歐姆龍一般繼電器的原理及使用

./歐姆龍一般繼電器的原理及使用故障解析下表中記載了繼電器動作發(fā)生問題時的故障分析表。請根據(jù)下表對電路等進(jìn)行檢查。另外,如果電路檢查時沒有發(fā)現(xiàn)異常,估計故障來自于繼電器時,請向本公司銷售人員咨詢〔請不要拆開繼電器。否則會導(dǎo)致故障原因無法確定。

繼電器由線圈部分、接點部分、鐵芯部分、其他結(jié)構(gòu)部分組成,但這些部分中最容易出現(xiàn)故障的是接點部位,其次是線圈部位。可是,這些故障大部分是因為使用方法、使用條件等外部原因造成,因此可以在使用之前進(jìn)行充分研究,作出正確選擇后可以防止大部分故障的發(fā)生。

下表列舉了有關(guān)繼電器的主要故障模式,并列出了可能的原因和對策。故障原因?qū)Σ?lt;1>動作不良①線圈額定電壓選擇錯誤

②配線不良

③沒有輸入信號

④電源電壓的下降

⑤電路電壓的下降

〔特別是附近的大型機(jī)器工作時或長距離配線時要注意

⑥使用環(huán)境溫度上升引起工作電壓〔感應(yīng)電壓的上升

〔特別是直流型

⑦線圈斷線①重新選擇額定電壓

②線圈端子之間的電壓確認(rèn)

③線圈端子之間的電壓確認(rèn)

④電源電壓的確認(rèn)

⑤電路電壓的確認(rèn)

⑥繼電器的單獨動作測試

⑦·由燒壞引起時參照〔3項

·由電氣腐蝕作用引起時,要確認(rèn)線圈電壓的外加極性<2>復(fù)位不良①輸入信號斷開不良

②迂回線路引起向線圈外加電壓

③半導(dǎo)體電路等組合電路引起殘留電壓

④線圈和電容器并聯(lián)引起復(fù)位延遲

⑤接點的熔接①線圈端子之間的電壓確認(rèn)

②線圈端子之間的電壓確認(rèn)

③線圈端子之間的電壓確認(rèn)

④線圈端子之間的電壓確認(rèn)

⑤有關(guān)熔接,請參照〔4項<3>線圈燒壞①線圈外加電壓不合適

②線圈額定電壓選擇錯誤

③線圈層間短路①重新選擇額定電壓

②使用環(huán)境的再次確認(rèn)

③使用環(huán)境的再次確認(rèn)<4>接點熔接①連接負(fù)載設(shè)備過大〔接點容量不足

②開關(guān)頻率過大

③負(fù)載電路的短路

④蜂鳴導(dǎo)致接點的異常開關(guān)

⑤達(dá)到規(guī)定的耐久次數(shù)①負(fù)載容量的確認(rèn)

②開關(guān)次數(shù)的確認(rèn)

③負(fù)載電路的確認(rèn)

④參照〔7項的蜂鳴章節(jié)

⑤接點額定值的確認(rèn)<5>接觸不良①接點表面的氧化

②接點的磨損、劣化

③使用不良導(dǎo)致端子錯位及接點錯位①·使用環(huán)境的再次確認(rèn)

·重新選擇繼電器

②達(dá)到規(guī)定的耐久次數(shù)

③使用時注意

·耐振動、沖擊

·焊接作業(yè)<6>接點的異常消耗①繼電器選擇不適合

②對負(fù)載機(jī)器考慮不足〔特別是馬達(dá)負(fù)載、螺線管負(fù)載、燈負(fù)載

③無接點保護(hù)電路

④鄰接接點之間耐壓不足①重新選擇

②重新選擇

③追加火花消弧電路等

④重新選擇繼電器<7>蜂鳴①線圈外加電壓的不足

②電源紋波過大〔直流型

③線圈額定電壓選擇錯誤

④輸入電壓緩慢上升

⑤鐵芯部位的磨損

⑥可動鐵片和鐵芯之間混入異物①線圈端子之間的電壓確認(rèn)

②紋波系數(shù)的確認(rèn)

③重新選擇額定電壓

④電路的添加更改

⑤達(dá)到規(guī)定的耐久次數(shù)

