继电器常见问题剖析

继电器常见问题剖析

林坚 李凤梅 罗增学

国营长虹机械厂

摘要：继电器是一种电子控制器件，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本文针对继电器线圈串联分压供电、线圈温升、线圈瞬态抑制等九种常见问题进行剖析，为继电器的使用提供思路。

关键词：继电器；控制；故障；失效；机理

1 引言

继电器是具有隔离功能的多种类自动开关元件，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。在实际使用过程中，继电器故障也是导致设备不能发挥完整功能的典型，本文将针对继电器常见问题进行剖析，规避常见的使用问题，确保设备功能完整。

2 继电器常见问题剖析

2.1 继电器线圈串联分压供电问题

图1 串联分压

采用图1所示的串联分压方式给继电器线圈供电存在以下问题：

1）如把E取为继电器的线圈

额定电压，经分压后，线圈J上的电压U低于额定电压值，这属于欠压激励状态，降低触点组切换负载的可靠性；

2）如把U取为继电器的线圈额定电压，给继电器线圈加电瞬间，线路总电阻R=R1+R0＞R0，时间常数τ=L/R减小(L为线圈电感)，吸合时间加快，增大触点回跳，加剧电弧的产生而加快触点磨损，降低了继电器的寿命。

2.2 继电器线圈的温升问题

继电器的线圈是用铜质漆包线绕制的，因此其电阻值随着温度的变化而变化。现在使用的电磁继电器绝大多数是电压继电器，由于线圈电阻随温度升高而增大，使其吸合电压随温度升高而增大，如线圈电压无足够的余量，将会严重影响继电器的可靠工作。

例如：继电器手册、样本中给出的线圈电阻为20℃的数值，在其它温度下的阻值，可用下面的公式计算求得：

Rt＝R20[1＋K(t－20)]

式中：Rt为某一温度下的电阻，R20为20时的电阻；

K为温度系数；

铜在20时，K＝0.00393/℃，t为任一温度值。

2.3 继电器线圈的瞬态抑制问题

继电器线圈属电感电路，关断时会产生几百伏瞬态反电动势，给系统电路带来严重干扰，因此须在线圈两端加“瞬态抑制电路”。

从减小抑制电路对继电器寿命负面影响角度出发，推荐使用以下两种抑制电路，图2（稳压管—二极管），图3（稳压管-稳压）。器件功率选择可按ms级瞬态负载过载选用，二极管反向击穿电压值一般应大于600V。

图2 稳压管—二极管

图3 稳压管-稳压

2.4 继电器线圈并联连接问题

多只继电器线圈并联控制使用时，图4是不正确的连接方法，图5是正确的连接方法。

图4 不正确连接

图5 正确连接

由于不同的继电器线圈中贮存的磁场能量不同，按图3连接，当开关K断开时，贮存磁场能量大的线圈贮能将向贮存能量小的线圈泄放反向电流，导致贮存能量大的继电器延时释放，燃弧加剧，电蚀触点，甚至导致储能小的继电器误动作。

2.5 继电器的电磁干扰问题

电磁继电器的感应机构是由电磁铁构成的，存在着漏磁场和磁分路问题，使用中应注意：

1）磁性敏感元件（如磁性姿态控制传感器）安装位置应运离电磁继电器；

2）不能将电磁继电器安装在铁磁物质制成的安装板或仪器盒上，防止继电器漏磁加剧，继电器动作可靠性下降；

3）相邻同类继电器的安装排列间距，沿磁轴线方向相邻继电器彼此的最小间距为2.54mm，层间间距最小为3.18mm。另外，大功率继电器和小型灵敏继电器混装时更要注意，它们之间尽可能要保持较大的距离。

2.6 振动谐振放大问题

不恰当的安装可能会导致数倍至数十倍的放大，造成继电器误动作、不动作、机械损坏的故障，安装时应注意以下问题：

1）保证安装结构件强度。继电器最好是安装在靠近安装螺钉或其它固定的部位。

2）对于振动量级要求较高的场合，可采用加强筋以提高安装板的整体刚度。

3）要避开继电器振动敏感方向，敏感方向通常指的是衔铁或触点运动方向。每一型号继电器的振动敏感方向，卧向、竖向的定义如图6所示，侧向为与该两方向的垂直向。

图6

由电接触理论，继电器接触电阻由触点间收缩电阻与膜电阻组成，正常值为几mΩ～几十mΩ。

图7

每一种继电器都有一个污染电流区间，在这区间触点切换功率既能产生热和电场效应吸附有机气氛，使有机膜增厚、活化，又不能使有机膜完全分解，使触点的接触电阻随动作次数增加而增大、如图7①、②属于污染电流区间，电磁继电器大多采用银基材料做触点，起弧电压12V，起弧电流400mA。使用应尽可能避免应用于切换继电器的污染电流区域，利用电弧清洗触点表面，保证接触可靠性。

2.7 继电器接触电阻问题

2.7.1 通过触点串并联提供接通可靠性问题

为了提高继电器触点接通和断开线路的可靠性，在进行继电器触点逻辑电路设计时，往往采用冗余技术，将触点串、并联，典型联接方式见图8。

图8 典型联接方式

注意事项：

1）不能将两个触点并联切换一个大于单个触点额定电流的电路；

2）不能将两个触点串联切换一个高于单个触点额定电压的电路；

3）同一继电器的触点串并联可以切换较高电压或功率的瞬时过载。

2.7.2 竞争电路导致触点失效问题

航天继电器体积小、重量轻，动作速度快，触点联接应避免“竞争电路”（即触点转换时间与触点燃弧时间的竞争）。以下为几种不正确的联接方式如图9所示。

图9

2.8 容性负载特性及保护问题

继电器触点在闭合容性负载的瞬间，由于电容器的阻抗为零，起短路作用，此时其充电电流仅受线路电阻限制，数值可能非常大，当电容容量较大，充放电的时间较长时，大电流与触点回跳时间交汇，形成多次电弧烧蚀，或触点断开时较长时间大电流放电拉弧，极易导致继电器触点的烧坏形成粘连。严酷程度与峰值电流、时间常数等有关。可以通过选较大切换功能的继电器或串联一个限流电阻等措施来降低容性负载影响，开断大分布电容可采用图10保护电路。

图10 保护电路图

2.9 感性负载特性、降额及保护问题

在继电器断开感性负载时，电感会感生较高的瞬态电压施加在触点上，贮存在这些电感中的能量将通过触点燃弧释放，因而引起较强电弧并使触点烧蚀。严酷程度与触点的额定工作电流、断开速度及感性负栽的L/R比（时间常数）有关。建议切换电流值降到额定阻性负载的25%－30%。推荐的典型保护电路如图11所示。

（1）RC网络抑制电路 （2）二极管与稳压二极管抑制电路 （3）二极管与电阻抑制电路

图11 典型保护电路

路的工作电流在170mA和270mA之间变化，扼流圈周围的磁场也

图12

3 结束语

继电器广泛应用于航天航空领域，以上对继电器的一些常见使用问题进行分析、研究，并对使用不当的情况进行举例说明，对继电器的使用具有一定的指导意义。