元器件识别与选用 第6章 机电元件

6.1继电器6.1.1继电器的分类1、继电器不同于一般的开关，它具有自动控制的功能。一般的开关、插接件的动作需借助人力，不具备自动控制的功能。继电器的动作是依靠输入的各种物理量(包括电量)，当输入量达到规定值时，继电器的输出状态就会发生变化。2、继电器不同于一般的电子开关，它的输出和输入机构是严格电气隔离的，两者间的绝缘电阻不小于100MΩ，绝缘电压一般可达1kV。3、继电器的输出量的变化必须是跳跃式的，或通或断，或呈高电平或呈低电平，并能对其他电气电路进行控制、保护或调节。6.1继电器6.1.2常用继电器的外形、特点图6-1-2电磁继电器及其内部结构6.1继电器6.1.2常用继电器的外形、特点1．电磁继电器图6-1-3固态继电器的外形与结构6.1继电器6.1.2常用继电器的外形、特点2．固态继电器图6-1-4H型干簧管的外形和基本结构6.1继电器6.1.2常用继电器的外形、特点3．干簧管继电器6.1继电器6.1.3电路图形符号电路符号符号名称说明单开关继电器继电器内部只有一个开关，当继电器工作时开关闭合。双开关继电器继电器内部有两个开关，当继电器工作时两个开关同时闭合，当继电器停止工作时两个开关同时断开。单刀多掷继电器(图示单刀双掷继电器)继电器内部只有一个开关，这个开关有一个常开触点和一个常闭触点，当继电器不工作时，开关与常闭触点接触，当继电器工作时，开关与常开触点接触。6.1继电器6.1.3电路图形符号电路符号符号名称说明多刀多掷继电器(图示双刀双掷继电器)继电器内部只有两个开关，这两个开关分别有一个常开触点和一个常闭触点，当继电器不工作时，这两个开关分别与各自的常闭触点接触，当继电器工作时，这两个开关分别与各自的常开触点接触。交流型固态继电器用直流信号控制交流输出的继电器。直流型固态继电器用直流信号控制直流输出的继电器。三端型直流型固态继电器用直流信号控制直流输出的继电器。6.1继电器6.1.4继电器参数识别1．电磁继电器的主要技术参数参数说明额定工作电压额定工作电压是指继电器在正常工作时需在线圈两端加的电压额定工作电流额定工作电流是指继电器在正常工作时要通过线圈的电流线圈电阻它是指继电器线圈的直流电阻值。有些继电器的产品说明书中只给出了额定工作电压和线圈电阻,这时可根据欧姆定律求出其额定工作电流吸合电压继电器能够产生吸合动作的最小电压值，称为吸合电压。吸合电压通常是线圈额定电压的75%。但如果只给继电器的线圈加上吸合电压，这时吸合动作是不可靠的。吸合电流继电器能够产生吸合动作的最小电流值，称为吸合电流。6.1继电器6.1.4继电器参数识别1．电磁继电器的主要技术参数参数说明释放电压当继电器线圈两端的电压降低到一定值时，继电器就从吸合状态转换到释放状态。释放电压是指产生释放动作的最大电压。释放电压比吸合电压要小得多。释放电流释放电流是指产生释放动作的最大电流触点负荷触点负荷是指继电器的触点允许通过的电流和所加的电压，即触点的负载能力。触点在工作时不允许超过该值，否则将会损坏触点。为保证继电器触点不被损坏，不能用触点负荷小的继电器去控制负载大的电路。线圈电源线圈电源指加在线圈上的电压是直流(DC)还是交流(AC)消耗功率消耗功率是指线圈消耗的额定功率值6.1继电器6.1.4继电器参数识别2．固态继电器的技术参数参数说明输入电压指环境温度在以下时，SSR能够工作的输入电压范围。绝缘电阻指在输入端和输出端、输入端和外壳以及输出端和外壳之间加上550V直流电压时测得的电阻值。额定输出电流指环境为时的最大稳态工作电流。浪涌电流指继电器能承受而不致造成永久性损坏的非重复最大浪涌(或过载)电流。过零电压指交流过零型固体继电器输入端加上额定电压时，能使输出端导通的最大起始电压关断dV/dt指继电器输出元件能够承受的不使其导通的电压(指数)上升率，单位为V/μs。最高结温指输出开关元件所允许的最高结温。6.1继电器6.1.5继电器的使用1．电路元件保护图6-1-5电路元件保护6.1继电器6.1.5继电器的使用2．电路安全防护图6-1-6电路安全防护6.1继电器6.1.5继电器的使用3．SSR输出直接驱动负载图6-1-7SSR的输出直接驱动负载的电路6.1继电器6.1.5继电器的使用4．SSR驱动大功率可控硅6.1继电器6.1.5继电器的使用5．双SSR控制伺服电动机的正、反转图6-1-9双SSR控制伺服电动机正、反转的电路6.1继电器6.1.6继电器的选型1．电磁继电器的选用1．种类、型号与使用类别：选择继电器的种类，主要看被控制和保护对象的工作特性；而型号主要依据控制系统提出的灵敏度或精度要求进行选择；使用类别决定了继电器所控制的负载性质及通断条件，应与控制电路的实际要求相比较，使其能否满足要求。2．使用环境：根据使用环境选择继电器，主要考虑继电器的防护和使用区域。如对于含尘埃及腐蚀性气体、易燃、易爆的环境，应选用带罩的全封闭式继电器。对于高原及湿热等特殊区域，应选用适合其使用条件的产品。3．额定数据和工作制：继电器的额定数据在选用时应注意线圈的额定电压、触点额定电压和额定电流。线圈额定电压必须与所控制电路的相符，触点额定电压可以为继电器的最高额定电压(即继电器的额定绝缘电压)。继电器的最高工作电流一般小于该继电器的额定发热电流。继电器一般适用于8小时工作制(间断工作制)、反复短时工作制和短时工作制。在选用反复短时工作制时，由于吸合时有较大的工作电流，所以使用频率应低于额定操作频率。