中間繼電器可靠性與應用中問題分析

摘要：闡述了中間繼電器的選型是切實提高控製係統運行可靠性的關鍵問題。結合控製係統的工作特性和工作環境及繼電器產品特性，論述了控製係統中中間繼電器的選型原則，並對中間繼電器應用中的問題作以 03manbetx 。

關鍵詞：中間繼電器；可靠性；問題 03manbetx



1 概述

隨著我國工業生產過程自動化水平的不斷提高，生產工藝對自動控製係統的工作可靠性提出了更高的要求。其工作的可靠性不僅直接影響生產效率和產品質量，而且直接關係到生產設備和操作人員的人身 安全。在自動化控製係統中采用大量的中間繼電器，其工作的可靠性對控製係統工作的可靠性是至關重要的。如何恰當選擇、合理使用中間繼電器，是控製係統可靠工作的基礎，也是控製係統 設計中的一個重要環節。切實提高小型中間繼電器固有可靠性，強化“小型中間繼電器” 設計、製造、篩選工作，根據控製係統可靠性要求的原則，力求盡可能模擬各類控製係統的實際運行情況，來開發和研製新一代中間繼電器產品，是中間繼電器製造廠商麵前的緊迫課題。

2 中間繼電器的選型

麵對紛繁複雜的現代繼電器產品，如何合理選擇、正確使用，是控製係統開發、 設計人員密切關注並且必須優選解決的實際問題。要做到合理選擇，正確使用，就必須充分研究 03manbetx 控製係統的實際使用條件與實際技術參數要求，按照“價值工程原則”，恰如其分地提出入選繼電器產品必須達到的技術性能要求。具體說來，大致可按下列要素逐條 03manbetx 研究，確認所要求的等級以及量值範圍。

2.1 氣候應力作用要素

主要指溫度、濕度、大氣壓力(海拔高度)、沿海大氣(鹽霧腐蝕)、砂塵汙染，化學氣氛和電磁幹擾等要素。考慮控製係統在全國各地各行業及自然環境的普遍適用性，兼顧必須長年累月可靠運行的特殊性，裝置關鍵部位必須選用具有高絕緣、強抗電性能的全密封型(金屬罩密封或塑封型，金屬罩密封產品優於塑封產品)中間繼電器產品。因為隻有全密封繼電器才具有優良的長期耐受惡劣環境性能、良好的電接觸穩定、可靠性和切換負載能力(不受外部氣候環境影響)。

2.2 機械應力作用要素

主要指振動、衝擊、碰撞等應力作用要素。對控製係統主要考慮到抗地震應力作用、抗機械應力作用能力，宜選用采用平衡銜鐵機構的小型中間繼電器。

2.3 激勵線圈輸入參量要素

主要是指過激勵、欠激勵、低壓激勵與高壓輸出隔離、溫度變化影響、遠距離有線激勵、電磁幹擾激勵等參量要素，這些都是確保控製係統可靠運行必須認真考慮的因素。按中間繼電器所規定的激勵量激勵是確保它可靠、穩定工作的必要條件。

2.4 觸點輸出(換接電路)參量要素

主要是指觸點負載性質，如燈負載、容性負載、電機負載，電感器、螺線、接觸器(繼電器)線圈、扼流圈負載，阻性負載等；觸點負載量值(開路電壓量值、閉路電流量值)，如低電平負載、幹電路負載、小電流負載、大電流負載等。

根據被繼電器驅動設備的負載性質、負載容量選用合適的繼電器，是繼電器可靠工作的基本條件。繼電器的失效或可靠不可靠，主要指觸點能否完成所規定的切換電路功能。如切換的實際負載容量大於所選用繼電器規定的切換負載容量，繼電器是不可能可靠工作的。

3 中間繼電器應用中問題分析

3.1 絕緣耐壓

非密封或密封繼電器的引出端外露絕緣子長期受塵埃、水氣汙染，導致其絕緣強度下降，在切換交流感性負載時的反峰電壓作用下，引起絕緣擊穿失效。針對繼電器絕緣固有特性，在選型時必須依據繼電器的以下技術特性：

3.1.1 足夠的爬電距離：一般要求≥3mm

3.1.2 足夠的絕緣強度：無電氣聯係的導體之間≥AC 2000V(工作AC 220V)，同組觸點之間≥AC1000V；

3.1.3 足夠的負載能力：DC 220V感性，5～40ms，≥50W；

3.1.4 長期耐受氣候應力的能力：線圈防黴斷、絕緣抗電水平長期穩定可靠。

3.2 密封繼電器與非密封繼電器

部分工程技術人員認為非密封產品動作狀態直觀、失效分析方便，而全密封產品動作過程看不見摸不透，兩者的優缺點如下：

非密封繼電器的優點是：多采用拍合式銜鐵，結構簡單、製造工藝簡便、安裝維修方便，工作狀態直觀、便於失效分析、價格便宜。主要缺點是：工作可靠性對使用環境(氣候應力、機械應力)變化的敏感性強；線圈易受潮氣、雜質汙染產生電腐蝕、黴變等而失效。

全密封繼電器優點是：多采用平衡旋轉式銜鐵，全密封結構隔離外部氣候應力作用，抗惡劣環境性能優良；觸點電接觸性能穩定可靠，線圈抗腐蝕、黴變，長期可靠性能優良。缺點是：結構複雜，製造工藝特殊，失效分析困難，本身無法維修重複使用，成本、價格高。

