如何選繼電器

　　摘要：在通訊設備、自動裝置、家用電器、汽車電子裝置等凡是需要電路轉換功能的地方，都可以選用繼電器。由于應用領域很廣，不同用戶對繼電器的要求千差萬別。為滿足各種不同應用領域的使用要求，各繼電器生產廠家開發了許多不同型號、不同規格、不同使用性能的繼電器；隨著科學技術的發展，新結構、高性能、高可靠的繼電器不斷地涌現。面對品種規格繁多的繼電器產品，如何合理選擇、正確使用，將直接影響到整機的性能、可靠性。如何合理選用繼電器？首先要深入分析、研究整機的使用條件、技術要求，按照“價值工程”原理，合理地提出入選繼電器產品必須達到的技術性能。我們的技術人員、銷售人員應介入繼電器的選型，發揮我們的優勢，當好參謀，做好售前、售后服務。可以按下述要點，逐項開展分析、研究：外形及安裝方式、安裝尺寸；輸入參量；輸出參量；環境條件；安全要求；可靠性要求。下面按上述要求分別闡述。
　　
　　一、外形、安裝方式、安裝尺寸
　　
　　繼電器的外形、安裝方式、安裝尺寸品種很多，用戶必須按整機的具體要求，提出具體的安裝面積，允許繼電器的高度、安裝方式、安裝尺寸。這是選擇繼電器首先要考慮的問題。以下幾個問題，選用時應予以注意：
　　
　　（1）.對于PC板式引出腳；腳間距大都為2.54×n(n=1、2、3……，以下同)，如JZW5；也有2.5n，如JZG2-2/B；也有不符合標準間距的繼電器，如MR72。引出腳的長度一般為3.5。
　　
　　（2）.引出腳的可焊性、繼電器的抗焊接熱、引出腳相對底座的不垂直度等應有嚴格的要求。
　　
　　（3）.快連接式繼電器；快連接引出腳通常有250#（6.35×0.8）、187#（4.75×0.5）2種。這類引出腳要特別注意插拔力要求，250#引出腳：拔力矩＞10kg.cm;187#引出腳：拔力矩＞5kg.cm。
　　
　　二、輸入參量
　　
　　不同種類的輸入參量，是選擇繼電器型號的重要依據。常見的輸入參量的種類有：
　　
　　（1）．交流輸入參量。當輸入參量為交流電壓（電流）時，應選用交流繼電器。選用這一類型的繼電器，應注意以下幾個問題：交流頻率----交流繼電器輸入電壓（電流）的頻率一般為50HZ，或60HZ。由于二者線圈的感抗不同，吸動電壓有明顯差異。合同中應予注明。環境溫度----交流繼電器由于存在渦流損耗、磁滯損耗，繼電器的溫升較高，一般為70℃到80℃。工作環境溫度不宜過高，為40℃到65℃，確定環境溫度的計算公式：t1≤t2-t3-150C；注：t1：繼電器zui高環境溫度，0C；t2：漆包線、絕緣材料zui高允許長期工作溫度0C（B級為1300C；F級為1550C）t3：繼電器平均溫升，0C。
　　
　　（2）．直流輸入參量。這類繼電器應用很廣，分幾種情況加以討論。選擇直流繼電器，突出問題是靈敏度L（線圈額定功耗）問題，L與輸出功率大小、外形尺寸、環境條件（環境溫度，振動、沖擊……）有關，確定繼電器靈敏度應十分謹慎，不可片面強調靈敏度，而犧牲其他性能。當對靈敏度要求不高時，可采用一般靈敏度的直流繼電器；當靈敏度要求較高，輸出功率為強電，環境條件苛刻，可用固態繼電器、中等靈敏度的繼電器；當要求高靈敏度（如0.2W以下），可采用混合繼電器、極化繼電器。但混合繼電器的價格較高，體積較大；極化繼電器環境適應性較差，負載能力不高。當輸入電壓持續時間較長，如幾個小時、幾天、幾個月、建議采用磁保持繼電器。有幾個好處：節省輸入電能；降低繼電器溫升；提高環境適應性。但要求輸入量為脈沖，有極性要求，輸入線路復雜化。如磁卡電表用繼電器、衛星電源控制用繼電器，繼電器觸點在一種導通狀態下可連續工作幾十小時，幾個月，采用磁保持很合算。在電能消耗嚴加控制的場合下，經常采用磁保持繼電器。當輸入參量頻率達10Hz及以上，要求繼電器快速動作時，應選用舌簧繼電器、極化繼電器或固態繼電器。舌簧繼電器動作頻率可達50次/秒，價格低廉，但觸點負載能力低，一般只能達50mA、28VDC；極化繼電器、固態繼電器、切換速度可達100次/秒，工作可靠，但價格高，體積較大；
