浅析电磁继电器的选型及可靠使用

中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 吕 冰 魏一鸣 肖卫镇

文章主要介绍了电磁继电器的工作原理及技术指标，提出了电磁继电器选用要求，并对电磁继电器的正确使用提出了具体措施，提高了电磁继电器的使用可靠性，满足产品设计可靠性要求。

继电器（英文名：REALY）是一种控制元件，当输入量（电、磁、光、热等物理量）达到某一规定值时，使被控制量发生预定的阶跃变化的一种器件。通常应用于自动控制电路，它实际上是一种隔离控制与被控制电路的“自动开关”，故常在电路中起到自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器按工作原理不同可分为：

（1）电磁继电器：利用电磁感应原理工作，一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。

（2）固态继电器：利用电子元件（如：开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，由微电子电路、分立电子器件、电子功率器件组成的无触点开关。

（3）其他特殊继电器：如温度继电器、压力继电器、光继电器、瓦斯继电器、霍尔效应继电器等。

由于电磁继电器具有体积小，功耗小、使用方便等优点，使其得以广泛应用于航空、航天、通讯等军、民用电子设备中。因此如何正确选择、应用电磁继电器，满足电路可靠性要求，是设计人员关心的问题。本文就此探讨电磁继电器的选型及使用可靠性问题。

1 电磁继电器的种类

1.1 电磁继电器的种类

电磁继电器是利用输入信号（电压、电流）在电磁铁铁芯中产生电磁力，吸引衔铁，从而使触点动作实现断开、闭合或转换控制的一种机电元件。

电磁继电器根据输入信号信号不同可分为直流继电器（控制信号为直流）和交流继电器（控制信号为交流）两类。在实际使用中应根据输入信号的不同分别选用。

此外根据线圈输入信号还可已分为电压型继电器及电流型继电器。电压型继电器线圈匝数较多，导线较细，阻抗较大；电流型继电器刚好相反，线圈匝数较少、导线较粗，阻抗较小。一般情况下两者不能互换使用，以免损坏器件或导致器件不能正常工作。

目前生产主要以电压继电器为主，电流继电器品种较少。根据不同的用途可分为：

通用继电器：除磁保持继电器以外，一般用途的继电器。

灵敏继电器：输入很小的功率（通常不超过100mW）。

磁保持继电器：由控制信号激励使其触点触点状态转换，当控制信号撤除后，仍保持激励时的状态，必须施加反向的控制信号方能使其触点恢复原来状态的继电器。

延时继电器：有延时或定时功能的继电器。

1.2 继电器的主要技术指标

电磁继电器属于机电元件，主要包括机械指标和电气指标。

（1）机械指标包括：封装形式包括：敞开式、封闭式、密封式（非气密、气密），尺寸、重量、安装方式、触点动作寿命、引出端形式等。

（2）电气指标包括：电阻特性：包括线圈电阻，触点的断开电阻、触点的接触电阻。继电特性：包括吸合电压及释放电压。时间特性：包括吸合时间、释放时间及触点抖动、回跳时间。负载特性：包括触点负载电流及负载电压，线圈的额定电压、电流。

（3）其他技术指标：质量等级、环境等级。

2 电磁继电器的选型

要正确选用电磁继电器，首先要了解控制对象的特点，明确电路输入信号的电气特性，负载特性；明确系统初始状态要求，明确系统使用环境，可靠性要求。

选用电磁继电器一般遵循以下步骤：（1）依据输入信号参数确定电磁继电器种类及输入参数；（2）依据负载要求确定电磁继电器的触点种类和参数；（3）依据使用环境及系统可靠性要求选择合适的环境等级和质量等级；（4）依据安装位置选定电磁继电器结构形式；（5）最后在满足系统要求的前提下选择最经济的产品。

3 电磁继电器的可靠使用

据统计失效电磁继电器中大约30%为使用不当导致，因此如何正确使用电磁继电器，提高电磁继电器的可靠性，是设计时的一个难点。这里重点分析在使用中如何提高电磁继电器的可靠性。

3.1 触点的可靠性提升

大量的统计数据表明电磁继电器的常见失效模式中，44%为触点开路，40%为触点粘连，14%为参数漂移，2%为线圈故障包括开路与短路两种故障类型。由此可见电磁继电器绝大部分与触点有关。

（1）触点的降额

降额设计是将元器件或产品在实际工作中承受的各种应力（电压、功耗、温度等）低于其设定的额定值。通过限制元器件所承受的应力大小，达到降低元器件的失效率，是提高使用可靠性的有效手段。