因此，從長期耐氣候應力性能、抗惡劣環境性能與電接觸穩定可靠性考慮，全密封繼電器明顯優於非密封繼電器。針對可靠性要求高的航天、航空、軍用係列，主要選用金屬罩全密封繼電器產品。鑒於生產過程自動化控製係統要求長期穩定可靠工作的特殊性，理應以選用全密封繼電器產品為主。

3.3 關於觸點的負載

繼電器觸點故障是繼電器失效的核心所在，當觸點實際切換的負載電壓小於起弧電壓，電流小於lA時，特別是中等電流(試驗 標準為DC 28V，0.1A)、低電平(10～30mV，10～50mA)或幹電路(指繼電器觸點先閉合，後接通毫伏微安級負載)條件下，觸點實際工作時的失效機理、失效方式與實際切換額定功率負載全然不同。正是為了滿足不同負載的不同要求，不同產品在 設計、製造工藝、檢測、試驗要求也各不相同。因此，在實際選用繼電器產品時，一定不能錯誤地認為：繼電器的觸點開關適用於從零到規定額定值的所有負載，更不能認為通過觸點的實際負載比產品 標準所規定的額定負載越小越可靠。例如：能可靠切換220V，10A負載的觸點，並不一定能可靠地切換10mA的實際負載，更不可用它去換接低電平或幹電路負載。因此，對中等電流，低電平，幹電路負載建議選用接觸可靠性優良的金屬罩全密封產品。

3.4 關於電容負載

繼電器接點作為切換容性負載回路的自保接點，易引起接點粘接而不能釋放，其原因是由於電容器的充電過程類似於電容儲能點焊過程。進一步分析試驗表明：給22μF電容器充足DC 220V電壓後，再激勵繼電器使其觸點直接短路放電，10次之內，純銀觸點即可產生焊接不放現象。

從理論上考慮，電容器的放電電流

i=-(UR)e-t/τ

式中 U—為電容器兩端電壓；

R—為放電回路電阻；

τ—為時間常數；

t—為放電時間。

由於R約等於觸點的接觸電阻，趨近於零。在開始放電瞬間i≈U/R→∞，也就是說：電容器所儲存的全部能量，在很短時間內全部通過觸點泄放，從而直接導致點焊焊接失效。

因此，長的傳輸線、消除電磁幹擾的濾波器、電源等都是強容性的。用於此類負載的繼電器應結合設備特性選用。

3.5 關於串聯供電激勵方式

不少用戶采用串聯分壓供電方式給繼電器線圈施加激勵量，驅動繼電器動作。這種激勵方式一般是不可取的。因繼電器的吸合時間主要取決於回路的時間常數τ，且τ=L/R。當串聯電阻R1給繼電器線圈供電時，R＝R1+R2，則有L/R2>L/(R1+R2)；顯然，串聯R1後使τ減小，繼電器的吸合時間加速。特別是當R1>>R2，電壓很高時，吸合時間將大大減少。運動部件的過快動作，將加大運動部件接合時的衝擊、碰撞、反彈，從而增大觸點回跳，加速機械磨損，降低觸點的負載能力與機械壽命。因此，串聯供電激勵方式改變了繼電器原設計所規定的正常工作狀態，一般是不可取的。當觸點回跳、機械磨損對實際使用不構成利害關係，且特別需要加快動作速度時，才可以采用提高激勵電壓或串聯電阻供電激勵方式。

3.6 繼電器線圈串聯，再用DC 220V電源去激勵，這種激勵方必須謹慎采用。

3.6.1 對相同類型、相同規格繼電器產品而言，由於各線圈的阻抗(含直流電阻與瞬時感抗)大體相同，差值較小，故采用串聯分壓激勵方式使用問題不大。實踐證明也是可行的。

3.6.2 對不同類型或不同規格的繼電器產品而言，由於不同繼電器線圈的阻抗不一致，且差值隨瞬時感抗的不同而相差很大，故串聯激勵瞬間，各繼電器線圈上所分得的激勵電壓(由瞬時分壓比決定)差值必然很大，勢必出現有的繼電器處於過壓激勵狀態，有的則處於欠壓激勵狀態，各繼電器觸點的開關時序與速度將會發生本質性變化，必然會出現動作先、後、快、慢顛倒，開關不可靠等情況。

因此，不同類型、不同規格的繼電器線圈不宜采用串聯分壓激勵方式。

3.7 關於繼電器線圈並聯使用

在複雜的控製回路中，將2隻(或多隻)不同類型的繼電器(如接觸器K1、小型靈敏繼電器K2)線圈並聯使用的情況時有發生，在這種情況下，有可能產生K1延遲釋放、觸點斷弧能力下降，K2被反向重複激勵、觸點誤動作等實際問題。

在直流控製回路中，K1，K2線圈所貯存的磁能可能相差很大。當線圈電源失電後，K1(磁能大)的貯能將通過K2(磁能小)的線圈泄放，產生反向電流，從而導致K1釋放時間延長，觸點斷弧速度遲緩，觸點間燃弧時間延長；K2的釋放時間短，然後被反向泄放電流所激勵，甚至釋放後瞬間重複吸合，產生誤動作故障。避免上述因疏於研究而導致的不可靠現象。
關鍵詞：中間繼電器可靠性