　　
　　（3）．溫度變化影響：繼電器線圈電阻隨溫度的變化而變化，對繼電器吸動、釋放電壓的影響是明顯的。溫度上升到極限高溫時，釋放電壓趨于zui大值，吸動電壓相應升高；溫度降到極限低溫時，釋放電壓趨于zui小值，吸動電壓會有所降低。極限高溫下的不吸動或吸合不可靠；極低溫度下不釋放或釋放遲緩，將導致繼電器的失效。對電流型繼電器，因吸動安匝，釋放安匝不受線圈電阻變化的影響，故不隨繼電器溫度的變化而變化。必須指出，有些用戶選用電流型繼電器，而不是用恒流源作為繼電器的激勵源，實際上用的是電壓源。在這種情況，必須考慮溫度對線圈電阻的影響。
　　
　　（4）．固體器件開關激勵：a.固體器件開關的負載能力必須與被激勵繼電器的線圈相適應，且留有充分的裕量（一般為2倍）。b.固體器件開關接通時，激勵回路電壓分配必須確保繼電器線圈上的實際激勵電壓值符合額定工作電壓要求。c.固體器件開關關斷時，激勵回路的漏電流必須小于繼電器的zui小釋放電流。d.固體器件開關反向耐壓必須與50～80V峰值電壓相適應，且具有必要的余量。由于繼電器線圈斷電瞬間，會產生很高的浪涌電壓，有時可達1500V，為將電壓峰值限制在50～80V之內，必須采用適當的抑制措施。低壓激勵與高壓輸出隔離：現代工業自動控制系統中，往往以低壓回路的固體器件開關控制小型中間繼電器的輸入，再用該繼電器的觸點轉換220VAC或380VAC感性負載回路（如電磁鐵、接觸器線圈……），實現自動控制和保護功能。中間繼電器實際上承擔了低壓、高壓隔離并轉換感性負載功能。選用此類中間繼電器，必須具備良好的絕緣抗電水平和長期耐受高、低溫、潮濕、砂塵及有害氣體作用的能力。一般說來，抗惡劣環境能力，可由密封措施與必要的防護手段加以保證；絕緣抗電水平可由絕緣間隙、配電距離嚴格的控制、認定得以保證。
　　
　　（5）．互相干擾、誤動作：在印刷電路板上高密度組裝多種繼電器，特別是含有大型電磁鐵或接觸器產品時，有可能產生電磁互感，導致繼電器誤動作；也可能由于其活動部分的沖擊，振動而導致其他繼電器的誤動作。對于靈敏型、簡易通用繼電器產品的安裝，相關位置的安排，要特別留意。遠距離有線激勵方式：自動振鈴電路、門鈴型布線激勵方式等均屬于此類。由于激勵用的連接導線較長，應充分考慮連接導線的電壓降對實際激勵值的影響，確保加在繼電器線圈上的實際激勵值達到規定的額定電壓工作值的要求。
　　
　　三、輸出參量
　　
　　國內大多數繼電器負載能力，只標zui大純阻性負載，這給用戶在選擇繼電器負載時，產生二種誤解，導致選型失誤。誤解之一是：用戶實用的往往不是純阻負載，而是感性的、燈的、電機的或容性的負載，負載大小等同或接近于阻性負載；誤解之二是：負載可以從低電平到額定負載，均能適應。應該指出，能可靠轉換10A阻性負載的繼電器，不可轉換10A的感性負載，不一定能可靠轉換10mA的負載。因為不同性質負載條件下的電接觸失效機理是截然不同的。應該強調，觸點故障是繼電器失效的主要原因。正確理解觸點在不同負載類型、不同負載大小條件的電接觸特性、失效現象及失效機理，統一制造方與用戶的認識，對提高繼電器工作的可靠性，尤為重要。制造廠應改進觸點負載的標識、內容，對不同負載類型應分別標注。
　　
　　1．白熾燈----由于白熾燈鎢絲冷態電阻很小，接通瞬間的浪涌電流高達穩態電流15倍。如此大的浪涌電流會使觸點迅速燒蝕，甚至產出熔焊失效。一般可串入限流電阻來減少浪涌電流。
