流)，而把工作电压值取在吸合电压值上，这是十分危险也是不允许的。因为吸合值只是保证继电器可靠动作的最小输入量，而继电器动作后，还需要一个保险量，以提高维持可靠闭合所需的接触压力、抗环境作用所需的电磁吸力。否则，一旦环境温度升高或在机械振动和冲击条件下，或输入回路电流波动和电源电压降低时，仅靠吸合值是不可能保证可靠工作的。所以选择继电器时，首先看继电器技术条件规定的额定工作电压是否与整机线路所能提供的电压相符,绝不能与继电器吸合值相比。
②按照继电器工业标准，交流继电器应该在其标称电压的85%下吸合,而直流继电器应该在标称电压的75%下吸合。如果需要的数值与此不同，就应该加以说明。
③在极限温度下，用户对线圈激励量的变化往往未给予足够的余量。尤其在较高的温度下，这个问题是很关键的。因为在高温下线圈电阻增加，线圈功率下降。另外，由于线圈内部产生的温升也需要过激励或余量。对于低温下释放，也存在着同样的问题,不过不经常出现。
(4)根据负载情况选择继电器触点的种类与参数
与被控电路直接连接的触点是继电器的接触系统。国外和国内长期实践证明，约百分之七十以上的故障发生在触点上。这除了与继电器本身结构与制造因素密切相关之外，未能正确选用和使用也是重要因素之一。且大多数问题是由于用户的实际负载要求与继电器触点额定负载不同而引起的。①根据控制要求确定触点组合形式，如需要的是常开还是常闭触点或转换触点；②根据被控回路多少确定触点的对数和组数；③根据负载性质与容量大小确定触点有关参数，如额定电压、电流与容量，有时还需要考虑对触点接触电阻、抖动时间、分布电容等的要求。关于触点切换的额定值，电磁继电器一般规定它的性质及大小。它的含义是指在规定的动作次数内，在定的电压和频率下，触点所能切换的电流的大小。这一负载值是由继电器结构要素决定的。为了便于考核比较，一般只规定阻性负载。在实际使用中需要切换其它性质的负载。
继电器的额定负载是指在规定的动作次数(寿命)内，在规定动作频率下，触点所能切换的纯阻性负载的大小。显然，负载增大，继电器的寿命将缩短，但不存在一个通用的负载寿命对应关系，不同的继电器具有不同的负载与寿命的关系曲线，即寿命曲线。
一般情况下，减小负载电压可使负载电流提高，减小负载电流可使负载电压提高，但不存在一个通用的负载电压电流对应关系。而且，即使负载电压电流中的一个无限制的减小，负载电压电流中的另一个不可能无限制的增大，而是有一个上限值。不同的继电器具有不同的负载电压与负载电流的关系曲线，即负载曲线。
这里还要提醒的是，继电器额定值不一定适用于从零到规定值的所有负载。能可靠切换10A负载的触点，并不意味着它能可靠地切换10mA的负载。这是因为在不同范围负载下，触点的失效机理不同。
继电器触点交流额定值仅在规定的频率下适用。如果额定值是按400Hz规定的,那么60Hz下的切换能力通常显然是要低的。
在切换不同步的单相交流负载时，会存在相位差。所以应选择触点额定电压为负载电压2倍、额定电流为负载电流4倍的产品。其次,适合交流负载的触点不一定适用于几个电源相位之间的负载切换；用于相位转换的继电器(一般采用三位式触点)必须进行三相交流负载转换试验或符合有关规范，如GJB1042。
在某些电路中，说明的负载可能是交流负载(典型的灯负载)。但其线圈驱动源可能是一个总是在正弦波的同一点上转换的电子电路。由于大多数继电器基本上是在一定的电压下动作时间恒定的器件，因此，继电器触点实际切换的负载基本上是直流负载。这种情况可能会使触点寿命明显缩短。
(5)按工作状态选择继电器
