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一般继电器的使用方法

■继电器的工作和原理

无极继电器

无极继电器的磁路多种多样, 这里仅介绍一般的铰链式继电器。
切换开关的力量虽然可以从电磁铁获得, 但是电磁铁中还会产生以下力量:

无极继电器的电磁铁构造也有很多, 下图显示其中具有代表性的示例。



有极继电器

有极继电器由于使用永久磁铁, 通过永久磁铁和线圈的相互作用, 提高吸引力。


包含永久磁铁的磁路通过线圈中的磁铁和永久磁铁中的磁束的相互作用获得吸引力。


各个符号的含义:
   Pc : 线圈的磁导率
   Pcm : 线圈和永久磁铁的相互磁导率
   Pm : 永久磁铁内部的磁导率
   φ0 : 永久磁铁产生的磁束
   P0 : 总磁导率

有极继电器的吸引力的形状如下图所示:

由于有极继电器基本上转化为适用于双稳继电器的吸引力曲线,
如果要采用单稳继电器, 可以改变吸引力曲线的形状, 或者在负载曲线上增加偏磁。

有极继电器中带有下图所示的构造。


■关于品质和可靠性

●品质和可靠性的基础知识

(1)关于品质和可靠性
· 品质和可靠性为您带来满足感
我们在日常生活中要使用各种各样的产品(包括服务和信息等无形产品以及像继电器、电气产品这样的有形产品),
使我们的生活更加丰富多彩。
如果发生以下情况,

这时, 我们一定会很生气。

这时, 我们一定会感到很满足。
品质和可靠性如果拿满足感这个尺度来考虑, 就很容易理解了。
那么, 我们按照以下方法来考虑品质和可靠性:

品质....购买时的满足感    

 

 

可靠性....使用时的满足感    

 

 

还想再次使用时    

 

 

 

 

 

如果这样考虑,上述示例中

 

 

合适的价格.........品质

 

价格总是合适.........可靠性

需要时能够买到.........品质

 

需要时总能买到.........可靠性

颜色、外观、功能及其能力...品质

 

颜色、外观、功能及其能力持续固定可靠性

可以放心使用.........品质

 

在使用期内能够放心使用可靠性

如果这样分类, 品质和可靠性就非常相似, 但是我们想让您了解,
在可靠性里面包括时间性要素(总是、持续、使用期内)。
· 品质和可靠性的范围
请再来看一下前面所讲的示例。
例如, 您能够理解品质中包括继电器的颜色、形状、作用及其特性,
却难以理解价格、购买性被排除在品质之外。
那么, 我们还是再次回到开头。
人类在反复思考中生活。在此过程中产生了各种各样的欲望, 并以要求的形式表现出来。
企业负责把这些要求加以收集整理, 并还原为产品。
但是, 只有能够满足各种性质要求的产品才能称得上是高品质产品。
广而言之, 品质包括产品及与之相关的所有要求。
可靠性也同样。
如果这样考虑, 品质、可靠性包括下列全部内容。

·产品(包括有形产品和无形产品)品质、可靠性

·服务品质、可靠性

·企业品质、可靠性

颜色、形状

样本目录

企业理念

作用(功能)、能力(特性)

使用说明书

方针

安全性

规格书

组织、体制

价格

说明会

各种系统

交货期

技术服务


(2)品质和可靠性的概念
· 品质
在此, 我们进入稍为专业的部分吧!
品质是指:
「产品或服务为满足明确或者暗含要求而拥有的特征及特性的整体。
这些要求包括使用的便利性、安全性、可用性、可靠性、维护性、经济性及环境性层面」。
〈引用〉
被定义为。
品质保证的国际标准-ISO标准的翻译和解说
我们常说「〇〇公司的□□比△△公司的◇◇品质好」, 来进行相对排序,
采用「相对品质」这个词, 来区别于「品质」。
定量进行详细的技术性评价时, 称为「品质水平」及「品质尺度」。
这样, 就扩大了「品质」概念的范围, 在ISO标准中可靠性也包含在品质中。

· 可靠性
可靠性是指:
「在条款规定的条件下, 在规定时间内交货、实现要求功能的能力即为可靠性」
〈引用〉
被定义为。
品质保证的国际标准-ISO标准的翻译和解说
人或动植物的一生, 生活在各种各样的环境中, 我们有时会患病, 接受治疗,
通过健康检查、各种精密检查发现早期疾病, 通过预防接种来防止、减少疾病,
为维持健康进行体育锻炼、参加健身俱乐部等, 我们想方设法使生活变得更加健康舒适。
这些办法可以分为两类:
   (1) 想办法不易患病。
   (2) 患病之后尽快治愈。
如果把这个分类用于可靠性, 可以这样表述:
   (1) 是否容易患病(发生故障).......可靠性。
   (2) 患病(发生故障) 之后能否尽快治愈(修复)。
      发生疾病(故障) 之前能否进行预防...维护性
如果对这些内容进行定义, 可以如下表述:
1) 可靠度(Reliability)
   在规定条件下, 系统、产品在预计期间内无故障完成规定功能的概率。
2) 维护度(Maintainability)
   在规定条件下, 对可修理的系统、产品进行维护时, 在规定时间内完成维护的概率。
3) 可用性(Availability)
   可修理的系统、产品在某个特定瞬间维持功能的概率。
可靠性虽然可以包括在可靠度、维护度、可用性中, 但是, 不能修理的产品以可靠度为前提,
可修理的产品则重视可靠度、维护度和可用性。由于继电器不能进行修理和再次使用,
因此可靠度十分重要。

