继电器的基本情况简述

前言

继电器的设计／生产技术是综合了电、磁、理化、机械、材料、设备、工模具等多门学科和边缘科学，并在许多方面需要积累和运用大量的实践经验，最终以试验验证的方式来加以确定。整个过程中的影响因素非常多，各参数之间的关系也比较复杂；而且，由于同一种继电器可能将来用在多种不同的环境和用途，因此，反映出来的现象和要求各不相同。这些问题需要继电器制造商在设计生产时加以充分考虑，以满足用户在各种条件下的使用要求。
正是由于上述的诸多因素，使得从事继电器设计制造、继电器经销商以及继电器用户等人员需要了解从继电器设计制造到销售使用全过程的综合知识。
本讲座的目标就是提供这样一个环境，抛砖引玉，希望大家就继电器的有关问题在“瑞莱论坛”展开热烈讨论，相互学习，共同提高。为中国继电器事业的发展做出努力。
由于时间和水平有限，出现错误，在所难免，请多多指教！
继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。继电器就像计算机中的基本逻辑电路一样。由它们作为基本单元组成了各种各样的控制电路。
最常见的继电器要数热继电器，通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中，供交流电动机的过载保护用。它具有差动机构和温度补偿环节，可与特定的交流接触器插接安装。
时间继电器也是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。可广泛应用于电力拖动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。
在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制，信号传输和隔离放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。
除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。而其真正的原理还是继电器技术。
继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。可编程控制器简称作PLC。它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点；以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。有一个触点接触不良，就会引起故障，维修也相当麻烦，而PLC控制器内部有几百个固态继电器，几十个定时器/计数器，具备停电记忆功能，输入输出采用光电隔离，控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。正因为如此，国家有关部门已明文规定从1997年起新产电梯不得使用继电器控制电梯，改用PLC微电脑控制电梯。
可以看出，继电器技术在日常生活中无所不在，而且和电脑的紧密结合更加增强了它的活力，使得继电器为我们的生活更好地服务。

继电器概述

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。
... .继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。
... 作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：
.....1) 扩大控制范围。例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
.....2) 放大。例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
.....3) 综合信号。例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
.... 4) 自动、遥控、监测。例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。
继电器分类

继电器的应用
通常人们所说的产品可靠性是指产品的工作可靠性，其被定义：在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。它由产品的固有可靠性和使用可靠性组成，前项由产品的设计和制造工艺决定，而后项则与用户的正确使用及生产厂家售前、售后服务有关。用户使用时应注意以下各项。
8．1线圈使用电压
... 线圈使用电压在设计上最好按额定电压选择，若不能，可参考温升曲线选择。使用任何小于额定工作电压的线圈电压将会影响继电器的工作。注意线圈工作电压是指加到线圈引出端之间的电压，特别是用放大电路来激励线圈务必保证线圈两个引出端间的电压值。反之超过最高额定工作电压时也会影响产品性能，过高的工作电压会使线圈温升过高，特别是在高温下，温升过高会使绝缘材料受到损伤，也会影响到继电器的工作安全。对磁保持继电器，激励（或复归）脉宽应不小于吸合（或复归）时间的3倍，否则产品会处于中位状态。用固态器件来激励线圈时，其器件耐压至少在80V以上，且漏电流要足够小，以确保继电器的释放。

8．2瞬态抑制
... 继电器线圈断电瞬间，线圈上可产生高于线圈额定工作电压值30倍以上的反峰电压，对电子线路有极大的危害，通常采用并联瞬态抑制（又叫削峰）二极管或电阻的方法加以抑制，使反峰电压不超过50V，但并联二极管会延长继电器的释放时间3~5倍。当释放时间要求高时，可在二极管一端串接一个合适的电阻。激励电源：在110%额定电流下，电源调整率 ≤10%（或输出阻抗<5%的线圈阻抗），直流电源的波纹电压应<5% 。交流波形为正弦波，波形系数应在0.95~1.25之间，波形失真应在±10%以内，频率变化应在±1Hz或规定频率的±1%之内（取较大值）。其输出功率不小于线圈功耗。

8．3多个继电器的并联和串联供电
... 多个继电器并联供电时，反峰电压高（即电感大）的继电器会向反峰电压低的继电器放电，其释放时间会延长，因此最好每个继电器分别控制后再并联才能消除相互影响。不同线圈电阻和功耗的继电器不要串联供电使用，否则串联回路中线圈电流大的继电器不能可靠工作。只有同规格型号的继电器可以串联供电，但反峰电压会提高，应给予抑制。可以按分压比串联电阻来承受供电电压高出继电器的线圈额定电压的那部分电压。