继电器的工作状态主要是指输入信号对线圈的作用状态。继电器线圈的设计是对应于不同的输入信号状态的，有长期连续作用的信号，有短期重复工作(脉冲)信号。连续工作是指线圈能连续地承受工作信号的长期作用。对脉冲信号还要考虑脉冲频率、通断比等。因此,要根据信号特点选用适合于不同工作状态的继电器，一般不允许随便使用,特别要注意不能将短期工作状态的继电器使用在连续工作状态，高温工作条件下尤其要注意。在实际切换功率负载或大功率负载时，尤其要考虑不宜切换速率过高。一般应少于10~20次/min。最大循环速率为：0.1次/(最大吸合时间+最大释放时间)s。
(6)按安装工作位置、安装方式及尺寸，重量的选择
继电器工作位置与其结构特点有关，大多数继电器可在任意位置下工作，但也有部分继电器工作位置有具体的规定。例如普通水银继电器，就规定要直立安装,其偏斜极限不得超过30℃,否则,由于水银的连接中断将不起继电器作用。
继电器除需满足在各种稳态的线路和环境条件下工作的要求外，还必须考虑到各种动态特性，即吸合时间、释放时间，由于电流的波动因素造成的抖动，以及触点碰撞造成的回跳等。
上面我们讲了怎样选用已批量稳定生产的继电器。如果在已生产的继电器中没有适合整机要求的品种、规格，那就要向继电器制造厂提出设计任务书，进行新品设计。
电磁继电器的设计任务书一般包括：①控制电路参数：控制电源类型(是交流还是直流)、工作状态(线圈是处于长期、短期或是脉冲工作状态)、吸合值、额定值、释放值等。②被控制电路参数：负载类型(是直流还是交流：是阻性、感性或是其它)、负载大小(闭路电流、开路电压或开断功率的大小及变化范围)、触点组数及形式。③使用环境条件：极限温度、相对湿度、气压、振动条件、冲击条件、离心条件,使用环境气氛(指一些特殊条件)等。④寿命要求：一般应该说明使用寿命和贮存寿命要求,使用寿命又分正常条件下和极限或特殊情况下。⑤外形尺寸、重量及安装尺寸要求。对有失效率指标要求的继电器，除提出失效率指标置信度外,还要提出筛选项目及筛选要求，寿命试验的监测水平，监测延时，失效判据等。必要时还必须对继电器生产厂提出可靠性质量保证方面的要求及一些特殊试验方法的规定等。⑥试制周期、费用、首次提供样品数量等。
4影响电磁继电器可靠性的使用因素
(1)如果将有防尘罩的继电器用于温度有变化(昼夜)的和高湿的环境，则可能出现冷凝现象，从而导致绝缘电阻下降甚至短路。这就需要在罩壳上开孔以供继电器换气，或采用密封继电器。(2)在清洗印制板上的继电器时，有些清洗剂对铜有很强的腐蚀性，而其它一些清洗剂会与线圈包带上的粘剂结起化学反应。(3)舌簧继电器使用在强的外磁场附近，应有足够的磁屏蔽，以保证其正常工作。(4)负载接法①触点失效机理分析表明，在中功率负载下，触点材料从阴极转移到阳极。触点电弧测试得出，在相同负载下，动触点接阴极(如图1(a)所示)，其燃弧时间要比动触点接阳极(图1(b)所示)短一半以上，如JZX-10M、JZC-1M按图6-1(a)接法，一般燃弧为50μs左右,而按图1(b)接法，燃弧时间大于100μs。由于燃弧时间短，材料转移量就小，其寿命就长，且可靠，所以使用时应按图1(a)接法；而鉴定试验时则要按图1(b)接法，即加严要求。②切不可在连接电源到双掷触点时将额定负载接到如图2所示的触点上。这样使用时,许多继电器都不能正常切换负载。(5)线圈接法通常继电器的线圈是不标正负极的，两端可以随便连接。但在线圈去激励时，由于电感的作用，线圈内会产生反电动势，其峰值可高出额定电压的5倍以上，尽管其作用时间很短,但会造成线圈漆层击穿或电路中的开关器件击穿。如按图3的方法在线圈两端接上保护二极管(当然用户也可以要求生产厂家按图2的要求生产继电器)，此时线圈两端的正负极性就固定下来，不能反接。