簡介
本應(yīng)用說明中對“繼電器”的說明普遍適用于“接觸器”。同時(shí)，關(guān)于“電信類型繼電器”有一些地方需要特別說明。通常，接觸器和電信繼電器對適當(dāng)線圈驅(qū)動(dòng)的需求相同，但在電信應(yīng)用中，由于觸點(diǎn)負(fù)載一般不是問題，所以內(nèi)部和線圈溫度會(huì)升高。
適當(dāng)?shù)木€圈驅(qū)動(dòng)對適當(dāng)?shù)睦^電器運(yùn)行和好的負(fù)載/壽命性能至關(guān)重要。為了讓繼電器（或接觸器）正常運(yùn)行，必須確保線圈已正確驅(qū)動(dòng)，以便在應(yīng)用過程中可能遇到的所有情況下，觸點(diǎn)都能正確閉合并保持閉合狀態(tài)，電樞完全固定并保持固定狀態(tài)。
無論線圈類型是直流還是交流，均假定交流負(fù)載壽命的所有繼電器觸點(diǎn)額定值將根據(jù)交流電源線循環(huán)隨機(jī)切換，在整個(gè)循環(huán)中均勻分布，并且正循環(huán)和負(fù)循環(huán)的切換概率相等。必須注意，控制硬件和軟件不會(huì)無意間導(dǎo)致觸點(diǎn)打開和/或閉合的線路同步 - 這將導(dǎo)致不均勻或加速的觸點(diǎn)磨損和過早失效。
繼電器是電磁體，運(yùn)行繼電器的磁場強(qiáng)度是安培匝數(shù) (AT) 的函數(shù) -（即導(dǎo)線的匝數(shù)乘以流經(jīng)該導(dǎo)線的電流）。由于繞線后“匝數(shù)”不會(huì)改變，因此唯一的應(yīng)用變量是線圈電流。
直流線圈電流完全由施加的電壓和線圈電阻決定。如果電壓降低或電阻增加，則線圈電流將會(huì)降低，這會(huì)導(dǎo)致 AT 更低，從而減小了線圈中的磁力。
交流線圈電流同樣受到施加的電壓和線圈阻抗影響，但阻抗 (Z) 定義為 Z=sqrt(R2 + XL 2)，因此僅更改線圈電阻對交流線圈的直接影響就比直流線圈小一些。
當(dāng)電源隨時(shí)間變化時(shí)，施加的線圈電壓也會(huì)發(fā)生變化。控制裝置設(shè)計(jì)人員必須定義保證控制裝置運(yùn)行的輸入電壓范圍（通常為標(biāo)稱值的 +10%/-20%），然后在控制裝置設(shè)計(jì)中進(jìn)行補(bǔ)償，以確保在該電壓范圍內(nèi)正常運(yùn)行。
不僅施加的電壓會(huì)發(fā)生變化，繼電器線圈電阻也會(huì)發(fā)生類似的變化。首先，線圈電阻將具有制造公差（室溫下通常為 +/-5% 或 +/-10%）。其次，線圈導(dǎo)線的電阻也具有正溫度系數(shù)，因此線圈電阻會(huì)隨著導(dǎo)線溫度的升高而增大，或隨著導(dǎo)線溫度的降低而減小。這在下面以圖形方式進(jìn)行了顯示，并在應(yīng)用說明“線圈電壓和溫度補(bǔ)償”中進(jìn)行了更詳細(xì)說明。
溫度對線圈性能的影響
線圈電阻與溫度（圖形）：
術(shù)語的定義
線圈電阻 - 繼電器線圈的直流電阻通常在“室”溫（通常為 23°C）下指定。另請參閱應(yīng)用說明“線圈電壓和溫度補(bǔ)償”。
工作（吸合）電壓 - 繼電器電樞在假設(shè)處于完全工作位置時(shí)必須靠在線圈鐵芯上的電壓或更低電壓。
釋放（開斷）電壓 - 繼電器電樞必須恢復(fù)到其未工作位置時(shí)的指定電壓或更高電壓。
保持電壓 - 電樞通電后不得從其完全工作的位置明顯移開的電壓或更高電壓。（請注意，這通常不在數(shù)據(jù)手冊中指定或在制造中控制）- 詳情參閱稍后關(guān)于線圈功耗降低的部分以及應(yīng)用說明“直流繼電器線圈功耗降低選項(xiàng)”。
在情況嚴(yán)苛的條件下校正直流線圈電壓
（注意：除此之外，除非另有說明，否則始終假定直流線圈繼電器由濾波良好的直流供電，而不是由未經(jīng)濾波的半波或全波直流供電。此外，數(shù)據(jù)手冊信息假定為室溫下的情況（除非另有說明，否則室溫通常為 23°C）。
