2025-08-07
相信大家在使用歐姆龍大容量功功繼電器時(shí)都會(huì)遇到些疑問,上一篇,我們?yōu)榇蠹铱偨Y(jié)了歐姆龍大容量功率繼電器的四大疑問:
1. 線圈的逆起電壓應(yīng)采取什么對(duì)策?
2. 如何降低線圈消耗功率?
3. 推薦施加保持電壓的電路有哪些種類?
4. 電弧阻斷機(jī)制
小編在此將繼續(xù)為大家解答另外六大常見疑問:
在直流功率繼電器上,阻斷電弧時(shí)一般需要拉伸電弧,所以會(huì)內(nèi)置永久磁鐵。這種磁鐵所生磁場(chǎng)可能會(huì)影響周圍的電子元件、尤其是電流傳感器(CT:Current transformer)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
CT時(shí),會(huì)因這種永久磁鐵所生磁場(chǎng)而產(chǎn)生偏壓,可能會(huì)妨礙正確的電流值測(cè)量。
在此,就歐姆龍直流功率繼電器的磁場(chǎng)分布進(jìn)行相關(guān)說明。請(qǐng)用戶在電路板布局設(shè)計(jì)時(shí)用做參考。
模擬磁場(chǎng)分析結(jié)果表明,在距離繼電器機(jī)架表面約20mm處,預(yù)測(cè)磁通密度約達(dá)數(shù)mT水平。
G9KB-1A
分析條件:
線圈施加:100%施加
分析軟件:J-MAG
G7L-2A-X
分析條件:
線圈施加:100%施加
分析軟件:J-MAG
G5PZ-1A-X
分析條件:
線圈施加:100%施加
分析軟件:J-MAG
G2RG-2A-X
分析條件:
線圈施加:100%施加
分析軟件:J-MAG
使用時(shí)的注意事項(xiàng)根據(jù)直流功率繼電器的容量范圍而異。
下面按機(jī)型進(jìn)行詳細(xì)說明。
06-01
直流PCB功率繼電器G7L-X/G5PZ-X時(shí)
雖然G7L-X可阻斷1,000VDC/1A的負(fù)載,但電流值一旦下降至0.5A,就難以通過洛侖磁力拉伸電弧,從而無法阻斷負(fù)載。但是,如果電流值繼續(xù)下降,即會(huì)產(chǎn)生通過接點(diǎn)間隔進(jìn)行阻斷的區(qū)域,由此可實(shí)現(xiàn)負(fù)載的阻斷。
G5PZ-X、G7L-X上存在這種阻斷不穩(wěn)定的區(qū)域。
無法阻斷電弧時(shí),可能會(huì)因接點(diǎn)的異常發(fā)熱而導(dǎo)致繼電器和電路板、外圍單元受到損傷。
下圖表示阻斷不穩(wěn)定區(qū)域概念圖
這個(gè)區(qū)域可能會(huì)因周圍環(huán)境而發(fā)生變化,故請(qǐng)務(wù)必通過實(shí)體機(jī)加以確認(rèn)。
06-02
直流PCB功率繼電器G2RG-X/G9KB時(shí)
G2RG-X及G9KB也與G7L-X和G5PZ-X一樣,通過磁鐵控制電弧。此些繼電器對(duì)于最大阻斷電壓具有充分的接點(diǎn)間隔,所以不會(huì)產(chǎn)生無法阻斷的區(qū)域。
原則上來說,歐姆龍不推薦將繼電器進(jìn)行電氣性串聯(lián)或并聯(lián)后使用(G5PZ-X除外)。
但是,在此就在上述狀態(tài)下使用時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行說明。
07-01
關(guān)于將繼電器進(jìn)行串聯(lián)時(shí)的分壓
在DC負(fù)載下使用時(shí),如果將繼電器進(jìn)行串聯(lián),電壓則會(huì)被一分為二,與1臺(tái)繼電器時(shí)相比還可能阻斷更大的電壓。例如,將2個(gè)額定開閉電壓為200VDC/20A的繼電器進(jìn)行串聯(lián)時(shí),有可能阻斷400VDC/20A的電壓。G5PZ-X時(shí),建議采用這種使用方法。(詳情請(qǐng)參閱獨(dú)立數(shù)據(jù)表。)
G5PZ-X的連接范例
繼電器分別可阻斷DC200V、總計(jì)DC400V的電壓。
07-02
串聯(lián)時(shí)的注意事項(xiàng)
如果串聯(lián)的繼電器復(fù)原時(shí)間出現(xiàn)不均、或一側(cè)的繼電器損壞(熔敷),電弧則會(huì)在瞬間集中于1臺(tái)繼電器,從而可能導(dǎo)致繼電器故障、損壞。
理想狀態(tài)下,繼電器①和②會(huì)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),①和②上會(huì)被施加系統(tǒng)的1/2電壓。