电磁继电器在使用中应根据电路实际负载特性及负载电流进行合适的选择并进行合理的降额。一般情况下厂家给出的电磁继电器触点额定负载是针对纯阻性负载，在不同的负载下（如：电感、电机、灯丝等）应进行相应的折算，具体折算标准见表1。

表1 不同性质负载触点电流转化表

但电磁继电器的触点负载不应进行过度降额，这是因为在额定负载情况下，触点间的电弧可以产生稳定的清洗与抛光作用，保证触点不被氧化，使触点表面不致形成绝缘污染物。尤其是在中等电流负载（中等电流负载是指25mA至500mA的负载电流）情况下，会发生在工作一段时间后发生接触电阻增大超过合格判据甚至开路失效。如果继电器需要工作在中等电流条件下，又对接触电阻又有严格要求，需在定货时向承制厂商提出要求，专门设计生产在中等电流下工作、接触电阻符合要求的继电器。

（2）触点组合方式及连接方式

应根据电路实际选择不同的触点组形式及触点组数量。常见的触点组形式有常开型，常闭型和双掷型，具体见表2。

表2 常见的触点组形式及代号

为提高触点可靠接通，可将同一继电器的两组触点并联使用。但是流过触点的电流必须小于单个触点的额定电流。这是由于电磁继电器为机电产品，多触点继电器在动作时间及阻抗上有差异，在吸合或断开瞬间导致触点超过额定功率使用，引起触点烧蚀，继电器失效。因此在将触点并联使用时，单个触点的负载电流不得超过其额定电流。触点并联有助于防止开路的失效模式，但对于触点粘连的模式则有害。

为提高触点可靠断开，可将同一继电器的两组触点串联使用。触点的串联有助于防止触点粘连失效模式，但对于触点的开路模式则是有害的。

因此设计人员再采用触点串、并联提高触点接触可靠性时应充分考虑负面影响，权衡利弊。

在电路设计中常见设计人员在使有多触点继电器时，使用一组触点作为控制输出，另一组触点作为输出检测，但是该方式并不能完全反应被控电路的工作状态，存在很大的虚警及漏报情况。不建议使用该方式作为自测试。

3.2 电磁继电器的瞬态抑制

电磁继电器的瞬态抑制包括线圈的瞬态抑制及触点的瞬态抑制。

（1）线圈的瞬态抑制

当线圈的电流突然被切断时，线圈会产生反向电动势，该反向电动势会对电路内其他元器件造成损伤，为将反向电动势抑制到可接受水平，减少对电路内其他元器件影响，需在电路中增加抑制电路，使其降至可以接受的水平，不对其他元器件造成损伤。但是恰当或者过度的抑制会对电磁继电器的转换时间、触点回跳时间带来影响，设计人员设计时应谨慎选取抑制电路和抑制元器件参数。常见的抑制措施有：线圈并联二极管，线圈并联二极管电阻，线圈并联抑制二极管，线圈并联电容，电阻等。使用方式见图1。

图1 线圈的瞬态抑制方式

（2）触点的瞬态抑制

触点的瞬态抑制根据负载的不同可分为感性负载抑制和容性负载抑制。

当触点负载为感性负载时，在触点断开瞬间，负载中存储的能量必须通过触点燃弧来消耗。为了消除和减轻电弧对触点的危害延长触点使用寿命，消除对系统其他电路的影响，通常采用抑制电弧的保护措施。常见措施有：①并联电阻器；②并联二极管和电阻器（在感性负载较小时也可以去掉电阻器）；③并联齐纳二极管。

当触点负载为容性或灯丝负载时，在触点闭合瞬间，会产生较大的浪涌电流，导致触点烧蚀。常见的措施是在触点的输出端串联不大于10—100Ω的限流电阻来达到抑制冲击电流的目的。

触点采用抑制措施后，虽然可提高触点的可靠性。但是由于触点并联了器件，会一定程度影响触点的断、通阻抗比。另外，抑制器件的可靠性要高于电磁继电器本身，否则不但不能提高电磁继电器的可靠性，反倒带来不利影响。

结语：由于电磁继电器，在实际电路中广泛使用，且常常在整个控制电路中属于关键控制元器件，同时继电器又属于可靠性较差的元器件。因此正确的选用、使用继电器，达到系统的可靠性要求，需要设计人员仔细分析设计，进行多轮的循环迭代设计。本文简要介绍了电磁继电器的选用步骤，提出了电磁继电器的可靠性设计注意事项，为设计人员正确选择和使用继电器提供了一定的参考。