继电器种类、参数及应用

继电器种类、参数及应用一、继电器1、什么是继电器？继电器是具有隔离功能，当输入量达到一定值时，输出量发生变化的自动控制元件。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）。2、继电器的分类（1）按继电器的作用原理或结构特征分类：电磁继电器：由控制电流通过线圈所产生的电磁吸力驱动磁路中的可动部分而实现触点开、闭或转换功能的继电器。组合继电器：由电子元件和电磁继电器组合而成的继电器。热继电器：温度达到规定要求时而动作的继电器。光电继电器：利用光电效应而动作的继电器。极化继电器：由极化磁场与控制电流通过控制线圈，所产生的磁场综合作用而动作的继电器。时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。（2）按继电器触点负载分类（按触点负载直流28V阻性）：微功率继电器：触点额定负载电流为小于0.2安培的继电器弱功率继电器：触点额定负载电流为0.2～1安培的继电器中功率继电器：触点额定负载电流为2安培、5安培的继电器大功率继电器：触点额定负载电流大于10安培的继电器（3）按继电器的外形尺寸分类：微型继电器：外形最长边尺寸不大于10毫米的继电器。超小型继电器：外形最长边尺寸不大于10毫米，但不大于25毫米的继电器。小型继电器：外形最长边尺寸大于25毫米，但不大于50毫米的继电器。注：汽车继电器按外形尺寸分类时标准一般大于以上尺寸。（4）按继电器的防护特征分类：密封继电器：采用焊接、封胶或其它方法，将触点和线圈等都密封在罩壳内，与周围介质相隔离的继电器。封闭式继电器：将触点和线圈等都封闭（非密封）在罩壳内加以防护的继电器。敞开式继电器：不用防护罩来保护触点和线圈等的继电器。（5）按触点形式分类：常开继电器：只有常开触点形式的继电器常闭继电器：只有常闭触点形式的继电器转换继电器：具有转换触点形式的继电器（具备常开、常闭功能）（6）按产品用途分类：通讯继电器：讯设备中使用的继电器，该类继电器触点负载范围从低电平到中等电流，可靠性、接触电阻等技术要求较高，环境使用条件要求不高。工业继电器：工业控制中使用的继电器，触点负载功率大、寿命长。家电用继电器：家电中使用的继电器，要求安全性能好。汽车继电器：汽车中用的继电器，触点切换负载功率大，抗冲击，震动性能好，寿命长。3、继电器的工作原理（1）电磁继电器工作原理当线圈引出脚两端加上电压或电流，线圈的激磁电流产生磁通，磁通通过导磁体（铁心、轭铁、衔铁）和工作气隙组成的磁路，并在工作气隙产生电磁吸力。当激磁电流上升达到某一值时，电磁吸力矩将克服动簧的反力矩使衔铁向下运动，带动动触点与常开静触点接通，实现外电路转换。（2）组合继电器工作原理通过电磁继电器与电子线路组合来实现要求的功能，控制信号经过控制电路驱动继电器线圈进行开关切换。4、电磁继电器的技术参数（1）机械物理参数常开触点压力：电磁铁在额定电压吸合状态下，实际作用在动触点中心处所有机械力。常闭触点压力：电磁铁在断开状态下，实际作用在动触点中心处所有机械力。触点间隙：在规定条件下，触点在最终断开位置时，动静触点的最短距离。触点超行程：触点闭合时，动静触点接触后，虚拟移去静触点后，动触点沿运动方向可能继续运动的距离。衔铁返回力：电磁铁在常开状态下，触点由常闭向常开转换，直至刚好接触到常开触点时，实际作用在动触点中心处所有机械力。（2）电气参数额定负载：指继电器进行电寿命试验时采用的负载电压、电流值。线圈功耗：在额定电压作用下，继电器线圈所消耗的功率。触点接触电阻：在规定的测量条件下测量得到一对闭合触点间的电阻值。吸合电压：继电器的所有触点从释放状态到达工作状态时所需线圈电压的最小值。通用继电器一般规定为75%～80%额定电压。释放电压：继电器的所有触点从吸合状态恢复至释放状态时所残留的线圈电压的最大值。