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繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(又稱輸入迴路)和被控制系統(又稱輸出迴路),通常應用於自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

1 繼電器 -科技名詞定義


中文名稱:繼電器 英文名稱:relay 

定義:當輸入量(激勵量)的變化達到規定要求時,在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。 

所屬學科:電力(一級學科);繼電保護與自動化(二級學科) 

繼電器小型繼電器
繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(又稱輸入迴路)和被控制系統(又稱輸出迴路),通常應用於自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

2 繼電器 -詳細介紹

繼電器固態繼電器
當輸入迴路中激勵量的變化達到規定值時,能使輸出迴路中的被控電量發生預定階躍變化的自動電路控制器件。它具有能反應外界某種激勵量(電或非電)的感應機構、對被控電路實現「通」、「斷」控制的執行機構,以及能對激勵量的大小完成比較、判斷和轉換功能的中間比較機構。繼電器廣泛應用於自動控制、遙控遙測、通信、廣播和航天技術等領域,起控制、保護、調節和傳遞信息的作用。

繼電器的品種繁多,應用最廣的是電磁繼電器。

電磁繼電器的結構  典型結構如圖1。一般的電磁繼電器由電磁系統、接觸系統、傳動和復原機構三部分組成。
繼電器繼電器
電磁系統  即感應機構,由軟磁材料製成的鐵芯、軛鐵和銜鐵構成的磁路系統和線圈組裝而成。

接觸系統  即執行機構,由不同形式的觸點簧片或用作觸點的接觸片以一定的絕緣方式組裝而成,如圖1中的3、4、5觸點構成的接觸系統。

傳動和復原機構  即中間比較機構,實現繼電器動作的傳動機構是指當線圈激勵時將銜鐵運動傳遞到觸點簧片上的機構。一般是由和銜鐵連接在一起的觸點簧片直接傳動或通過銜鐵的運動間接地推動觸點簧片運動。圖1是一種由銜鐵直接帶動觸點簧片3運動的傳動形式。

復原機構是指當線圈去激勵時將銜鐵恢復到原始位置的機構。除少數繼電器通過接觸系統總壓力實現銜鐵復原外,一般是通過復原簧片或彈簧來實現的。圖1中復原機構的動作是通過復原彈簧6來實現的。

繼電器特性  主要有繼電特性、吸力和反力特性等。

繼電特性  當繼電器線圈的電壓或電流達到一定值(圖2之x1)時,銜鐵吸合,使常開觸點閉合,觸點迴路接通;當線圈電壓或電流逐漸減小到一定值(x2)時,銜鐵釋放,常開觸點也隨之斷開,觸點迴路被切斷。電磁繼電器利用線圈中的電壓或電流來控制觸點迴路的電壓或電流,當線圈中的電信號變化到一定值時,觸點迴路的電信號呈現階躍式的變化(由繼電器變至繼電器)。這種特性稱為繼電器的繼電特性,也稱繼電器的輸入-輸出特性。
繼電器繼電器
吸力與反力特性  在導磁體未達飽和並略去漏散磁通影響的條件下,繼電器的電磁吸力F(即當繼電器線圈激勵時,在氣隙間測得的鐵芯極面對銜鐵的電磁吸力)可用下式表示

繼電器

式中IN為繼電器的安匝值,δ為繼電器銜鐵與鐵芯間的氣隙,S為繼電器鐵芯極面面積,K為係數。根據公式,當銜鐵與鐵芯間的氣隙很小且安匝值不變時,繼電器的電磁吸力與氣隙的平方成反比。這一關係稱為繼電器的吸力特性,如圖3中的曲線組1、2、3。
繼電器繼電器
繼電器銜鐵在運動過程中要承受復原簧片(或彈簧)和接觸簧片等的機械力的作用。這個機械力在一個很大的範圍內變動。繼電器銜鐵在運動過程中所克服的機械力與銜鐵運動的位移間的關係曲線,稱為反力特性曲線(圖3中的曲線4)。

