继电器的工作原理及作用.doc

1、继电器的工作原理简 介当 输 入 量 (如 电 压 、 电 流 、 温 度 等 )达 到 规 定 值 时 ， 使 被 控 制 的 输出 电 路 导 通 或 断 开 的 电 器 。 可 分 为 电 气 量 (如 电 流 、 电 压 、 频 率 、功 率 等 )继 电 器 及 非 电 气 量 (如 温 度 、 压 力 、 速 度 等 )继 电 器 两 大 类 。具 有 动 作 快 、 工 作 稳 定 、 使 用 寿 命 长 、 体 积 小 等 优 点 。 广 泛 应 用于 电 力 保 护 、 自 动 化 、 运 动 、 遥 控 、 测 量 和 通 信 等 装 置 中 。 1、 电 磁 继 电 器

2、的 工 作 原 理 和 特 性电 磁 式 继 电 器 一 般 由 铁 芯 、 线 圈 、 衔 铁 、 触 点 簧 片 等 组 成 的 。只 要 在 线 圈 两 端 加 上 一 定 的 电 压 ， 线 圈 中 就 会 流 过 一 定 的 电 流 ，从 而 产 生 电 磁 效 应 ， 衔 铁 就 会 在 电 磁 力 吸 引 的 作 用 下 克 服 返 回 弹簧 的 拉 力 吸 向 铁 芯 ， 从 而 带 动 衔 铁 的 动 触 点 与 静 触 点 （ 常 开 触 点 ）吸 合 。 当 线 圈 断 电 后 ， 电 磁 的 吸 力 也 随 之 消 失 ， 衔 铁 就 会 在 弹 簧的 反 作 用 力

3、返 回 原 来 的 位 置 ， 使 动 触 点 与 原 来 的 静 触 点 （ 常 闭 触点 ） 释 放 。 这 样 吸 合 、 释 放 ， 从 而 达 到 了 在 电 路 中 的 导 通 、 切 断的 目 的 。 对 于 继 电 器 的 “常 开 、 常 闭 ”触 点 ， 可 以 这 样 来 区 分 ： 继电 器 线 圈 未 通 电 时 处 于 断 开 状 态 的 静 触 点 ， 称 为 “常 开 触 点 ”； 处于 接 通 状 态 的 静 触 点 称 为 “常 闭 触 点 ”。 继 电 器 的 输 入 信 号 x 从 零 连 续 增 加 达 到 衔 铁 开 始 吸 合 时 的 动 作 值x

4、x,继 电 器 的 输 出 信 号 立 刻 从 y=0 跳 跃 到 y=ym,即 常 开 触 点 从 断 到通 。 一 旦 触 点 闭 合 ， 输 入 量 x 继 续 增 大 ， 输 出 信 号 y 将 不 再 起 变化 。 当 输 入 量 x 从 某 一 大 于 xx 值 下 降 到 xf,继 电 器 开 始 释 放 ， 常开 触 点 断 开 。 我 们 把 继 电 器 的 这 种 特 性 叫 做 继 电 特 性 ， 也 叫 继 电器 的 输 入 -输 出 特 性 。 释 放 值 xf 与 动 作 值 xx 的 比 值 叫 做 反 馈 系 数 ， 即 Kf= xf /xx 触 点 上 输 出

5、 的 控 制 功 率 Pc 与 线 圈 吸 收 的 最 小 功 率 P0 之 比 叫 做 继电 器 的 控 制 系 数 ， 即 Kc=PC/P02、 热 敏 干 簧 继 电 器 的 工 作 原 理 和 特 性热 敏 干 簧 继 电 器 是 一 种 利 用 热 敏 磁 性 材 料 检 测 和 控 制 温 度 的新 型 热 敏 开 关 。 它 由 感 温 磁 环 、 恒 磁 环 、 干 簧 管 、 导 热 安 装 片 、塑 料 衬 底 及 其 他 一 些 附 件 组 成 。 热 敏 干 簧 继 电 器 不 用 线 圈 励 磁 ，而 由 恒 磁 环 产 生 的 磁 力 驱 动 开 关 动 作 。 恒

6、 磁 环 能 否 向 干 簧 管 提 供磁 力 是 由 感 温 磁 环 的 温 控 特 性 决 定 的 。 3、 固 态 继 电 器 （ SSR） 的 工 作 原 理 和 特 性固 态 继 电 器 是 一 种 两 个 接 线 端 为 输 入 端 ， 另 两 个 接 线 端 为 输出 端 的 四 端 器 件 ， 中 间 采 用 隔 离 器 件 实 现 输 入 输 出 的 电 隔 离 。 固 态 继 电 器 按 负 载 电 源 类 型 可 分 为 交 流 型 和 直 流 型 。 按 开 关型 式 可 分 为 常 开 型 和 常 闭 型 。 按 隔 离 型 式 可 分 为 混 合 型 、 变 压 器