通用继电器一般规定为5%～10%额定电压。绝缘电阻：各不相连导电部分间的绝缘部分在外加一定直流电压时所呈现的电阻值。一般情况下检测常开触点间、触点线圈间绝缘电阻。抗电强度：互不相连导电部分间的绝缘部分承受规定电压而无击穿和规定漏电流的能力。一般情况下检测常开触点间、触点线圈间介质耐。（3）时间参数吸合时间：处于释放状态（初始状态）的继电器，在规定的条件下，从施加输入激励量规定值的瞬间起到继电器切换的瞬间止的时间间隔（不含吸合回跳时间）。释放时间：处于动作状态（终止状态）的继电器，在规定的条件下，从断开输入激励量规定的瞬间起到继电器切换的瞬间止的时间间隔（不含释放回跳时间）。（4）环境适应性温度：包括工作温度、贮存温度、温度循环、温度冲击等。耐潮湿：包括常温高湿和高温高湿，一般要求高温高湿（耐湿热）。振动稳定性：经重复周期的正弦运动后，产品能维持正常工作的能力。冲击强度：经给定大小、波形和持续时间的连续单向力脉冲作用后，产品能维持正常工作的能力。继电器在经受产品标准规定的加速度和次数的冲击作用后，继电器应无零件松动和机械损坏，电气参数应符合要求。冲击稳定性：经给定太小，波形和持续时间的单向力脉冲作用下，产品维持正常工作能力。在特殊环境下，还有抗盐雾、抗霉菌、耐辐射、运输、贮存等项目。（5）寿命及失效率指标要求继电器在规定的试验环境条件和触点负载下，在规定的动作次数内，失误次数应不超过产品规定的要求。机械寿命：在规定的试验环境条件，触点不带负载下，继电器可以正常动作的次数。电寿命：在规定的试验环境条件和触点负载下，可以正常工作的动作次数。（6）安全使用要求阻燃材料：产品使用的绝缘材料应具有良好的阻燃性能及足够的耐温性能，一般要求满足UL94V0级阻燃，长期使用温度在120度以上。绝缘抗电水平：继电器的耐压分为触点间耐压、触点线圈间耐压、触点组间耐压。继电器的各部分间的绝缘电阻一般是100MΩ。安全规格要求：为防止触电及火灾，继电器产品必须合有关国家的安全规定，如美国UL、加拿大CSA、德国TUV、中国CCC等。（7）电磁兼容要求电磁兼容（EMC）是电器装置或系统在电磁环境中工作时不干扰或不受干扰的能力。当线路上的干扰源造成继电器线圈电压发生突变时，可能造成继电器误动作；当继电器周围具有强磁场时，也可能造成继电器误动作，应避免与大变压器、喇叭等器件紧靠排列；继电器线圈在断电时会有反向电压，可并联续流二极管吸收反向电压；继电器触点开断时产生电弧，会发射出电磁波影响电子系统工作，必要时可在触点加灭弧电路，也可适当加大继电器与精密电子系统的距离；线路板设计时应注意强电弱电分离等。二、汽车继电器的选用汽车继电器主要分为插入式汽车继电器和组合式汽车继电器。在选择时应从输入参数、输出参数、时间参数、环境条件、安全规定等方面考虑。1、输入参量选择原则汽车继电器在选用时主要应考虑线圈额定电压、动作电压、释放电压、线圈功耗、最大连续电流、线圈电阻等输入参数。输入参量选择时需注意以下事项：1)汽车继电器的使用环境温度，一般分为发动机舱(最高极限温度为125℃)和驾驶舱(最高极限温度为85℃)，线圈电阻随环境温度的变化而变化，对继电器吸动、释放电压有一定的影响，不同继电器的影响程度不同。一般70℃下的吸合电压一般比20℃下的吸合电压高20%左右。2)通过电磁继电器与电子线路组合来实现要求功能的组合式继电器，控制电路存在压降，可能造成继电器线圈两端的电压太小，无法驱动继电器动作。3)在继电器动作后，一般要求线圈上应施加最低动作电压以上电压，推荐使用的保持电压应高于80%的额定电压，最好为额定电压。不推荐使用低保持电压或提供给继电器线圈的电压较低，因为这样会减弱产品抗振性及承载能力，容易导致继电器发生误动作。4)为满足低动作电压的要求，汽车继电器一般设计功耗较高，长期施加在线圈上的电压值，一般应小于120%额定电压。