1. 概述
　　面對紛繁復(fù)雜的繼電器產(chǎn)品，如何合理選擇、正確使用，是系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計人員密切關(guān)注并且必須優(yōu)先解決的實際問題。要做到合理選擇，正確使用，就必須充分研究分析系統(tǒng)的實際使用條件與實際技術(shù)參數(shù)要求，按照“價值工程原則” ，恰如其分地提出所選用繼電器產(chǎn)品必須達到的技術(shù)性能要求。在整機的可靠性設(shè)計中，要求合理選用元器件。元器件的選擇和控制是需要多學(xué)科知識才能完成的一項任務(wù)，一般應(yīng)由元器件工程師、可靠性設(shè)計師、總體及電路設(shè)計師、失效分析人員共同完成。首先要根據(jù)整機系統(tǒng)的重要程度、可靠性要求、所使用的環(huán)境條件及成本等項要求綜合考慮和選擇。具體說來，大致可按下列要素逐條分析研究，確認所要求的等級以及量值范圍。選擇時必須重視以下幾個方面的要求。
　　
　　2. 對使用環(huán)境條件的選擇
　　氣候應(yīng)力作用要素，主要指溫度、濕度、大氣壓力(海拔高度)、沿海大氣(鹽霧腐蝕)、砂塵污染、化學(xué)氣體和電磁干擾等要素?？紤]系統(tǒng)在全國各地各行業(yè)及自然環(huán)境的普遍適用性，兼顧必須長年累月可靠運行的特殊性，系統(tǒng)關(guān)鍵部位必須選用具有高絕緣、強抗電性能的全密封型(金屬罩密封或塑封型，金屬罩密封產(chǎn)品優(yōu)于塑封產(chǎn)品) 繼電器產(chǎn)品。因為只有全密封繼電器才具有優(yōu)良的長期耐受惡劣環(huán)境性能、良好的電接觸穩(wěn)定、可靠性和穩(wěn)定的切換負載能力（不受外部氣候環(huán)境影響）。
　　2.1　溫度對繼電器的影響
　　繼電器是怕熱元件，高溫可加速繼電器內(nèi)部塑料及絕緣材料的老化、觸點氧化腐蝕、熄弧困難、電參數(shù)變壞，使可靠性降低，所以，要求設(shè)計時使繼電器不要靠近發(fā)熱元件，并有良好的通風散熱條件。
　　繼電器雖然是怕熱元件，但對過低溫度（如軍用航空條件- 55℃） 也不能忽視，低溫可使觸點冷粘作用加劇，觸點表面起露，銜鐵表面產(chǎn)生冰膜，使觸點不能正常轉(zhuǎn)換，尤其是小功率繼電器更為嚴重。試驗證明，對于有些按部標生產(chǎn)的國產(chǎn)小功率繼電器，雖然使用條件規(guī)定低溫為- 55℃，但實際上在此條件下繼電器根本無法進行正常轉(zhuǎn)換，建議在選擇時要留有充分的余量，對于重要的軍用電子整機，建議選用國軍標產(chǎn)品。
　　2.2　低氣壓對繼電器的影響
　　在低氣壓條件下，繼電器散熱條件變壞，線圈溫度升高，使繼電器給定的吸合、釋放參數(shù)發(fā)生變化，影響繼電器的正常工作；低氣壓還可使繼電器絕緣電阻降低、觸點熄弧困難，容易使觸點燒熔，影響繼電器的可靠性。對于使用環(huán)境較惡劣的條件，建議采用整機密封的辦法。
　　2.3　機械應(yīng)力對繼電器的影響
　　主要指振動、沖擊、碰撞等應(yīng)力作用要素。對控制系統(tǒng)主要考慮的是抗地震應(yīng)力作用、抗機械應(yīng)力作用能力，宜選用采用平衡銜鐵機構(gòu)的小型中間繼電器。電磁繼電器的簧片均為懸梁結(jié)構(gòu)，固有頻率低，振動和沖擊可引起諧振，導(dǎo)致繼電器觸點壓力下降，容易產(chǎn)生瞬間斷開或觸點出現(xiàn)抖動，嚴重時可造成結(jié)構(gòu)損壞，可動的銜鐵部分可產(chǎn)生誤動作，影響繼電器的可靠性。建議在設(shè)計中盡量采取防振措施以防產(chǎn)生諧振。