如果繼電器①先于②運(yùn)轉(zhuǎn),則會(huì)在所有電壓均被施加于①上的狀態(tài)下而產(chǎn)生電弧。
V①>V②。
07-03
關(guān)于將繼電器進(jìn)行并聯(lián)時(shí)的分流
將繼電器進(jìn)行并聯(lián)后,通電時(shí)的電流可能會(huì)更大。例如,通過將2臺(tái)可通電200A的繼電器進(jìn)行并聯(lián),則可能實(shí)現(xiàn)400A的通電。
但是,歐姆龍不推薦并聯(lián)后使用。
理想狀態(tài)下,繼電器①和②會(huì)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),①和②上流動(dòng)的電流相同。
07-04
并聯(lián)時(shí)的注意事項(xiàng)
如果一側(cè)的繼電器發(fā)生故障而無法通電,另一側(cè)的繼電器上即會(huì)流動(dòng)更多的電流,結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致繼電器故障。此外,各繼電器的接觸電阻并不完全相同,所以電流將會(huì)集中于接觸電阻較低的繼電器上,結(jié)果同樣會(huì)導(dǎo)致繼電器故障。
為了防止此些問題的發(fā)生,需使用比電路電流更大的額定電流繼電器、或在各繼電器的電流線上安裝電流傳感器或保險(xiǎn)絲,由此防止過電流的產(chǎn)生。
此外,阻斷電弧在阻斷負(fù)載時(shí)一定會(huì)集中于其中一臺(tái)繼電器,從而增加故障的風(fēng)險(xiǎn),所以在執(zhí)行阻斷時(shí),需將其控制在無負(fù)載(0A)、或1臺(tái)繼電器的額定電流范圍。
本對(duì)策范例并非歐姆龍對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)效果的保證,也并非推薦內(nèi)容。
理想狀態(tài)下,繼電器①和②會(huì)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),①和②上流動(dòng)的電流相同。
但是,可能會(huì)因一側(cè)繼電器故障、或接觸電阻差異,而導(dǎo)致電流集中于另一側(cè)繼電器的危險(xiǎn)。
對(duì)策事例
1)選擇電流容量具有余量的繼電器
2)插入電流平衡專用電阻
面臨電阻導(dǎo)致?lián)p壞(發(fā)熱)的課題
下面就繼電器上流過類似短路電流的大電流時(shí)的繼電器動(dòng)作進(jìn)行說明。
根據(jù)電流的大小,大致會(huì)產(chǎn)生3種現(xiàn)象。
電流值 | 小 | 中 | 大 |
現(xiàn)象 | 電磁斥力較小,接點(diǎn)不會(huì)斷開。(接點(diǎn)會(huì)溶解,所以需要執(zhí)行時(shí)間設(shè)定。) | 接點(diǎn)因電磁斥力而斷開,但發(fā)生熔敷。 | 接點(diǎn)因電磁斥力而斷開,持續(xù)拉伸電弧。(通過保險(xiǎn)絲協(xié)調(diào)可繼續(xù)使用。) |
繼電器的狀態(tài) | 如果是接觸部未發(fā)生溶解熔敷的通電時(shí)間,則可繼續(xù)使用。 | 接點(diǎn)因電磁斥力而斷開,接點(diǎn)在產(chǎn)生了電弧的狀態(tài)下再次接觸后發(fā)生熔敷。不可繼續(xù)使用。 | 接點(diǎn)因電磁斥力而斷開,但電磁斥力較大,接點(diǎn)難以再次接觸。如果可通過保險(xiǎn)絲協(xié)調(diào),那么在再次接觸前由保險(xiǎn)絲阻斷電流的接點(diǎn)會(huì)有所消耗,但可繼續(xù)使用。(但是,長時(shí)間持續(xù)拉伸電弧會(huì)導(dǎo)致爆炸而無法使用。) |
<洛侖磁力所致電磁斥力>
電流在繼電器上流動(dòng)后,通過所生與電流大小成正比的洛侖磁力,斥力(電磁斥力Fs)會(huì)使接點(diǎn)間相互排斥。因接點(diǎn)是點(diǎn)接觸,所以電流會(huì)如下圖所示在接點(diǎn)面上流動(dòng)。
<接點(diǎn)面上發(fā)生的電磁斥力>
因接點(diǎn)是點(diǎn)接觸,所以接點(diǎn)間會(huì)流動(dòng)逆向電流,產(chǎn)生電磁斥力。
08-01
電磁斥力(Fa)<接觸壓力(Fb)時(shí)