特别在高温下使用，会造成线圈温度过高，老化加速，严重时有可能发生线圈绝缘层损坏，匝间短路而使继电器失效。5)直流继电器释放电压一般为5%～10%额定电压，交流继电器释放电压一般为10%～30%额定电压。当线路上剩余电压过大，会造成继电器不释放。6)采用开关控制继电器线圈通断时，应考虑开关触点回跳影响。7)电压规格的选用应尽量采用通用规格，直流为12VDC、24VDC、交流为110VAC、220VAC。8)当继电器线圈通电一段时间后，线圈发热。这时进行继电器触点切换动作，其吸合电压高于冷态吸合电压，可能造成继电器不动作。9)继电器线圈断电时会产生反电势，反电势对电子线路有破坏作用，可选择带电阻或续流二极管的继电器，但应考虑电源极性。2、输出参量选择原则汽车继电器在选用时主要应考虑触点组数、触点形式、触点负载、触点材料、电寿命、机械寿命等输出参数。2.1常用触点组合形式继电器常用组合形式有常开型触点、常闭型触点、转换型触点、常开双输出型触点。2.2负载类型汽车系统采用的是直流电源，当继电器触点开断瞬间，即产生电弧，电弧热能会使触点严重烧损。此外直流负载的电流总是朝一个方向流动，会引起触点材料定向转移。国内外长期实践证明，继电器约70%的故障发生在触点上。大多数汽车继电器负载能力，只标称阻性负载，但汽车继电器实际使用中往往不是阻性负载，还有感性负载、灯负载、电机或容性负载，因此存在较高的冲击电流，应根据冲击电流的大小选择使用，以冲击电流不超过标称阻性负载为原则，触点负载大小应尽量降额使用。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及电机负载）确定参数十分重要。一般情况，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。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是有差别的。下面分别就不同负载类型进行说明：1)灯负载：由于灯丝冷态电阻很小，接通瞬间的浪通电流高达稳态电流15倍。如此大的浪涌电流会使触点迅速烧蚀，甚至产生熔焊失效。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。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。3)感性负载：电感器、轭流圈接通瞬间，电磁线圈有抑制电流上升的功能，不会出现浪涌电流；电磁铁、接触器线圈接通瞬间会出现浪涌电流；这四种负载关断时，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、粘接。采用RC网络、二级管、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。容性负载电流曲线近似于灯负载。常用负载浪涌电流大小见下表：负载类型浪涌电流浪涌时间（ms）备注阻性稳态电流灯5～10倍稳态电流＜300电机5～10倍稳态电流＜300可用5～6倍的阻性负载来代替试验感性3～10倍稳态电流20～40电磁铁线圈容性20～40倍稳态电流10～40长输送线、滤波器、电源类应看作容性负载选择时应注意以下事项：1)最大开断电压、最大开断电流、最大开断功率均不应大于规定值。2)汽车继电器负载电压通常为12VDC，直流负载电压超过30VDC时，允许开断的电流随负载电压升高急剧下降，选用时，应进行负载试验。3)触点负载应大于最小允许负载。4)负载开断频率应低于规定值，若无规定可按低于10次/分钟考虑。5)使用多组触点继电器时，应保持负载在电源的同一相，避免继电器故障时，产生短路现象。6)在利用继电器控制的线路中，应充分考虑继电器的各种触点短路、开