繼電器


繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(又稱輸入回路)和被控制系統(又稱輸出回路)之間的互動關系。通常套用于自動化的控制電路中,它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“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。

工作原理和特徵

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。廣泛套用于電力保護、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徵

   電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要線上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。對于繼電器的“常開、常閉”觸點,可以這樣來區分:繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點,稱為“常開觸點”;處于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)的工作原理和特徵

  固態繼電器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,中間采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徵

  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、恒磁環、干簧管、導熱安裝片、塑膠襯底及其他一些附屬檔案組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁,而由恒磁環產生的磁力驅動開關動作。恒磁環能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特徵決定的。

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征、小型尺寸、輕量、反應速度快、短跳動時間等特徵。
  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(對于常開的干簧管,變為閉合;對于常閉的干簧管,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,還原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并用的半導體繼電器,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。
  主要套用于量測設備、通信設備、保全設備、醫療設備…等。

時間繼電器的工作原理

  時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現延時控制的控制電器。它的種類很多,有空氣阻尼型、電動型和電子型等。
  在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器,它是利用空氣通過小孔節流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統、延時機構和觸點三部分組成。
  時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。
  空氣阻尼型時間繼電器的延時范圍大(有0.4~60s和0.4~180s兩種) ,它結構簡單,但準確度較低。
  當線圈通電(電壓規格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等)時,銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移,使瞬時動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落,因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜,當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時,橡皮膜隨之向下凹,上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經過一定時間,活塞桿下降到一定位置,便通過杠桿推動延時觸點動作,使動斷觸點斷開,動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作,這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調節空氣室進氣孔的大小來改變。
  吸引線圈斷電后,繼電器依靠還原彈簧的作用而復原。空氣經出氣孔被迅速排出。

作用

  繼電器是具有隔離功能的自動開關元件,廣泛套用于遙控、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) 擴大控制范圍。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,可以組成程式控制線路,從而實現自動化運行。

繼電器主要產品技術參數

額定工作電壓

  是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓,也就是控制電路的控制電壓。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于吸合電流,這樣繼電器才能穩定地工作。而對于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,繼電器就會還原到未通電的釋放狀態。這時的電流遠遠小于吸合電流。

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。

繼電器測試

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,(用更加精確模式可測得觸點阻值在100毫歐以內);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,且在供電回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

  也是像上述那樣連線測試,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(小于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。

電符號和觸點形式

  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,就畫兩個并列的長方框。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線的需要,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注上相同的文字元號,并將觸點組編上號碼,以示區別。繼電器的觸點有三種基本形式:
  1.動合型(常開)(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。
  2.動斷型(常閉)(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。
  3.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。

選用

  1.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、什么形式的觸點。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。最后考慮尺寸是否合適。
  3.注意器具的容積。若是用于一般用電器,除考慮機箱容積外,小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對于小型電器,如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產品。

參數選擇

  1.繼電器的選擇_繼電器額定工作電壓的選擇
  繼電器額定工作電壓是繼電器最主要的一項技術參數。在使用繼電器時,應該首先考慮所在電路(即繼電器線圈所在的電路)的工作電壓,繼電器的額定工作電壓應等于所在電路的工作電壓。一般所在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的0.86。注意所在電路的工件電壓千萬不能超過繼電器額定工作電壓,否則繼電器線圈燒毀。另外,有些積體電路,例如NE555電路是可以直接驅動繼電器工作的,而有些積體電路,例如COMS電路輸出電流小,需要加一級電晶體放大電路方可驅動繼電器,這就應考慮電晶體輸出電流應大于繼電器的額定工作電流。
  2.繼電器的選擇_觸點負載的選擇
  觸點負載是指觸點的承受能力。繼電器的觸點在轉換時可承受一定的電壓和電流。所以在使用繼電器時,應考慮加在觸點上的電壓和通過觸點的電流不能超過該繼電器的觸點負載能力。例如,有一繼電器的觸點負載為28V(DC)×10A,表明該繼電器觸點只能工作在直流電壓為28V的電路上,觸點電流為10A,超過28V或10A,會影響繼電器正常使用,甚至燒毀觸點。
  3.繼電器的選擇_繼電器線圈電源的選擇
  這是指繼電器線圈使用的是直流電(DC)還是交流電(AC)。通常,初學者在進行電子制作活動中,都是采用電子線路,而電子線路往往采用直流電源供電,所以必須是采用線圈是直流電壓的繼電器。