典型的直流繼電器線圈驅(qū)動(dòng)電路
二極管 CR1 用來緩沖繼電器線圈 K1 的反向“跳變”電壓，以便在關(guān)閉時(shí)保護(hù)驅(qū)動(dòng)器 Q1，但它也具有減緩觸點(diǎn)電壓釋放的作用，這可能會(huì)縮短負(fù)載壽命。齊納 Z1 是可選的，但使用后可降低 CR1 的電壓釋放減緩作用。選擇的 Z1 齊納電壓不超過晶體管 Q1 的 PIV 的 80%。
如果要使用未經(jīng)濾波的半波或全波直流線圈電源，則二極管 CR1 必須橫跨線圈放置（且不得使用 Z1），以便將能量重新循環(huán)到線圈，并允許其穿過電源波形的低壓部分，而不用解開電樞、不會(huì)發(fā)出嗡嗡聲等。請咨詢 TE 繼電器產(chǎn)品工程部以獲取建議。條件因繼電器/接觸器類型和電路設(shè)計(jì)的不同而有很大差異。有些繼電器能很好地容忍這種情況，有些則完全不能容忍。
情況嚴(yán)苛的繼電器工作條件是電源電壓最低、線圈電阻最大、環(huán)境溫度最高并且觸點(diǎn)電流負(fù)載最高。電感除以電阻 (L/R) 定義繼電器線圈中電流的充放電率，從而影響其運(yùn)行時(shí)間（如果二極管或齊納二極管得到緩沖，將影響其釋放時(shí)間）。L/R 也因繼電器類型、線圈電壓和環(huán)境溫度而異。同樣，這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行和釋放時(shí)間的變化，以及半波和全波運(yùn)行的容差變化 - 每個(gè)應(yīng)用中都必須考慮所有這些因素。
由于存在串聯(lián)二極管、晶體管（尤其是達(dá)林頓）等，減去并校正線圈電路中的電壓降非常重要，這樣便可確保實(shí)際施加在線圈上的最小電壓仍符合要求。
由于電流通過線圈導(dǎo)線并且負(fù)載電流通過觸點(diǎn)臂，繼電器中的 I2 R 損耗會(huì)導(dǎo)致自身發(fā)熱，并且端子會(huì)導(dǎo)致額外的線圈和內(nèi)部部件發(fā)熱（除了環(huán)境溫度的任何升高之外）。計(jì)算實(shí)際線圈溫度時(shí)，需要考慮所有這些因素。
設(shè)計(jì)人員應(yīng)始終校正輸入電壓，以便針對線圈電阻增加、電路損耗和 AT 降低做出調(diào)整，從而確保在極端嚴(yán)苛的條件下，仍有足夠的 AT 來可靠地運(yùn)行繼電器并完全固定電樞，以便施加充分的接觸力。如果觸點(diǎn)閉合，但電樞未充分固定，則接觸力將較低，因此在施加大電流時(shí)，觸點(diǎn)可能會(huì)過熱且容易出現(xiàn)點(diǎn)焊。
有關(guān)這些問題的詳細(xì)討論，請參閱應(yīng)用說明“線圈電壓和溫度補(bǔ)償”。
其他線圈驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
在額定線圈電壓、最大負(fù)載和最高環(huán)境溫度下，最高線圈溫度（根據(jù)應(yīng)用說明“線圈電壓和溫度補(bǔ)償”計(jì)算）不得超過所選繼電器的“絕緣溫度等級”（A、B、F 或 H - 105°C、130°C、155°C 或 180°C）的 UL 或 CSA 允許的最高溫度。
如果繼電器在最終裝配中負(fù)載較重且緊密包裝，或者如果它們靠近其他發(fā)熱元件，則線圈溫度預(yù)計(jì)會(huì)升高，并且必須進(jìn)行類似的定義和補(bǔ)償。
必須考慮前面討論的所有熱源，以便在線圈溫度不超過絕緣系統(tǒng)限制的情況下正確驅(qū)動(dòng)。
由于繼電器是電磁鐵，它們易受附近變壓器、其他繼電器或接觸器、大電流導(dǎo)體等產(chǎn)生的外部磁場的影響；所有這些都會(huì)影響繼電器的運(yùn)行和釋放特性。同樣，繼電器和接觸器可能會(huì)影響它們附近的其他磁敏感元件的性能。
