浅谈继电器知识及工作原理和作用

秒懂继电器知识及工作原理和作用

继电器，开关电器的一种，在控制电路中用的非常多。

图1：继电器的结构

继电器由四部分构成，分别是线圈、磁路、反力弹簧和触点。

线圈的用途是通电后，它能产生电磁吸力，带动磁路的衔铁吸合，并使得触点产生变位动作。

磁路由铁芯、铁扼和衔铁构成，它的任务是为线圈产生的磁通建立磁路通道。

在磁路中，最重要的就是磁路气隙，它是衔铁和铁芯之间的一段空隙。线圈未通电时气隙为最大值，触点为初始态；线圈通电后，气隙为零，触点变位为动作态。

反力弹簧的作用就是为衔铁提供与动作方向相反的斥力，当线圈断电后它能帮助衔铁和触点复位。

触点用于对外执行控制输出，它由常闭触点和常开触点构成。线圈得电继电器吸合后，常闭触点打开而常开触点闭合，线圈断电释放后，常闭触点和常开触点均复位为初始状态。

继电器有3个品种，分别是电压继电器、电流继电器和中间继电器。

电压继电器，它的线圈圈数多线径细，线圈与负载并联。电压继电器是我们常见的继电器主要类型。

电流继电器，它的圈数少线径粗，线圈与负载串联，所以它的工作电流就是负载电流。

图2：电流继电器

我们看到，它的线圈矮胖，线径很粗。这是电流继电器的特征。

中间继电器其实就是电压继电器。之所以把中间继电器作为独立品种，其原因就是中间继电器的触点对数比较多。中间继电器一般有2对触点，甚至可达4对以上。

我们来看下图：

图3：电动机缺相保护

上图摘自《电气控制手册》，是电动机缺相保护的原理图。我们从图中的右上角看到继电器K，它的触点在左下角。K就是中间继电器。

电路工作时，我们按下左下角合闸控制按钮ST，接触器线圈KM得电吸合，电动机开始运行，而左下角KM的常开辅助触点闭合，而K则保持原先状态，它的常闭触点K不动作，于是就构成了接触器KM的自保持回路。当ST返回后，KM因为自保回路而保持吸合状态。

当系统中出现某相失压后，继电器K动作，其常闭触点变位打开，KM的线圈失电打开，系统执行了缺相保护。

我们来看继电器的继电特性，见下图：

图4：继电器的几点gee

在这里，X是继电器吸合的输入条件，它可以是电压、电流，也可以是温度、流量、压强和液位等等；Y是继电器输出值：Y0是初始状态，Y1是吸合状态。

我们看到，当X从零开始变大时，经过Xf，继电器不动作；当X=Xd时继电器变位，Y=Y1。为了确保继电器可靠吸合，X要继续加大到Xw才行，以此确保继电器可靠工作。

一般地，Xd/Xw=0.7~0.8。例如24V的直流继电器，它的动作值是0.7x24=16.8V，额定值是24V，这样就确保了该继电器可靠吸合。

现在，我们把X值从Xw处下调，当X经过Xd时继电器不会释放，只有当X=Xf时继电器才释放。

我们把Xf/Xd之比叫做返回系数，它的值一般是0.6。

返回系数一般在0.4到0.7之间，若不采取特殊措施，它的值不会等于1。

继电器的继电特性很重要，它是我们理解继电器工作参数的一把钥匙。

我们看以下ABB的某款继电器的参数：

图:5：ABB的一款继电器参数

对照继电特性，我们会看到此款通用型的继电器的特性是很不错的。

以下是几个问题及解答：

第一个问题：我们知道接触器有灭弧罩，但继电器没有。这会给继电器带来哪些影响？

回答：

我们知道，只要电压超过12~20V，电流超过0.25~1A，当电路开断后触点之间就会有电弧存在。

继电器一般用于辅助回路的控制，标准规定，辅助回路的电流一般不超过5A。因此，继电器的触点间应当会出现电弧。

然而，接触器配备了灭弧罩，而继电器却没配灭弧罩。因此继电器必须采取某种措施来消除电弧的影响。其中最简单易行的措施有两条，其一是在触点回路中串电阻，以降低电弧能量，达到熄弧的目的。见图6的1图；其二是将同类触点串联，通过加大弧长来熄弧，并且提高击穿电压，见图6的2图。

图6：继电器触点消除电弧烧蚀的方法

图6的3图是将1图和2图合并。当23-24回路出现电弧时，并入13-14带电阻的支路，用来减小23-24支路的电流。如此一来，23-24支路的电弧就会降温，继而实现灭弧。所以，电弧是不能并联的，有点象一山容不得二虎的意思。

图6中的4图，它的纵坐标是击穿电压，横坐标是电弧间距L与气压的乘积。注意看PL2，它相当于低海拔处的值，而PL1则相当于高海拔处的值，由于高海拔处空气气隙的击穿电压降低，因此继电器在使用时必须采用图6的2图连接方法，以提高击穿电压，加大电弧弧长，实现有效的熄弧。

第二个问题：返回系数的值过小或者过大，会带来哪些影响？

回答：

返回系数过小会降低可靠性，而返回系数过高则容易造成误动。

例如24V的继电器，若返回系数设定为1，则在0.7x24=16.8V这个电压值处，继电器会出现吸合释放的弹跳，使得线圈剧烈发热，极大地降低继电器的电寿命；

若我们把返回系数设定为0.1，也即继电器在16.8V吸合，在1.68V释放，继电器工作的可靠性会降低。例如我们用晶体管来控制继电器，只要穿透电流略大一些，继电器就无法释放，这问题可就大了。

再例如导线间存在分布电容，若导线很长，导线的分布电容足以使得直流继电器维持一段时间后才释放，而交流继电器则完全可能不释放。

可见，返回系数过大或者过小都不好。

然而，有些特殊继电器，例如电压继电器就需要可调的返回系数，同时返回系数的最大值要求比较高。

第三个问题：对于触点工作电流比较大的继电器，可以代替接触器吗？

回答：

不可以。

我们知道，接触器的触点不能熔焊，所以它与断路器的分断能力之间存在协调配合关系。这种关系在GB14048.4《低压开关设备和控制设备 第4部分：接触器、电动机起动器，……》中被定义为SCPD参数。

当发生短路时，断路器开断后，若接触器的触头发生熔焊，叫做SCPD的一类配合关系，反之叫做SCPD的二类配合关系。

同时，当电机起动时，它的起动电流一般在6.5倍左右。因此，对于直接起动的普通电机，接触器的过载倍数为8倍，而正反转和点动的电机，接触器的过载倍数为10倍。

继电器的过载倍数一般不超过4倍，与接触器没有任何可比性。

第四个问题：有触点的继电器相对无触点的继电器，它的优点和缺点是什么？

回答：

有触点的继电器存在开距，因此耐压水平高，而无触点的继电器耐压水平低。

有一个很重要的参数，叫做转换深度h，它等于继电器触点开断电阻与接通电阻之比。

对于有触点的继电器，h值的数量级在10到12之间，而无触点的继电器，h值的数量级在5到8之间，相差至少有2个数量级。

h值越低，功耗就越大，继电器的发热越严重。

无触点的继电器，它的最大优势就是开启时间很短，灵敏度很高。

编辑：jq