· 动作可靠度
装置实际使用时的可靠度称作动作可靠度Ro(Operational Reliability)。
按照下述方法考虑时, 将更加通俗易懂:
      RO≒RI · RU
在此, RI称为固有可靠度(InherentReliability) ,是生产厂家在标准环境下测定、保证的值;
RU称为使用可靠度(UseReliability) ,是在移交给最终用户的过程中及使用过程中, 由各种环境决定的值。
由于动作可靠度Ro近似于固有可靠度RI和使用可靠度RU的积, 因此需要提高各个可靠度。
为提高固有可靠度RI, 厂家应在设计中反映使用状态, 努力改善生产系统, 以进行合理设计, 并维持设计的可靠性。
另外一方面, 使用者为提高使用可靠度, 必须注意使用方法, 考虑负载的种类和环境等。

样本目录等中记载的最小适用负载(参考值) 用故障率公式λ60=0.1×10-6 (P水平) 来表示标准状态下的固有可靠性。
在此λ60表示故障率(λ)为可靠水平60%。

(3)品质和可靠性术语
· 可靠性尺度
可靠性中经常使用以下尺度。

可靠性尺度

JIS(Z8115)中的定义

使用产品示例

可靠度(R)

系统、设备、零件等在规定的条件下、在预计期间内完成规定功能的概率

航空、航天系统

故障率(λ)

运行到某个时间后的系统、设备或零件等,在连续的单位时间内发生故障的比例

电子零件机械零件

平均故障时间(MTBF)

边修理边使用的系统、设备、零件等,相邻故障间的动作时间的平均值

电子计算机车辆

发生故障前的平均时间(MTTF)

不进行修理的系统、设备、零件等,在发生故障前的动作时间的平均值

电子零件

耐用寿命有用寿命

故障率低于规定值的期间长短

家用电器机械器具

维护度

可以修理的系统、设备、零件等在规定的条件下实施维护时,在规定的时间内完成维护的概率

车辆生产设备

不可动作的平均时间(MTTR)
或平均停机时间(MDT)

不能运行的平均时间(MTTR与MD虽然意思相同,但有时事后维护的情况叫做MTTR,以示区别。)

电子交换器

工作率(可用性)

可修理的系统、设备、零件等在某个特定瞬间下维持功能的概率,计算时多用以下公式:
可用率=(可以运用的时间)/((可以运用的时间)+(不能运行的时间))

生产设备电子计算机


· 基本术语
可靠性中使用以下基本术语:
(1) 故障概率密度函数.........f(t)

(2) 累积故障分布函数.........F(t)

(3) 可靠度函数.........R(t)

(4) 瞬间故障率.........λ(t)

· 检查特性曲线
(OC曲线:Operating Characteristic Curve)
判定每批继电器的可靠度时, 必须理解以下内容。
进行全数检查时, 由于无需考虑故障率λ的大概范围, 因此在下图中成为折线ABCDE。
但是为观察可靠度, 如果进行全数试验, 那么在重要的实际装置上使用的继电器将全部消失。
因此, 实际上必须抽取几个来推测全体的可靠度。ACE曲线表示在这种情况下是否合格。
作为判定标准, 在消费者看来, 当故障率λ1的位置(C点) 为60%时即表示可靠水平为60%。
领域ABC的纵轴表示即使故障率小于λ1, 也可能出现不合格的情况, 称为「生产者危险」。
另外,领域CDE的纵轴表示即使故障率大于λ1,也可能出现合格的情况, 称为「消费者危险」。
由于无法进行全数检查, 因此可靠性评价中会出现上述情况,
因此必须在充分理解λ60的基础上把握可靠性。
很多可靠性试验的故障率非常低, 很多情况下会演变成为破坏性试验, 这是因为一方面由于试验需要较长的时间, 考虑到危险率α、β及成本的平衡,可靠水平多取60%。另外, 在继电器的样本目录中, 记载有参考值。
在重要系统中, 为保障使用零件的故障率, 我们必须改变抽取条件, 合格判定条件, 提高可靠水平。在继电器的出货方面, 初期可以进行检查,并且可进行试验(不会带来破坏或老化), 例如对动作电压、复位电压、 接触电阻、耐电压等试验项目进行全数检查后出厂。 这种情况下, 无论是否合格, α、β都接近于零。
关于抽样检查请参考JISZ9001 「抽样检查通则」等资料。关于 继电器的故障率试验请参考JISC5003。

· Bath-tub曲线
众所周知, 人的死亡率呈下图所示的形状。以鱼为代表, 其他动物也都呈现出这样的倾向。
在装置中, 就不能说死亡率了, 而是故障率, 即Bath-tub曲线所表示的形状。
如下图所示, 所有继电器的一生几乎都相同。将继电器的一生划分为三个期间来考虑,其意义就更加容易理解了。