⑥除去異物「控制設(shè)備的正確使用方法」〔NECA發(fā)行控制用繼電器篇

終端繼電器使用注意事項●各產(chǎn)品的個別注意事項,請參見各產(chǎn)品的「請正確使用」欄。

●安裝

要連接多個進(jìn)行安裝時,考慮繼電器自身發(fā)熱,應(yīng)使其保持在55℃以下,或設(shè)置間隔等?！睪3S4型為80℃

●繼電器的更換

·拆卸G6B-4CB、G6B-4□□ND、G3S4型繼電器時,如右圖所示請使用工具〔P6B-Y1。

·G6B-F4B/-4B、G3DZ-F4B/-4B,請使用終端繼電器上所帶的拆卸工具。

·更換繼電器時,請務(wù)必在切斷電源的狀態(tài)下進(jìn)行。

·安裝繼電器時,請垂直插入,以使繼電器端子牢固插入插座接插件插針。

·G6B-48BND〔高可靠性型中為提高可靠性,直接焊接到基板,因此不可更換繼電器。

·不可混有異種電壓規(guī)格的繼電器。

●布線

請注意輸入側(cè)○＋、○－的極性。另外,G3S4-D型中在輸出側(cè)也有極性,敬請注意。

●線圈外加電壓

·請勿連續(xù)施加超過最大容許電壓的線圈外加電壓。

·在線圈輸入中平行連接其他感性負(fù)載等時,當(dāng)電源中含有浪涌時,請勿使用。否則浪涌吸收用二極管會破損。

●使用

·請勿使產(chǎn)品落下,施加異常的振動沖擊或者在端子上施加蠻力。

·使用時請事先確認(rèn)繼電器是否有上浮。

●安裝螺釘?shù)木o固

·端子螺釘?shù)木o固轉(zhuǎn)矩

0.78～1.18N·m

·在面板等上直接固定螺釘時

0.59～0.98N·m

●設(shè)置場所

請勿設(shè)置在以下場所,可能會導(dǎo)致故障及誤動作。

·直射處。

·環(huán)境溫度超過0～55℃圍的地方。

·相對濕度超出10～90%圍的地方,溫度變化急劇,發(fā)生結(jié)露的地方。

·有腐蝕性氣體、可燃性氣體的地方。

·塵埃、鹽分、鐵粉多的地方。

·在本體上直接傳遞振動、沖擊的地方。

·有水、油、藥品等飛沫的地方。

●分解

請勿進(jìn)行分解、修理、改造。否則妨礙正常的動作,引起觸電等。

●配備繼電器終端繼電器型號配備繼電器型號G6D-4B/-F4BG6D-1A-ASIG6DZ-4B/-F4BG3DZ-2R6PLG6B-4CBG6B-2114P-USG6B-4BND

G6B-4FB1ND

G6B-4FPNDG6B-1114P-FD-USG6B-47BNDG6B-1174P-FD-US注1.G6B-48BND的繼電器不可更換。

注2.插座的電壓規(guī)格和繼電器的電壓規(guī)格必須吻合。

注3.不可混入異種電壓規(guī)格的繼電器。一般繼電器Q＆AQ1:

請教適合微小負(fù)載開關(guān)雙接點的繼電器的型號。

A1:

在微小負(fù)載開關(guān)中,推薦可靠性高的橫臂雙接點或雙接點的繼電器。

〈代表性系列名稱〉

G2A系列、MY4Z-CBG系列橫臂雙接點

MY4Z系列、MK□ZP系列雙接點

Q2:

并列連接2個繼電器接點后,開關(guān)容量會是2倍嗎？

A2:

不會是2倍。

實際上由于2個接點并不總是同時ON/OFF〔時間多少有偏差,因此在某個瞬間,1個接點上會承受所有負(fù)擔(dān)。

Q3:

動作時間、復(fù)位時間包含反彈時間嗎？

A3:

不含反彈時間。

動作時間→線圈上通電后到a接點〔接通接點為ON之前的時間。

復(fù)位時間→將線圈OFF后,到a接點〔接通接點為OFF之前的時間〔c接點的情況下,為到b接點之前的時間

Q4:

請教線圈電壓AC100/〔110V機(jī)型中〔的含義。

A4:

