继电器基础知识:使用篇

额定值

继电器的额定值包括线圈部规格额定值和接点部的负载额定值。

1. 线圈部规格

如果线圈部的规格选择错误,不但无法获得原本的性能效果,而且还可能因施加过电压等而导致线圈损坏。此外,对于交流动作型线圈规格,请在确认各继电器的适用电源(额定电压、额定频率)后再正确选择。
根据继电器的不同,存在不能使用的额定电压、额定频率。如果选择错误,则会导致异常发热或误动作。交流操作型线圈规格详情请查看下表。

AC100V范例

额定值名称* 适用电源(额定电压/额定频率) 商品标记上的标示 新利官方网站-新利(中国)目录中的标示
1额定值 AC 100V 60Hz 100VAC 60Hz AC 100V 60Hz
2额定值 AC 100V 50Hz、AC 100V 60Hz 100VAC AC 100V
3额定值 AC 100V 50Hz、AC 100V 60Hz
AC 110V 60Hz
100/110VAC 60Hz、100VAC 50Hz
或 100/(110)VAC
AC 100 / (110) V
4额定值 AC 100V 50Hz、AC 100V 60Hz
AC 110V 50Hz、AC 110V 60Hz
100 / 110VAC AC 100 / 110V
 

*Note: 此名称并非JIS等所定名称。

2. 触点部规格

继电器大致可分为有触点继电器(机械式继电器)和无触点继电器(MOS FET继电器、固态继电器)共两大类。

触点部规格

接点额定值一般以阻性负载为基准进行显示。请根据负载及所需耐久性选择适用机型。

冲击电流

冲击电流是指为使负载执行动作的电路接通电源的瞬间流入的、远远大于稳定电流的电流。类似于马达的电动机负载、类似于白炽灯的灯负载均会产生冲击电流。

1. 冲击电流

阻性负载

阻性负载

电流在电源刚开启后保持稳定状态。

灯负载

灯负载

在电源刚开启后会流入稳定电流约10倍的冲击电流,然后保持稳定。

2. 冲击电流和额定值

TV额定值(UL/CSA)是评估UL及CSA标准中的耐冲击电流性能的代表性额定值之一,表示该继电器可执行包括冲击电流在内的负载开关的程度。
例如,电视机电源用继电器必须是获取了TV额定值的继电器。开关试验(耐久性测试)使用钨丝灯作为负载,要求能承受共计25,000次的开关。

TV额定值 冲击电流 稳定电流 代表机型范例
TV-3 51 A 3 A G2R-1A
G2RL-1A-E-ASI
TV-5 78 A 5 A G5RL-1A(-E)-LN
TV-8 117 A 8 A G4W-1112P-US-TV8
G5RL-U1A-E
G5RL-K1A-E
G5RL-1A-E-TV8
TV-10 141 A 10 A G7L
TV-15 191 A 15 A G4A

直流电路

电弧是指继电器断开电路时在接点之间产生的火花。电压/电流越大越容易产生,切换接点的速度越慢持续时间越长。持续时间越长,接点损耗越大。

直流电路的开关动作

直流电路的开关动作

在电流流向会发生变动的交流电路上,每当电压变为0V时电弧即会消失。而另一方面,直流电路上的电流流向为固定状态,电弧的持续时间将会延长且接点发生消耗,从而导致耐久性下降。同时,还会出现接点移位现象,接点上生成凹凸导致无法分离,从而造成误动作。

将接点以串联方式连接后,将会等值增大接点间隔,可有效阻断电弧。

微小负载

开关微小负载时,接点的接触电阻可能会成为问题。
即使偶尔产生较高接触电阻值,也会通过下一个动作得到恢复。此外,接触电阻值还可能因接点保护膜的生成等而上升。
对于接触电阻值,是否将该值视为故障可通过所用电路上是否发生问题进行判断。
因此,继电器接触电阻的故障基准只会规定初始值,最小适用负载作为一个参考值并根据P水准(参考值)等标示故障率。

* 故障率

故障率

在单独规定的试验种类及负载中,连续开关继电器时的单位时间(动作次数)内发生故障的比例。
此数值根据开关频率、环境、预期可靠性水准而发生变化。实际使用时,请务必在实际使用条件下通过实体机进行确认。
本新利官方网站-新利(中国)目录中将该故障率作为P水准(参考值)进行记述。这表示可靠水准60%(λ60)时的故障水准水平。(JIS C5003)

微小负载水平下的使用

在微小负载水平下使用时,请基于负载种类、接点材质、接触方式的考量选择适用机型。在微小负载水平下使用时,可靠性根据接点材质、接触方式而异。例如,单接点与双接点相比,双接点在单纯的并联冗余方面期待性更高,所以可靠性较高。