最終測試在最終裝配中進(jìn)行，此時(shí)繼電器將暴露在最大負(fù)載、最高環(huán)境溫度和最小電源電壓下。在這些條件下，應(yīng)重新評估線圈溫度上升（從而改變電阻），以確保安全系數(shù)仍足以確保在低電源電壓下可靠地驅(qū)動(dòng)繼電器，而不會(huì)在最大電源電壓、負(fù)載電流和最高環(huán)境溫度時(shí)過熱。
本說明的稍后部分將詳細(xì)討論交流線圈獨(dú)有的特性。
對于直流線圈，初始運(yùn)行期間的線圈電流波形必須看起來像圖“A”，而不是圖“B”。
圖“A”：良好的轉(zhuǎn)換
圖“B”：糟糕的轉(zhuǎn)換
如果線圈電流轉(zhuǎn)換看起來像圖“B”（表示電樞暫時(shí)“停滯”且沒有穩(wěn)固就位），則表明驅(qū)動(dòng)電路存在問題，需要校正。
圖 A 良好的轉(zhuǎn)換
圖 B 糟糕的轉(zhuǎn)換
如果線圈電流轉(zhuǎn)換看起來像圖“B”（表示電樞暫時(shí)“停滯”且沒有穩(wěn)固就位），則表明驅(qū)動(dòng)電路存在問題，需要校正。
剩余磁體系統(tǒng)的直流線圈鎖扣繼電器
使用剩余磁體系統(tǒng)的直流鎖扣繼電器是特殊的直流線圈繼電器，只需短暫通電即可“設(shè)置”它們，然后再次“復(fù)位”它們。這些線圈通常不適合在“設(shè)置”或“復(fù)位”模式下連續(xù)供電。
“設(shè)置”電壓通常不應(yīng)超過標(biāo)稱電壓的 120%。而“復(fù)位”電壓絕不能超過標(biāo)稱電壓的 120%，其最大電壓最好保持為標(biāo)稱電壓的 110%，否則磁體系統(tǒng)“擾亂”（“復(fù)位”，然后再次“設(shè)置”）的風(fēng)險(xiǎn)將增大。如果需要較寬的環(huán)境溫度范圍，請咨詢 TE 繼電器產(chǎn)品工程部以尋求指導(dǎo)。
繼電器數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定了最短“設(shè)置”和“復(fù)位”時(shí)間間隔。這些最短時(shí)間比將觸點(diǎn)轉(zhuǎn)移到相反狀態(tài)所需的實(shí)際時(shí)間要長得多。要想在每個(gè)步驟中對磁體系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)“充電”，需要額外的時(shí)間。
交流線圈繼電器和接觸器的特性
使用交流線圈的繼電器和接觸器與使用直流線圈的繼電器和接觸器有一些重要區(qū)別。由于交流電源的正弦性質(zhì)：
一些交流繼電器即使正常工作，也往往會(huì)發(fā)出“哼哼”聲。這可能因繼電器、操作和使用時(shí)間而異。“哼哼”是一種可聽見的聲音，不會(huì)明顯移動(dòng)繼電器或觸點(diǎn)的內(nèi)部部件；而“嗡嗡”或“吱吱”的聲音更大，會(huì)實(shí)際移動(dòng)內(nèi)部部件，因此絕不允許出現(xiàn)這種聲音，否則性能會(huì)大大降低。
由于交流正弦波的某些部分沒有足夠的能量來運(yùn)行繼電器機(jī)構(gòu)，無法有意將交流繼電器與交流正弦波同步 - 因此在某些地方繼電器運(yùn)行和釋放定時(shí)無法正常工作。
這種現(xiàn)象還會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行和釋放定時(shí)的變化比直流繼電器中的變化更多，而且經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)或電樞的彈跳或震顫次數(shù)增多。所有這些都取決于在正弦波中連接或移除線圈電源的準(zhǔn)確位置，甚至可能導(dǎo)致最初運(yùn)行時(shí)觸點(diǎn)彈跳或震顫次數(shù)過多。