6.1继电器6.1.6继电器的选型2．固态继电器的选用1．型号选择：SSR按切换负载性质分，有直流型和交流型两大类。交流型SSR有过零和非过零两种类型的产品，其开关触点有常开式(目前市场上多为常开式)和常闭式两种。在进行电路设计和选购元器件时，务必弄清设计要求和被控负载的情况。2．交流型SSR是针对在工频(我国为50Hz)下工作而设计的。应用时，对被控交流电源频率的要求是一般能在40Hz～60Hz范围内正常工作，要求波形为正弦波。在此频率范围外或在非纯正弦波作用下能否正常工作，要视产品的具体情况而定。3．选用具体的SSR产品时，首先应确定它的电性能参数，如输入电压(电流)、输出电压(电流)、过负载电流(浪涌电流)以及dV/dt等，与实际要求的技术指标是否相符或相配，以及与外接电路或负载是否匹配等。6.1继电器6.1.6继电器的选型2．固态继电器的选用4．在选用某种型号的产品时，还要考虑其外形结构、装配方式和散热情况等。SSR的外形结构有针孔焊接式、装置式、插接式及双列直插式等类型。针孔焊接式SSR和双列直插式SSR的输出端的开断容量一般在3A以下，可在印制电路板上直接安装、焊接，而且需加装散热板；插接式SSR需配接专用接插件；装置式SSR适合在配电板上安装，其容量在5～40A之间，一般要配置大面积的散热板。5．SSR的负载能力与工作环境的温度有关，当环境温度升高时，SSR的负载能力随之下降。因此，选择SSR的额定工作电流时应留有充分余地。6．SSR导通时本身耗散的功率会使外壳温度升高，而最大负载电流随外壳温度的升高而下降。为使SSR能满额运行，应减少其本身的发热量并加强散热效果，如加装适当规格散热板。7．连接SSR时，应注意直流控制电压的大小与极性。提请读者注意的是：交流SSR不能用在输出端是直流电源的场合；直流SSR也不能用在输出端是交流电源的场合。6.1继电器6.1.6继电器的选型2．固态继电器的选用8．对于交流型SSR，其输出端加RC吸收回路是必需的。在购买SSR器件时，应弄清该型号SSR内是否配置有RC吸收回路(有的装了，而有的没有)。对于感性负载，尤其是重感性负载，除配置RC吸收回路外，还应增加压敏电阻器。压敏电阻器的标称工作电压可选电源电压有效值的1.9倍。9．焊接时间问题。在使用针孔焊接式SSR和触发式SSR时，其焊接温度不应高于260℃，焊接时间应小于10s。对于螺丝固定式SSR，应加垫圈防止松动，而且扭劲不宜过大，以防损坏。10．SSR的输入与输出间的隔离方式有光电式隔离和干簧管继电器隔离等。采用光电隔离方式的SSR，其内的发光二极管的反向击穿电压仅为6V左右，为确保器件使用安全，应在发光二极管回路中串接一个保护二极管，以防反向击穿。11．注意SSR规定的工作电流。当输入信号源的电压较高时，必须在输入回路中串接限流电阻。12．在使用时，务必注意与SSR输出端串接的负载绝不可短路。6.2连接器6.2.1连接器的分类划分方式分类说明按外形分类圆形连接器主要用于D类连接，端接导线，电缆等，外形为圆筒形。矩形连接器主要用于C类连接，外形为矩形或梯形。条形连接器主要用于B类连接，外形为长条形。印制板连接器主要用B类连接，包括边缘连接器，板装连接器，板间连接器。IC连接器用于A类连接，通常称插座。导电橡胶连接器用于液晶显示器件与印制板连接。6.2连接器6.2.1连接器的分类划分方式分类说明按用途分类电缆连接器连接多股导线，屏蔽线及电缆，由固定配对器组成。机柜连接器一般由配对的固定连接器组成。音视频设备连接器用于视频显示设备和音频播放设备与控制设备的连接。电源连接器通常称为电源插头插座。射频同轴连接器也称高频连接器，用于射频、视频及脉冲电路。光纤光缆连接器用于长距离，大数据量通信设备。其他专用连接器如办公设备、汽车电器等专用的连接器。6.2连接器6.2.2连接器的基本结构6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点1．圆形连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点2．矩形连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点3．印刷版连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点4．音频连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点5．USB连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点6．D形连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点7．大电流连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点8．带状板扁平排线连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点9．AV连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点10．条形连接器6.2连接器6.2.3常用连接器的外形、特点11．元器件插座6.2连接器6.2.4连接器的电路图形符号电路符号符号名称说明同轴电缆接插头同轴电缆连接器，内部为信号线，外部为屏蔽线。