秒懂繼電器知識及工作原理和作用

繼電器，開關電器的一種，在控制電路中用的非常多。

圖1：繼電器的結構

繼電器由四部分構成，分別是線圈、磁路、反力彈簧和觸點。

線圈的用途是通電后，它能產生電磁吸力，帶動磁路的銜鐵吸合，并使得觸點產生變位動作。

磁路由鐵芯、鐵扼和銜鐵構成，它的任務是為線圈產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。線圈未通電時氣隙為最大值，觸點為初始態；線圈通電后，氣隙為零，觸點變位為動作態。

反力彈簧的作用就是為銜鐵提供與動作方向相反的斥力，當線圈斷電后它能幫助銜鐵和觸點復位。

觸點用于對外執行控制輸出，它由常閉觸點和常開觸點構成。線圈得電繼電器吸合后，常閉觸點打開而常開觸點閉合，線圈斷電釋放后，常閉觸點和常開觸點均復位為初始狀態。

繼電器有3個品種，分別是電壓繼電器、電流繼電器和中間繼電器。

電壓繼電器，它的線圈圈數多線徑細，線圈與負載并聯。電壓繼電器是我們常見的繼電器主要類型。

電流繼電器，它的圈數少線徑粗，線圈與負載串聯，所以它的工作電流就是負載電流。

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。

中間繼電器其實就是電壓繼電器。之所以把中間繼電器作為獨立品種，其原因就是中間繼電器的觸點對數比較多。中間繼電器一般有2對觸點，甚至可達4對以上。

我們來看下圖：

圖3：電動機缺相保護

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

電路工作時，我們按下左下角合閘控制按鈕ST，接觸器線圈KM得電吸合，電動機開始運行，而左下角KM的常開輔助觸點閉合，而K則保持原先狀態，它的常閉觸點K不動作，于是就構成了接觸器KM的自保持回路。當ST返回后，KM因為自保回路而保持吸合狀態。

當系統中出現某相失壓后，繼電器K動作，其常閉觸點變位打開，KM的線圈失電打開，系統執行了缺相保護。

我們來看繼電器的繼電特性，見下圖：

圖4：繼電器的幾點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、壓強和液位等等；Y是繼電器輸出值：Y0是初始狀態，Y1是吸合狀態。

我們看到，當X從零開始變大時，經過Xf，繼電器不動作；當X=Xd時繼電器變位，Y=Y1。為了確保繼電器可靠吸合，X要繼續加大到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。

現在，我們把X值從Xw處下調，當X經過Xd時繼電器不會釋放，只有當X=Xf時繼電器才釋放。

我們把Xf/Xd之比叫做返回系數，它的值一般是0.6。

返回系數一般在0.4到0.7之間，若不采取特殊措施，它的值不會等于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的一把鑰匙。

我們看以下ABB的某款繼電器的參數：

圖:5：ABB的一款繼電器參數

對照繼電特性，我們會看到此款通用型的繼電器的特性是很不錯的。

以下是幾個問題及解答：

第一個問題：我們知道接觸器有滅弧罩，但繼電器沒有。這會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，當電路開斷后觸點之間就會有電弧存在。

繼電器一般用于輔助回路的控制，標準規定，輔助回路的電流一般不超過5A。因此，繼電器的觸點間應當會出現電弧。

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，其一是在觸點回路中串電阻，以降低電弧能量，達到熄弧的目的。見圖6的1圖；其二是將同類觸點串聯，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：繼電器觸點消除電弧燒蝕的方法

圖6的3圖是將1圖和2圖合并。當23-24回路出現電弧時，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支路的電弧就會降溫，繼而實現滅弧。所以，電弧是不能并聯的，有點象一山容不得二虎的意思。

圖6中的4圖，它的縱坐標是擊穿電壓，橫坐標是電弧間距L與氣壓的乘積。注意看PL2，它相當于低海拔處的值，而PL1則相當于高海拔處的值，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，實現有效的熄弧。

第二個問題：返回系數的值過小或者過大，會帶來哪些影響？

回答：

返回系數過小會降低可靠性，而返回系數過高則容易造成誤動。

例如24V的繼電器，若返回系數設定為1，則在0.7x24=16.8V這個電壓值處，繼電器會出現吸合釋放的彈跳，使得線圈劇烈發熱，極大地降低繼電器的電壽命；

若我們把返回系數設定為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。

再例如導線間存在分布電容，若導線很長，導線的分布電容足以使得直流繼電器維持一段時間后才釋放，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的返回系數，同時返回系數的最大值要求比較高。

第三個問題：對于觸點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，接觸器的觸點不能熔焊，所以它與斷路器的分斷能力之間存在協調配合關系。這種關系在GB14048.4《低壓開關設備和控制設備 第4部分：接觸器、電動機起動器，……》中被定義為SCPD參數。

當發生短路時，斷路器開斷后，若接觸器的觸頭發生熔焊，叫做SCPD的一類配合關系，反之叫做SCPD的二類配合關系。

同時，當電機起動時，它的起動電流一般在6.5倍左右。因此，對于直接起動的普通電機，接觸器的過載倍數為8倍，而正反轉和點動的電機，接觸器的過載倍數為10倍。

繼電器的過載倍數一般不超過4倍，與接觸器沒有任何可比性。

第四個問題：有觸點的繼電器相對無觸點的繼電器，它的優點和缺點是什么？

回答：

有觸點的繼電器存在開距，因此耐壓水平高，而無觸點的繼電器耐壓水平低。

有一個很重要的參數，叫做轉換深度h，它等于繼電器觸點開斷電阻與接通電阻之比。

對于有觸點的繼電器，h值的數量級在10到12之間，而無觸點的繼電器，h值的數量級在5到8之間，相差至少有2個數量級。

h值越低，功耗就越大，繼電器的發熱越嚴重。

無觸點的繼電器，它的最大優勢就是開啟時間很短，靈敏度很高。

編輯：jq