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如何為工業(yè)應(yīng)用選擇高安全性功率繼電器

發(fā)布時間:2022-07-04 來源:貿(mào)澤電子 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】為工業(yè)應(yīng)用選擇合適的繼電器需要深思熟慮。選擇這些產(chǎn)品的常用考慮因素包括檢查所需的電壓和電流,以及繼電器最大可用空間等方面,而且要注意任何特定組件的間隔距離。其它一些更復(fù)雜的考慮因素還包括是否有適用于該具體應(yīng)用的安全標(biāo)準(zhǔn)。本文將討論設(shè)計工程師在開發(fā)工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用以及選擇合適的繼電器時所需要面臨的要求和挑戰(zhàn)。


在繼電器選擇過程中,工程師需要認(rèn)真審查兩個技術(shù)方面。首先,本文將重點介紹浪涌電流峰值如何會嚴(yán)重?fù)p壞繼電器觸點,使其無法再正常工作。這種故障突出表明需要遵守電梯、工業(yè)切割機和鐵路信號等設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)。第二個主題則涉及空間受限的環(huán)境,例如工業(yè)控制柜,需要匹配足夠的可用空間來安裝所需數(shù)量的繼電器。


為電氣要求苛刻的環(huán)境選擇繼電器


在過去十年中,工業(yè)制造格局經(jīng)歷了快速轉(zhuǎn)型。以提高整體運營效率為重點,工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 等產(chǎn)業(yè)趨勢推動了對工業(yè)自動化設(shè)備和系統(tǒng)的需求增長。


工業(yè)系統(tǒng)需要一種有效的方法從低壓接口來控制到設(shè)備的高功率軌,電磁繼電器提供了一種實現(xiàn)此類動作的有效方法,并且通??捎靡粋€信號打開或關(guān)閉多組觸點。雖然這種不起眼的繼電器可以提供簡單且低成本的解決方案,但在某些情況下,受控設(shè)備可能需要滿足嚴(yán)格的功能安全要求。例如,液壓機操作員必須 100% 確定僅在得到指示時才進行操作。IEC 61508 及其工業(yè)設(shè)備衍生標(biāo)準(zhǔn)等功能安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了保護設(shè)備用戶和防止設(shè)備損壞所需的安全完整性等級 (SIL)。另一項安全標(biāo)準(zhǔn) IEC 61810-3(以前稱為 EN 50205)明確適用于針對安全和自我監(jiān)控控制應(yīng)用的繼電器。


應(yīng)對浪涌電流


浪涌電流可能會對任何電氣開關(guān)設(shè)備造成損壞,例如開關(guān)、接觸器(contactors)和繼電器等。當(dāng)施加到負(fù)載的電源電壓過高導(dǎo)致出現(xiàn)過大電流時,就會出現(xiàn)浪涌電流。電機和變壓器等感性負(fù)載以及儲能設(shè)備等容性負(fù)載特別容易出現(xiàn)高浪涌電流,其幅度可能高出平均穩(wěn)態(tài)電流的四十倍。在繼電器中,突然的浪涌電流可能會在繼電器觸點之間產(chǎn)生瞬時電弧,從而導(dǎo)致它們被焊接在一起。繼電器可能表明上看起來仍按預(yù)期的那樣運行,但其關(guān)斷負(fù)載電源的能力已經(jīng)受到損害。


有幾種方法可以減少浪涌電流。其中包括緩慢增大施加到負(fù)載的電壓或使用零交叉開關(guān) (ZCS),例如固態(tài)繼電器 (SSR)。 ZCS 通過檢測交流電源電壓在正負(fù)峰值(零交叉點)何時變?yōu)榱?,此時電流也為零。一旦發(fā)生過零(zero-crossing),繼電器可以打開或關(guān)閉負(fù)載。


不幸的是,高電感性負(fù)載的本質(zhì)是最大電流點可能大大滯后于電壓峰值,會使零電壓和零電流出現(xiàn)的時間產(chǎn)生錯位。因此,過零開關(guān)和固態(tài)繼電器(ZCS/SSR)方法可能會導(dǎo)致開關(guān)大電流。此外,眾所周知,ZCS/SSR 是目前所用開關(guān)方法中造成破壞性和有害電磁干擾 (EMI) 的潛在來源,要實現(xiàn) ZCS/SSR 功能安全的合規(guī)性,需要對半導(dǎo)體電路進行復(fù)雜的監(jiān)控。


