2025-08-07
相信大家在使用歐姆龍大容量功功繼電器時都會遇到些疑問,上一篇,我們為大家總結了歐姆龍大容量功率繼電器的四大疑問:
1. 線圈的逆起電壓應采取什么對策?
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. 電弧阻斷機制
小編在此將繼續為大家解答另外六大常見疑問:
在直流功率繼電器上,阻斷電弧時一般需要拉伸電弧,所以會內置永久磁鐵。這種磁鐵所生磁場可能會影響周圍的電子元件、尤其是電流傳感器(CT:Current transformer)的運轉。
CT時,會因這種永久磁鐵所生磁場而產生偏壓,可能會妨礙正確的電流值測量。
在此,就歐姆龍直流功率繼電器的磁場分布進行相關說明。請用戶在電路板布局設計時用做參考。
模擬磁場分析結果表明,在距離繼電器機架表面約20mm處,預測磁通密度約達數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
使用時的注意事項根據直流功率繼電器的容量范圍而異。
下面按機型進行詳細說明。
06-01
直流PCB功率繼電器G7L-X/G5PZ-X時
雖然G7L-X可阻斷1,000VDC/1A的負載,但電流值一旦下降至0.5A,就難以通過洛侖磁力拉伸電弧,從而無法阻斷負載。但是,如果電流值繼續下降,即會產生通過接點間隔進行阻斷的區域,由此可實現負載的阻斷。
G5PZ-X、G7L-X上存在這種阻斷不穩定的區域。
無法阻斷電弧時,可能會因接點的異常發熱而導致繼電器和電路板、外圍單元受到損傷。
下圖表示阻斷不穩定區域概念圖
這個區域可能會因周圍環境而發生變化,故請務必通過實體機加以確認。
06-02
直流PCB功率繼電器G2RG-X/G9KB時
G2RG-X及G9KB也與G7L-X和G5PZ-X一樣,通過磁鐵控制電弧。此些繼電器對于最大阻斷電壓具有充分的接點間隔,所以不會產生無法阻斷的區域。
原則上來說,歐姆龍不推薦將繼電器進行電氣性串聯或并聯后使用(G5PZ-X除外)。
但是,在此就在上述狀態下使用時的注意事項進行說明。
07-01
關于將繼電器進行串聯時的分壓
在DC負載下使用時,如果將繼電器進行串聯,電壓則會被一分為二,與1臺繼電器時相比還可能阻斷更大的電壓。例如,將2個額定開閉電壓為200VDC/20A的繼電器進行串聯時,有可能阻斷400VDC/20A的電壓。G5PZ-X時,建議采用這種使用方法。(詳情請參閱獨立數據表。)
G5PZ-X的連接范例
繼電器分別可阻斷DC200V、總計DC400V的電壓。
07-02
串聯時的注意事項
如果串聯的繼電器復原時間出現不均、或一側的繼電器損壞(熔敷),電弧則會在瞬間集中于1臺繼電器,從而可能導致繼電器故障、損壞。
理想狀態下,繼電器①和②會同時運轉,①和②上會被施加系統的1/2電壓。
如果繼電器①先于②運轉,則會在所有電壓均被施加于①上的狀態下而產生電弧。
V①>V②。
07-03
關于將繼電器進行并聯時的分流
將繼電器進行并聯后,通電時的電流可能會更大。例如,通過將2臺可通電200A的繼電器進行并聯,則可能實現400A的通電。
但是,歐姆龍不推薦并聯后使用。
理想狀態下,繼電器①和②會同時運轉,①和②上流動的電流相同。
07-04
并聯時的注意事項
如果一側的繼電器發生故障而無法通電,另一側的繼電器上即會流動更多的電流,結果將會導致繼電器故障。此外,各繼電器的接觸電阻并不完全相同,所以電流將會集中于接觸電阻較低的繼電器上,結果同樣會導致繼電器故障。
為了防止此些問題的發生,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絲,由此防止過電流的產生。
此外,阻斷電弧在阻斷負載時一定會集中于其中一臺繼電器,從而增加故障的風險,所以在執行阻斷時,需將其控制在無負載(0A)、或1臺繼電器的額定電流范圍。
本對策范例并非歐姆龍對運轉效果的保證,也并非推薦內容。
理想狀態下,繼電器①和②會同時運轉,①和②上流動的電流相同。
但是,可能會因一側繼電器故障、或接觸電阻差異,而導致電流集中于另一側繼電器的危險。
對策事例
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
面臨電阻導致損壞(發熱)的課題
下面就繼電器上流過類似短路電流的大電流時的繼電器動作進行說明。
根據電流的大小,大致會產生3種現象。
電流值 | 小 | 中 | 大 |
現象 | 電磁斥力較小,接點不會斷開。(接點會溶解,所以需要執行時間設定。) | 接點因電磁斥力而斷開,但發生熔敷。 | 接點因電磁斥力而斷開,持續拉伸電弧。(通過保險絲協調可繼續使用。) |
繼電器的狀態 | 如果是接觸部未發生溶解熔敷的通電時間,則可繼續使用。 | 接點因電磁斥力而斷開,接點在產生了電弧的狀態下再次接觸后發生熔敷。不可繼續使用。 | 接點因電磁斥力而斷開,但電磁斥力較大,接點難以再次接觸。如果可通過保險絲協調,那么在再次接觸前由保險絲阻斷電流的接點會有所消耗,但可繼續使用。(但是,長時間持續拉伸電弧會導致爆炸而無法使用。) |
<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)會使接點間相互排斥。因接點是點接觸,所以電流會如下圖所示在接點面上流動。
<接點面上發生的電磁斥力>
因接點是點接觸,所以接點間會流動逆向電流,產生電磁斥力。
08-01
電磁斥力(Fa)<接觸壓力(Fb)時
繼電器接點會因彈簧的彈力而相互產生一種推力(接觸壓力Fb)。接觸壓力(Fb)足夠大時,就不會受到電磁斥力(Fa)的影響且不會發生接點熔敷。可正常完成接點斷開。
08-02
電磁斥力(Fa)≦接觸壓力(Fb)時
接點在電磁斥力(Fa)未超出接點推力(Fb)的區域不會斷開。但是,接點之間的相互推力會因Fa的產生而變小。因此,接點接觸部的接觸電阻變大后,在該處產生的焦耳熱會變大,由此可能導致接點溶融、熔敷。
08-03
電磁斥力(Fa)>接觸壓力(Fb)時