AC100/<110>表示線圈是額定品3。

額定品3

AC10050Hz

AC100V60Hz

AC110V60Hz

AC100/110V為額定品4,AC110V50Hz也為額定。

MY、LY系列等中也有額定品4。

Q5:

請教如何考慮微小負(fù)載領(lǐng)域下的接觸可靠性

A5:

開關(guān)微小負(fù)載時,有時接點的接觸電阻可能會成為問題。

即使產(chǎn)生偶發(fā)性的高接觸電阻值,在下一個動作也會恢復(fù)。

另外,由于生成接點保護(hù)膜等,有時接觸電阻值會上升。

關(guān)于接觸電阻值,該值是否為故障,應(yīng)根據(jù)使用電路上是否產(chǎn)生問題來判斷。

因此,繼電器接觸電阻的故障標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定初始值,最小適用負(fù)載作為一個標(biāo)準(zhǔn),通過P水準(zhǔn)〔參考值等來表現(xiàn)故障率。

另外,繼電器接點中有的接點適合微小負(fù)載開關(guān),有的并不適合。一般繼電器參考資料■外部條件、環(huán)境、周圍環(huán)境對繼電器的影響●線圈

與電源的關(guān)系

<1>在直流繼電器中、

線圈電流=外加電壓/線圈電阻

<2>在交流繼電器中,線圈的電感系數(shù)產(chǎn)生影響,因此需要考慮線圈阻抗。

另外,線圈阻抗根據(jù)頻率而發(fā)生變化,如果以60Hz下的特性為100%,在50Hz下使用同一繼電器時,其特性如下表所示。但是,根據(jù)繼電器不同,該值也會發(fā)生變化,因此使用前請確認(rèn)。額定電流、消耗功率、溫度上升約117％動作電流約100％動作電壓、復(fù)位電壓約85％

<3>關(guān)于線圈應(yīng)注意以下幾點：在DC操作繼電器中,帶動作表示、帶浪涌吸收用二極管繼電器及保持繼電器的情況下有極性。極性弄錯可能會導(dǎo)致元件損壞、動作不良,敬請注意。如果在AC操作繼電器上外加DC電壓,線圈發(fā)熱,可能造成燒損。相反如果在DC操作繼電器上外加AC電壓,可動鐵片反復(fù)振動,不能正常動作。

與溫度的關(guān)系

線圈中所使用的銅線的電阻,對于溫度變化,約受0.4％/℃的影響。這種情況直接對繼電器的動作特性產(chǎn)生影響。

這使電磁鐵產(chǎn)生吸引力,使線圈電流發(fā)生變化。在交流操作繼電器中,由于線圈直流電阻的比率相對于線圈阻抗較小,溫度引起的動作特性〔動作電壓·復(fù)位電壓的變化也變少。

另外,在直流電壓操作的繼電器中,線圈電阻的變化對線圈的溫度上升產(chǎn)生影響。這是根據(jù)線圈電流的變化,引起消費功率的增減,溫度上升值僅根據(jù)溫度所引起的線圈電流變化率而進(jìn)行變化。代表性示例如下所示。

環(huán)境溫度的定義

繼電器自身的發(fā)熱、其他設(shè)備的發(fā)熱使控制柜的溫度上升。

使用環(huán)境溫度應(yīng)為盒子繼電器附近的溫度。

電氣腐蝕

繼電器線圈在非工作狀態(tài)下暴露在高溫、高濕的環(huán)境中,而且線圈卷線和鐵芯等其他金屬之間有電位差時,如果它們之間的絕緣不充分,兩者間流通的離子化電流,將可能腐蝕線圈上所卷的銅線。與在金屬上進(jìn)行電鍍的作用相同,通過酸、堿等,將可促進(jìn)該作用。在以往的繼電器中,往往忽視這種現(xiàn)象,但是最近在卷軸材方面開發(fā)出了特性較好的塑料,而且卷線的絕緣材也開發(fā)出了聚氨酯類、聚脂、聚酰胺、特氟龍等特性優(yōu)良的材料,減少了一部分危險性。要防止電氣腐蝕,應(yīng)避免在高溫、高濕中保管及使用。在電路構(gòu)成方面應(yīng)注意開關(guān)的位置,使其不在卷線上施加+電位,需要考慮+接地等。右邊列舉了良性示例和不良示例?！駝幼鲿r間與形狀和動作時間的關(guān)系

