继电器那些事儿都在这里了
文 | 传感器技术（WW_CGQJS）
继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
继电器通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
继电器一般都有反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。
就其在被控制电路中作用来讲，继电器就相当于一个“开关”，但它不是由人操纵，而是一种自动远动控制元件。
继电器的基本工作原理
继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。接通电源后，会产生电磁效应，电磁力就会吸引衔铁，让它接触到铁芯，带动衔铁的常闭触电与常开触点吸合，在电流切断后，电磁的吸力也就没有了，衔铁就又返回到原来的位置，将电路切断。
如上图所示，继电器的转换触点是继电器的一个动触点和两个静触点。其中动触点与静触点1处于闭会状态，称为常闭触点，动触点与静触点2处于断开状态，称为常开触点。
当线圈得电时，其动触点与静触点1立即断开并与静触点2闭合，切断静触点1控制线路，接触通静触点2的控制线路。
当线圈失电时，动触点复位，即动触点与静触点2复位断开并与静触点1复位闭合，切断静触点2的控制线路接通静触点1的控制线路。
继电器的主要作用
扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。
继电器与接触器的区别
说到继电器，一定会有人把它和接触器关联起来，也许认为他们是一样的东西。事实上，它们的工作原理是一样的，但也存在着电气上的区别。简单地可用以下几点来区分：
1、接触器用来接通或断开功率较大的负载，用在(功率)主电路中，主触头可能带有连锁接点以表示主触头的开闭状态。
2、继电器一般用在电器控制电路中，用来放大微型或小型继电器的触点容量，以驱动较大的负载。
3、以上两者相同之处：都是通过控制线圈的有电或无电来驱动触头的开闭，以断开或接通电路。属于有接点电器。线圈的控制电路与触点所在的电气回路是电气隔离的。
4、触发器一般是指数字逻辑器件(如集成芯片)，通过外部触发条件实现一定的逻辑功能。如d触发器、t触发器、j-k触发器、r-s触发器等。
5、继电器的触头容量一般不会超过5A，小型继电器的触头容量一般只有1A或2A，而接触器的触头容量最小的也有9A。
继电器主要产品技术参数
继电器作为一种极为常用且极具安全性的电器，看起来虽然简单，但追究起来，其主要的技术参数却并不少。概括起来，有以下几项：
额定工作电压：是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。
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。
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烧毁。
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。
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。
继电器的主要种类和分类解读
继电器的种类很多，按输入量可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等；
按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器等；
按用途可分为控制继电器、保护继电器等；
按输入量变化形式可分为有无继电器和量度继电器。
电磁式继电器
在控制电路中用的继电器大多数是电磁式继电器。电磁式继电器具有结构简单、价格低廉、使用维护方便、触点容量小（一般在5A以下）、触点数量多且无主、辅之分、无灭弧装置、体积小、动作迅速、准确、控制灵敏、可靠等特点，广泛地应用于低压控制系统中。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器以及各种小型通用继电器等。
电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，主要由电磁机构和触点组成。电磁式继电器也有直流和交流两种。图为直流电磁式继电器结构示意图，在线圈两端加上电压或通入电流，产生电磁力，当电磁力大于弹簧反力时，吸动衔铁使常开常闭接点动作；当线圈的电压或电流下降或消失时衔铁释放，接点复位。
电磁式继电器的特性
继电器的主要特性是输入-输出特性，又称为继电特性，如图（b）所示。
当继电器输入量X由0增加至X2之前，输出量Y为0。当输入量增加到X2时，继电器吸合，输出量Ｙ为1，表示继电器线圈得电，常开接点闭合，常闭接点断开。当输入量继续增大时，继电器动作状态不变。
当输出量Ｙ为1的状态下，输入量X减小，当小于X2时Ｙ值仍不变，当X再继续减小至小于X1时，继电器释放，输出量Y变为0，X再减小，Y值仍为0。
在继电特性曲线中，X2称为继电器吸合值，X1称为继电器释放值。k＝X1/X2，称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一。
返回系数k值可以调节，不同场合对k值的要求不同。例如一般控制继电器要求k值低些，在0.1～0.4之间，这样继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作。保护继电器要求k值高些，一般在0.85～0.9之间。k值是反映吸力特性与反力特性配合紧密程度的一个参数，一般k值越大，继电器灵敏度越高，k值越小，灵敏度越低。