上图中的①期间称为初期故障期间。
这个期间意味着, 随着动作次数的增加, 故障率变小, 让人感觉到好转。
但是, 原本会引发故障的产品在早期即被淘汰, 仅留下健全的产品。
产品在移交给用户前, 必须经历这样一个阶段。这个阶段也叫做「调试(debug)」。
厂家出厂时, 对动作、复位电压、接触电阻、耐电压、时间特性、线圈脉冲检查等基本特性进行全数检查,
使继电器的初期故障率接近为0。
上图中的②期间称为偶发故障期间。
这个阶段的特征是, 与动作次数无关, 故障率几乎没有任何变化。在这个期间内, 产品能有效地发挥功能。
虽然厂家和用户都希望把这个期间内的故障率降低为零, 但是在现实是不可能做到的,
只能努力使其「尽量接近零」。由于根据各种条件的不同,各个具体机型的故障率水平有所差异,
因此我们可以看到: 机型和使用条件的选择大大影响着实际装置的故障率。
上图中的③期间称为磨损故障期间。
这个期间的特征是, 故障率随着动作次数的增加而增大, 紧接着全部发生消耗和破坏。
对继电器这样带有机械性运动的部分的机构零件来说, 必然会有消耗、变形、疲劳等,
因此我们必须考虑继电器的「寿命」。
对于继电器来讲, 一般可以把故障和寿命分开考虑:
(1) 故障
通过监视器能够发现的功能变化的状态、偶发的误动作、间歇性的特性老化。
(2) 寿命
由于消耗、变形、疲劳等的累积, 而不能发挥功能的状态。
由于可确认实际运转、性能, 并进行预测, 因此可事先进行维护。
· 威布尔分布
上一页中的Bath-tub曲线可以用威布尔分布函数来表示。
威布尔分布, 由于瑞典的W.Weibull是首次适用于钢球寿命的分布, 因此而得名。
这个分布能够很好地说明: 破坏一个局部最薄弱的地方, 将会破坏整体功能。
从概念上可以看作是指数分布的扩张。即使从实用方面来看, 使用「威布尔概率坐标纸」可以简便地进行数据分析, 这一点可以说是一个较大的优点。在此,m<1的情况下,即为初期故障期间;m=1的情况下, 即为偶发故障期间;m>1的情况下,与磨损故障期间的分布相似。在此, 可以用以下的函数和图来表示威布尔分布。


如果把上图与Bath-tub曲线比较,可发现m <1相当于①, m=1相当于②, m>1相当于③。
威布尔概率坐标纸是根据这个威布尔分布函数制作而成的。使用威布尔概率坐标纸可以解析故障。
威布尔概率坐标纸在纵轴上取F(t),在横轴上取t。用此绘出试验结果, 进行解析。其中, 拿继电器来说,
从图中导出的直线斜率越大, 并且越靠近右边, 其特性越好。
这意味着两层含义: 一,继电器集中达到使用寿命;二, 继电器的使用寿命长。
这种特性是设计、生产继电器过程中所不断追求的。现实中, 故障相关要素较大,人们不断努力使继电器集中达到使用寿命。一方面, 从继电器的使用者的角度来说, 如果使用寿命明确, 就容易预测装置的维护时间和耐用寿命。
· 指数分布
偶发故障期间内的无故障动作次数按照指数进行分布。这种分布是伽马分布和威布尔分布的特例,是伽马分布和威布尔分布的特例, 是可靠性寿命分布的基础分布。伽马分布是发生数次(k次)随机振动后才发生故障时的模型, 因此, k=1即一次振动与故障直接联系时的伽马分布即等于指数分布。
另外,在威布尔分布中形状参数m等于1时即为指数分布,这点可从上一幅图中看出。
指数分布的各种函数如下:

· 正规分布
在磨损故障期间内, 故障在某个时期不是仅发生一次。因此可以 认为故障按照926页的分布发生。
正规分布的各种函数如下:

必须理解寿命取残存个数的百分之多少还是采用平均寿命取值。 必须注意的是, 继电器中一般考虑95%的残存个数, 但是根据生 产厂家和机型的不同, 有时也用平均寿命来表示。

●欧姆龙追求品质和可靠性

品质即满足要求的程度。
如果从这个理念考虑, 怎样生产产品和服务, 生产产品和服务的系统和管理方法等就显得尤为重要了。
在此介绍欧姆龙生产继电器时的一部分流程。

(1)开发步骤

开发继电器的步骤概要如下:


 

(2)欧姆龙品质和可靠性的相关介绍

过去, 多数日本企业宣传品质的重要性, 主要以生产现场为中心 贯彻管理、强化管理标准, 通过改善现场作业改善等来推进产品 生产。 这主要是以物质(产品) 为中心的思想, 但是近年来, 开始宣 传产品相关服务、企业理念和将其付诸实施的系统的重要性。通 过实施, 不仅能够得到理想的产品品质, 广义的概念也使人们的 思维产生了变化。 在欧姆龙的继电器生产方面, 重新构建了产品服务及其外围的全 部系统, 完成了ISO9001、ISO9002的认定注册(JQA、BSI)。
 

●继电器故障

(1)继电器故障

继电器的主要功能为: 「根据规定的输入条件开关或切换输出(接点)」。脱离该功能的状态即为故障。
根据继电器的构成要素大致可以把继电器的故障分为以下几类:

在这些故障中以下故障的发生比率较高:

(1)接触不良
(2)线圈断线
(3)交流操作继电器的差拍

但是从继电器的各个种类来看, 易发生以下故障:
· 信号用继电器
(1) 接触不良
在小功率电路上, 有时会发生接触电阻增加(数百毫欧) 的问 题。
由于附着在接点表面的有机物产生影响, 为事先去除构成继电器 的成型品中排出的燃气, 实施烤焙(在高真空条件下加热)。 还开发了大幅度降低燃气的成型品, 正逐渐应用到各产品中。
(2) 线圈断线
信号用继电器对小型、高灵敏度的要求较高, 为此线圈的芯线越 来越细。
一方面, 信号用继电器安装在印刷基板上, 虽然进行过清洗, 但 是有时超声波能量集中到线圈芯线, 会造成断线。
特别是使用清洗器(采用单一的数万Hz频率的信号发射器)或在 溶剂中使用水的情况下, 会产生强力驻波, 可能导致线圈芯线断 线, 因此必须事先进行确认。
·一般继电器、功率继电器
(1) 接触不良
主要用途为: 在发生电弧放电领域中开关负载。但是在这种条件 下存在硝酸反应造成的腐蚀问题, 因此多使用带机壳型或裸露 型。
这种继电器易受尘埃或燃气等环境的影响。
在控制盘上必须注意不要使线屑、再加工时的切割粉末、涂料等 侵入继电器内部。
(2) 差拍
交流操作继电器的电磁铁一般采用屏蔽线圈方式。这种方式的原 理是, 通过屏蔽部和非屏蔽部各磁极的磁束产生吸引力, 并交互 运行, 外观上形成平坦的吸引力。
形成外观上平坦的吸引力的范围比较狭窄, 如果磁极面上有异物 侵入, 或者反复动作引起磁极面消耗, 就容易受到影响。
在这种方式下, 不可能从技术上100%地解决这些问题。 设置在家庭、住宅街区等地方的设备、设备中内置的继电器, 可 能会发生差拍问题。在这种情况下, 必须采取措施, 例如更换成 直流操作, 或者组合全波整流二极管与直流操作继电器等。
(3) 熔敷
在交流操作继电器上, 一般操作电源和负载电源为同一个, 为此 而会引发故障。
大型灯光、各种设备的电源变压器、电机等接通电流时, 会流通 冲击电流, 该电流为额定电流的数倍甚至数十倍。为此, 施加到 继电器线圈的操作电压急剧下降, 发生偏离。由于偏离, 会造成 短时间内反复开关, 有时会造成熔敷。
列举完上述故障, 人们会犹豫是否要使用继电器, 但是, 在零 件、设备、装置方面, 没有不会发生故障的产品。
由于故障是相对于要求功能的脱离现象, 理解继电器的故障模 式, 对设备装置采用安全设计, 这样才能满足最终使用者的要 求。
· 没有流通规定的电流
尽管已施加额定电压, 但线圈电流却没有达到规定值, 这种情况 下的故障主要是线圈断线(电流完全不流通, 或时断时续), 除 此之外, 可能是交流操作全波整流二极管内置继电器的一部分二 极管发生了打开故障。
线圈断线原因常见的有以下几种:
(1) 可能是超声波清洗印刷基板时的共振引起断线;
(2) 可能是盘的共振引起断线;
(3) 硝酸反应造成的线圈芯线的腐蚀断线;
(4) 电腐蚀引起的断线。
容易与故障混淆的是, 随着直流操作继电器的线圈温度升高而产 生的电流减少(以23℃为基准, 每上升1℃减少约0.4%)、将防 止反向连接的二极管内置继电器的极性弄错。
· 过负载电流流通
施加额定电压时, 造成过负载电流流通的原因可能有以下几个:
(1) 线圈芯线间的局部短路(层间短路) ;
(2) 浪涌吸收二极管等内置元件的短路;
(3) 交流操作继电器的动作不良。
下列现象容易与故障混淆:
· 有极性的继电器(内置浪涌吸收二极管等) 的极性错误。

· 不进行规定的动作
规定动作根据机型不同而稍有差异, 不能一概而论, 因此仅介绍 一些明显事例。
· 昆虫类(蚂蚁、蟑螂等) 侵入继电器内部, 造成不动作。
· 得不到规定的导通
一般统称为接触不良, 可分为以下几类:
(1) 由接点消耗等引起的接点追随(接点随动) 及接点压力消 失造成的接触不良(使用寿命)。
(2) 接点间夹杂异物(尘埃、成型粉、涂料类、线屑、绝缘 护套、碳等)
(3) 输入侧的故障、输入输出之间的故障、输出侧切换接点的 熔敷对其他极产生影响, 从而导致二次性接触不良。
接触不良分为两种情况: 一, 完全不导通的情况;二, 由于碳等 在接点表面堆积, 虽然导通, 但可能会超过使用电路中规定的上 限值。
· 绝缘不良
输入输出间的绝缘不良有下列情况:
(1)开关负载时,接点间发生的电弧放电被外部磁场或操作线圈 产生的磁场扭曲, 到达线圈端子, 产生闪络。
(2)开关负载时接点间发生的电弧放电生成的碳或接点飞散粉末 堆积, 造成绝缘动作或者耐受电压值下降。
(3) 由于施加直接雷电或感应雷电等浪涌电压, 造成闪络。
· 得不到规定的绝缘
一般可分为以下几类:
(1)开关负载时接点间发生的电弧放电生成的碳或接点消耗粉末 堆积, 造成绝缘老化;
(2) 线屑等的侵入造成绝缘不良;
(3) 熔敷、粘着、摇摆等造成接点电路不打开;
(4) 输入侧的故障、输入输出间的故障等造成的二次性开路不 良;
(5)移动、触须、支柱等化学性、物理性现象造成的绝缘老化。
 

●使用继电器时发生的现象

继电器在使用(或保管) 过程中会发生变化。这些都与故障不同, 可以认为是老化。这里介绍老化现象。使用过程中要预防故障或预 测维护时间时, 可参考以下内容。另外, 继电器不是单独的, 在使用上具有特殊性, 在过于恶劣的环境中会发生异常。我们将对这一点 进行介绍, 使用时请注意。
(1)使用或者保管过程中的老化现象
· 透明外壳颜色变黄
这是由于开关负载时发生电弧放电,产生臭氧(三个氧原子结合后 的产物,用于除臭、杀菌等),与氮元素和水发生反应,生成硝酸。 一般称作硝酸反应。
特别是对电弧连接时间较长的直流离合器、断路器进行开关时,不 仅外壳变为黄色,还会腐蚀金属零件(铜生成颜色鲜艳的绿色硝酸 铜、镀镍生成水色的硝酸镍)。对这些负载进行开关时,请在负载 上连接浪涌吸收装置。
在这些负载的浪涌吸收装置中,电阻器较为有效。MMX型或G7X型 在接点附近设置贯通孔,可降低臭氧浓度。