繼電器的動作時間由延遲時間〔線圈時間常數(shù)、慣性力矩引起的、接點切換時間等決定,但是這些值根據(jù)繼電器的形狀而不同。例如,鐵芯和可動鐵片之間空隙較大的繼電器,帶電磁鐵〔使用磁氣電阻較大的材質(zhì)的繼電器中,為降低其電感系數(shù)的值而縮小時間常數(shù),但反而減少了吸引力,吸引可動鐵片所需的時間也變長。這種傾向,在直流操作繼電器中尤為顯著。因為電磁鐵的吸引力與鐵芯、可動鐵片間的空隙的平方成反比,降低后發(fā)生這種現(xiàn)象。因此在高速繼電器中,可縮小空隙,使用高透磁率材料,減少線圈卷線等。

在交流操作下,由于啟動時流通的電流大于額定電流,與直流操作不同,與形狀無關(guān)。

此外,對于慣性力矩,間接驅(qū)動形比較有效,在可動鐵片開始動作時不會施加較大的負(fù)載載荷。

另外,接點的切換時間幾乎由可動鐵片的動作直接傳達(dá),因此其動作應(yīng)盡可能地小,而且為通過動作全行程順利動作,要考慮載荷和吸引力的平衡。接點的反彈受可動鐵片的動作速度,可動部分的重量,接點彈簧的彈性等要素的影響。

一般接點彈簧、接觸片的形狀、制動塊的構(gòu)造等應(yīng)緩和動作時的沖擊能量。

線圈外加電壓〔電流與動作時間的關(guān)系繼電器的動作時間受線圈的外加電壓〔電流支配。如下圖所示,施加若干超出動作電壓的電壓時,線圈電流達(dá)到動作電流之前的時間；克服可動部慣性到可動部開始動作之前的時間；吸引力克服負(fù)載載荷,可動部加速,接點切換之前的時間,由于任何一個都延長,因此其動作時間也大幅延長。

另一方面,施加大幅超過動作電壓的電壓時,任何一個都縮短,動作時間也提前。

線圈外加電壓和動作時間的關(guān)系如上所述,但線圈外加電壓與其他特性也有關(guān)系,因此規(guī)定了線圈額定電壓。

線圈溫度和動作

繼電器溫度一發(fā)生變化,繼電器接點彈簧的彈性、摩擦狀態(tài)、線圈電阻等也發(fā)生變化。但是,其中對動作時間產(chǎn)生較大影響的是線圈電阻的變化。已經(jīng)在繼電器的動作原理部分對這一點進(jìn)行了說明。電磁鐵的動作與電流有關(guān)。在直流電磁鐵下,電流可表示為以下公式。

i：線圈電流

R：線圈電阻

E：線圈外加電壓

ι：線圈的時間常數(shù)L/R

t：從電壓外加時經(jīng)過的時間

在這里線圈溫度若是上升,如前面所述,線圈電阻在0.4％/℃下變大,線圈時間常數(shù)〔L/R的R〔線圈直流電阻也變大,因此接點的等待時間就縮短,動作時間也在變快的方向上產(chǎn)生作用。相反,線圈電阻的增加引起線圈電流的減少,因此在電壓操作的繼電器中,動作時間反而變長。下圖表示關(guān)于電壓操作和電流操作各自動作時間相對于線圈溫度而發(fā)生的變化。

如大型繼電器那樣動作時間要花費數(shù)10ms的繼電器,即使溫度變化,也不會發(fā)生較大變化,在10ms以下的小型繼電器中可以看到溫度引起的變化的傾向。

●使用周圍環(huán)境

銀移動〔silvermigration

銀的移動現(xiàn)象是銀端子〔電極間長時間施加直流電壓,在濕度及氧化還原環(huán)境的條件下,稱為銀移動。隨著這種現(xiàn)象的進(jìn)行,可能會降低絕緣性,偶爾在電路間發(fā)生短路等故障。

銀移動發(fā)生以及進(jìn)程加速的條件有較多不明確的地方,不能一概而論,一般總結(jié)為以下幾點。發(fā)生條件加速條件銀的存在·外加電壓高,絕緣距離短。

