浅析继电器的选型与应用.doc

技师专业论文
工种：维修电工
题目：继电器的选型及应用

姓名：郑 宏
身份证号：340302196908090219
等级：技师
培训单位：安徽蚌埠机电技师学院
鉴定单位：蚌埠电工电子专业职业技能鉴定站
日期：2010年9月

摘要:
阐述了继电器的应用选型是切实提高系统运行可靠性的关键问题，结合系统的工作特性和工作环境及继电器产品特性，论述了继电器的选型原则及继电器应用中质量等级的选择和继电器降额使用的原则，并对继电器的安装和保护技术和继电器应用中的问题作以分析。

关键词：
影响因素、串联供电激励

引言
面对纷繁复杂的继电器产品，如何合理选择、正确使用，就必须充分研究分析系统的实际使用条件与实际技术参数要求，恰如其分地提出所选用继电器产品必须达到的技术性能要求。元器件的选择和应用 。首先要根据整机系统的重要程度、可靠性要求、所使用的环境条件及成本等项要求综合考虑和选择。具体说来，大致可按下列要素逐条分析研究，确认所要求的等级以及量值范围。选择时必须重视以下几个方面的要求。

第一章 对使用环境条件的选择
气候应力作用要素，主要指温度、湿度、大气压力（海拔高度）、沿海大气（盐雾腐蚀）、砂尘污染、化学气体和电磁干扰等要素。考虑系统在各地各行业及自然环境的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，系统关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型的继电器产品。因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和稳定的切换负载能力。
1）温度对继电器的影响
继电器是怕热元件，高温可加速继电器内部塑料及绝缘材料的老化、触点氧化腐蚀、熄弧困难、电参数变坏，使可靠性降低。所以，要求使用中的继电器不要靠近发热元件，并有良好的通风散热条件。
2）腐蚀气体对继电器的影响
在腐蚀性气体的场所，强碱强酸的气体对继电器的影响非常大，特别对触点和弹簧的腐蚀很严重，这样造成触点接触不好。有的继电器采用的事低电能，如12V,24V.如OMRON MY24DVDC。触点一旦腐蚀，闭合时就会造成接触不良。所以在使用继电器时应该远离现场，如不能做到，出现故障时应首选检查。
3）机械应力对继电器的影响
主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主要考虑的是抗地震应力作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。电磁继电器的簧片均为悬梁结构，固有频率低，振动和冲击可引起谐振，导致继电器触点压力下降，容易产生瞬间断开或触点出现抖动，严重时可造成结构损坏，可动的衔铁部分可产生误动作，影响继电器的可靠性。
根据上述环境条件对继电器的影响，在选择继电器时，首先要使继电器满足各项环境条件的要求。
4） 非密封继电器与密封继电器的优缺点
非密封继电器的优点是多采用拍合式衔铁，结构简单、制造工艺简便、安装维修方便、工作状态直观、便于失效分析、价格便宜。主要缺点是工作可靠性对使用环境（气候应力、机械应力）变化的敏感性强；长期耐受气候条件性能随时间增长而易受环境条件污染、损伤；电接触稳定性、可靠性差；线圈易受潮气、杂质污染产生电腐蚀、霉变等而失效。
密封继电器优点是多采用平衡旋转式衔铁，全密封结构隔离外部气候应力作用，抗恶劣环境性能优良；触点电接触性能稳定可靠，线圈抗腐蚀、霉变，长期可靠性能优良。缺点是结构复杂，制造工艺特殊，失效分析困难，本身无法维修重复使用，成本、价格高。

因此，从长期耐气候应力性能、抗恶劣环境性能与电接触稳定可靠性考虑，密封继电器明显优于非密封继电器。对于重要场合的生产过程自动化控制系统，要求长期稳定可靠工作的特殊性，理应以选用密封继电器产品为主。

第二章 激励线圈输入参量
主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压（220V） 输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰等要素，这些都是确保系统可靠运行必须认真考虑的因素。按继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。
继电器的技术条件一般对线圈的电压都给出工作电压、吸合电压、释放电压。要保证继电器的正常工作，在电路连接时，一定要保证在任何情况下都要使给定的三个电压满足技术条件规定的数值。否则，继电器无法正常转换。
1）关于串联供电激励方式
采用串联分压供电方式给继电器线圈施加激励量，驱动继电器动作。这种激励方式一般是不可取的。因继电器的吸合时间主要取决于回路的时间常数T，且T = L/R。当串联电阻R1给继电器线圈供电时，R=R1+ R2，则有L/R2>L/（R1+R2）；显然，串联R1后使T减小，继电器的吸合时间加速。特别是当R1≥R2，电压很高时，吸合时间将大大减少。运动部件的过快动作，将加大运动部件接合时的冲击、碰撞、反弹，从而增大触点回跳，加速机械磨损，降低触点的负载能力与机械寿命。因此，串联供电激励方式改变了继电器原设计所规定的正常工作状态，一般是不可取的。当触点回跳、机械磨损对实际使用不构成利害关系，且特别需要加快动作速度时，才可以采用提高激励电压或串联电阻供电激励方式。
2）继电器线圈串联的使用
采用多个继电器线圈串联后，再用DC 220V电源去激励，这种激励方式必须谨慎采用。
对相同类型、相同规格继电器产品而言，由于各线圈的阻抗（含直流电阻与瞬时感抗）大体相同，差值较小，故采用串联分压激励方式使用问题不大。实践证明也是可行的。
对不同类型或不同规格的继电器产品言之，由于不同继电器线圈的阻抗不一致，且差值随瞬时感抗的不同而相差很大，故串联激励瞬间，各继电器线圈上所分得的激励电压（由瞬时分压比决定）差值必然很大，势必出现有的继电器处于过压激励状态，有的则处于欠压激励状态，各继电器触点的开关时序与速度将会发生本质性变化，必然会出现动作先、后，快、慢颠倒，开关不可靠等情况。因此，不同类型、不同规格的继电器线圈不宜采用串联分压激励方式。
3)关于继电器线圈并联使用
在复杂的控制回路中，将2只（或多只）不同类型的继电器（如接触器K1、小型灵敏继电器K2）线圈并联使用的情况时有发生，在这种情况下，有可能产生K1延迟释放、触点断弧能力下降，K2被反向重复激励、触点误动作等实际问题。在直流控制回路中，K1，K2线圈所贮存的磁能可能相差很大。当线圈电源失电后，K1（磁能大）的贮能将通过K2（磁能小）的线圈泄放，产生反向电流。从而导致K1释放时间延长，触点断弧速度迟缓，触点间燃弧时间延长；K2的释放时间短，随后被反向泄放电流所激励，甚至释放后瞬间重复吸合，产生误动作故障。在实际应用时应注意避免上述因疏于研究而导致的不可靠现象。