· 外壳内部变为茶色
由于开关负载时发生电弧放电, 有机燃气(继电器的构成材料等 产生的) 生成的碳、接点粉末在外壳内表飞散堆积, 发生变色。 根据保护外壳内部发生的变色来判断维护时间的情况下, 因继电 器的使用条件不同, 应根据使用者的经验进行判断。
· 外壳内部有水滴附着
在梅雨季节或台风季节会发生这种现象。
继电器用金属、塑料制作而成, 塑料含有一定程度的水分。线圈 线的间隙等内也含有毛细管现象形成的水分。在继电器冷却时如 果给线圈通电, 线圈的温度就会升高, 释放出这些水分。
但是, 在外壳温度上升之前, 释放出的水分在外壳的表面凝结为 露水, 以水滴的形式附着。冬季开暖风空调时, 房间的窗玻璃上 会附着水滴, 这两个现象的原理相同。
· 透明外壳的表面出现无数伤痕(颜色发白)
在透明外壳上会发生无数白色头发丝状的伤痕。透明外壳常用抗 冲击力高的聚碳酸酯树脂制成, 但是这种树脂在汽油、氯酸等溶 剂的蒸气中时, 会产生细小的裂纹, 看起来是白色的。
· 镀锌的颜色
有些继电器(MM、MK等) 的铁芯、磁轭、端子螺钉的表面交 叉电镀了黄、绿、紫等各种颜色。这是锌铬酸防蚀铝电镀层。 因此呈现出各种颜色, 是由于铬酸防蚀铝处理的厚度导致折射和 反射。
· 镀锌的变色
镀锌的表面有时看起来像喷了一层白色的粉末。这种现象在海边 更为常见, 这层白色粉末是由盐分和锌化合生成的氯化锌。
氯化锌易吸水, 如果揉搓就会变为糊状。
特别是在铁芯、铁片上进行镀锌的机型, 使用时由于产生的氯化 锌会造成复位时间的延长和复位不良, 因此维护时请注意。
· 镀镍的变色
继电器中有的机型在铁芯、铁片、磁轭上进行了银色电镀。这是 镀镍。
镀镍由于抗腐蚀性较好, 广泛应用于各个领域, 但是如果和硝酸 发生反应, 就会生成鲜艳的水色硝酸镍。
这种现象特别是在开关直流负载的继电器内部可以见到, 这是上 述硝酸反应的产物。
· 焊锡变为黑色 焊锡与铅一样, 有银色的光泽, 但是有时可以发现它变成了黑 色。
这是因为焊锡(锡和铅的合金) 中铅发生氧化, 生成了氧化铅。
· 银变为黑色
如果长时间放置继电器, 银接点可能会变成黑色。
这是由于大气中的硫化燃气和银发生反应, 生成硫化银。硫化银 根据其厚度不同, 其颜色会发生以下变化:

硫化银虽然绝缘, 但是会被较低的电压破坏, 虽然开关继电器、 阀门等负载时好像没有什么问题, 但如果是放大器输入信号等的 电压, 由于不能遭受电压破坏, 因此选择机型时必须注意。
开关这样的负载时, 接点材质宜为包金、AgPd、PGS合金。
包金: 通常是在银或银合金的上面包上数微米到数十微米的金合 金。
· 开关负载接点变黑
由于开关负载时电弧放电, 从有机燃气生成了碳(碳素)、炭化 银及接点的飞散粉末。这种黑色主要由这些物质构成。
· 褐色生成物堆积在接点表面
如果接点的材质是AgPd、Pt等, 用继电器对不会发生电弧的负载 进行开关时, 在接点的接触部位会附着褐色的粉末。这种现象称 为“褐粉”, 是由于接点材质的触媒作用, 有机燃气被还原而生 成的物质。
作为对策, 可动接点和固定接点可使用不同的材质。
(2)特殊使用或在恶劣条件下使用时出现的现象
· 由于操作电源的瞬间中断造成继电器复位
电源瞬间断电超过继电器复位时间时, 继电器将复位。我们很容 易理解这种情况。但是, 在AC操作(准确来说应为屏蔽线圈方 式的电磁铁) 下的继电器中, 即使操作电源的切断时间小于复位 时间, 也可能进行复位。
另外, 操作电源中, 开关浪涌等浪涌逆相位重叠的情况下, 也会 发生同样的情况。
这都是由于电源电压急剧变化而产生的过渡现象。
这种现象虽然难以完全消除, 但是通过并联连接操作线圈和CR (电容器和电阻串联连接的部件) 可以得到改善。
连接到时序控制自我保持电路的继电器中, 通过瞬间中断来解除 自我保持, 因此要插入CR。

