通讯152继电器故障分析

1、三明职业技术学院毕业作业作业形式： 毕业设计 作业题目： 通讯152继电器故障分析 姓 名： 徐伟文 学 号： 100204118 所 在 系： 机械电子系 专 业： 机械制造与自动化（1） 年(班)级： 2010级 学 制： 三年制 指导教师： 邱晔明老师 完成日期： 2013 年 5 月 6 日目录第一章、绪论-31.1 课题的提出-31.2 研究的意义-3第二章、继电器的作用及工作原理-42.1继电器的作用-42.2继电器工作原理-4第三章通讯继电器简介-53.1通讯继电器的标准-53.2元件符号-53.3电符号和触点形式-63.4通讯继电器的发展趋势-6第四章、关于继电器特性和继电器触

2、点保护-74.1常有的继电器触点保护电路-74.2继电器驱动电路中二极管保护电路-74.3继电器触点的常识-94.4继电器触点保护和触点的事项-12第五章、通讯继电器常见问题及使用说明-155.1通讯继电器常见问题-155.2通讯继电器使用说明-16第六章、通讯继电器触点失效分析-176.1、关于触点的基本注意事项-176.2、一般触点材料的特征-186.3、关于触点保护-19结束语-20第一章绪论1.1 课题的提出继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起

3、着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 对于工业控制来说，精准的时间是很重要的，而电子计时继电器正好可以完成此功能。例如，在建筑队当中，搅拌机是最常用的工具。加料先后顺序的不同的，中间所间隔的时间也是不同的。基于此我们设计一个时间继电器，来控制时间。这样也不用人多操心，一切实现自动化。此外，它也可用于点灯机控制灯点亮的缓冲时间，防止瞬时加以高压使灯烧毁，也可以控制灯点亮的时间等。我们自行设定一个加1键和一个减1键，可以灵活的进行加分和减分。 1.2 研究的意义继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。 继电器一

4、般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。 作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用： 1) 扩大控制范围。例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。 2) 放大。例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。 3) 综合信号。例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继

5、电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。 4) 自动、遥控、监测。例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。 继电器是一种基本的电气设备，它用来打开或关闭一定数量互相独立的电路。这种操作是利用由电压控制的线圈绕组所产生的电磁场来实现的。当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。目前，继电器主要有以下几种类型：电磁继电器、热继电器、固态继电器、通讯继电器等。第二章、继电器的作用及工作原理2.1继电器的作用继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控

6、量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。2.2继电器工作原理 电磁式继电器（通讯继电器）一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静

7、触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。第三章通讯继电器简介通讯继电器是应用在通讯系统的控制继电器的统称，经过多年的发展，国内通讯继电器的设计制造已经从原来的一、二、三代开始向第四代靠拢，信息产业的迅猛发展对通信继电器提出了越来越高的技术要求，小型化、低功耗、高可靠性要求业已成为通信继电器未来发展的必然趋势。· （图1）3.1通讯继电器的标准· 由于通讯继电器的特殊性,使得由于所装整机(交换机)的

8、不同，继电器标准也不同。近年IEC对用于交换机的通讯继电器有新的规定，其标准体系也是源于IEC255-7等四个继电器基础标准。国内交换机制造商由于所生产的交换机形式不一，对继电器要求也不一样。出自应用的考虑，原邮电部领导编订过一份统一用于程控交换机的标准，但由于实施的困难，邮电标准至今未颁布。目前各整机厂均要求通信继电器供应单位要按自己的企标供货，如04机的元件采购规范、C&C08的元件认购标准等。3.2元件符号因为继电器是由线圈和触点组两部分组成的，所以继电器在电路图中的图形符号也包括两部分：   通讯继电器（图2）一个长方框表示线圈；一组触点符号表示触点组合。当

9、触点不多电路比较简单时，往往把触点组直接画在线圈框的一侧，这种画法叫集中表示法。3.3电符号和触点形式：继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：1、动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表

10、示。2、动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3、转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。·3.4通讯继电器的发展趋势1、小型化随着通信设备的快速发展，安装板空间不断缩小，在不损害性能的前提下，小型化成为每个厂商面临的必然趋势。通讯继电器从第一代到第四代尺寸已从20.0×10

11、.0×10.0mm降至10.0×6.5×5.0mm，体积缩小了6倍多。2、低功耗从第二代到第四代，通讯继电器功耗由200mW降至100mW，减小了50%；并且具有节能和记忆功能，有效地减少了整机电源的投入。3、更高的可靠性及安全要求目前针对第四代通讯继电器制定的国际标准-IEC61811-55对浪涌耐压、绝缘耐压及防护浪涌的绝缘间距以及输入与输出之间的隔离均提出了更加苛刻的要求；良好的继电参数一致性、高可靠性使整机运行无误。4、磁系统效率将进一步优化永磁体材料将快速发展，通过搀加成分来改善磁材料性能。硬磁和软磁将组合应用以产生高持久性和高矫顽力的材料；有些高端通讯