对非密封继电器来讲，线圈在高湿非激励状态下,产生电解腐蚀的危险必须给予注意。为了减少线圈腐蚀的危险，使用正极接地的电源，而且当继电器闲置不用时,尽可能将正极断开,让线圈保持负电位。对于商业和工业用继电器，保险商实验室规定若电压超过50V，则不允许将地线切断。(6)应将机电开关器件装在电源正极与继电器线圈之间，以求在断开状态下,安全地隔离继电器电路，以免电击危险。在选用固体电子开关器件控制继电器线路时,应选择漏电流足够小的器件，使继电器能在断电时可靠释放。用于控制继电器的任何开关器件,必须承受线圈电路开路时引起的瞬时电压峰值与线圈电路最小电压值之和，开关不发生损坏。(7)由于连接导线中的电压降，继电器的吸合可能不得不低于电源电压。当使用连接导线较长的门铃型布线时，尤其是这样。(8)如果将继电器激励了一段时间后释放,然后在短时间内再次激励,那么由于线圈本身的温升，吸合电压将会变大。(9)当继电器或混合继电器与灵敏逻辑电路一道工作或靠近时,继电器这些装置既不应发射也不应传导能损坏灵敏逻辑电路或使其误触发的足够大的射频瞬态电压。(10)继电器的安装耐振是继电器的一个重要指标，除继电器本身提高耐振能力外，安装方法对继电器耐振能力的影响也是很大的。(11)运输保管的影响如用户由总库向各使用单位发货运输时，任意装盒、装箱会因碰撞造成产品机械参数变化，特别是非密封继电器。继电器的存放环境应符合产品技术条件标准要求,特别要注意不能在高湿和有害气氛中存放。(12)继电器动作过程中的特性对使用可靠性的影响①触点回跳时间任何电磁继电器都存在机械回跳时间，只不过因其结构、动作原理不同而时间长短不同而已。长的可达几ms甚至10ms,短的仅100微秒左右。在特殊电路中，如电码电路、脉冲电路中,可能因回跳产生短暂闭合及断开引起失误，如产生漏字错码或误动作,这是普通继电器在电路中致命的弱点之一。在使用中适当选择工作电压、动作频率等可以降低回跳。回跳在电路中还会形成干扰脉冲影响其它电路。②动作不同时性多触点的电磁继电器动作不可能做到触点同时接通或断开。这就是动作的不同时性，一般相差0.1~0.2ms左右。在缓慢型输入信号作用下,这个时间差会明显增大。③桥接当采用水银舌簧继电器时，要注意一般都有0.5ms左右的桥接时间,即存在两个电路同时接通现象。④交流声，几乎所有的交流继电器都会出现某种噪声或交流声。用户如有特定使用场合，与继电器厂商定交流声允许强度。在舌簧继电器中，噪声系指紧跟着闭合后几ms时间内出现在开关引线之间的电压。它的产生是因为簧片在磁场里运动和由磁致伸缩效应在它们中间产生了电压。如果舌簧切换的信号是用在紧跟着闭合后ms之内，噪声影响较大。
5继电器线圈的瞬态抑制
当继电器线圈断电时，其储存的感应电能可能在直流电源线上产生高达1500V的浪涌电压，随着固体器件使用量的不断增加，必须对继电器线圈进行抑制,将其电压峰值限制在一定的范围。
常见的线圈瞬态抑制方法有：在线圈上并联一个电阻器或阻容电路、或并联一个二极管。线圈瞬态抑制电路会使继电器释放时间延长，使触点转换速度变慢。
6继电器触点的保护
(1)当触点断开感性负载电路时，负载中储存的能量必须通过触点燃弧来消耗为了消除和减轻电弧在断开感性负载时的危害，延长触点的使用寿命，消除或减轻继电器对相关灵敏电路的电磁干扰、损害，通常采用电弧抑制保护措施。常见的触点保护电路有：在感性负载上并联一个电阻或阻容电路、或并联一个二极管。 (2)应尽量避免继电器输出端和输入端共线或连通，因为线圈去激励时，线圈上的反电势会加在触点上，使触点的断开电压增大，同时也会干扰其它电路。