此外,電流繼續增大后,電磁斥力(Fa)超出接觸壓力(Fb)時即會導致接點斷開。在此過程中,接點間會產生電弧,接點及接點部周圍會因該電弧熱而發生溶融、燒毀(冒煙、起火),有時還可能因急速加熱而導致爆炸。
如上所述,在大電流通電時,根據該電流的大小、時間,還可能會導致繼電器損壞。
請在實際負載條件下進行評估后再探討采用事宜。
越是大容量、大電流的應用,設備的發熱問題也就越明顯。發熱會縮短設備壽命,所以需要采用風扇或散熱片等冷卻機構,但搭載冷卻機構會導致設備的大型化和成本提高。導致設備發熱的主要原因之一和課題在于設備內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品陣容,有助于實現設備的低發熱化。以下曲線圖為接觸電阻額定值與實際值的對比。請作為設計時的參考。
歐姆龍可保證的是規格值,而非實際值。
G9KA
規格值:0.2mΩ
G7EB
規格值:5mΩ
G9KB
規格值:5mΩ
G7L-X-SI
規格值:10mΩ
“想在基板上實現更大負荷的通電”,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,應該采用怎樣的基板設計及焊接安裝條件?”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,我們針對基板與焊錫的設計建議進行說明。
10-01
針對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,抑制溫度上升是關鍵,因此繼電器周圍的電路基板設計受到重視。
在電路基板上,使用銅箔作為導體在各種元器件及電路之間傳遞電氣信號及電流。電流變大,包括繼電器在內的各種元器件及基板的銅箔部分的發熱量就變大。這樣就會引起基板溫度上升,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定的厚度,因此設計想要的銅箔截面積時需衡量銅箔寬度。除截面積外,端子臺尺寸、至主端子之間的距離等因素對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,自然對流速度為1.5m/s,在這樣的條件下確保基板溫度在120℃以下,其基板設計的建議如下所示。
G9KA-1A-E
銅箔截面積 | 72mm2 |
基板厚度 | 約2.1mm |
基板設計條件 | 環境溫度85℃、額定電流(300A)、 |
端子臺尺寸 | M8 |
電纜線直徑 | 185sq |
端子臺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施的評估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請客戶自行實際評估后再決定基板條件。
G9KA-1A
銅箔截面積 | 45mm2 |
基板厚度 | 約2.1mm |
基板設計條件 | 環境溫度85℃、額定電流(200A)、 |
端子臺尺寸 | M8 |
電纜線直徑 | 150sq |
端子臺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施的評估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請客戶自行實際評估后再決定基板條件。
G9KB-1A
銅箔截面積 | 12.5mm2 |
基板厚度 | 約1.6mm |
基板設計條件 | 環境溫度85℃、額定電流(50A)、 |
端子臺尺寸 | M5 |
電纜線直徑 | 10sq |
端子臺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施的評估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請客戶自行實際評估后再決定基板條件。
G7EB-1A-E
銅箔截面積 | 55mm2 |
基板厚度 | 約2.1mm |
基板設計條件 | 環境溫度85℃、額定電流(120A)、 |
端子臺尺寸 | M6 |
電纜線直徑 | 50sq |
端子臺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施的評估,并不保證基板溫度在120℃以下。
請客戶自行實際評估后再決定基板條件。
10-02
針對大電流基板的流體焊接安裝的見解
通入大電流時,發熱量變大難以避免。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。這就不禁會想:“大的端子怎樣焊接安裝在基板上才好呢?”。
進行焊接安裝時,關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,在進行焊接安裝時,預備加熱(預加熱)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的溫度曲線測量結果。
基板使用上一節所述的基板。
流體焊接推薦溫度曲線
對象型號:
G9KA-1A(-E)、G9KB、G7EB-1A(-E)
溫度曲線的溫度測量位置與條件
預加熱區間 | 基板背面 |
焊接安裝區間 | 繼電器端子(無焊錫的位置) |
預備加熱槽內溫度 | 約340℃ |
焊錫槽內溫度 | 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 |
型號 | CF-111V-3 | M705 |
注:此溫度曲線僅基于本公司實施的評估,并不保證焊接安裝的狀態等。
請客戶自行實際評估后再決定安裝條件(溫度曲線)。
在預加熱區間,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。
為了提高焊錫對繼電器端子的潤濕性,需要在短時間內將端子溫度加熱到220℃~230℃。不僅要參考溫度,還要參考到達時間,與此同時調整焊錫槽的結構。
歐姆龍的PCB功率繼電器
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