秒懂繼電器知識及工作原理和作用

繼電器，開關(guān)電器的一種，在控制電路中用的非常多。

圖1：繼電器的結(jié)構(gòu)

繼電器由四部分構(gòu)成，分別是線圈、磁路、反力彈簧和觸點(diǎn)。

線圈的用途是通電后，它能產(chǎn)生電磁吸力，帶動(dòng)磁路的銜鐵吸合，并使得觸點(diǎn)產(chǎn)生變位動(dòng)作。

磁路由鐵芯、鐵扼和銜鐵構(gòu)成，它的任務(wù)是為線圈產(chǎn)生的磁通建立磁路通道。

在磁路中，最重要的就是磁路氣隙，它是銜鐵和鐵芯之間的一段空隙。線圈未通電時(shí)氣隙為最大值，觸點(diǎn)為初始態(tài)；線圈通電后，氣隙為零，觸點(diǎn)變位為動(dòng)作態(tài)。

反力彈簧的作用就是為銜鐵提供與動(dòng)作方向相反的斥力，當(dāng)線圈斷電后它能幫助銜鐵和觸點(diǎn)復(fù)位。

觸點(diǎn)用于對外執(zhí)行控制輸出，它由常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)構(gòu)成。線圈得電繼電器吸合后，常閉觸點(diǎn)打開而常開觸點(diǎn)閉合，線圈斷電釋放后，常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)均復(fù)位為初始狀態(tài)。

繼電器有3個(gè)品種，分別是電壓繼電器、電流繼電器和中間繼電器。

電壓繼電器，它的線圈圈數(shù)多線徑細(xì)，線圈與負(fù)載并聯(lián)。電壓繼電器是我們常見的繼電器主要類型。

電流繼電器，它的圈數(shù)少線徑粗，線圈與負(fù)載串聯(lián)，所以它的工作電流就是負(fù)載電流。

圖2：電流繼電器

我們看到，它的線圈矮胖，線徑很粗。這是電流繼電器的特征。

中間繼電器其實(shí)就是電壓繼電器。之所以把中間繼電器作為獨(dú)立品種，其原因就是中間繼電器的觸點(diǎn)對數(shù)比較多。中間繼電器一般有2對觸點(diǎn)，甚至可達(dá)4對以上。

我們來看下圖：

圖3：電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)

上圖摘自《電氣控制手冊》，是電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)的原理圖。我們從圖中的右上角看到繼電器K，它的觸點(diǎn)在左下角。K就是中間繼電器。

電路工作時(shí)，我們按下左下角合閘控制按鈕ST，接觸器線圈KM得電吸合，電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行，而左下角KM的常開輔助觸點(diǎn)閉合，而K則保持原先狀態(tài)，它的常閉觸點(diǎn)K不動(dòng)作，于是就構(gòu)成了接觸器KM的自保持回路。當(dāng)ST返回后，KM因?yàn)樽员；芈范３治蠣顟B(tài)。

當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)某相失壓后，繼電器K動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)變位打開，KM的線圈失電打開，系統(tǒng)執(zhí)行了缺相保護(hù)。

我們來看繼電器的繼電特性，見下圖：

圖4：繼電器的幾點(diǎn)gee

在這里，X是繼電器吸合的輸入條件，它可以是電壓、電流，也可以是溫度、流量、壓強(qiáng)和液位等等；Y是繼電器輸出值：Y0是初始狀態(tài)，Y1是吸合狀態(tài)。

我們看到，當(dāng)X從零開始變大時(shí)，經(jīng)過Xf，繼電器不動(dòng)作；當(dāng)X=Xd時(shí)繼電器變位，Y=Y1。為了確保繼電器可靠吸合，X要繼續(xù)加大到Xw才行，以此確保繼電器可靠工作。

一般地，Xd/Xw=0.7~0.8。例如24V的直流繼電器，它的動(dòng)作值是0.7x24=16.8V，額定值是24V，這樣就確保了該繼電器可靠吸合。

現(xiàn)在，我們把X值從Xw處下調(diào)，當(dāng)X經(jīng)過Xd時(shí)繼電器不會(huì)釋放，只有當(dāng)X=Xf時(shí)繼電器才釋放。

我們把Xf/Xd之比叫做返回系數(shù)，它的值一般是0.6。

返回系數(shù)一般在0.4到0.7之間，若不采取特殊措施，它的值不會(huì)等于1。

繼電器的繼電特性很重要，它是我們理解繼電器工作參數(shù)的一把鑰匙。

我們看以下ABB的某款繼電器的參數(shù)：

圖:5：ABB的一款繼電器參數(shù)

對照繼電特性，我們會(huì)看到此款通用型的繼電器的特性是很不錯(cuò)的。

以下是幾個(gè)問題及解答：

第一個(gè)問題：我們知道接觸器有滅弧罩，但繼電器沒有。這會(huì)給繼電器帶來哪些影響？

回答：

我們知道，只要電壓超過12~20V，電流超過0.25~1A，當(dāng)電路開斷后觸點(diǎn)之間就會(huì)有電弧存在。

繼電器一般用于輔助回路的控制，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，輔助回路的電流一般不超過5A。因此，繼電器的觸點(diǎn)間應(yīng)當(dāng)會(huì)出現(xiàn)電弧。