12、继电器的设计为降低继电器的体积已经不用永磁体，出现了扁平线圈系统，还有的采用静电驱动方式。5、产品结构将进一步优化第三、四代通讯继电器结构形式与第一、二代截然不同，采用含高能永磁体的双线圈对称平衡翘板式磁路结构，触点点焊在带料上后整体注塑，精度要求更高、极灵敏、用料要求也较高。第四章、关于继电器特性和继电器触点保护4.1常有的继电器触点保护电路l 在继电器驱动端并接反向二极管，用于吸收继电器线圈火花，保护继电器的驱动三极管；l 在继电器负载端并接RC吸收电路；用于吸收负载火花；l 继电器负载端并接压敏电阻，用于吸收负载接通时的尖波；一般用于继电器接电机之类的感性负载，尤其是继电器驱动直流负载时

13、常用；l 对容性负载，一般在负载端串接电阻或RL电路；l 但是要注意，增加这些保护电路后，会改变继电器的吸合时间和吸合特性；有时可能因为漏电流而导致继电器的误操作。4.2继电器驱动电路中二极管保护电路        继电器内部具有线圈的结构，所以它在断电时会产生电压很大的反向电动势，会击穿继电器的驱动三极管，为此要在继电器驱动电路中设置二极管保护电路，以保护继电器驱动管。        如图3所示是继电器驱动电路中的二极管保护电路，电路中的J1是继电器，V

14、D1是驱动管VT1的保护二极管，R1和C1构成继电器内部开关触点的消火花电路。图3 二极管保护电路图4 等效电路电路工作原理分析        继电器内部有一组线圈，如图4所示是等效电路，在继电器断电前，流过继电器线圈L1的电流方向为从上而下，在断电后线圈产生反向电动势阻碍这一电流 变化，即产生一个从上而下流过的电流，见图中虚线所示。根据前面介绍的线圈两端反向电动势判别方法可知，反向电动势在线圈L1上的极性为下正上负，见图中 所示。如表1所示是这一电路中保护二极管工作原理说明。表1 保护二极管工作原理说明名称说明正常通电情况

15、下直流电压+V加到VD1负极，VD1处于截止状态，VD1内阻相当大，所以二极管在电路中不起任何作用，也不影响其他电路工作。电路断电瞬间继 电器J1两端产生下正上负、幅度很大的反向电动势，这一反向电动势正极加在二极管正极上，负极加在二极管负极上，使二极管处于正向导通状态，反向电动势产 生的电流通过内阻很小的二极管VD1构成回路。二极管导通后的管压降很小，这样继电器J1两端的反向电动势幅度被大大减小，达到保护驱动管VT1的目的。4.3继电器触点的常识1、触点保护      在切断电机、变压器、离合器和螺线管等电感性负荷时，触点两端常常会出现数百乃至

16、数千伏电压，这会使触点寿命显著变短。      另外，电感负荷产生的1A以下的电流，可导致火花放电，这个放电会使空气中有机物发生分解，触点碳化（氧化或碳化）发黑，这也将导致触点接触不良。       这里反电压产生的主要原因是当切断感性负载时贮存在线圈中的电感里的能量1/2 Li 2通过触点放电的形式表现出来，这时反电压t=-L.Di/Dt。一般常温湿条件下空气的临界击穿电压为200300V，即反电压高于此值时将导致空气 场击穿。但如将反电压吸收部分使之小于200V时则不会发生场击穿。断点续传，

17、设计些像图57示的保护电路在实用中是很有意义的。      方法是阻容回路法、二极管法、可变电阻器并联等使用中注意事项，使用触点保护回路时，释放时间将变长，这一点提醒使用时须加注意，另外保护电路的元件使用不是一个组合时，负载应安装在靠近触点侧。 2、负载种类和浪涌电流      负载的类别和浪涌电流特性与开关频率有关，这也是触点容易发生熔连的原因之一。尤其是浪涌影响甚大，这一点必须在选择继电器时充份考虑其接点所能承载的裕度。图58给出的是不同负载下的电流波形以及与时间变量的关系，有一定参考价值。

18、3、触点转移      所谓触点转移现象是指在开关直流负载电路时一组触点一侧的触点熔蚀后挥发（飞溅）到另一触点上面，从而产生对接触点的一侧触点表面为凹状，而另一侧触点表面为凸状，这个现个象我们叫它触点转移。      转移程度随着触点开闭频次的增加而加剧，尤其在开断直流感性负载时，由于产生过电压，这时，可产生2A数10的浪涌电流，从而使触点处产生弧光放电或火花。      针对这一情形，在此回路中可采用必要的触点保护电路，同时采用AgW、AgCu