8．4触点负载
... 加到触点上的负载应符合触点的额定负载和性质，不按额定负载大小（或范围）和性质施加负载往往容易出现问题。只适合直流负载的产品不应用于交流场合。能可靠切换10A负载的继电器，在低电平负载（小于10mA×6A）或干电路下不一定能可靠工作。能切换单相交流电源的继电器不一定适合切换两个不同步的单相交流负载；只规定切换交流50Hz（或60Hz）的产品不应用来切换400Hz的交流负载。

8．5触点并联和串联
... 触点并联使用不能提高其负载电流，因为继电器多组触点动作的绝对不同时性，即仍然是一组触点在切换提高后的负载，很容易使触点损坏而不接触或熔焊而不能断开。触点并联对“断”失误可以降低失效率，但对“粘”失误则相反。由于触点失误以“断”失误为主要失效模式，故并联对提高可靠性应予肯定，可使用于设备的关键部位。但使用电压不要高于线圈最大工作电压，也不要低于额定电压的90%，否则会危及线圈寿命和使用可靠性。触点串联能够提高其负载电压 ，提高的倍数即为串联触点的组数。触点串联对“粘”失误可以提高其可靠性，但对“断”失误则相反。总之，利用冗余技术来提高触点工作可靠性时，务必注意负载性质、大小及失效模式。
8．6切换速率
... 继电器切换速率应不高于其10倍动作时间和释放时间之和的倒数（次/s），否则继电器触点不能稳定接通。磁保持应在继电器技术标准规定的脉冲宽度下使用，否则有可能损坏线圈。
继电器的安装
将继电器焊接在印制电路板上使用时，印制板的孔距要正确，孔径不能太小。当必须扳动引出端时，应首先将引出端靠底板3mm处固定再扳动和扭转。直径≥0.8mm的引出端不允许扳动和扭转。继电器底板与印制板之间应有大小于0.3mm的间隙，这可保护引出端根部不受外力损伤，也便于焊后清洗时清洗液的流出和挥发。焊孔式和焊钩式引出端在焊接引线和焊下引线过程中都不能使劲绞导线、拉导线，以免造成引出端松动。对螺孔和螺栓引出端，安装时其扭矩应小于表10的值。

表10 单位：N·M

安装时继电器不慎掉落在地，由于受强冲击，内部可能受损，应隔离、检验确认合格后才能使用。

9．2焊接与清洗
... 继电器引出端的焊接应使用中性松香焊剂，不应使用酸性焊剂，焊接后应及时清洗、烘干。焊接用电路铁以30~60W为宜，烙铁顶端温度280~330℃为好，焊接时间应不大于3秒。自动焊接时，焊料温度260℃，焊接时间不大于5秒。非密封继电器在焊接和清洗过程中，切勿让焊剂、清洗液污染继电器内部结构，而密封继电器和可清洗式塑封继电器都可进行整体浸洗。
9．3防止振动放大
... 对有抗振要求的继电器，合理选择安装方式可避免或减少振动放大，最好是将继电器安装成使继电器受到的冲击和振动的方向与继电器衔铁的运动方向相垂直，尽量避免选用顶部螺钉安装或顶部支架安装的继电器。
9．4多只继电器集中安装方法
... 多只继电器密集安装于同一印制板或同一机架，它们可以产生反常的高热，无磁屏蔽罩子的继电器还可能因受磁干扰而动作失误，这可以通过合理设计各继电器之间的安装间隙，或把其它元器件安装到各只继电器中间（但不得是强发热和产生强磁场的元件以及怕热和磁干扰的元器件）来解决。
继电器的保护
10．1线圈保护
... 只要条件允许，应使继电器线圈和铁心无论在线圈导通或断开时都处于等电位，以避免电化学腐蚀。
10．2触点保护
... 继电器触点保护线路很多，对电感性负载通常采用负载并联二极管消火花，与触点并联RC吸收网络或压敏电阻来保护触点。对容性负载、灯负载通常采用在负载回路串联小阻值功率电阻或串联RL抑制网络来抑制浪涌电流的冲击

继电器选型指导

1. 按使用环境选型
   ... 使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。
   ... 对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。
   
   2.按输入信号不同确定继电器种类
   ... 按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。
   
   3．输入参量的选定
   ... 与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为±10%。
   
   4．根据负载情况选择继电器触点的种类和容量
   ... 国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。
   ... 触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。常用的触点组合形式见表6。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。
   ... 根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50μA以下负荷的继电器订货，用户需注明，必要时应请继电器生产厂协助选型。
   ... 继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变用，用户可参照表8变换触点负载电流。