同轴电缆接插头1脚为信号线，2、3、4、5为屏蔽引脚，该插头焊接于电路板上，同轴电缆接插头上图符号为阴脚(1脚对外表现为孔)，该图符号为阳脚(1脚对外表现为针)，这两连接器可插接在一起。注：两个同时为阴或同时为阳的连接器无法互联。D形9针连接器该连接器为计算机上常见的串口插头，10、11脚为固定端。6.2连接器6.2.4连接器的电路图形符号电路符号符号名称说明D形25针连接器该连接器为计算机上常见的并口插头，26、27脚为固定端。D形连接器有不同的针数之分，在此不一一列出，常见的还有显示器与计算机相连的插头。单排连接器单排连接器有不同的针数和外形，外形无法通过符号看出，图示符号为5针连接器。双排连接器双排连接器有不同的针数和外形，外形无法通过符号看出，图示符号为10针连接器。双排连接器该符号亦为双排连接器符号，只是其针数排列方式与上图不同。6.2连接器6.2.4连接器的电路图形符号电路符号符号名称说明PS2端口该符号为计算机PS2端口符号，即老式计算机的键盘、鼠标口(现在的键盘、鼠标口为USB口)。音频端口单音频、单音频带检测、双音频、双音频带检测连接器，根据不同的需要选择连接端口。USB口USB连接端口符号，现广泛应用于各种电子设备中，USB连接器外形有很多种，电路图符号都是该符号，具体的外形由器件封装决定。电源端口市电交流电源端口，火线、零线、大地线三根引脚。6.2连接器6.2.5连接器参数识别性能说明机械性能插拔力就连接功能而言，插拔力是重要地机械性能。插拔力分为插入力和拔出力(拔出力亦称分离力)，两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定，这表明，从使用角度来看，插入力要小(从而有低插入力LIF和

无插入力ZIF的结构)，而分离力若太小，则会影响接触的可靠性。机械寿命机械寿命实际上是一种耐久性指标，在国标中把它叫做机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环，以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能(如接触电阻值)作为评判依据。连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构(正压力大小)接触部位镀层质量(滑动摩擦系数)以及接触件排列尺寸精度(对准度)有关。6.2连接器6.2.5连接器参数识别电气性能接触电阻高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。绝缘电阻衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标，其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。抗电强度抗电强度又称耐电压、介质耐压，是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。电磁干扰泄漏衰减电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果，电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果，一般在100MHz~10GHz频率范围内测试。对射频同轴连接器而言，还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比(VSWR)等电气指标。由于数字技术的发展，为了连接和传输高速数字脉冲信号，出现了一类新型的连接器即高速信号连接器，相应地，在电气性能方面，除特性阻抗外，还出现了一些新的电气指标，如串扰(crosstalk)，传输延迟(delay)、时滞(skew)等。6.2连接器6.2.5连接器参数识别环境性能耐温目前连接器的最高工作温度为(少数高温特种连接器除外)，最低温度为。由于连接器工作时，电流在接触点处产生热量，导致温升，因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中，明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高温升。耐湿潮气的侵入会影响连接器绝缘性能，并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%(依据产品规范，可达98%)、温度+40±，试验时间按产品规定，最少为96小时。交变湿热试验则更严苛。耐盐雾连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时，其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀，影响连接器的物理和电气性能。为了评价电连接器耐受这种环境的能力，规定了盐雾试验。它是将连接器悬挂在温度受控的试验箱内，用规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出，形成盐雾大气，其暴露时间由产品规范规定，至少为48小时。6.2连接器6.2.5连接器参数识别环境性能振动和冲击耐振动和冲击是电连接器的重要性