〔電位頻率高

·絕緣材料的吸水率高。

·氧化還原性氣體

〔SO2、H2S、NH3等的存在長期施加直流電壓吸濕性高的絕緣物在高溫、高濕中使用本公司的一般繼電器中,未進(jìn)行端子銀電鍍處理,因此不會發(fā)生銀移動。

晶體管觸須線〔catwhisker

若長期保存電鍍的零件,可以看到在表面長有針狀的結(jié)晶。由于該結(jié)晶像觸須或者形狀與貓的胡須相似,所以稱為觸須線。根據(jù)該金屬結(jié)晶的長度,有時會造成電路間的短路故障。

發(fā)生觸須的原因尚不明確,但是在底材為黃銅、鋅,電鍍?yōu)殄a、鋅等的情況下,特別容易發(fā)生。

本公司的一般繼電器由于采用了焊接電鍍及特殊鍍鋅,已經(jīng)對這些觸須采取了相應(yīng)的對策,但是在零件設(shè)計、印刷基板、模式設(shè)計時,在鍍鋅鍍錫零件和電氣電路之間應(yīng)保持充分的絕緣距離等。

熱帶處理繼電器

置于產(chǎn)品單件、設(shè)備中,船舶通過熱帶地區(qū)時,可能會暴露在高溫、多濕下。

在此環(huán)境下為保護(hù)金屬材料,本公司備有變更包裝規(guī)格后的熱帶處理繼電器。

環(huán)境引起的接點老化

即使完全不使用繼電器,長期保管,接點也會有老化。例如,如下表所示,受大氣中所含硫黃、堿等的影響。庫存多年的情況下,或使用鍍金接點、包金接點等繼電器,或在出廠時實施通電檢查。地區(qū)檢測元素接點表面觀察結(jié)果

〔Ag接點放置12個月后化學(xué)工場Ag、S可以看到全部接點上幾乎都有均一致密的腐蝕生成物,分析檢測出Ag2S制鐵廠Ag、S可看出全面不規(guī)則的凹凸,各處散布柱狀結(jié)晶,分析檢測出Ag2S,膜厚約100A°左右汽車道Ag、S、CL細(xì)微的球狀結(jié)晶稀疏散布,各處白部分Ag2S極薄,膜厚為20A°左右●接點接點的固有特性

如果從使用上來考慮接點的特性,是指接觸電阻穩(wěn)定,壽命越長越好,為了滿足這些條件,"接點追蹤"、"接點壓力"是兩個重要因數(shù)。

接點壓力在一般使用的銀或者其合金中為5～50g,金、鉑、鈀等貴金屬接點中一般為3～10g。由于開關(guān)容量小,抗環(huán)境性比較好,因此貴金屬接點下的值較小。

接點追蹤中即使接點的接觸部分有某種程度的消耗,也需要接觸。該接點追蹤與接點壓力有著密切的關(guān)系,兩者的積為接點部分的工作量。在限定的工作量中,或增大接點壓力,或增大接點追蹤,使用不同的方法,其接觸性也不同。

例如,接點壓力大,而接點追蹤小時,初期可以看出是否穩(wěn)定。但是隨著接點的消耗,接點壓力急劇減少,不久接觸消失。

相反接點壓力小,接點追蹤大時,不會發(fā)生如前所述的情況。但是接觸電阻變高,難以破壞保護(hù)膜等。因此帶適度接點追蹤和接點壓力的繼電器,可以說是好的繼電器。接觸電阻可以分為集中電阻和界面電阻〔保護(hù)膜電阻。

接點接觸乍一看上去好像是整個面的接觸,但實際由于接點的形狀、表面的粗糙度等,只是接觸了1點或者多點。電流集中流通到這個接觸點而產(chǎn)生的電阻就是集中電阻。

從"基本構(gòu)成和動作原理"可以發(fā)現(xiàn)與接點硬度、接點壓力、接點材質(zhì)的固有電阻有關(guān)。這個接觸部的模型如下所示。即接觸是比外觀更小的接觸面積,電流在集中狀態(tài)下流通。