繼電器動作時間問題

  1.低壓電器關于繼電器、斷路器、接觸器的動作回響時間,先進水準<20ms;
  2.如果動作回響時間>20ms,或過慢,在多個繼電器順序切換中就會出現邏輯順序紊亂的情況;
  3.特別是公用同一個動觸點的常閉、常開分別斷開一個電路、接通另一個電路的時候,常常出現一個電路還沒來得及完全斷開另一個電路已經閉合;
  4.如果上述兩個電路同時閉合時,電路會出現嚴重短路事故,那就會惹下大麻煩!
  5.碰到這種情況時,一定要注意各繼電器、接觸器、斷路器間的順序連鎖;
  6.各繼電器、接觸器、斷路器間的順序連鎖,可用有效的排出由于繼電器時間回響慢而造成地事故。

選擇

型號標志

  一般國產繼電器的型號命名由四部分組成:第一部分+第二部分+第三部分+第四部分。
  繼電器型號第一部分用字母表示繼電器的主稱類型。
  JR—-小功率繼電器
  JZ—-中功率繼電器
  JQ—-大功率繼電器
  JC—-磁電式繼電器
  JU—-熱繼電器或溫度繼電度
  JT—-特種繼電器
  JM—-脈沖繼電器
  JS—-時間繼電器
  JAG—-干簧式繼電器
  繼電器型號第二部分用字母表示繼電器的形狀特征。
  W—-微型
  X—-小型
  C—-超小型
  繼電器型號第三部分用數位表示產品序號。
  用數位表示產品序號
  繼電器型號第四部分用字母表示防護特征。
  F—-封閉式
  M—-密封式
  例如:JRX-13F(封閉式小功率小型繼電器)。
  JR——小功率繼電器
  X——小型
  13——序號

按使用環境選型

  使用環境條件主要指溫度(最大與最小)、濕度(一般指40℃下的最大相對濕度)、低氣壓(使用高度1000米以下可不考慮)、振動和沖擊。此外,尚有封裝模式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結構不同,繼電器承受的環境力學條件各異,超過產品標準規定的環境力學條件下使用,有可能損壞繼電器,可按整機的環境力學條件或高一級的條件選用。
  對電磁干擾或射頻干擾比較敏感的裝置周圍,最好不要選用交流電激勵的繼電器。選用直流繼電器要選用帶線圈瞬態抑制電路的產品。那些用固態器件或電路提供激勵及對尖峰信號比較敏感地地方,也要選擇有瞬態抑制電路的產品。

按輸入信號不同確定繼電器種類

  按輸入信號是電、溫度、時間、光信號確定選用電磁、溫度、時間、光電繼電器,這是沒有問題的。這裡特別說明電壓、電流繼電器的選用。若整機供給繼電器線圈是恒定的電流應選用電流繼電器,是恒定電壓值則選用電壓繼電器。

輸入參量的選定

  與使用者密切相關的輸入量是線圈工作電壓(或電流),而吸合電壓(或電流)則是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對其進行判斷、考核的參數。對使用者來講,它只是一個工作下極限參數值。控制安全系數是工作電壓(電流)/吸合電壓(電流),如果在吸合值下使用繼電器,是不可靠的、不安全的,環境溫度升高或處于振動、沖擊條件下,將使繼電器工作不可靠。整機設計時,不能以空載電壓作為繼電器工作電壓依據,而應將線圈接入作為負載來計算實際電壓,特別是電源內阻大時更是如此。當用三極體作為開關元件控制線圈通斷時,三極體必須處于開關狀態,對6VDC以下工作電壓的繼電器來講,還應扣除三極體飽和壓降。當然,并非工作值加得愈高愈好,超過額定工作值太高會增加銜鐵的沖擊磨損,增加觸點回跳次數,縮短電氣壽命,一般,工作值為吸合值的1.5倍,工作值的誤差一般為±10%。