7、隔 离 型 和 光 电 隔 离 型 ， 以 光 电 隔 离 型 为 最 多 。 4、 磁 簧 继 电 器磁 簧 继 电 器 是 以 线 圈 产 生 磁 场 将 磁 簧 管 作 动 之 继 电 器 ， 为 一种 线 圈 传 感 装 置 。 因 此 磁 簧 继 电 器 之 特 征 、 小 型 尺 寸 、 轻 量 、 反应 速 度 快 、 短 跳 动 时 间 等 特 性 。 当 整 块 铁 磁 金 属 或 者 其 它 导 磁 物 质 与 之 靠 近 的 时 候 ， 发 生 动作 ， 开 通 或 者 闭 合 电 路 。 由 永 久 磁 铁 和 干 簧 管 组 成 。 永 久 磁 铁 、干 簧 管 固

8、定 在 一 个 不 导 磁 也 不 带 有 磁 性 的 支 架 上 。 以 永 久 磁 铁 的南 北 极 的 连 线 为 轴 线 ， 这 个 轴 线 应 该 与 干 簧 管 的 轴 线 重 合 或 者 基本 重 合 。 由 远 及 近 的 调 整 永 久 磁 铁 与 干 簧 管 之 间 的 距 离 ， 当 干 簧管 刚 好 发 生 动 作 （ 对 于 常 开 的 干 簧 管 ， 变 为 闭 合 ； 对 于 常 闭 的 干簧 管 ， 变 为 断 开 ） 时 ， 将 磁 铁 的 位 置 固 定 下 来 。 这 时 ， 当 有 整 块导 磁 材 料 ， 例 如 铁 板 同 时 靠 近 磁 铁 和 干

9、 簧 管 时 ， 干 簧 管 会 再 次 发生 动 作 ， 恢 复 到 没 有 磁 场 作 用 时 的 状 态 ； 当 该 铁 板 离 开 时 ， 干 簧管 即 发 生 相 反 方 向 的 动 作 。 磁 簧 继 电 器 结 构 坚 固 ， 触 点 为 密 封状 态 ， 耐 用 性 高 ， 可 以 作 为 机 械 设 备 的 位 置 限 制 开 关 ， 也 可 以 用以 探 测 铁 制 门 、 窗 等 是 否 在 指 定 位 置 。 5、 光 继 电 器光 继 电 器 为 AC/DC 并 用 的 半 导 体 继 电 器 ， 指 发 光 器 件 和 受 光器 件 一 体 化 的 器 件 。 输

10、入 侧 和 输 出 侧 电 气 性 绝 缘 ， 但 信 号 可 以 通过 光 信 号 传 输 。 其 特 点 为 寿 命 为 半 永 久 性 、 微 小 电 流 驱 动 信 号 、 高 阻 抗 绝 缘耐 压 、 超 小 型 、 光 传 输 、 无 接 点 等 。 主 要 应 用 于 量 测 设 备 、 通 信 设 备 、 保 全 设 备 、 医 疗 设 备 等 。二 、 继 电 器 主 要 产 品 技 术 参 数1、 额 定 工 作 电 压是 指 继 电 器 正 常 工 作 时 线 圈 所 需 要 的 电 压 ， 也 就 是 控 制 电 路 的控 制 电 压 。 根 据 继 电 器 的 型 号

11、 不 同 ， 可 以 是 交 流 电 压 ， 也 可 以 是直 流 电 压 。 2、 直 流 电 阻是 指 继 电 器 中 线 圈 的 直 流 电 阻 ， 可 以 通 过 万 能 表 测 量 。 3、 吸 合 电 流是 指 继 电 器 能 够 产 生 吸 合 动 作 的 最 小 电 流 。 在 正 常 使 用 时 ， 给定 的 电 流 必 须 略 大 于 吸 合 电 流 ， 这 样 继 电 器 才 能 稳 定 地 工 作 。 而对 于 线 圈 所 加 的 工 作 电 压 ， 一 般 不 要 超 过 额 定 工 作 电 压 的 1.5 倍 ，否 则 会 产 生 较 大 的 电 流 而 把 线 圈