繼電器接點(diǎn)會(huì)因彈簧的彈力而相互產(chǎn)生一種推力(接觸壓力Fb)。接觸壓力(Fb)足夠大時(shí),就不會(huì)受到電磁斥力(Fa)的影響且不會(huì)發(fā)生接點(diǎn)熔敷??烧M瓿山狱c(diǎn)斷開。
08-02
電磁斥力(Fa)≦接觸壓力(Fb)時(shí)
接點(diǎn)在電磁斥力(Fa)未超出接點(diǎn)推力(Fb)的區(qū)域不會(huì)斷開。但是,接點(diǎn)之間的相互推力會(huì)因Fa的產(chǎn)生而變小。因此,接點(diǎn)接觸部的接觸電阻變大后,在該處產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)變大,由此可能導(dǎo)致接點(diǎn)溶融、熔敷。
08-03
電磁斥力(Fa)>接觸壓力(Fb)時(shí)
此外,電流繼續(xù)增大后,電磁斥力(Fa)超出接觸壓力(Fb)時(shí)即會(huì)導(dǎo)致接點(diǎn)斷開。在此過程中,接點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生電弧,接點(diǎn)及接點(diǎn)部周圍會(huì)因該電弧熱而發(fā)生溶融、燒毀(冒煙、起火),有時(shí)還可能因急速加熱而導(dǎo)致爆炸。
如上所述,在大電流通電時(shí),根據(jù)該電流的大小、時(shí)間,還可能會(huì)導(dǎo)致繼電器損壞。
請(qǐng)?jiān)趯?shí)際負(fù)載條件下進(jìn)行評(píng)估后再探討采用事宜。
越是大容量、大電流的應(yīng)用,設(shè)備的發(fā)熱問題也就越明顯。發(fā)熱會(huì)縮短設(shè)備壽命,所以需要采用風(fēng)扇或散熱片等冷卻機(jī)構(gòu),但搭載冷卻機(jī)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的大型化和成本提高。導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱的主要原因之一和課題在于設(shè)備內(nèi)置電路板上搭載的繼電器。
普通大容量繼電器的接觸電阻值為100mΩ,而歐姆龍還可提供最小0.2mΩ的較低接觸電阻的大容量功率繼電器產(chǎn)品陣容,有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的低發(fā)熱化。以下曲線圖為接觸電阻額定值與實(shí)際值的對(duì)比。請(qǐng)作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。
歐姆龍可保證的是規(guī)格值,而非實(shí)際值。
G9KA
規(guī)格值:0.2mΩ
G7EB
規(guī)格值:5mΩ
G9KB
規(guī)格值:5mΩ
G7L-X-SI
規(guī)格值:10mΩ
“想在基板上實(shí)現(xiàn)更大負(fù)荷的通電”,這樣的需求正急劇高漲,歐姆龍也在售幾百安培的PCB繼電器。但是,“為了使用PCB繼電器控制30A以上的大電流,應(yīng)該采用怎樣的基板設(shè)計(jì)及焊接安裝條件?”抱有這樣疑問的客戶出乎意料的多。
在此,為了滿足大電流的通過,我們針對(duì)基板與焊錫的設(shè)計(jì)建議進(jìn)行說明。
10-01
針對(duì)使用大容量功率繼電器的大電流基板的見解
在基板上控制大電流時(shí),抑制溫度上升是關(guān)鍵,因此繼電器周圍的電路基板設(shè)計(jì)受到重視。
在電路基板上,使用銅箔作為導(dǎo)體在各種元器件及電路之間傳遞電氣信號(hào)及電流。電流變大,包括繼電器在內(nèi)的各種元器件及基板的銅箔部分的發(fā)熱量就變大。這樣就會(huì)引起基板溫度上升,降低基板自身的耐久性。因此,有必要根據(jù)電流降低通電部位的電阻,通過增加銅箔的截面積(厚度x寬度),可以制作通入更大電流的基板。
適合各繼電器額定電流的基板,其推薦截面積有所不同。基板的銅箔厚度有規(guī)定的厚度,因此設(shè)計(jì)想要的銅箔截面積時(shí)需衡量銅箔寬度。除截面積外,端子臺(tái)尺寸、至主端子之間的距離等因素對(duì)基板溫度上升一般也都有影響。
通入額定電流,將繼電器的線圈電壓作為保持電壓,自然對(duì)流速度為1.5m/s,在這樣的條件下確?;鍦囟仍?20℃以下,其基板設(shè)計(jì)的建議如下所示。
G9KA-1A-E
銅箔截面積 | 72mm2 |
基板厚度 | 約2.1mm |
