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使用继电器时发生的现象【图文】
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 | 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 |
公式 | L=Rr/9R | |
〈例〉 MY4继电器 | 在MY4DC24V、CVV电缆中 |
· 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 Tree Analysis) 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 |
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 | |
④继电器是否破损 | ·线圈断线 | |
⑤输出电路有无异常 | ·输出侧电源 | |
⑥是否接触不良 | ·接点异常 | |
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 |
②继电器异常 | ·接点熔敷 | |
继电器误动作 | 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) |
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 |
②接点部是否烧损 | ·超过接点额定值的电流 |
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/ |
②接点部有无异常振动 | ·来自外部的振动、冲击 | |
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 |
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 |
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