　　根據(jù)上述環(huán)境條件對繼電器的影響，在選擇繼電器時，首先要使繼電器滿足整機規(guī)定的各項環(huán)境條件的要求。如果不能全面考慮各項環(huán)境條件，研制出來的整機就達不到合同規(guī)定的技術(shù)要求。如在軍用機載電子設(shè)備上選用JRC- 5M小型電磁繼電器，若只重視環(huán)境溫度可滿足整機要求而忽視振動、沖擊條件。這些條件不能滿足，就必須采取相應(yīng)的防范措施，否則可靠性得不到保證。
　　2.4　絕緣耐壓
　　非密封或密封繼電器的引出端外露絕緣子長期受塵埃、水氣污染，導(dǎo)致其絕緣強度下降，在切換感性負載時的過電壓作用下，引起絕緣擊穿失效。針對繼電器絕緣固有特性，在選型時必須依據(jù)繼電器的以下技術(shù)特性：
　　2.4.1　足夠的爬電距離：一般要求>3 mm（工作AC 220V）；
　　2.4.2　足夠的絕緣強度：無電氣聯(lián)系的導(dǎo)體之間>AC 2000V（工作AC 220V），同組觸點之間>AC 1000V；
　　2.4.3　足夠的負載能力：DC 220 V感性；5～40 ms，>50W；
　　2.4.4　長期耐受氣候應(yīng)力的能力：線圈防霉斷、絕緣抗電水平長期穩(wěn)定可靠。
　　2.5　密封繼電器與非密封繼電器
　　部分工程技術(shù)人員認為非密封產(chǎn)品動作狀態(tài)直觀、失效分析方便，而密封產(chǎn)品動作過程看不見摸不透，兩者的優(yōu)缺點如下：
　　非密封繼電器的優(yōu)點是多采用拍合式銜鐵，結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝簡便、安裝維修方便、工作狀態(tài)直觀、便于失效分析、價格便宜。主要缺點是工作可靠性對使用環(huán)境（氣候應(yīng)力、機械應(yīng)力）變化的敏感性強；長期耐受氣候條件性能隨時間增長而易受環(huán)境條件污染、損傷；電接觸穩(wěn)定性、可靠性差；線圈易受潮氣、雜質(zhì)污染產(chǎn)生電腐蝕、霉變等而失效。
　　密封繼電器優(yōu)點是多采用平衡旋轉(zhuǎn)式銜鐵，全密封結(jié)構(gòu)隔離外部氣候應(yīng)力作用，抗惡劣環(huán)境性能優(yōu)良；觸點電接觸性能穩(wěn)定可靠，線圈抗腐蝕、霉變，長期可靠性能優(yōu)良。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝特殊，失效分析困難，本身無法維修重復(fù)使用，成本、價格高。
　　因此，從長期耐氣候應(yīng)力性能、抗惡劣環(huán)境性能與電接觸穩(wěn)定可靠性考慮，密封繼電器明顯優(yōu)于非密封繼電器。針對可靠性要求高的航天、航空、軍用系列，主要選用金屬罩密封繼電器產(chǎn)品。對于重要場合的生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)，要求長期穩(wěn)定可靠工作的特殊性，理應(yīng)以選用密封繼電器產(chǎn)品為主。
　　
　　3. 激勵線圈輸入?yún)⒘?br />　　主要是指過激勵、欠激勵、低壓激勵與高壓（220V) 輸出隔離、溫度變化影響、遠距離有線激勵、電磁干擾等要素，這些都是確保系統(tǒng)可靠運行必須認真考慮的因素。按繼電器所規(guī)定的激勵量激勵是確保它可靠、穩(wěn)定工作的必要條件。