· 变频电源
如果在AC变频电源的输出连接继电器线圈, 可能会产生下列问 题:
(1) 线圈的温度异常升高。
(2) 产生差拍。
转换开关的输出中包含很多高频成分。如果用高频驱动继电器, 铁芯、铁片、磁轭等磁路的铁损(涡电流损和磁滞损) 增加, 温度异常升高。
另外, 屏蔽线圈虽然在50~60Hz范围时特性最佳, 但是由于高频 成分的影响, 其特性有时会产生变化, 发生差拍。
变频中有多种方式, 并不是所有方式中都会产生问题, 作为共通 的有效对策, 可使用二极管构成的全波整流电路和直流操作继电 器。
· 由于进行了超声波清洗, 继电器不工作了
特别是在信号用继电器上, 如果用超声波清洗Au金属包层接点的 继电器, 接点将会因超声波能量而熔合(称作粘结) 在一起, 从而无法动作。如果使用过电压等动作一次, 就能恢复正常。由 于清洗水箱内的驻波和继电器的位置不同, 影响程度也不同, 因 此建议您事先进行确认。
· 复位时间比较长
继电器的复位时间根据继电器的构造、浪涌吸收器的有无而发生 变化, 但是在以下情况下, 复位时间更长: 如果与电机、螺线 管、变压器、电容器等能量蓄积型的负载并联连接, 释放蓄积能 量时, 电流通过继电器的线圈, 复位延迟。

· 继电器发光
继电器的接点开关负载时(主要是开路时), 接点间将会短时间 放电。此时会看到发光现象。
继电器中产生的放电主要为电流较多、电压较低的电弧放电, 该 放电开始电压及电流根据接点材质而定, 在Ag接点中约为12V、 0.4A。对缺乏电气知识的用户来说, 看到发光这一现象会感到不 安。因此内置于这种设备中时, 请进行遮光, 或使用黑色机壳。
· 继电器发出声音
继电器中包括使用电磁铁的继电器和使用半导体的继电器 (SSR : 固态继电器), 但是使用电磁铁的继电器在动作和复位 时由于零件(铁片、可动接点和固定接点等)碰撞,发出声音。 发出声音便于确认动作, 但是在空调等自动运行的机械中却不受 欢迎。这种情况下, 选择声音较小、较低的继电器虽然很重要, 但是降低与安装部位的共振也很重要。
· 开关继电器时, 收音机有杂音
电波是通过电流的急变而发生的。接通、断开继电器的线圈、或 接点开关负载, 电流会产生急变。因此会释放出电波, 使收音 机、电视机中混入杂音(干扰)。只要控制电流的急变即可减少 干扰, 因此建议在继电器线圈、负载上安装浪涌吸收器。
· 继电器不运行
继电器的线圈有极性, 多数是因为弄错了极性。下面的继电器有 正负极, 请不要弄错:
(1)有极继电器(使用永久磁铁,又称为移动小组、超移动小组 的继电器)
(2) 内置二极管或者电路的继电器及SSR
· 继电器发热
继电器的线圈、接点通电后, 由于焦耳损耗(电路电阻和电流平 方的积) 而发热。
一般的继电器线圈温度不会上升到120℃以上,但是如果发生异常 高温、发出味道或者冒烟, 则可能是因为施加了过电压, 请确认 输入电压和线圈规格有无错误。
另外, 如果频繁开关会发生电弧放电的负载, 由于电弧的热量, 短时间内会产生异常高温。
· 接点产生了电压
如果在接点端子的两端连接电压表, 在线圈中施加额定电压后, 会产生数微伏到数毫伏的直流电压。
这是热电动势产生的电压。
热电动势连接各种金属的两端, 产生与其连接端温差相应的电 压, 称为塞贝克效应。热电动势可应用到各种产品中, 例如用于 测温等的热电偶、燃气炉的火熄灭之后关闭燃气的机械(用热电 动势保持阀门) 等。用继电器的接点切换微量信号的情况下, 有 时不能无视这种热电动势的影响。这种情况下, 选择热电动势较 低的继电器固然重要, 但是使用以抑制温度上升为目的的闭锁 (保持) 继电器, 或在印刷基板的模式设计上, 努力降低继电器 接点端子间的温度斜率, 也可大幅降低热电动势。
· 接触电阻产生变化
接点接触电阻的构成要素如下:
(1)导体电阻: 可根据接点端子、接点等导体的导电率、长度 及截面面积求得的电阻。
(2)集中电阻: 用接点材质、曲率半径及接触力求得接点接触 部的接触面积,以非常微小的面积进行接触。
   由于电流集中在这个微小面积上, 电流束被扭 曲而产生的电阻即为集中电阻。
(3)边界电阻: 在接点的表面产生硫化银等薄膜, 产生电阻。 也称作皮膜电阻。

其中的(1) (2) 基本上在继电器的设计阶段就可以决定, 但 是(3) 的边界电阻则由使用环境和接点材质决定。如果接点材 质为银、银合金, 则容易生成硫化皮膜, 造成电阻增大, 但是如 果增加电流, 就会出现电阻值下降的现象, 接点两端的电压在接 近导体电阻和集中电阻的合成电阻之前几乎为恒定值。这种现象 叫做粉末检波效应, 这种电压叫做粉末检波电压, 在硫化银的情 况下约为0.04~0.1伏。
如果把银及银合金接点用于微小负载的开关, 由于上述原因, 容 易发生接触不良。由于生成绝缘性皮膜的情况较少, 因此微小 (信号) 负载的开关中多使用Au、AgPd、PGS等接点。
· 直流负载的关闭能力比交流负载低
用MY4型举例说明。
(例) 如果不考虑使用寿命
      AC100V的断流极限电流: 30A以上
      DC100V的断流极限电流: 约1.8V
交流电压即使长, 在半周期(50Hz的情况下为10ms) 后电压也 变为零, 直流情况下电压维持恒定值。
直流负载的断流极限如图所示, 从下图可以看出, 低电压下的断 流极限电流为较大值。
这种情况也适用于交流, 在负载电压和电流零相位附近, 如果达 到这个值以下, 就会遮断。