19、等不太适合转移的触点材料以减少这一转移现象的程度。      在开闭直流电路时，触点材料转移一般 - 极一侧呈凸状，而 + 极一侧则呈凹状。      因此在开闭直流大容量负载时如数A数10A，确定实用的触点保护线路是必要的。4、高频次的开闭直流负载会引起触点异常电腐蚀      在高频次的开断直流电子管和离合器的场合，触点会产生青绿色的光。触点开闭时的这一火花和空气中的 N 2 和 H 2 O（水气）结合产生化学作用，使触点保护回路失去消火花能

20、力，从而在很大程度上加剧触点的损伤，因此对这一情形必须引起使用者的注意。5、触点开关应放在电路的交流一侧      一般说，对于同样负载来说，开断交流较比切断直流更容易些。或者说，对同一开关而言切断交流负载较比直流负载空量可大些。这是因为交流有过零现象。交流电 流过零时，实际上输入触点的功率就是零，自然产生电弧的能量也是零。这在相当程度上减短了电弧燃烧时间，自然也就使触点的腐蚀耗损减小了。因此开断同一负 载时，交流较直流容易。6、负载上开关触点的接线方式      负载与继电器的触点同电源的接线

21、方法，即触点的一侧全部接在同一电位上，防止触点之间有高的电压发生，那样连接则比较靠近的两个触点将产生短路从而使电源有放电的危险。7、其他不宜选用的电路接法      a.触点间短路电路      b.电机正反运转电路      c.不同电源电压的交替切损      d.负载分开的方法8、漏泄电阻         在极其

22、微小的电流回路中（通常称之为干电流电路），触点电压极低，这会引起触点接通时接触不良。为此常在负载旁并联一个漏泄电阻，这个方法可以使接触的可 靠性改善一些，在0.1V、0.1mA以下的回路中常选用有双子触点的继电器，同时要注意这时使用继电器的触点所用材料。4.4继电器触点保护和触点抑制我们一般有以下的集中方法来抑制：（表2）        标准二极管能显著地延长回动时间，将常规的二极管与齐纳二极管串联并不会过多地影响回动时间。如果是电感性负载，当触点分开时，较长的回动时间延长电弧产 生的时间，并会缩短触点寿命。例如，一个线圈上

23、连接了二极管的继电器需要9.8ms的时间才能释放触点。将齐纳二极管与小信号二极管结合在一起，可将时间 缩短到1.9ms。线圈上没连接二极管的继电器的回动时间为1.5ms。感性负载虽然比阻性负载难处理，但是使用好的保护将会使性能变得更好。有两种方法是非常糟糕的，千万不能使用的。（图5）直流负载下较高频率下开关会造成异常的高腐蚀 （电火花的产生） 当较高频率下控制直流电磁阀或离合器，触点可能会发生blue-green腐蚀。出现这种情况的原因是，当电火花（电弧放电）产生的时候，氮气和氧气在空气中的反应生成的。材料转移现象材料接触时，在触点一部分熔化或者损坏时会发生转移的现象。随着转移的推移，甚至会出

24、现下图的现象。过了一段时间后，不平衡的触点会粘和在一起了。（图6）通常发生在大电流的负载（容性和感性）的inrush电流时，电弧产生会造成粘和的现象。对于粘和只有两种策略：触点保护电路和抗材料转移的物质如银，氧化锡，银钨或AgCu在触点的使用。一般来说凹形出现在阴极，凸形出现在阳极。1线圈保护 . 只要条件允许，应使继电器线圈和铁心无论在线圈导通或断开时都处于等电位，以避免电化学腐蚀。 2触点保护 . 继电器触点保护线路很多，对电感性负载通常采用负载并联二极管消火花，与触点并联RC吸收网络或压敏电阻来保护触点。对容性负载、灯负载通常采用在负载回路串联小阻值功率电阻或串联RL抑制网络来抑制浪涌电

25、流的冲击。第五章、通讯继电器常见问题及使用说明5.1通讯继电器常见问题1、继电器不断开1）负载电流大于SSR的额定切换电流，这样会使继电器永久短路，此时应使用额定电流较大的SSR。2）在继电器所处的环境温度下，对于所承受的电流来说如散热不良，会损坏输出半导体器件，此时应使用较大的或更有效的散热片。3）线电压瞬变引起SSR输出部分穿通，此时应使用额定电压较高的SSR或提供额外的瞬态保护电路。4）使用的线电压高于SSR的额定电压。2、切断输入后SSR才断开在SSR应该断开的时候，测量输入电压，如果测得的电压低于必须释放电压，表明断电器的释放电压太低，应更换继电器如果测得的电压高于SSR的必须释放电