　　繼電器的技術(shù)條件一般對線圈的電壓都給出工作電壓、吸合電壓、釋放電壓。要保證繼電器的正常工作，在電路連接時，一定要保證在任何情況下都要使給定的三個電壓滿足技術(shù)條件規(guī)定的數(shù)值。否則，繼電器無法正常轉(zhuǎn)換。
　　3.1　關(guān)于串聯(lián)供電激勵方式
　　不少用戶采用串聯(lián)分壓供電方式給繼電器線圈施加激勵量，驅(qū)動繼電器動作。這種激勵方式一般是不可取的。因繼電器的吸合時間主要取決于回路的時間常數(shù)T，且T = L/R。當串聯(lián)電阻R1給繼電器線圈供電時，R=R1+ R2，則有L/R2>L/(R1+R2)；顯然，串聯(lián)R1后使T減小，繼電器的吸合時間加速。特別是當R1≥R2，電壓很高時，吸合時間將大大減少。運動部件的過快動作，將加大運動部件接合時的沖擊、碰撞、反彈，從而增大觸點回跳，加速機械磨損，降低觸點的負載能力與機械壽命。因此，串聯(lián)供電激勵方式改變了繼電器原設(shè)計所規(guī)定的正常工作狀態(tài)，一般是不可取的。當觸點回跳、機械磨損對實際使用不構(gòu)成利害關(guān)系，且特別需要加快動作速度時，才可以采用提高激勵電壓或串聯(lián)電阻供電激勵方式。
　　3.2　繼電器線圈串聯(lián)的使用
　　采用多個繼電器線圈串聯(lián)后，再用DC 220V電源去激勵，這種激勵方式必須謹慎采用。
　　3.2.1　對相同類型、相同規(guī)格繼電器產(chǎn)品而言，由于各線圈的阻抗（含直流電阻與瞬時感抗）大體相同，差值較小，故采用串聯(lián)分壓激勵方式使用問題不大。實踐證明也是可行的。
　　3.2.2　對不同類型或不同規(guī)格的繼電器產(chǎn)品言之，由于不同繼電器線圈的阻抗不一致，且差值隨瞬時感抗的不同而相差很大，故串聯(lián)激勵瞬間，各繼電器線圈上所分得的激勵電壓（由瞬時分壓比決定）差值必然很大，勢必出現(xiàn)有的繼電器處于過壓激勵狀態(tài)，有的則處于欠壓激勵狀態(tài)，各繼電器觸點的開關(guān)時序與速度將會發(fā)生本質(zhì)性變化，必然會出現(xiàn)動作先、后，快、慢顛倒，開關(guān)不可靠等情況。因此，不同類型、不同規(guī)格的繼電器線圈不宜采用串聯(lián)分壓激勵方式。
　　3.3　關(guān)于繼電器線圈并聯(lián)使用
　　在復(fù)雜的控制回路中，將2只（或多只）不同類型的繼電器（如接觸器K1、小型靈敏繼電器K2）線圈并聯(lián)使用的情況時有發(fā)生，在這種情況下，有可能產(chǎn)生K1延遲釋放、觸點斷弧能力下降，K2被反向重復(fù)激勵、觸點誤動作等實際問題。在直流控制回路中，K1，K2線圈所貯存的磁能可能相差很大。當線圈電源失電后，K1（磁能大）的貯能將通過K2（磁能?。┑木€圈泄放，產(chǎn)生反向電流。從而導(dǎo)致K1釋放時間延長，觸點斷弧速度遲緩，觸點間燃弧時間延長；K2的釋放時間短，隨后被反向泄放電流所激勵，甚至釋放后瞬間重復(fù)吸合，產(chǎn)生誤動作故障。在實際應(yīng)用時應(yīng)注意避免上述因疏于研究而導(dǎo)致的不可靠現(xiàn)象。
　　4.　觸點輸出（換接電路）參量
　　主要是指觸點負載性質(zhì)，如燈負載，容性負載，電機負載，電感器、接觸器線圈、扼流圈負載，阻性負載等；觸點負載量值（開路電壓量值、閉路電流量值），如低電平負載、干電路負載、小電流負載、大電流負載等。