　　
　　2．電機負載----電動機靜止時輸入阻抗很小，啟動瞬間浪涌電流很大。電流注入后，電流和磁場相互作用產生轉矩。當電動機啟動后，產生內部電動勢，致使觸點電流趨于減小，關斷時，觸點間出現反電勢，常常會引起拉弧，造成觸點燒蝕。不過，電機是緩慢地停下來，電機內部貯存的電磁能，動能轉換成熱能消耗掉一部分，反電勢不會太高。
　　
　　3．感性負載----電感器、電磁鐵、接觸器線圈、軛流圈等都是感性負載。接通瞬間，電磁線圈有抑制電流上升的功能，不會出現浪涌電流；但關斷時，貯存在電磁線圈中的電磁能通過觸點間燃弧消耗掉，這將導致觸點燒蝕，金屬轉移、沾結。采用RC網絡、二極管，壓敏電阻等觸點保護裝置可減少觸點的燒蝕。
　　
　　4．容性負載----容性電路的充電電流可能非常大，開始時，電容器類似短路，其電流僅受線路電阻的限制。有時，用戶并未意識到其負載是容性的，實際上，長的傳輸線、消除磁干擾的濾波器、電源等都是強容性的。串聯限流電阻，可以減少接通瞬間的浪涌電流。
　　
　　5．直流負載----直流負載比交流負載難斷開，因為電壓不過零，觸點開斷瞬間，即產生電弧，且由于外加電壓持續保持，只有電弧被拉長，不能自持而熄滅。電弧熱能會使觸點嚴重燒損。直流負載繼電器觸點間隙應設計大些。滅弧措施也經常被采用。
　　
　　6．低電平----低電平一般指開路電壓為10～100mV；觸點轉換電流為微安級到10mA。由于吸附在觸點表面的有機物、化合物，難以在轉換負載時消除，導致觸點接觸電阻大而不穩定，觸點壓降遞增。有效的解決辦法是：選擇軟化電壓低的觸點材料；表面鍍1到3u的金。從工藝上保證觸點表面潔凈；控制繼電器內部有害氣體的含量。但繼電器成本將大幅度上升。
　　
　　四、環境條件
　　
　　環境溫度導致繼電器失效方式有如下幾個方面：
　　
　　高溫條件下，絕緣材料軟化、熔化；低溫條件下，材料龜裂。絕緣抗電性能下降，以致失效。高、低溫交替作用下，造成結構松動，活動部件位置發生變化，導致吸合、釋放失控，觸點接觸不良或不接觸。
　　
　　化學氣氛污染----環境氣氛中的有機蒸氣、氧氣、二氧化硫、鹽霧等，對繼電器觸點、金屬零件、線圈、絕緣零件有侵蝕性影響，導致觸點電接觸不良，以致失效；導致線圈引線銹蝕斷線、絕緣水平下降。
　　
　　機械振動----繼電器在強動力設備周圍、在運輸途中都會遇到一定頻率范圍、加速度值的振動；隨機振動可代表導彈、高推力噴氣機和火箭發動機產生的現場振動應力作用。
　　
　　沖擊----繼電器在運輸、搬運、使用中經常會受到機械沖擊的作用。
　　
　　加速度----考核繼電器在恒加速度應力作用下能否正常工作的能力。在常規地面電子設備上應用的繼電器，一般不考核恒加速度的影響。此處不詳述，大家知道有這回事就可。在航空，航天電子裝置中使用的繼電器，恒加速度的影響不能忽視。
　　
　　五、安全要求
　　
　　繼電器在設計、選用時，對安全要求，應予以充分重視，尤其是中、強功率繼電器。主要考核以下幾個重點：1．絕緣材料----要求具有阻燃性能；耐溫等級溫度上限≥zui高環境溫度+線圈溫升+15℃。2．觸點過負載能力----觸點應能100次成功（交流為200次）切換兩倍額定負載電流。3．絕緣抗電水平----繼電器各導電部分之間的絕絕電阻一般應：＞100MΩ；＞500MΩ；＞10000MΩ。繼電器各導電部分之間的絕緣應能承受使用中可能出現的zui高峰值電壓而不損壞，漏電流不得超過100uA(或1mA)；也不允許有飛弧，閃絡或擊穿而引起的損壞。尤其是線圈和觸點間的耐壓，爬電距離應特別注意。當用繼電器的觸點切換220v或380v感性負載時，線圈與觸點間的耐壓往往要求高于4000Vac。