為了保證繼電器銜鐵的吸合,在銜鐵運動的整個行程中,銜鐵上的電磁吸力應始終大於它承受的機械反力,即繼電器線圈的激勵安匝值應等於吸合安匝值(圖3中曲線2)。但實際上為了確保在任何環境條件下繼電器都能夠可靠地工作,一般加到繼電器線圈上的工作安匝值等於吸合安匝值的 1.5~4倍(圖3中的曲線1)。

特性參數  圖2中x1稱為繼電器的吸合值,x2稱為繼電器的釋放值,比值x2/x1=Kf稱為返回係數。輸入參數x1對應的功率稱為吸合功率,它是表示電磁繼電器吸合時所需要的最小功率,通常稱為繼電器的靈敏度。有時也用繼電器的吸合安匝值來表示。

電磁繼電器的動作時間包括吸合時間和釋放時間。吸合時間是指從線圈通電開始,到所有觸點達到工作狀態所需時間。釋放時間是指從線圈斷電開始,到所有觸點恢復到釋放狀態所需要的時間。吸合時間和釋放時間不包括觸點的回跳時間和動態接觸電阻的穩定時間。

接觸電阻是指當觸點對通電時,在兩觸點接觸表面間顯示出的電阻值。壽命是指繼電器在規定的環境條件和負載下,能夠正常動作的最小次數。

觸點負載能力是指繼電器觸點能承受的開路電壓值和閉路電流值。

種類  常用的電磁繼電器有舌簧繼電器、極化和磁保持繼電器、密封電磁繼電器。
繼電器繼電器
舌簧繼電器  由線圈和舌簧管構成的一種結構較簡單的電磁繼電器(圖4)。舌簧管是由兩根或三根高導磁材料製成的舌簧片封結在玻璃管中構成的。舌簧片可構成磁路的一部分。封結在玻璃管內的舌簧片自由端電鍍一層貴金屬,因此它又可作為繼電器的觸點起開閉電路的作用。線圈激勵通電后,封結在玻璃管兩端的舌簧片被磁化,管內兩簧片的自由端相互吸引而閉合,使被控電路接通;線圈斷電后,磁路中磁通消失,兩舌簧片在本身機械應力的作用下回彈而分開,使被控電路切斷。作為觸點的舌簧片一端被封結在玻璃管內,可以避免污染物對觸點可靠工作的影響。觸點間浸潤水銀的叫水銀濕式舌簧繼電器。
繼電器繼電器
極化和磁保持繼電器  極化繼電器是能反應輸入信號方向的電磁繼電器(圖5)。磁路系統中存在永久磁鐵的極化磁通φm和線圈激勵后所產生的工作磁通φg,由於兩者的相互作用,銜鐵到導磁體兩極面間的氣隙磁通出現一邊大一邊小的現象,而銜鐵倒向磁通較大的一邊。改變線圈電流方向,銜鐵到導磁體兩極面間的氣隙磁通量的大小也隨之改變,從而銜鐵被吸嚮導磁體的另一極面。極化繼電器的靈敏度高(功率小於10微瓦)動作速度快(小於1毫秒),但觸點切換能力較小。

磁保持繼電器也有較高的靈敏度和較快的動作速度,且由於觸點壓力和觸點切換能力也比較大,和一般電磁繼電器的切換能力相當。它在線圈斷電后仍能保持原來工作狀態,可以節省能源,廣泛用於航空、航天以及其他電子設備中。

密封電磁繼電器  用于飛機、衛星等的繼電器應能經受高溫、低溫、低氣壓、高振動衝擊和核輻照等惡劣環境,而且可靠性要求高,需要使用全密封的電磁繼電器。





3 繼電器 -工作原理和特性

簡介
當輸入量(如電壓、電流、溫度等)達到規定值時,繼電器使被控制的輸出電路導通或斷開。

輸入量可分為電氣量(如電流、電壓、頻率、功率等)及非電氣量(如溫度、壓力、速度等)兩大類。

繼電器具有動作快、工作穩定、使用壽命長、體積小等優點。廣泛應用於電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。

電磁繼電器的工作原理和特性

電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產生電磁效應,銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。這樣吸合、釋放,從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器的「常開、常閉」觸點,可以這樣來區分:繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點,稱為「常開觸點」;處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。繼電器一般有兩股電路,為低壓控制電路和高壓工作電路。