中间继电器
中间继电器的结构和接触器基本相同，如图（a）所示，其图形符号如图（b）所示。
中间继电器在控制电路中起逻辑变换和状态记忆的功能，以及用于扩展接点的容量和数量。另外，在控制电路中还可以调节各继电器、开关之间的动作时间，防止电路误动作的作用。
中间继电器实质上是一种电压继电器，它是根据输入电压的有或无而动作的，一般触点对数多，触点容量额定电流为5A～10A左右。
中间继电器体积小，动作灵敏度高，一般不用于直接控制电路的负荷，但当电路的负荷电流在5A～10A以下时，也可代替接触器起控制负荷的作用。中间继电器的工作原理和接触器一样，触点较多，一般为四常开和四常闭触点。
电流继电器和电压继电器
一、电流继电器
电流继电器的输入量是电流，它是根据输入电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串入电路中，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器可分为欠电流继电器和过电流继电器。
欠电流继电器用于欠电流保护或控制，如直流电动机励磁绕组的弱磁保护、电磁吸盘中的欠电流保护、绕线式异步电动机起动时电阻的切换控制等。欠电流继电器的动作电流整定范围为线圈额定电流的30%～65%。
需要注意的是欠电流继电器在电路正常工作时，电流正常不欠电流时，欠电流继电器处于吸合动作状态，常开接点处于闭合状态，常闭接点处于断开状态；当电路出现不正常现象或故障现象导致电流下降或消失时，继电器中流过的电流小于释放电流而动作，所以欠电流继电器的动作电流为释放电流而不是吸合电流。
过电流继电器用于过电流保护或控制，如起重机电路中的过电流保护。过电流继电器在电路正常工作时流过正常工作电流，正常工作电流小于继电器所整定的动作电流，继电器不动作，当电流超过动作电流整定值时才动作。
过电流继电器动作时其常开接点闭合，常闭接点断开。过电流继电器整定范围为（110%～400%）额定电流，其中交流过电流继电器为（110%～400%）IN，直流过电流继电器为（70%～300%）IN。
电流继电器作为保护电器时，其图形符号如图所示。
二、电压继电器
电压继电器的输入量是电路的电压大小，其根据输入电压大小而动作。与电流继电器类似，电压继电器也分为欠电压继电器和过电压继电器两种。
过电压继电器动作电压范围为（105%～120%）UN；欠电压继电器吸合电压动作范围为（20%～50%）UN，释放电压调整范围为（7%～20%）UN；零电压继电器当电压降低至（5%～25%）UN时动作，它们分别起过压、欠压、零压保护。
电压继电器工作时并联在电路中，因此线圈匝数多、导线细、阻抗大，反映电路中电压的变化，用于电路的电压保护。
电压继电器常用在电力系统继电保护中，在低压控制电路中使用较少。电压继电器图形符号如图所示。
时间继电器
时间继电器在控制电路中用于时间的控制。其种类很多，按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。
以JS7型空气阻尼式时间继电器为例，空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，它由电磁机构、延时机构和触头系统3部分组成。电磁机构为直动式双E型铁心，触头系统借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。
空气阻尼式时间继电器可以做成通电延时型，也可改成断电延时型，电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。
现以通电延时型时间继电器为例介绍其工作原理：图（a）中通电延时型时间继电器为线圈不得电时的情况，当线圈通电后，动铁心吸合，带动Ｌ型传动杆向右运动，使瞬动接点受压，其接点瞬时动作。
活塞杆在塔形弹簧的作用下，带动橡皮膜向右移动，弱弹簧将橡皮膜压在活塞上，橡皮膜左方的空气不能进入气室，形成负压，只能通过进气孔进气，因此活塞杆只能缓慢地向右移动，其移动的速度和进气孔的大小有关（通过延时调节螺丝调节进气孔的大小可改变延时时间）。
经过一定的延时后，活塞杆移动到右端，通过杠杆压动微动开关（通电延时接点），使其常闭触头断开，常开触头闭合，起到通电延时作用。
当线圈断电时，电磁吸力消失，动铁心在反力弹簧的作用下释放，并通过活塞杆将活塞推向左端，这时气室内中的空气通过橡皮膜和活塞杆之间的缝隙排掉，瞬动接点和延时接点迅速复位，无延时。
如果将通电延时型时间继电器的电磁机构反向安装，就可以改为断电延时型时间继电器，如图（c）中断电延时型时间继电器所示。
线圈不得电时，塔形弹簧将橡皮膜和活塞杆推向右侧，杠杆将延时接点压下（注意，原来通电延时的常开接点现在变成了断电延时的常闭接点了，原来通电延时的常闭接点现在变成了断电延时的常开接点）
当线圈通电时，动铁心带动L型传动杆向左运动，使瞬动接点瞬时动作，同时推动活塞杆向左运动，如前所述，活塞杆向左运动不延时，延时接点瞬时动作。线圈失电时动铁心在反力弹簧的作用下返回，瞬动接点瞬时动作，延时接点延时动作。
时间继电器线圈和延时接点的图形符号都有两种画法，线圈中的延时符号可以不画，接点中的延时符号可以画在左边也可以画在右边，但是圆弧的方向不能改变，如图（b）和（d）所示。
空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、延时范围大、寿命长、价格低廉，且不受电源电压及频率波动的影响，其缺点是延时误差大、无调节刻度指示，一般适用延时精度要求不高的场合。