根據負載情況選擇繼電器觸點的種類和容量

  國內外長期實踐證明,約70%的故障發生在觸點上,這足見正確選擇和使用繼電器觸點非常重要。
  觸點組合形式和觸點組數應根據被控回路實際情況確定。常用的觸點組合形式見表6。動合觸點組和轉換觸點組中的動合觸點對,由于接通時觸點回跳次數少和觸點燒蝕后補償量大,其負載能力和接觸可靠性較動斷觸點組和轉換觸點組中的動斷觸點對要高,整機線路可通過對觸點位置適當調整,盡量多用動合觸點。
  根據負載容量大小和負載性質(阻性、感性、容性、燈載及馬達負載)確定參數十分重要。認為觸點切換負荷小一定比切換負荷大可靠是不正確的,一般說,繼電器切換負荷在額定電壓下,電流大于100mA、小于額定電流的75%最好。電流小于100mA會使觸點積碳增加,可靠性下降,故100mA稱作試驗電流,是國內外專業標準對繼電器生產廠工藝條件和水準的考核內容。由于一般繼電器不具備低電平切換能力,用于切換50mV、50μA以下負荷的繼電器訂貨,使用者需注明,必要時應請繼電器生產廠協助選型。
  … 繼電器的觸點額定負載與壽命是指在額定電壓、電流下,負載為阻性的動作次數,當超出額定電壓時,可參照觸點負載曲線選用。當負載性質改變時,其觸點負載能力將發生變用,使用者可參照表8變換觸點負載電流。

繼電器的類型

  信號繼電器 其他繼電器 熱繼電器 干簧式繼電器 大功率繼電器 時間繼電器 直流電磁繼電器 中間繼電器 汽車繼電器 交流電磁繼電器 固態繼電器 極化繼電器 磁保持繼電器 溫度繼電器 電磁類繼電器 延時繼電器 步進繼電器 真空繼電器 混合電子繼電器 斬波器

與接觸器的區別

  繼電器和接觸器的工作原理一樣。主要區別在于接觸器的主觸頭可通過大電流,而繼電器的觸頭只能通過小電流。所以,繼電器一般不用來直接控制主電路(而是通過控制接觸器和其他開關設備對主電路進行間接控制)。

繼電保護繼電器

  在電力系統繼電器保護回路中,繼電器的實現原理隨相關技術的發展而變化。目前仍在使用的繼電器按照動作原理可分為電磁型、感應型、整流型、電子型和數位型等,按照反應的物理量可分為電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器、頻率繼電器和氣體(瓦斯)繼電器等,按照繼電器在保護回路中所起的作用可分為啟動繼電器、量度繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器和出口繼電器等。

分類

  1.按繼電器的工作原理或結構特征分類
  1.電磁繼電器:利用輸入電路內點路在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器。
  2.固體繼電器:指電子元件履行其功能而無機械運動構件的,輸入和輸出隔離的一種繼電器。
  3.溫度繼電器:當外界溫度達到給定值時而動作的繼電器。
  4.舌簧繼電器:利用密封在管內,具有觸電簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧動作來開,閉或轉換線路的繼電器
  5.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時間才閉合或斷開其被控線路繼電器。
  6.高頻繼電器:用于切換高頻,射頻線路而具有最小損耗的繼電器。
  7.極化繼電器:有極化磁場與控制電流通過控制線圈所產生的磁場綜合作用而動作的繼電器。繼電器的動作方向取決于控制線圈中流過的的電流方向。
  8.其他類型的繼電器:如光繼電器,聲繼電器,熱繼電器,儀表式繼電器,霍爾效應繼電器,差動繼電器等。
  2、按繼電器的外形尺寸分類
  
(1)微型繼電器
  2.超小型微型繼電器
  3.小型微型繼電器
  注:對于密封或封閉式繼電器,外形尺寸為繼電器本體三個相互垂直方向的最大尺寸,不包括安裝件,引出端,壓筋,壓邊,翻邊和密封焊點的尺寸。
  3、按繼電器的負載分類
  
(1)微功率繼電器
  2.弱功率繼電器
  3.中功率繼電器
  4.大功率繼電器
  4、按繼電器的防護特征分類
  
(1)密封繼電器
  2.封閉式繼電器
  3.敞開式繼電器