固態繼電器(SSR)的工作原理和特性

固態繼電器[1]是一種兩個接線端為輸入端,另兩個接線端為輸出端的四端器件,中間採用隔離器件實現輸入輸出的電隔離。

固態繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型,以光電隔離型為最多。

熱敏干簧繼電器的工作原理和特性

熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環、恆磁環、干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁,而由恆磁環產生的磁力驅動開關動作。恆磁環能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特性決定的。

磁簧繼電器

磁簧繼電器是以線圈產生磁場將磁簧管作動之繼電器,為一種線圈感測裝置。因此磁簧繼電器之特徵、小型尺寸、輕量、反應速度快、短跳動時間等特性。
當整塊鐵磁金屬或者其它導磁物質與之靠近的時候,發生動作,開通或者閉合電路。由永久磁鐵和干簧管組成。永久磁鐵、干簧管固定在一個不導磁也不帶有磁性的支架上。以永久磁鐵的南北極的連線為軸線,這個軸線應該與干簧管的軸線重合或者基本重合。由遠及近的調整永久磁鐵與干簧管之間的距離,當干簧管剛好發生動作(對於常開的干簧管,變為閉合;對於常閉的干簧管,變為斷開)時,將磁鐵的位置固定下來。這時,當有整塊導磁材料,例如鐵板同時靠近磁鐵和干簧管時,干簧管會再次發生動作,恢復到沒有磁場作用時的狀態;當該鐵板離開時,干簧管即發生相反方向的動作。 磁簧繼電器結構堅固,觸點為密封狀態,耐用性高,可以作為機械設備的位置限制開關,也可以用以探測鐵制門、窗等是否在指定位置。

光繼電器

光繼電器為AC/DC並用的半導體繼電器,指發光器件和受光器件一體化的器件。輸入側和輸出側電氣性絕緣,但信號可以通過光信號傳輸。
其特點為壽命為半永久性、微小電流驅動信號、高阻抗絕緣耐壓、超小型、光傳輸、無接點…等。
主要應用於量測設備、通信設備、保全設備、醫療設備…等。

4 繼電器 -繼電器的選用

繼電器通用繼電器
先了解必要的條件:①控制電路的電源電壓,能提供的最大電流;②被控制電路中的電壓和電流;③被控電路需要幾組、什麼形式的觸點。選用繼電器時,一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流,否則繼電器吸合是不穩定的。

查閱有關資料確定使用條件后,可查找相關資料,找出需要的繼電器的型號和規格號。若手頭已有繼電器,可依據資料核對是否可以利用。最後考慮尺寸是否合適。
 
注意器具的容積。若是用於一般用電器,除考慮機箱容積外,小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對於小型電器,如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產品。

5 繼電器 -繼電器的分類

繼電器舌簧繼電器
繼電器的分類方法較多,可以按作用原理、外形尺寸、保護特徵、觸點負載、產品用途等分類。 

一、按作用原理分 

1.電磁繼電器 

在輸入電路內電流的作用下,由機械部件的相對運動產生預定響應的一種繼電器。 

它包括直流電磁繼電器、交流電磁繼電器、磁保持繼電器、極化繼電器、舌簧繼電器,節能功率繼電器。
                                                                                      
(1)直流電磁繼電器:輸入電路中的控制電流為直流的電磁繼電器。 

(2)交流電磁繼電器:輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器。
 
(3)磁保持繼電器:將磁鋼引入磁迴路,繼電器線圈斷電后,繼電器的銜鐵仍能保持在線圈通電時的狀態,具有兩個穩定狀態。 

(4)極化繼電器:狀態改變取決於輸入激勵量極性的一種直流繼電器。
 
(5)舌簧繼電器:利用密封在管內,具有觸點簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧的動作來開、閉或轉換線路的繼電器。        
                                                                     
(6)節能功率繼電器:輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器,但它的電流大(一般30-100A),體積小,節電功能。         
                                                                   
2.固態繼電器 

輸入、輸出功能由電子元件完成而無機械運動部件的一種繼電器。
 
3.時間繼電器 

當加上或除去輸入信號時,輸出部分需延時或限時到規定的時間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。 