常用的产品有JS7-A、JS23等系列，其中JS7-A系列的主要技术参数为延时范围，分0.4s～60s和0.4s～180s两种，操作频率为600次/h，触头容量为5A，延时误差为±15%。在使用空气阻尼式时间继电器时，应保持延时机构的清洁，防止因进气孔堵塞而失去延时作用。
时间继电器在选用时应根据控制要求选择其延时方式，根据延时范围和精度选择继电器的类型。
热继电器
热继电器主要是用于电气设备（主要是电动机）的过负荷保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。
三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。
如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。
常用的电动机保护装置种类很多，使用最多、最普遍的是双金属片式热继电器。目前，双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种。
热继电器的工作原理
图（a）所示是双金属片式热继电器的结构示意图，图（b）所示是其图形符号。由图可见，热继电器主要由双金属片、热元件、复位按钮、传动杆、拉簧、调节旋钮、复位螺丝、触点和接线端子等组成。
双金属片是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片。膨胀系数大的（如铁镍铬合金、铜合金或高铝合金等）称为主动层，膨胀系数小的（如铁镍类合金）称为被动层。
由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，由弯曲产生的位移带动触头动作。
热元件一般由铜镍合金、镍铬铁合金或铁铬铝等合金电阻材料制成，其形状有圆丝、扁丝、片状和带材几种。
热元件串接于电机的定子电路中，通过热元件的电流就是电动机的工作电流（大容量的热继电器装有速饱和互感器，热元件串接在其二次回路中）。
当电动机正常运行时，其工作电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片变形，热继电器不会动作。
当电动机发生过电流且超过整定值时，双金属片的热量增大而发生弯曲，经过一定时间后，使触点动作，通过控制电路切断电动机的工作电源。
同时，热元件也因失电而逐渐降温，经过一段时间的冷却，双金属片恢复到原来状态。
热继电器动作电流的调节是通过旋转调节旋钮来实现的。调节旋钮为一个偏心轮，旋转调节旋钮可以改变传动杆和动触点之间的传动距离，距离越长动作电流就越大，反之动作电流就越小。
热继电器复位方式有自动复位和手动复位两种，将复位螺丝旋入，使常开的静触点向动触点靠近，这样动触点在闭合时处于不稳定状态，在双金属片冷却后动触点也返回，为自动复位方式。
如将复位螺丝旋出，触点不能自动复位，为手动复位置方式。在手动复位置方式下，需在双金属片恢复状时按下复位按钮才能使触点复位。
速度继电器
速度继电器又称为反接制动继电器，主要用于三相鼠笼型异步电动机的反接制动控制。图为速度继电器的原理示意图及图形符号，它主要由转子、定子和触头3部分组成。
转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个鼠笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有鼠笼型绕组。
其转子的轴与被控电动机的轴相连接，当电动机转动时，转子（圆柱形永久磁铁）随之转动产生一个旋转磁场，定子中的鼠笼型绕组切割磁力线而产生感应电流和磁场，两个磁场相互作用，使定子受力而跟随转动。
当达到一定转速时，装在定子轴上的摆锤推动簧片触点运动，使常闭触点断开，常开触点闭合。当电动机转速低于某一数值时，定子产生的转矩减小，触点在簧片作用下复位。
一般速度继电器都具有两对转换触点，一对用于正转时动作，另一对用于反转时动作。触点额定电压为380V，额定电流为2A。通常速度继电器动作转速为130r/min，复位转速在100r/min以下。
液位继电器
液位继电器主要用于对液位的高低进行检测并发出开关量信号，以控制电磁阀、液泵等设备对液位的高低进行控制。液位继电器的种类很多，工作原理也不尽相同，下面介绍JYF-02型液位继电器。
其结构示意图及图形符号如图1-18所示。浮筒置于液体内，浮筒的另一端为一根磁钢，靠近磁钢的液体外壁也装一根磁钢，并和动触点相连，当水位上升时，受浮力上浮而绕固定支点上浮，带动磁钢条向下，当内磁钢N极低于外磁钢N极时，由于液体壁内外两根磁钢同性相斥，壁外的磁钢受排斥力迅速上翘，带动触点迅速动作。
同理，当液位下降，内磁钢N极高于外磁钢N极时，外磁钢受排斥力迅速下翘，带动触点迅速动作。液位高低的控制是由液位继电器安装的位置来决定的。
压力继电器
压力继电器主要用于对液体或气体压力的高低进行检测并发出开关量信号，以控制电磁阀、液泵等设备对压力的高低进行控制。图为压力继电器结构示意图及图形符号。
压力继电器主要由压力传送装置和微动开关等组成，液体或气体压力经压力入口推动橡皮膜和滑杆，克服弹簧反力向上运动，当压力达到给定压力时，触动微动开关，发出控制信号，旋转调压螺母可以改变给定压力。
在我国，通信和工业控制、家电和汽车是继电器最大市场。据继电器市场调查报告显示，需求量最大是通用继电器，特别是高灵敏度，小型， 超小型PCB继电器，小功率继电器等。从市场形势来看，继电器是一个量大，服务面广，技术含量不高，利润微薄，市场潜力较大的竟争性行业。
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