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。

来源:KIA半导体

 


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