然而，接觸器配備了滅弧罩，而繼電器卻沒配滅弧罩。因此繼電器必須采取某種措施來消除電弧的影響。其中最簡單易行的措施有兩條，其一是在觸點(diǎn)回路中串電阻，以降低電弧能量，達(dá)到熄弧的目的。見圖6的1圖；其二是將同類觸點(diǎn)串聯(lián)，通過加大弧長來熄弧，并且提高擊穿電壓，見圖6的2圖。

圖6：繼電器觸點(diǎn)消除電弧燒蝕的方法

圖6的3圖是將1圖和2圖合并。當(dāng)23-24回路出現(xiàn)電弧時(shí)，并入13-14帶電阻的支路，用來減小23-24支路的電流。如此一來，23-24支路的電弧就會(huì)降溫，繼而實(shí)現(xiàn)滅弧。所以，電弧是不能并聯(lián)的，有點(diǎn)象一山容不得二虎的意思。

圖6中的4圖，它的縱坐標(biāo)是擊穿電壓，橫坐標(biāo)是電弧間距L與氣壓的乘積。注意看PL2，它相當(dāng)于低海拔處的值，而PL1則相當(dāng)于高海拔處的值，由于高海拔處空氣氣隙的擊穿電壓降低，因此繼電器在使用時(shí)必須采用圖6的2圖連接方法，以提高擊穿電壓，加大電弧弧長，實(shí)現(xiàn)有效的熄弧。

第二個(gè)問題：返回系數(shù)的值過小或者過大，會(huì)帶來哪些影響？

回答：

返回系數(shù)過小會(huì)降低可靠性，而返回系數(shù)過高則容易造成誤動(dòng)。

例如24V的繼電器，若返回系數(shù)設(shè)定為1，則在0.7x24=16.8V這個(gè)電壓值處，繼電器會(huì)出現(xiàn)吸合釋放的彈跳，使得線圈劇烈發(fā)熱，極大地降低繼電器的電壽命；

若我們把返回系數(shù)設(shè)定為0.1，也即繼電器在16.8V吸合，在1.68V釋放，繼電器工作的可靠性會(huì)降低。例如我們用晶體管來控制繼電器，只要穿透電流略大一些，繼電器就無法釋放，這問題可就大了。

再例如導(dǎo)線間存在分布電容，若導(dǎo)線很長，導(dǎo)線的分布電容足以使得直流繼電器維持一段時(shí)間后才釋放，而交流繼電器則完全可能不釋放。

可見，返回系數(shù)過大或者過小都不好。

然而，有些特殊繼電器，例如電壓繼電器就需要可調(diào)的返回系數(shù)，同時(shí)返回系數(shù)的最大值要求比較高。

第三個(gè)問題：對于觸點(diǎn)工作電流比較大的繼電器，可以代替接觸器嗎？

回答：

不可以。

我們知道，接觸器的觸點(diǎn)不能熔焊，所以它與斷路器的分?jǐn)嗄芰χg存在協(xié)調(diào)配合關(guān)系。這種關(guān)系在GB14048.4《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4部分：接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器，……》中被定義為SCPD參數(shù)。

當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，斷路器開斷后，若接觸器的觸頭發(fā)生熔焊，叫做SCPD的一類配合關(guān)系，反之叫做SCPD的二類配合關(guān)系。

同時(shí)，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，它的起動(dòng)電流一般在6.5倍左右。因此，對于直接起動(dòng)的普通電機(jī)，接觸器的過載倍數(shù)為8倍，而正反轉(zhuǎn)和點(diǎn)動(dòng)的電機(jī)，接觸器的過載倍數(shù)為10倍。

繼電器的過載倍數(shù)一般不超過4倍，與接觸器沒有任何可比性。

第四個(gè)問題：有觸點(diǎn)的繼電器相對無觸點(diǎn)的繼電器，它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？

回答：

有觸點(diǎn)的繼電器存在開距，因此耐壓水平高，而無觸點(diǎn)的繼電器耐壓水平低。

有一個(gè)很重要的參數(shù)，叫做轉(zhuǎn)換深度h，它等于繼電器觸點(diǎn)開斷電阻與接通電阻之比。

對于有觸點(diǎn)的繼電器，h值的數(shù)量級在10到12之間，而無觸點(diǎn)的繼電器，h值的數(shù)量級在5到8之間，相差至少有2個(gè)數(shù)量級。

h值越低，功耗就越大，繼電器的發(fā)熱越嚴(yán)重。

無觸點(diǎn)的繼電器，它的最大優(yōu)勢就是開啟時(shí)間很短，靈敏度很高。

編輯：jq