　　根據(jù)被繼電器驅(qū)動設(shè)備的負載性質(zhì)、負載容量選用合適的繼電器， 是繼電器可靠工作的基本條件，繼電器的失效或可靠不可靠，主要指觸點能否完成所規(guī)定的切換電路功能。如切換的實際負載容量大于所選用繼電器規(guī)定的切換負載容量，繼電器是不可能可靠工作的。
　　4.1　關(guān)于觸點的負載
　　繼電器觸點故障是繼電器失效的核心所在，當觸點實際切換的負載電壓小于起弧電壓，電流小于1A時，特別是在中等電流（試驗標準為DC 28V，0.1A）、低電平（10～30mV，10～50LA）或干電路（指繼電器觸點先閉合，后接通毫伏微安級負載）條件下，觸點實際工作時的失效機理、失效方式與實際切換額定功率負載全然不同。正是為了滿足不同負載的不同要求，不同產(chǎn)品在設(shè)計、制造工藝、檢測、試驗要求也各不相同。因此，在實際選用繼電器產(chǎn)品時，一定不能錯誤地認為：繼電器的觸點開關(guān)適用于從零到規(guī)定額定值的所有負載，更不能認為通過觸點的實際負載比產(chǎn)品標準所規(guī)定的額定負載越小越可靠。例如能可靠切換220V，10A負載的觸點，并不一定能可靠地切換10 mA的實際負載。更不可用它去換接低電平或干電路負載。因此，對中等電流、低電平，干電路負載建議選用接觸可靠性優(yōu)良的金屬罩全密封產(chǎn)品。根據(jù)現(xiàn)場使用統(tǒng)計，在繼電器使用中，由于對觸點負荷使用不當造成的失效，約占繼電器總失效率的70%。如何正確設(shè)計觸點負荷應(yīng)力是保證繼電器可靠性的關(guān)鍵。
　　一般在可靠性設(shè)計中，降額設(shè)計是提高可靠性最有效的措施，對其它元器件來講，如果不考慮其它因素如成本、體積等，降額越多，可靠性越高。但是，繼電器與其它元器件有不同之處，并不是觸點所加的負荷應(yīng)力越小越可靠，這主要是由觸點失效機理決定的。當觸點電流使用到100毫安時，觸點的電弧作用明顯減弱，觸點在高溫條件下析出的含碳物質(zhì)不能被電弧燒掉而沉積在觸點表面，使觸點接觸電阻增大，影響接觸可靠性。
　　當觸點負荷使用在10毫安以下或50毫伏以下時，接觸可靠性明顯降低，因為這時電壓無法擊穿觸點表面的膜電阻，將出現(xiàn)低電平失效。尤其在高溫條件下，加速了觸點的氧化，低電平失效表現(xiàn)得更為嚴重，所以把10毫安以下，50毫伏以下的負載稱為低電平負載。如果要求繼電器工作在低電平條件下，需要與生產(chǎn)廠簽訂專門技術(shù)協(xié)議，生產(chǎn)廠要按低電平要求進行生產(chǎn)和篩選，否則將出現(xiàn)低電平失效，嚴重影響可靠性。
　　繼電器的負荷應(yīng)力雖然不能過小，但是，技術(shù)條件給出的負荷應(yīng)力，是觸點的最大額定值，是在任何情況下都不應(yīng)該超過的參數(shù)。如果在使用中超過，輕者可造成壽命縮短，可靠性降低，重者可燒毀觸點，造成失效。這主要是繼電器觸點在大負荷下工作時所產(chǎn)生的飛弧導(dǎo)致觸點被燒熔，在觸點表面形成凹凸不平，形成機械咬合而無法分開，觸點負荷越大，飛弧越大，觸點被燒毀的可能性越大。從以上分析可知，適當?shù)慕殿~仍是提高繼電器可靠性的有效措施。
　　觸點負荷的正確使用，在一般情況下，負荷應(yīng)力應(yīng)設(shè)計在100毫安以上、技術(shù)指標給定的額定負荷值的百分之八十以下比較可靠。值得注意的是，繼電器觸點的額定負荷值是在阻性負載條件下給定的，當使用的負載是感性、容性及燈載時，可產(chǎn)生10倍的浪涌電流，所以如果不是阻性負載，使用時一般應(yīng)按表1所示進行換算。