螺线管、阀门等感应负载的断流极限虽然比电阻负载低, 这是由 于遮断时在负载两端产生的逆起电压和电源电压相加, 施加到接 点两端。
直流负载开关专用继电器(MMX: G7X) 为了提高断流极限而 利用永久磁铁产生的磁束。
· 电弧放电
以荧光灯的启动器为代表的辉光放电为高电压、低电流, 而电弧 放电是低电压、高电流的放电, 把开始放电的的最小值叫做最小 电弧电压、最小电弧电流。银接点约为12V、0.4A。
断开超过这个电压、电流的负载时即产生电弧放电。
· 接点中出现了富士山一样的形状
如果开关负载, 可动接点或者固定接点的其中之一就会突起。 这个现象叫做转移(也叫做移转) 现象, 一般是开关直流负载时 发生的现象, 近年来, 随着个人电脑的普及, 在交流负载也会发 生这种现象。
开关负载时, 部分接点表面移动到相对接点。移动方向由负载的 电压、电流、接点材质决定, 由于直流负载(在交流负载中开 关相位一定的情况下也相同) 中这些情况一定, 因此一方的接点 像富士山一样突起, 相对方向的接点上就产生了一个缺口。

另外, 也可能出现突起和缺口吻合, 产生封闭。
容易引起移动的负载中, 投入(冲击) 电流大于遮断(恒定) 电流, 如下所示:
(1) 灯的开关
(2) 电容器负载(开关电源、用长电缆连接的负载等)。
电机负载一般不易产生移动(由于遮断时的电弧放电会消除突 起), 但是在浪涌效应大的情况下也会发生。
· 由于与电源线平行布线, 继电器不复位。
由于感应, 在线圈两端有时会产生电压。
如果与交流电源线平行地进行长距离布线, 由于感应, 会产生电 压、发生复位不良。
另外。复位状态的继电器有时也会动作。使线圈的布线远离电源 线或者用电缆来进行电源线的布线, 均可降低感应。
· 在时序电路中, 继电器不复位。
由于时序电路是循环电路, 能够施加电压, 因此有时被认为是复 位不良。
进行循环电路的检查时
(1) 绘制一目了然的电路图。
(2) 把各个系统归纳到一处。
(3) 用彩色铅笔等边做标记边检查
由于分块记录使用设备, 因此有时可能不注意通过设备内部电路 的循环电路。
也可以记录各设备的内部连接图。
· 继电器差拍
一般的交流操作继电器中, 为防止差拍而设计了屏蔽线圈, 但是在下列情况下会产生差拍:
(1)铁芯和铁片的吸附面夹杂有异物(虫子、线屑、垃圾等)。
(2) 屏蔽线圈的铆接不良。
(3) 屏蔽线圈断线。
(4) 使用变频电源等高频成分的电源。
(5) 施加电压过低。
(6)使用半导体(三端双向开关:双方向性晶闸管)及用于保护的电容器构成的电路,
在驱动继电器的情况下即使设置为OFF, 线圈端子上也会有一定的电压。因此可能会产生“差拍”。
这种情况下,可以通过插入一个与线圈并联的电阻(泄放电阻) 来降低OFF状态下的电压。
还要考虑电阻的消耗功率来决定电阻值。另外, 如果接近使用寿命也容易产生差拍。
(7) 在直流操作的继电器中输入AC电源。
(8) 由于感应, 交流电压和直流电压重叠。
· 由于继电器本身的原因, 接点反复开关
与半导体电路不同, 有接点的继电器根据可动接点的移动进行开 关, 但是闭路时可动接点与固定接点碰撞。
利用碰撞瞬间可动接点的运动能量, 反复进行开关, 同时恢复到 稳定状态。
另外, 如果接点接触部有绝缘皮膜或异物, 接触电阻将发生变 化。
这样, 开关接点时产生的间歇性开关动作叫做震动, 这种间歇性 开关现象持续的时间叫做震动时间。
连接电路等的输入电路时必须考虑。

· 接点由于外力反复开关
继电器接点处于闭路状态时, 有时会因外部能量(强烈振动、冲 击、磁场等) 进行间歇性开关动作。像这样受到外部影响进行的 间歇性开关动作叫做颤振, 这种现象持续的时间叫做颤振时间。
继电器的附近有接触器等振动源时, 必须采取防振措施, 例如使 用安装盘。
· 远离电源的继电器的动作十分奇怪
在直流的情况下, 连接电线的电阻增大, 在交流的情况下, 由于 阻抗增大, 远处继电器线圈上的施加电压降低, 可能无法正常动 作。

电缆长度限度值的标准

种类
项目

继电器的线圈

DC的情况下

前提条件

允许运行电压最高为额定的90%

计算电缆的长度

符号

Rr:线圈电阻值
R:电缆每个单位电阻值
L:电缆长度的限度

公式

L=Rr/9R

〈例〉MY4继电器

在MY4DC24V、CVV电缆中
L=650/9×0.017 =4.248m
(答)约需要4.2km以内。


· 内置继电器的设备出口后生锈 向国外出口设备时, 一般使用船运, 但是, 通过热带地区的班 轮, 船舱内部为高温高湿的状态。
如果把继电器暴露在这样的环境中, 金属零件可能会生锈。 这种情况下我们向您推荐热带处理继电器。
 

●维护
(1)故障和原因推测
使用继电器的装置中会发生各种各样与继电器有关的故障。
这时, 必须用FTA(Fault TreeAnalysis) 方法追究其原因。下表列举与继电器有关的故障模式, 并对故障原因进行推测。