微小负载水平下的使用

耐久性

耐久性(寿命)是指在使用继电器的过程中,动作特性或性能从规定值到偏离保证值期间可执行开关动作的次数。耐久性分为机械耐久性(寿命)和电力耐久性(寿命)共2种。

机械耐久性(寿命)
指接点在无负载状态下以规定开关频率执行开关动作时的耐久性。
电力耐久性(寿命)
指在接点上施加额定负载后,以规定开关频率执行开关动作时的耐久性。

关于开关容量

请确认各继电器的开关容量最大值及曲线图,根据用途选择继电器。请灵活利用开关容量最大值及耐久性曲线图作为选择参考。但是,求得的数值为参考值,故请务必通过实体机进行确认。开关容量最大值及耐久性曲线图的查看方法如下所示。

例如,接点电压(V1)已确定时,最大接点电流(I1)可以通过特性数据的交点求得。相反,如果(I1)已确定时,也可求得最大接点电压(V1)。然后,可以利用求得的(I1)和耐久性曲线数据计算动作次数。

例如,如下所示,接点电压=40V时,最大接点开关电流则=2V。……*1
此外,最大接点电流2A时的动作次数约为34万次。……*2

开关容量最大值

开关容量最大值

电流在电源刚开启后保持稳定状态。

耐久性曲线图

耐久性曲线图

在电源刚开启后会流入稳定电流约10倍的冲击电流,然后保持稳定。

耐久性会收到负载条件、动作条件、使用环境的影响,故请在实际使用条件下实施评估试验。

故障

如果是使用继电器的设备,则会发生各种继电器相关的故障。这时,必须基于FTA(Fault Tree Analysis)的思路查找故障原因。下表中列举了继电器相关故障模式,并对故障原因进行了推测。

从继电器外部看到的现象

故障 检查内容 推测原因
继电器不运行 1. 输入电压是否到达继电器
  • 断路器或熔断器断开
  • 布线错误、遗漏
  • 螺钉端子的固定不牢固
2. 所用继电器规格是否与输入电压匹配
  • 在AC100V电压线上使用了AC200V规格的继电器
3. 输入电压的电压是否下降
  • 供给电源容量不足
  • 长距离布线
4. 继电器是否损坏
  • 线圈断线
  • 掉落、冲击导致机械性损坏
5. 输出电路有无异常
  • 确认输出侧电源
  • 负载不良
  • 布线错误
  • 连接不良
6. 是否接触不良
  • 接点异常
  • 使用寿命导致接点消耗
  • 机械性损坏
继电器不复位 1. 施加电压是否完全断开
  • 保护电路(浪涌吸收器)的泄漏电流
  • 迂回电路导致施加电压
  • 有残留电压的半导体控制电路
2. 继电器异常
  • 接点熔敷
  • 绝缘老化
  • 机械性损坏
  • 感性电压(长距离布线)
继电器误动作
指示灯异常亮灯
1. 继电器输入端子上是否施加了异常电压
  • 感性电压(长距离布线)
  • 感性电压导致迂回电路(闭锁继电器的支架脱落)
2. 是否施加了过大振动、冲击
  • 恶劣的使用环境
烧毁 1. 线圈部是否烧毁
  • 线圈规格选择错误
  • 施加了超出额定值的电压
  • AC规格导致电磁铁的不完整动作(铁片吸附不充分)
2. 接点部是否烧毁
  • 超出接点额定值的电流
  • 超出允许范围的冲击电流
  • 短路电流
  • 与外部连接不良(与插座等接触不良导致异常发热)

从继电器内部看到的现象

故障 检查内容 原因推测
接点熔敷 1. 是否有过大电流流入
  • 灯负载等的冲击电流
  • 负载的短路电流
2. 接点部有无异常振动
  • 来自外部的振动、冲击
  • AC继电器的差拍
  • 电压下降所致不完整动作导致接点发生震颤(开动马达的瞬间,电压可能会下降)
3. 开关是否过于频繁 -
4. 继电器是否已达到使用寿命 -
接触不良 1. 接点表面是否附着异物
  • 附着硅或碳等异物
2. 接点表面是否被腐蚀
  • SO2、H2S导致接点硫化
3. 有无机械性接触不良
  • 端子偏离、接点偏离、接点脱落
4. 接点是否损耗
  • 继电器的使用寿命
异响 1. 施加电压是否不足
  • 继电器线圈规格错误
  • 施加电压的纹波
  • 输入电压缓慢上升
2. 继电器类型是否有误
  • 在AC线上使用了DC规格
3. 电磁铁的动作是否完整
  • 可动片与铁芯之间有异物混入
接点异常损耗 1. 继电器选择是否适用
  • 电压、电流、冲击电流的额定值选择错误
2. 是否对连接负载实施了浪涌吸收对策等
  • 马达负载、电磁线圈负载、灯负载等的冲击电流

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