　　                                                  

4.2　關(guān)于電容負載
　　繼電器接點作為切換容性負載回路的自保接點，易引起接點粘接而不能釋放，其原因是由于電容器的充放電過程，類似于電容儲能點焊過程。進一步分析試驗表明：給22μF電容器充足DC 220 V電壓后，再激勵繼電器使其觸點直接短路放電，10次之內(nèi)，純銀觸點即可產(chǎn)生焊接不放現(xiàn)象。從理論上考慮，電容器的放電電流為：
　　                                                                               

式中：
　　U - 為電容器兩端電壓；
　　R - 為放電回路電阻；
　　T - 為時間常數(shù)；
　　由于R約等于觸點的接觸電阻，趨近于零，在開始放電瞬間i= U/R；i非常大，也就是說： 電容器所儲存的全部能量，在很短時間內(nèi)全部通過觸點泄放，從而直接導(dǎo)致點焊焊接失效。因此，長的傳輸線、消除電磁干擾用的濾波器、電源等都是強容性的。用于此類負載的繼電器應(yīng)結(jié)合設(shè)備特性選用。
　　4.3　關(guān)于繼電器觸點的并聯(lián)使用
　　4.3.1　不能用觸點并聯(lián)的方式提高功率；有時，用一組觸點不能滿足電路的功率要求時，有時采用兩組或多組觸點并聯(lián)的方式來保證電路的功率要求。但是，由于繼電器觸點在動作時存在微小的時間差（一般兩組觸點動作時間相差0.1毫秒～0.2毫秒）。由此可知，先接通的一組觸點將承受全部功率，處在超應(yīng)力條件下進行切換，很容易被大電流形成的電弧燒毀而失效，所以，要求在使用繼電器時，不能用觸點并聯(lián)的方式提高功率。
　　4.3.2　一般不采用觸點并聯(lián)的方式提高可靠性；在可靠性設(shè)計中，冗余設(shè)計可以提高可靠性。有些設(shè)計師利用冗余設(shè)計的原理，主觀上想利用繼電器觸點并聯(lián)的方式提高控制電路的可靠性。但是，一般控制電路的作用是利用觸點相互轉(zhuǎn)換作用達到對電路的控制。如果采用觸點并聯(lián)的方式，接通的可靠性雖然提高了，但斷開的可靠性卻降低了，所以對一般用繼電器控制的轉(zhuǎn)換電路，采用并聯(lián)方式提高可靠性是不可取的。只有對特殊要求，例如一次接通或斷開就能完成規(guī)定功能的電路（如發(fā)射衛(wèi)星，只要求繼電器觸點把火箭的點火系統(tǒng)接通就完成任務(wù)），采用觸點并聯(lián)的方式可提高可靠性。
　　4.4　繼電器觸點的正確連接
　　4.4.1　應(yīng)盡量多用動合觸點、少用動斷觸點；在對繼電器觸點連接時，應(yīng)盡量多采用動合觸點的連接方式，少用動斷觸點，其原因是動合觸點比動斷觸點在動作時的觸點回跳次數(shù)少。眾所周知，觸點抖動對電路產(chǎn)生不良影響，而且縮短了觸點的壽命。
　　4.4.2　對轉(zhuǎn)換觸點極性的正確連接；轉(zhuǎn)換觸點極性的連接對觸點壽命的影響極大，正確的連接應(yīng)是可動觸點接電源陰極，固定觸點接電源陽極。其原因是通過對兩種不同連接的測試表明，在相同負載條件下，按上述正確的極性連接與相反的極性連接，其觸點的燃弧時間要減短二分之一，因而提高了觸點壽命。