4.溫度繼電器 

當外界溫度達到規定值時而動作的繼電器。 

5.風速繼電器 

當風的速度達到一定值時,被控電路將接通或斷開。 

6.加速度繼電器 

當運動物體的加速度達到規定值時,被控電路將接通或斷開。
 
7.其它類型的繼電器 

如光繼電器、聲繼電器、熱繼電器等。 

繼電器固態繼電器

二、按外形尺寸分 
  
繼電器外形尺寸分類 

名 稱    定 義 

微型繼電器    最長邊尺寸不大於10mm的繼電器 

超小型繼電器    最長邊尺寸大於10mm,但不大於25mm的繼電器 

小型繼電器    最長邊尺寸大於25mm,但不大於50mm的繼電器 

三、按觸點負載分
    
繼電器觸點負載分類 
 
名 稱    定 義 

微功率繼電器    小於0.2A的繼電器。
 
弱功率繼電器    0.2~2A的繼電器。 

中功率繼電器    2~10A的繼電器。
 
大功率繼電器    10A以上繼電器。
 
節能功率繼電器    20A-100A的繼電器 

四、按防護特徵分  

繼電器防護特徵分類 

名 稱    定 義 

密封繼電器    採用焊接或其它方法,將觸點和線圈等密封在金屬罩內,其泄漏率較低的繼電器 

塑封繼電器    採用封膠的方法,將觸點和線圈等密封在塑料罩內,其泄漏率較高的繼電器 

防塵罩繼電器    用罩殼將觸點和線圈等封閉加以防護的繼電器 

敞開繼電器    不用防護罩來保護觸點和線圈等的繼電器
 
五、按用途分  
 
繼電器用途分類 

名 稱    定 義 

通訊繼電器 (包括高頻繼電器)    該類繼電器觸點負載範圍從低電平到中等電流,環境使用條件要求不高。 

機床繼電器    機床中使用的繼電器,觸點負載功率大,壽命長。 

家電用繼電器    家用電器中使用的繼電器,要求安全性能好。
 
汽車繼電器    汽車中使用的繼電器,該類繼電器切換負載功率大,抗沖、抗振性高。
安全繼電器    用於實現安全功能的繼電器。主要的產品以皮爾磁為代表的用於安全控制的系列產品

通用繼電器    近幾年發展應用的一種新型通用繼電器,能在某一領域或者許多領域通用的繼電器

6 繼電器 -作用

電器是具有隔離功能的自動開關元件,廣泛應用於遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中,是最重要的控制元件之一。
繼電器一般都有能反映一定輸入變數(如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等)的感應機構(輸入部分);有能對被控電路實現「通」、「斷」控制的執行機構(輸出部分);在繼電器的輸入部分和輸出部分之間,還有對輸入量進行耦合隔離,功能處理和對輸出部分進行驅動的中間機構(驅動部分)。
作為控制元件,概括起來,繼電器有如下幾種作用:
1) 擴大控制範圍。例如,多觸點繼電器控制信號達到某一定值時,可以按觸點組的不同形式,同時換接、開斷、接通多路電路。
2) 放大。例如,靈敏型繼電器、中間繼電器等,用一個很微小的控制量,可以控制很大功率的電路。
3) 綜合信號。例如,當多個控制信號按規定的形式輸入多繞組繼電器時,經過比較綜合,達到預定的控制效果。
4) 自動、遙控、監測。例如,自動裝置上的繼電器與其他電器一起,可以組成程序控制線路,從而實現自動化運行。

7 繼電器 -主要產品技術參數

繼電器三相卧式固態繼電器
額定工作電壓
是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據繼電器的型號不同,可以是交流電壓,也可以是直流電壓。
直流電阻
是指繼電器中線圈的直流電阻,可以通過萬能表測量。
吸合電流
是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時,給定的電流必須略大於吸合電流,這樣繼電器才能穩定地工作。而對於線圈所加的工作電壓,一般不要超過額定工作電壓的1.5倍,否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。
釋放電流
是指繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態的電流減小到一定程度時,繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態。這時的電流遠遠小於吸合電流。
觸點切換電壓和電流
是指繼電器允許載入的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小,使用時不能超過此值,否則很容易損壞繼電器的觸點。