以下表示測量接點壓力和接觸電阻關(guān)系時的實際示例。

另外,接點如果暴露在空氣中,不能避免氧化保護(hù)膜、硫化保護(hù)膜等的生成,引起這些反應(yīng)的電阻稱為界面電阻〔薄膜電阻。一般在使用接點前的狀態(tài)下,集中電阻所占的比例較大,在使用中,由于電弧引起消耗、機(jī)械性磨損等,相反界面電阻增多。這些根據(jù)動作頻率而有所不同。在頻率大的接觸面上比較清潔,界面電阻〔薄膜電阻較小,頻率小的上面可能會生成相當(dāng)高的電阻保護(hù)膜。

另外,樣本目錄等上記載有接觸電阻值。這些值只不過是用標(biāo)準(zhǔn)性試驗方法規(guī)定的初始值。實際上,需要使用符合各自裝置的接觸電阻。一般負(fù)載阻抗的容許值,除像傳送聲音電流時,失真、衰減造成問題的特殊情況外,接觸電阻值為可容許負(fù)載阻抗的1～5%。

負(fù)載條件和接點

繼電器上發(fā)生的故障中,多半是接點接觸性問題所引起的,根據(jù)負(fù)載條件不同,其故障容也有所不同。負(fù)載條件可大致分為微小能源·水平〔小功率電路、中間能源·水平、高能源·水平。

微小能源·水平,嚴(yán)格地來講稱為機(jī)械性接觸電路,是指不會因熱、放電等接點的接觸狀態(tài)而發(fā)生變化的負(fù)載條件。但是在實際情況中,即使施加某種程度的電壓,由于接觸狀態(tài)不變化,因此包含其負(fù)載條件在,進(jìn)行定義。對接觸狀態(tài)不產(chǎn)生影響的界限電壓稱為接點軟化電壓〔SofteningVoltage,銀為0.09V、金為0.08V、鉑為0.25V、鎢為0.6V。

中間能源·水平是指引起輕度放電現(xiàn)象的負(fù)載條件,從接點軟化電壓到電弧開始放電的電壓。電弧開始放電的電壓,銀為12V、金為15V、鉑為17.5V、鎢為15V,10%的鈀銀合金為11V。

高能源·水平是指電弧開始放電電壓以上的電壓。

有關(guān)接點的特殊問題

接點根據(jù)使用方法會發(fā)生特殊現(xiàn)象。以下表示這些容。

<1>負(fù)載開關(guān)時的異常腐蝕現(xiàn)象

這個現(xiàn)象是負(fù)載開關(guān)時的電弧和空氣中的N、O結(jié)合,一般生成HNO3腐蝕金屬材料〔硝酸腐蝕。

對策：

1.通過消弧電路減少負(fù)載開關(guān)時的電弧量。

2.減少開關(guān)頻率,消除持續(xù)的電弧。

3.降低使用環(huán)境的濕度。

<2>金屬<coherer>效果

是接點通過接點表面的保護(hù)膜接觸時,接點電壓達(dá)到某個值以上后,該保護(hù)膜被電氣性破壞,接觸電阻急劇降低的現(xiàn)象。

<3>熱電動勢

繼電器接點構(gòu)成材料的材質(zhì)由功能多種多樣的金屬〔銀、銅合金等組合而成。這些構(gòu)成材料的接合部,由于距離發(fā)熱體〔例如線圈距離及傳熱路徑的不同等而產(chǎn)生溫度差。其結(jié)果是在接點端子間產(chǎn)生熱電動勢〔約數(shù)μV～約數(shù)10μV。特別是使用微小信號時要注意。

使用閉鎖〔保持繼電器,由于線圈的通電時間縮短,控制線圈發(fā)熱來降低熱電動勢,或使用熱電動勢小的繼電器〔特別顧及了接點導(dǎo)電部的材質(zhì)形狀等來降低熱電動勢。

各負(fù)載條件下的接觸性

在微小能源水平和高能源水平下,在接點中發(fā)生的現(xiàn)象完全不同。前者是接點消耗較少,但是有無接觸不良的問題。后者是接點的消耗、熔化、轉(zhuǎn)移等的問題。

在微小能源水平下,接點的清潔度最為重要。附著不導(dǎo)通物質(zhì),生成不導(dǎo)通的保護(hù)膜