12、 烧 毁 。 4、 释 放 电 流是 指 继 电 器 产 生 释 放 动 作 的 最 大 电 流 。 当 继 电 器 吸 合 状 态 的电 流 减 小 到 一 定 程 度 时 ， 继 电 器 就 会 恢 复 到 未 通 电 的 释 放 状 态 。这 时 的 电 流 远 远 小 于 吸 合 电 流 。 5、 触 点 切 换 电 压 和 电 流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 三 、 继 电 器 测 试1、 测 触 点 电 阻用 万 能 表 的 电 阻 档 ， 测 量 常 闭 触 点 与 动 点 电 阻 ， 其

13、阻 值 应 为0， (用 更 加 精 确 方 式 可 测 得 触 点 阻 值 在 100 毫 欧 以 内 )； 而 常 开 触点 与 动 点 的 阻 值 就 为 无 穷 大 。 由 此 可 以 区 别 出 那 个 是 常 闭 触 点 ，那 个 是 常 开 触 点 。 2、 测 线 圈 电 阻可 用 万 能 表 R10 档 测 量 继 电 器 线 圈 的 阻 值 ， 从 而 判 断 该 线圈 是 否 存 在 着 开 路 现 象 。 3、 测 量 吸 合 电 压 和 吸 合 电 流找 来 可 调 稳 压 电 源 和 电 流 表 ， 给 继 电 器 输 入 一 组 电 压 ， 且 在 供电 回 路

14、中 串 入 电 流 表 进 行 监 测 。 慢 慢 调 高 电 源 电 压 ， 听 到 继 电 器吸 合 声 时 ， 记 下 该 吸 合 电 压 和 吸 合 电 流 。 为 求 准 确 ， 可 以 试 多 几次 而 求 平 均 值 。 4、 测 量 释 放 电 压 和 释 放 电 流也 是 像 上 述 那 样 连 接 测 试 ， 当 继 电 器 发 生 吸 合 后 ， 再 逐 渐 降 低供 电 电 压 ， 当 听 到 继 电 器 再 次 发 生 释 放 声 音 时 ， 记 下 此 时 的 电 压和 电 流 ， 亦 可 尝 试 多 几 次 而 取 得 平 均 的 释 放 电 压 和 释 放 电

15、流 。 一般 情 况 下 ， 继 电 器 的 释 放 电 压 约 在 吸 合 电 压 的 10 50 ， 如 果释 放 电 压 太 小 （ 小 于 1/10 的 吸 合 电 压 ） ， 则 不 能 正 常 使 用 了 ， 这样 会 对 电 路 的 稳 定 性 造 成 威 胁 ， 工 作 不 可 靠 。 四 、 继 电 器 的 电 符 号 和 触 点 形 式继 电 器 线 圈 在 电 路 中 用 一 个 长 方 框 符 号 表 示 ， 如 果 继 电 器 有 两个 线 圈 ， 就 画 两 个 并 列 的 长 方 框 。 同 时 在 长 方 框 内 或 长 方 框 旁 标上 继 电 器 的 文 字

16、 符 号 “J”。 继 电 器 的 触 点 有 两 种 表 示 方 法 ： 一 种 是把 它 们 直 接 画 在 长 方 框 一 侧 ， 这 种 表 示 法 较 为 直 观 。 另 一 种 是 按照 电 路 连 接 的 需 要 ， 把 各 个 触 点 分 别 画 到 各 自 的 控 制 电 路 中 ， 通常 在 同 一 继 电 器 的 触 点 与 线 圈 旁 分 别 标 注 上 相 同 的 文 字 符 号 ， 并将 触 点 组 编 上 号 码 ， 以 示 区 别 。 继 电 器 的 触 点 有 三 种 基 本 形 式 ： 1.动 合 型 （ H 型 ） 线 圈 不 通 电 时 两 触 点 是

17、断 开 的 ， 通 电 后 ，两 个 触 点 就 闭 合 。 以 合 字 的 拼 音 字 头 “H”表 示 。 2.动 断 型 （ D 型 ） 线 圈 不 通 电 时 两 触 点 是 闭 合 的 ， 通 电 后 两个 触 点 就 断 开 。 用 断 字 的 拼 音 字 头 “D”表 示 。 3.转 换 型 （ Z 型 ） 这 是 触 点 组 型 。 这 种 触 点 组 共 有 三 个 触 点 ，即 中 间 是 动 触 点 ， 上 下 各 一 个 静 触 点 。 线 圈 不 通 电 时 ， 动 触 点 和其 中 一 个 静 触 点 断 开 和 另 一 个 闭 合 ， 线 圈 通 电 后 ， 动