基板設(shè)計(jì)條件 | 環(huán)境溫度85℃、額定電流(300A)、 |
端子臺(tái)尺寸 | M8 |
電纜線直徑 | 185sq |
端子臺(tái)與繼電器主端子之間的空間距離 | 43mm |
注:上述條件僅基于本公司實(shí)施的評(píng)估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請(qǐng)客戶自行實(shí)際評(píng)估后再?zèng)Q定基板條件。
G9KA-1A
銅箔截面積 | 45mm2 |
基板厚度 | 約2.1mm |
基板設(shè)計(jì)條件 | 環(huán)境溫度85℃、額定電流(200A)、 |
端子臺(tái)尺寸 | M8 |
電纜線直徑 | 150sq |
端子臺(tái)與繼電器主端子之間的空間距離 | 43mm |
注:上述條件僅基于本公司實(shí)施的評(píng)估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請(qǐng)客戶自行實(shí)際評(píng)估后再?zèng)Q定基板條件。
G9KB-1A
銅箔截面積 | 12.5mm2 |
基板厚度 | 約1.6mm |
基板設(shè)計(jì)條件 | 環(huán)境溫度85℃、額定電流(50A)、 |
端子臺(tái)尺寸 | M5 |
電纜線直徑 | 10sq |
端子臺(tái)與繼電器主端子之間的空間距離 | 53.8mm |
注:上述條件僅基于本公司實(shí)施的評(píng)估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請(qǐng)客戶自行實(shí)際評(píng)估后再?zèng)Q定基板條件。
G7EB-1A-E
銅箔截面積 | 55mm2 |
基板厚度 | 約2.1mm |
基板設(shè)計(jì)條件 | 環(huán)境溫度85℃、額定電流(120A)、 |
端子臺(tái)尺寸 | M6 |
電纜線直徑 | 50sq |
端子臺(tái)與繼電器主端子之間的空間距離 | 48.30mm |
注:上述條件僅基于本公司實(shí)施的評(píng)估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請(qǐng)客戶自行實(shí)際評(píng)估后再?zèng)Q定基板條件。
10-02
針對(duì)大電流基板的流體焊接安裝的見解
通入大電流時(shí),發(fā)熱量變大難以避免。因此,為了抑制端子溫度上升,防止過熱,大容量功率繼電器需要表面積大的端子。這就不禁會(huì)想:“大的端子怎樣焊接安裝在基板上才好呢?”。
進(jìn)行焊接安裝時(shí),關(guān)鍵的是端子和基板的溫度。大的端子散熱性能也高,因此端子周圍的焊錫容易冷卻,很難將焊錫加熱到足夠的溫度。一般來說,在進(jìn)行焊接安裝時(shí),預(yù)備加熱(預(yù)加熱)工序是重要工序之一。在大容量PCB繼電器的流體焊接工序也是一樣。
<流體焊接工序與溫度變化示意圖>
以下是歐姆龍的主要大功率繼電器焊接安裝時(shí)的溫度曲線測(cè)量結(jié)果。
基板使用上一節(jié)所述的基板。
流體焊接推薦溫度曲線
對(duì)象型號(hào):
G9KA-1A(-E)、G9KB、G7EB-1A(-E)
溫度曲線的溫度測(cè)量位置與條件
預(yù)加熱區(qū)間 | 基板背面 |
焊接安裝區(qū)間 | 繼電器端子(無焊錫的位置) |
預(yù)備加熱槽內(nèi)溫度 | 約340℃ |
焊錫槽內(nèi)溫度 | 約260℃ |
參考材料信息
助焊劑 | 焊錫(無鉛) | |
制造商 | 田村制作所 | 千住金屬工業(yè) |
型號(hào) | CF-111V-3 | M705 |
注:此溫度曲線僅基于本公司實(shí)施的評(píng)估,并不保證焊接安裝的狀態(tài)等。
請(qǐng)客戶自行實(shí)際評(píng)估后再?zèng)Q定安裝條件(溫度曲線)。
在預(yù)加熱區(qū)間,充分加熱基板與端子非常重要。確保將基板溫度加熱至150~160℃,可提高焊錫的潤濕性。
為了提高焊錫對(duì)繼電器端子的潤濕性,需要在短時(shí)間內(nèi)將端子溫度加熱到220℃~230℃。不僅要參考溫度,還要參考到達(dá)時(shí)間,與此同時(shí)調(diào)整焊錫槽的結(jié)構(gòu)。
歐姆龍的PCB功率繼電器
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