第三章 触点输出参量
主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载 、接触器线圈、扼流圈负载，阻性负载等；触点负载量值，如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。
根据继电器驱动设备的负载性质、负载容量选用合适的继电器， 是继电器可靠工作的基本条件，继电器的失效或可靠不可靠，主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载容量大于所选用继电器规定的切换负载容量，继电器是不可能可靠工作的。
1）关于触点的负载
继电器触点故障是继电器失效的核心所在，在实际选用继电器产品时，一定不能错误地认为：继电器的触点开关适用于从零到规定额定值的所有负载，更不能认为通过触点的实际负载比产品标准所规定的额定负载越小越可靠。 更不可用它去换接低电平或干电路负载。因此，对中等电流、低电平，干电路负载建议选用接触可靠性优良的金属罩全密封产品。正确设计触点负荷应力是保证继电器可靠性的关键。
继电器与其它元器件有不同之处，并不是触点所加的负荷应力越小越可靠，这主要是由触点失效机理决定的。当触点电流使用到100毫安时，触点的电弧作用明显减弱，触点在高温条件下析出的含碳物质不能被电弧烧掉而沉积在触点表面，使触点接触电阻增大，影响接触可靠性。
继电器的负荷应力虽然不能过小，触点的最大额定值，是在任何情况下都不应该超过的参数。如果在使用中超过，轻者可造成寿命缩短。这主要是继电器触点在大负荷下工作时所产生的飞弧导致触点被烧坏，造成触点表面不平，被烧毁的可能性就大。从以上分析可知，适当的降额仍是提高继电器可靠性的有效措施。
2）关于电容负载
继电器接点作为切换容性负载回路的自保接点，易引起接点粘接而不能释放，其原因是由于电容器的充放电过程，类似于电容储能点焊过程。电容器的放电电流为：
i=(U/R)eT
式中：
U - 为电容器两端电压；
R - 为放电回路电阻；
T - 为时间常数；
3）关于继电器触点的并联使用
1不能用触点并联的方式提高功率；有时，用一组触点不能满足电路的功率要求时，有时采用两组或多组触点并联的方式来保证电路的功率要求。但是，由于继电器触点在动作时存在微小的时间差（一般两组触点动作时间相差0.1毫秒～0.2毫秒）。由此可知，先接通的一组触点将承受全部功率，处在超应力条件下进行切换，很容易被大电流形成的电弧烧毁而失效，所以，要求在使用继电器时，不能用触点并联的方式提高功率。
2 一般不采用触点并联的方式提高可靠性；在可靠性设计中，冗余设计可以提高可靠性。一般控制电路的作用是利用触点相互转换作用达到对电路的控制。如果采用触点并联的方式，接通的可靠性虽然提高了，但断开的可靠性却降低了，所以对一般用继电器控制的转换电路，采用并联方式提高可靠性是不可取的。
4）继电器触点的正确连接
1 应尽量多用动合触点、少用动断触点；在对继电器触点连接时，应尽量多采用动合触点的连接方式，少用动断触点，其原因是动合触点比动断触点在动作时的触点回跳次数少，触点抖动对电路产生不良影响，而且缩短了触点的寿命。
2 对转换触点极性的正确连接；转换触点极性的连接对触点寿命的影响极大，正确的连接应是可动触点接电源阴极，固定触点接电源阳极。其原因是通过对两种不同连接的测试表明，在相同负载条件下，按上述正确的极性连接与相反的极性连接，其触点的燃弧时间要减短 ，因而提高了触点寿命。

总结
总之在继电器的选型和应用时，要根据所使用的具体环境条件，成本及维修的便利综合考虑。所选的继电器必须达到技术要求。同时要认真的分析继电器的技术及在生产上的具体应用，选择合适，可靠实用的继电器为企业的生产作出贡献。

参考文献：
1.陆俭国主编.机床电器检验测试手册.机械工业出版社，1999年5月第1版
2.钱振宇主编.电磁兼容测试与对策技术，1999年3月

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