力引導(dǎo)繼電器


可靠和安全地開關(guān)電路的最可行和最簡單方法是使用力引導(dǎo)繼電器 (FGR),這些繼電器需要遵從之前強調(diào)的 IEC 61810-3 標(biāo)準(zhǔn)。力引導(dǎo)繼電器使用的構(gòu)造方法能夠確保常開(make/NO)觸點不能呈現(xiàn)與常閉(break/NC)觸點相同的狀態(tài)。如果繼電器內(nèi)發(fā)生觸點焊接或其他潛在故障,觸點的強制移動會與故障觸點保持 0.5mm 的指定最小距離。


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圖 1:來自 TE Connectivity 的 FGR 觸點的特寫照片。


圖 1 為一組力引導(dǎo)繼電器觸點構(gòu)造方法的特寫照片。


TE Connectivity 的 SCHRACK 力引導(dǎo)繼電器產(chǎn)品組合可用于安全相關(guān)應(yīng)用,其中包括安全聯(lián)鎖、緊急停止開關(guān)和機器人控制系統(tǒng)等。除了工業(yè)應(yīng)用之外,F(xiàn)GR也可應(yīng)用于各種控制系統(tǒng),包括電梯門控制、鐵路信號系統(tǒng)和醫(yī)療診斷設(shè)備等。


SCHRACK 產(chǎn)品系列具有多種靈活的設(shè)計選項,例如可提供多種觸點配置、不同的觸點電鍍選項以及各種引腳布局,以實現(xiàn)更高的額定電壓。標(biāo)準(zhǔn)和敏感線圈選項則能夠提供更長的使用壽命,以及更加優(yōu)化和改進的散熱曲線。


圖 2 突出顯示了 SCHRACK FGR 產(chǎn)品系列,其中包括從 2 極的SR2M 系列到 7極的SRL7 系列。


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圖 2:TE Connectivity SCHRACK 力引導(dǎo)繼電器產(chǎn)品組合。(來源:TE Connectivity SCHRACK)


力引導(dǎo)繼電器的一個典型例子是SCHRACK SR2M 。該2 極繼電器符合 EN61810-3(以前稱為 EN50205)標(biāo)準(zhǔn),并在兩極之間加強了絕緣。開關(guān)觸點的額定電壓為 250VAC,最大為 400VAC,額定開關(guān)電流為6A。所用觸點材料為銀鎳 (AgNi)。觸點布置為 1 Form A (SPST-NO) 和 1 Form B (SPST-NC)。繼電器線圈的工作電壓取決于型號,能夠涵蓋從 5VDC 到 110VDC 的所有流行標(biāo)稱電壓。它能夠以插件或焊接引腳格式提供。SR2M 的典型應(yīng)用包括緊急關(guān)閉、液壓機控制、電梯和自動扶梯控制以及安全監(jiān)控等。


力引導(dǎo)繼電器的另一個示例是四極 SCHRACK SR4D/M,該繼電器可提供3 Form A和1 Form B觸點3 NO + 1 NC 或者 2 Form A + 2 Form B 觸點2 NO + 2 NC。觸點材料為銀氧化錫 (AgSnO2),每個觸點的額定電流為 8A。


用于空間受限工業(yè)應(yīng)用的 FGR


大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備由控制柜內(nèi)DIN導(dǎo)軌安裝過程邏輯控制器 (PLC) 控制。隨著機械設(shè)備變得更加復(fù)雜和設(shè)備功能密度增加,工廠的占地面積變得非常寶貴。通常,工程師僅限于每套生產(chǎn)設(shè)施使用一個控制柜,從而對控制設(shè)備的使用有嚴(yán)格限制?,F(xiàn)代工業(yè)控制器需要提供高密度功能,需要在給定空間實現(xiàn)更多功能,但這種方法也需要將散熱保持在最低限度。


一個 DIN 導(dǎo)軌安裝力引導(dǎo)繼電器的例子是緊湊型SCHRACK XT。SCHRACK XT 可提供單極或兩極型號,額定電流為 16A (1P) 或 8A (2P)。力引導(dǎo)繼電器可以與 24VDC 線圈或 24VAC、115VAC 或 230VAC 線圈一起訂購。


保持工業(yè)電氣系統(tǒng)安全運行

對于我們?nèi)粘I畹姆椒矫婷?,遵守適用的安全標(biāo)準(zhǔn)對保證任何人身安全都至關(guān)重要,尤其是存在機械和工藝設(shè)備潛在安全隱患的工業(yè)過程。功能安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了評估和確定風(fēng)險的總體框架,對于繼電器,IEC 61810-3 規(guī)范指定了將力引導(dǎo)繼電器用于安全控制應(yīng)用。


為了保護生命安全,TE Connectivity SCHRACK 產(chǎn)品系列中的力引導(dǎo)繼電器對于任何與安全相關(guān)的應(yīng)用來說都必不可少。



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