从继电器外部看到的现象

故障

检查内容

原因推测

继电器不运行

①输入电压是否到达继电器

·断路器或熔断器脱落
·布线错误、遗漏
·螺钉端子的安装不牢固

②继电器规格是否符合输入电压

·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继电器是否破损

·线圈断线
·坠落、冲击导致机械性损坏

⑤输出电路有无异常

·输出侧电源
·负载不良
·布线失误
·接触不良

⑥是否接触不良

·接点异常
·使用寿命造成的接点消耗
·机械性破损

继电器不复位

①输入电压是否完全断开

·保护电路(浪涌吸收器)的泄漏电流
·迂回电路造成的电压施加
·残留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
·机械性破损
·感应电压(长距离布线)

继电器误动作
指示灯异常亮起

①继电器输入端子上是否施加了异常电压

·感应电压(长距离布线)
·感应电压造成的迂回电路(闭锁继电器的支架脱落)

②振动、冲击是否过大

·恶劣的使用环境

烧损

①线圈是否烧损

·线圈规格选择有误
·输入超过额定值的电压
·AC规格造成电磁铁不完全运行(铁片吸附不充分)

②接点部是否烧损

·超过接点额定值的电流
·超过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

·灯负载等的突入电流/
·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
·电压过低造成不完全电阻,导致接点颤振
(开动电机的瞬间,电压可能下降)

③开关是否过于频繁

 

④继电器的寿命是否到期

接触不良

①接点表面是否附着异常

·附着硅、碳等其他异物

②接点表面是否被腐蚀

·SO2、H2S造成接点的硫化

③是否有机械性接触不良

·端子偏离、接点偏离、接点脱落

④是否消耗接点

·继电器的使用寿命

差拍

①输入电压是否不足

·继电器线圈规格错误
·施加电压的脉动
·输入电压的缓慢上升

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全

·可动片和铁芯之间有异物混入

接点的异常消耗

①继电器选择是否合适

·电压、电流、冲击电流的额定选择失误

②是否考虑了连接负载

·电机负载、螺线管负载、灯负载等的冲击电流


(2)维护方法
维护方法可以分为两大类: 一、发生故障后进行检查和更换的事 后维护;二、还没有发生故障时进行检查和维护的预防维护。
其中, 预防维护有几个重要的课题: 何时进行检查、更换?如何 知道进行检查、更换的时间?怎样决定?
决定继电器的维护时间时必须考虑以下要素: 如果从装置、系统 方面来看, 包括对象装置的重要度、要求的可靠度等;从继电器 方面来看, 包括各特性及项目的故障形态。
继电器的故障形态大致可以分为磨损形态的故障和老化形态的故 障, 前者以接点等的消耗为代表, 后者以线圈卷线的断线为代 表。
一般决定使用继电器的型号和使用条件后, 接点等的磨损形态、 故障时间随动作次数而变化, 不少人开始提前预测使用继电器的 寿命, 但是与此同时, 线圈卷线断线等老化形态的故障对继电器 的可靠性也产生着巨大的影响。一方面看, 受到使用条件、现场 环境等使用可靠性的影响, 随使用时间而发生变化。因此各个案 例均不相同, 很难进行提前预测。
并且从实际使用的层面来看, 磨损和和老化并行, 了解哪个形态 的故障会较早出现是决定维护时间的重要因素。
下面列出接点维护时间的参考项目:

 

维护时间

次数轴系

时间轴系

备注

磨损

接点的磨损

利用电气寿命曲线,可从负载电压、电流、负载种类求出维护时间。
如果没有合适的电气寿命曲线,可通过实际装置上的经验值来决定维护时间。

如果在所定时间内规定开关次
数,就可在时间轴上进行替换。

动作机构部的磨损

用机械寿命次数求出维护时间。
但是,性能中所示的机械寿命次数是在标准试验状态下所得的值。
使用条件不同的情况下,根据实际使用条件下的实验值来决定维护时间。

老化

线圈及线圈卷线的
绝缘老化

通过了解线圈在实际使用条件下的温度来预测耐用时间。
通常情况下,使用聚氨酯铜线时以120℃、40000小时为基准。

接点的接触稳定度;

以固有可靠性为基础,受使用条件、环境影响而大幅发生变化。
掌握使用条件、环境的状态,同时通过采样等来决定维护接点的时间。

必须掌握对现场环境、接点材料
带来负面影响的恶性燃气的浓度。

金属材料的性能老化

树脂材料的性能老化


■继电器的试验方法

●寿命

机械的寿命
接点在无负载状态下向线圈施加额定电压(AC操作下为额定频率), 观察在额定开关频率下进行动作时的外观及特性变化。
电气寿命
在接点上连接额定负载, 在线圈上施加额定电压(在AC操作下 为额定频率) , 观察在额定开关频率下使继电器动作时外观及特 性变化。
因使用方法不同, 判断是否达到使用寿命的方法也不同。这里列 出JIS中的规定值, 以供参考。
判定寿命的标准(JISC5440 1980)

判断项目

规定值

外观

各部分没有松动、变形、损伤

绝缘电阻

如无特别规定则为1MΩ以上

耐受电压

初期标准值的75%以上

线圈电阻

从初期标准下限值的95%到标准上限值的105%

动作电压

初期标准值的的1.2倍以下

复位电压

初期标准值的的0.5倍以下

动作时间

初期标准值的的1.2倍以下

复位时间

初期标准值的的2倍以下

接触电阻

接点额定电流
或开关电流(A)

测定电流
(A)

接触电阻试验后
(Ω)

0.01以下

0.001

100

0.01以上~0.1以下

0.01

20

0.1以上~1以下

0.1

5

1以上

1;

2


 


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