8 繼電器 -測試

繼電器高壓繼電器
測觸點電阻
用萬能表的電阻檔,測量常閉觸點與動點電阻,其阻值應為0;而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。由此可以區別出那個是常閉觸點,那個是常開觸點。
測線圈電阻
可用萬能表R×10Ω檔測量繼電器線圈的阻值,從而判斷該線圈是否存在著開路現象。
測量吸合電壓和吸合電流
找來可調穩壓電源和電流表,給繼電器輸入一組電壓,且在供電迴路中串入電流表進行監測。慢慢調高電源電壓,聽到繼電器吸合聲時,記下該吸合電壓和吸合電流。為求準確,可以試多幾次而求平均值。
測量釋放電壓和釋放電流
也是像上述那樣連接測試,當繼電器發生吸合后,再逐漸降低供電電壓,當聽到繼電器再次發生釋放聲音時,記下此時的電壓和電流,亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下,繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的10~50%,如果釋放電壓太小(小於1/10的吸合電壓),則不能正常使用了,這樣會對電路的穩定性造成威脅,工作不可靠。

9 繼電器 -國內表達繼電器的符號和觸點方法

繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示,如果繼電器有兩個線圈,就畫兩個並列的長方框。同時在長方框內或長方框旁標上繼電器的文字元號「J」。繼電器的觸點有兩種表示方法:一種是把它們直接畫在長方框一側,這種表示法較為直觀。另一種是按照電路連接的需要,把各個觸點分別畫到各自的控制電路中,通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標註上相同的文字元號,並將觸點組編上號碼,以示區別。繼電器的觸點有下面幾種基本形式:

A.動合型:H型;線圈不通電時兩觸點是斷開的,通電后,兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭「H」表示。

B.動斷型:D型;線圈不通電時兩觸點是閉合的,通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭「D」表示。

C.轉換型:Z型;這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點,即中間是動觸點,上下各一個靜觸點。線圈不通電時,動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合,線圈通電后,動觸點就移動,使原來斷開的成閉合,原來閉合的成斷開狀態,達到轉換的目的。這樣的觸點組稱為轉換觸點。用「轉」字的拼音字頭「z」表示。

10 繼電器 -繼電器的選用方法

1.先了解必要的條件:控制電路的電源電壓,能提供的最大電流;被控制電路中的電壓和電流;被控電路需要幾組、什麼形式的觸點。選用繼電器時,一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流,否則繼電器吸合是不穩定的。

2.查閱有關資料確定使用條件后,可查找相關資料,找出需要的繼電器的型號和規格號。若手頭已有繼電器,可依據資料核對是否可以利用,最後考慮尺寸是否合適。

3.注意器具的容積。若是用於一般用電器,除考慮機箱容積外,小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對於小型電器,如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產品。

11 繼電器 -繼電器的使用注意事項

1、額定工作電壓:是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據繼電器的型號不同,可以是交流電壓,也可以是直流電壓。

2、直流電阻:是指繼電器中線圈的直流電阻,可以通過萬能表測量。

3、吸合電流:是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時,給定的電流必須略大於吸合電流,這樣繼電器才能穩定地工作。而對於線圈所加的工作電壓,一般不要超過額定工作電壓的1.5倍,否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。

4、釋放電流:是指繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態的電流減小到一定程度時,繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態。這時的電流遠遠小於吸合電流。 

5、觸點切換電壓和電流:是指繼電器允許載入的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小,使用時不能超過此值,否則很容易損壞繼電器的觸點。用技術;指繼電器中線圈在失去電流的情況下會產生一個非常高的反相電動勢,很容易損壞控制它的電子器件,在使用過程中務必重點考慮在設計電路中引入吸收電路。

12 繼電器 -參考鏈接

1、http://zhidao.baidu.com/question/35381399.html?si=10
2、http://www.71168.cn/2005/2005-9-25/2005925171517.html

3、http://www.513dq.com/channel/13583514

4、http://www.jidianqi.cc/news/show-8.html

5 http://hi.baidu.com/tthr/blog/item/e51ff31612b25804962b4348.html

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