18、触 点 就 移 动 ，使 原 来 断 开 的 成 闭 合 ， 原 来 闭 合 的 成 断 开 状 态 ， 达 到 转 换 的 目 的 。这 样 的 触 点 组 称 为 转 换 触 点 。 用 “转 ”字 的 拼 音 字 头 “z”表 示 。 五 、 继 电 器 的 选 用1.先 了 解 必 要 的 条 件 控 制 电 路 的 电 源 电 压 ， 能 提 供 的 最 大 电 流 ； 被 控 制 电 路 中 的 电 压 和 电 流 ； 被 控 电 路 需 要 几 组 、 什 么 形 式 的 触 点 。 选 用 继 电 器 时 ， 一般 控 制 电 路 的 电 源 电 压 可 作 为 选 用 的 依

19、 据 。 控 制 电 路 应 能 给 继 电器 提 供 足 够 的 工 作 电 流 ， 否 则 继 电 器 吸 合 是 不 稳 定 的 。 2.查 阅 有 关 资 料 确 定 使 用 条 件 后 ， 可 查 找 相 关 资 料 ， 找 出 需 要的 继 电 器 的 型 号 和 规 格 号 。 若 手 头 已 有 继 电 器 ， 可 依 据 资 料 核 对是 否 可 以 利 用 。 最 后 考 虑 尺 寸 是 否 合 适 。 3.注 意 器 具 的 容 积 。 若 是 用 于 一 般 用 电 器 ， 除 考 虑 机 箱 容 积 外 ，小 型 继 电 器 主 要 考 虑 电 路 板 安 装 布 局

20、 。 对 于 小 型 电 器 ， 如 玩 具 、遥 控 装 置 则 应 选 用 超 小 型 继 电 器 产 品 。 六 、 继 电 器 技 术 的 发 展微 电 子 技 术 、 电 子 计 算 机 技 术 、 现 代 通 讯 技 术 、 光 电 子 技 术以 及 空 间 技 术 的 飞 速 发 展 ， 对 继 电 器 技 术 提 出 了 新 的 要 求 ， 新 工艺 、 新 技 术 的 发 展 无 疑 对 继 电 器 技 术 的 发 展 起 到 促 进 作 用 。 微 电 子 技 术 和 超 大 规 模 IC 的 飞 速 发 展 对 继 电 器 也 提 出 了 新的 要 求 。 第 一 是 小

21、 型 化 和 片 状 化 。 如 IC 封 装 的 军 用TO 5(8.58.57.0mm)继 电 器 ， 它 具 有 很 高 的 抗 振 性 ， 可 使 设 备更 加 可 靠 ； 第 二 是 组 合 化 和 多 功 能 化 ， 能 与 IC 兼 容 、 可 内 置 放大 器 ， 要 求 灵 敏 度 提 高 到 微 瓦 级 ； 第 三 是 全 固 体 化 。 固 体 继 电 器灵 敏 度 高 ， 可 防 电 磁 干 扰 和 射 频 干 扰 。 计 算 机 技 术 的 普 及 使 得 微 机 用 继 电 器 的 需 求 量 显 著 增 加 ， 带微 处 理 器 的 继 电 器 将 迅 速 发 展

22、 。 80 年 代 初 ， 美 国 生 产 的 数 字 式时 间 继 电 器 就 可 用 指 令 对 继 电 器 进 行 控 制 ， 继 电 器 与 微 处 理 器 的组 合 发 展 ， 可 形 成 一 个 小 巧 完 善 的 控 制 系 统 。 由 计 算 机 控 制 的 工业 机 器 人 目 前 以 每 年 3.5 的 速 度 增 长 ， 现 在 ， 计 算 机 控 制 的 生 产体 制 已 能 在 一 条 生 产 线 上 生 产 多 种 低 成 本 的 继 电 器 ， 并 可 自 动 完成 多 种 操 作 及 测 试 工 作 。 通 讯 技 术 的 发 展 对 继 电 器 的 发 展 具

23、 有 深 远 的 意 义 。 一 方 面 是由 于 通 讯 技 术 的 迅 速 发 展 使 整 个 继 电 器 的 应 用 增 加 。 另 一 方 面 ，由 于 光 纤 将 是 未 来 信 息 社 会 传 输 的 主 动 脉 ， 在 光 纤 通 讯 、 光 传 感 、光 计 算 机 、 光 信 息 处 理 技 术 的 推 动 下 将 出 现 光 纤 继 电 器 、 舌 簧 管光 纤 开 关 等 新 型 继 电 器 。 光 电 子 技 术 对 于 继 电 器 技 术 将 产 生 巨 大 的 促 进 作 用 ， 为 实 现光 计 算 机 的 可 靠 运 行 ， 目 前 已 试 制 出 双 稳 态