因此，交流繼電器的額定值通常低于同一系列直流繼電器的額定值。這是因?yàn)?1) 正弦波具有低能量點(diǎn)（如前所述），因此整個(gè)周期內(nèi)，交流繼電器觸點(diǎn)不會(huì)在兩個(gè)極性中隨機(jī)斷開；2) 這可能導(dǎo)致正弦波的高能量部分接通和/或斷開的發(fā)生率過高。所有這些功能往往會(huì)降低交流線圈器件上的觸點(diǎn)額定值或縮短觸點(diǎn)壽命。
交流線圈繼電器通常比直流線圈繼電器的運(yùn)行溫度更高，因此允許的最大環(huán)境溫度通常低于直流線圈繼電器。
同樣，由三端雙向可控硅元件或背對背 SCR 驅(qū)動(dòng)的交流線圈繼電器的壽命往往較短。此類器件通常可在周期內(nèi)的任何特定時(shí)間點(diǎn)導(dǎo)通，并將開啟。它們也可能在任何位置斷開，但在流經(jīng)它們的電流達(dá)到零之前，它們實(shí)際上不會(huì)關(guān)閉。這會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)在動(dòng)力循環(huán)中幾乎固定的點(diǎn)處“斷開”負(fù)載。如果繼電器的“釋放時(shí)間”使其在接近零電流時(shí)發(fā)生，則性能優(yōu)于平均水平，但如果在接近峰值電流時(shí)發(fā)生，則性能會(huì)差得多。除非報(bào)告中另有說明，否則數(shù)據(jù)手冊和安全機(jī)構(gòu)負(fù)載壽命評級基于相對于交流正弦波的完全隨機(jī)循環(huán)（不是此同步條件）。
線圈功率降低方案（僅直流線圈繼電器）
我們有時(shí)會(huì)希望降低總控制功耗和減少發(fā)熱。一種方法就是將繼電器與鎖扣機(jī)制搭配使用，但它們相對昂貴，并且在發(fā)生電源故障時(shí)，可能會(huì)使繼電器處于不確定狀態(tài)。另一種方法是使用以下技術(shù)之一降低標(biāo)準(zhǔn)直流線圈繼電器上的線圈功耗。
脈沖寬度調(diào)制 (PWM) - 使用此方案，直流線圈繼電器或接觸器最初在標(biāo)稱線圈電壓或稍高的電壓下運(yùn)行一小段時(shí)間，以運(yùn)行和穩(wěn)定繼電器機(jī)構(gòu)。然后，繼電器線圈由一些指定振幅、占空比和頻率的矩形波脈沖串驅(qū)動(dòng)，以較少的功率將繼電器保持運(yùn)行狀態(tài)。
降壓直流線圈驅(qū)動(dòng) - 與 PWM 一樣，這項(xiàng)技術(shù)最初在標(biāo)稱直流線圈電壓下運(yùn)行繼電器一小段時(shí)間，以運(yùn)行和穩(wěn)定繼電器機(jī)構(gòu)。然后，直流電壓降低到較低電平，以較少的功率將繼電器保持運(yùn)行狀態(tài)。
注意 - 使用“充電泵”和其他類似方案可以實(shí)現(xiàn)相同目的，但它們使用充電/放電電容器進(jìn)行供電。由此產(chǎn)生的非矩形波形使得很難確保在適當(dāng)時(shí)間間隔內(nèi)向繼電器施加穩(wěn)定、適當(dāng)?shù)木€圈功率，從而無法正確運(yùn)行繼電器，也無法在降低線圈功率的同時(shí)保持繼電器正確接合。此類方案雖然常用，但由于難以確保適當(dāng)?shù)木€圈驅(qū)動(dòng)，因此不建議使用。
同樣，必須始終記住，線圈功率的降低會(huì)降低繼電器線圈的吸持力，從而減少應(yīng)用中的沖擊和振動(dòng)耐受性。
如需獲取關(guān)于所有這些技術(shù)的繼電器系列特定信息，請咨詢 TE 繼電器產(chǎn)品工程部。并非所有繼電器都以相同的方式工作。
觸點(diǎn)負(fù)載/壽命性能提升
在“接通”和“斷開”瞬間非常精確地切換到接近零交叉時(shí)，還存在幾個(gè)與可能增加的觸點(diǎn)電阻相關(guān)的觸點(diǎn)性能問題，因?yàn)樵诶^電器的整個(gè)使用壽命期間，都不會(huì)通過斷弧來自行清潔，以減少通常發(fā)生的觸點(diǎn)氧化和污染。
這是一個(gè)固有的復(fù)雜過程，將另外在應(yīng)用說明“觸點(diǎn)負(fù)載/壽命性能提升”中更詳細(xì)地討論。