26、压，则是SSR输入端前面的线路有问题，必须改正。3、继电器不导通1）在继电器应该导通时，测量输入电压，如果该电压低于必须动作电压，表明SSR输入端前面的线路有问题；如果输入电压高于必须动作电压，查对电源极性并在必要时加以更正。2）测量SSR的输入电流，如无电流，则系SSR开路，该继电器有故障；如果有电流，但低于继电器的动作值，是SSR前面的线路有问题，必须改正。3）检查SSR的输入部分，测量SSR输出两端的电压，如果电压低于1V，表明继电器以外的线路或负载开路并应进行修理；如果存在线电压，则可能是负载短路，使电流过大引起继电器失效。4、继电器工作不规则1）检查所有接线是否正确、连接不牢或不正确

27、产生的故障。2）检查输入和输出的引线是否在一起。3）对于非常灵敏的SSR，噪声也能耦合到输入端而引起不规则导通。5、交流电动机或螺线管负载造成颤动由于交变的dv/dt问题，SSR可以有半周波动，此时，采用缓冲器是有帮助的。5.2通讯继电器使用说明额定工作电压：是指继电器正常工作时线圈所需要的电压， （图7）也就是控制电路的控制电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。直流电阻：是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万用表测量。吸合电流：是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要

28、超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。释放电流：是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。触点切换电压和电流：是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。第六章、通讯继电器触点失效分析6.1、关于触点的基本注意事项1.电压触点电路的电压，在电路含有感应时会发生非常高的反向电压，电压越高能量越大，由于触点的消耗量、移动量增大，所以需要注意继电器的控制容量。另外直流电压时控制容量会极度降低需要注意。这是DC的

29、情况，如果象AC电流那样没有零点（电流为零的点），则一旦发生电弧后很难消去，电弧时间变长是主因。尤其是因为电流方向一定，在下面有所记述，所以会引起触点的移动现象，与触点消耗相关。一般在手册中记载了大概的控制容量，但只有这些是不够的，应该在特殊的触点电路里进行试验确认。另外，在手册等里面虽然记载了电阻负载的情况和限定的控制容量，但这主要是表示了继电器的级别，一般以AC的125V电路的电流容量来考虑是比较妥当的。手册中记载的最小适用负载并非继电器可以通断的下限标准值、保证值。这个值由于通断频率、环境条件、被要求的接触电阻的变化、绝对值的不同，可靠程度是不同的。要求模拟微小负载控制或者接触电阻为10

30、0m以下的情况（测量、无线等）请使用AgPd触点的继电器。 2.电流触点闭合及开路时的电流对触点影响很重要。例如负载为电动机或者指示灯的时候，闭合时的冲击电流越大，触点的消耗量、移动量就越增加，由于触点的粘连、移动会产生触点不能断开的故障，请在实际使用时认真确认。6.2、一般触点材料的特征下表为触点材料的特征。请在选择继电器时进行参考。（表3）触点材料Ag（银）导电率·导热率在金属中是最大的。由于低接触电阻、低价位而被广泛使用。缺点是在硫化物的环境容易生成硫化膜。在低电压·微电流水平要注意。AgCdO（银酸化镉）显示了Ag具有的导电性和低接触电阻，有良好的耐粘连性。 与Ag

31、一样在硫化物环境里容易生成硫化膜。AgSnO2（银酸化锡）具有比AgCdO还要优良的耐粘连性。 与Ag一样在硫化物环 境容易生成硫化膜。AgW（银钨）硬度·融点高，耐电弧性好，不易被移动·粘连，要求触点压力高。另外，接触电阻也比较高，耐环境性差。加工、向接触弹簧安装也有限制。AgNi（银镍）电传导度可与Ag匹敌，耐电弧性好。AgPd（银钯）在常温下耐蚀性较好，耐硫化性虽然也不错，但在微小功率电路里容易吸着有机气体而生成聚合物，需要贴层金属来防止生成聚合物。价格贵。表面处理Rh镀金（铑）兼具良好的耐腐蚀性和高硬度。作为镀金触点在小负载情况下使用。在有机气体环境中易生成聚合物，请注意。所以作为密闭型（干簧继电器等）使用。价格较贵。Au金属包层（贴金属膜）将耐腐蚀性最好的Au压接在母材上，厚度均一和无小孔是其最大的特征。使用环境条件比较恶劣的情况下，特别对 于微小负载效果大。已有标准品的金属包层会有设计上、设备上的困难。Au镀金（金镀金）与Au包层效果