24、继 电 器 。 为 了 提 高 航 空 、 航 天 继 电 器 的 可 靠 性 ， 期 望 继 电 器 失 效 率 应由 目 前 的 0.1PPM 降 至 0.01PPM； 载 人 空 间 站 则 要 求 达 到0.001PPM。 耐 温 要 达 到 200 以 上 ， 耐 振 要 求 高 于 490m/s， 同时 应 能 承 受 2.3210(4)C/Kg 的 射 线 辐 射 。 为 满 足 空 间 要 求 ， 必须 加 强 可 靠 性 研 究 ， 并 建 立 专 门 的 高 可 靠 生 产 线 。 新 型 特 殊 结 构 材 料 、 新 分 子 材 料 、 高 性 能 复 合 材 料 、

25、光 电 子材 料 ， 还 有 吸 氧 磁 性 材 料 、 感 温 磁 性 材 料 、 非 晶 体 软 磁 材 料 的 发展 对 研 制 新 型 磁 保 持 继 电 器 、 温 度 继 电 器 、 电 磁 继 电 器 都 具 有 重要 的 意 义 ， 并 必 将 出 现 新 原 理 、 新 效 应 的 继 电 器 。 随 着 微 型 和 片 式 化 技 术 的 提 高 。 继 电 器 将 向 二 维 、 三 维 尺 寸只 有 几 毫 米 的 微 型 和 表 面 贴 装 化 方 向 发 展 ； 现 在 国 际 上 有 些 厂 家生 产 的 继 电 器 ， 体 积 只 有 5 10 年 前 的 1/

26、4 1/8。 因 为 电 子 整 机在 减 小 体 积 时 ， 需 要 高 度 不 超 过 其 它 电 子 元 件 的 更 小 的 继 电 器 。通 讯 设 备 厂 家 对 密 集 型 继 电 器 的 需 求 更 加 热 切 ， 日 本 Fujitsu Takamisawa 公 司 生 产 的 一 种 BA 系 列 超 密 集 信 号 继 电 器 的 大 小只 有 14.9(W)7.4(D)9.7(H)mm， 主 要 用 于 传 真 机 和 调 制 解 调 器 ，能 承 受 3kV 的 波 动 电 压 。 该 公 司 推 出 的 AS 系 列 表 面 安 装 继 电 器的 体 积 仅 为 14

27、(W)9(D)6.5(H)mm。 在 功 率 继 电 器 领 域 尤 其 需 要 安 全 可 靠 的 继 电 器 ， 如 高 绝 缘 性继 电 器 。 日 本 Fujitsu TaKamisawa 推 出 的 JV 系 列 功 率 继 电 器 内含 五 个 放 大 器 ， 采 用 高 绝 缘 性 小 截 面 设 计 ， 尺 寸 为 17.5(W)10(D)12.5(H)mm。 由 于 机 芯 和 外 缘 之 间 采 用 强 化 绝 缘 系 统 ， 其绝 缘 性 能 达 到 5kV。 日 本 NEC 推 出 的 MR82 系 列 功 率 继 电 器 的功 耗 只 有 200mW。 在 继 电 器

28、 内 部 装 入 各 种 放 大 、 延 时 、 消 触 点 抖 动 、 灭 弧 、 遥控 、 组 合 逻 辑 等 电 路 可 使 其 具 有 更 多 的 功 能 。 随 着 SOP 技 术(Small Outline Package)的 突 破 ， 生 产 厂 家 有 可 能 把 越 来 越 多 的 功能 集 成 到 一 起 。 而 继 电 器 与 微 处 理 器 的 组 合 将 具 备 更 广 泛 的 专 门控 制 功 能 ， 从 而 实 现 高 智 能 化 。 新 技 术 的 成 群 崛 起 ， 将 促 进 不 同 原 理 、 不 同 性 能 、 不 同 结 构和 用 途 的 各 类 继

29、 电 器 竞 相 发 展 。 在 科 技 进 步 、 需 求 牵 引 以 及 敏 感 、功 能 材 料 发 展 的 推 动 下 ， 特 种 继 电 器 ， 如 温 度 、 射 频 、 高 压 、 高绝 缘 、 低 热 电 势 以 及 非 电 量 控 制 等 继 电 器 的 性 能 将 日 臻 完 善 。 电 磁 继 电 器 (EMR)从 最 初 使 用 电 话 继 电 器 算 起 ， 至 今 已 有150 多 年 的 历 史 了 。 伴 随 着 电 子 工 业 的 发 展 ， 特 别 是 20 世 纪 70年 代 初 期 光 耦 合 技 术 的 突 破 ， 使 固 态 继 电 器 (SSR， 亦 称 电 子 继 电