继电器

继电器
[jì diàn qì]
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电控制器件
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概述
继电器是一种电控制器件,可以给予规定输入量并保持足够长的时间,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化。当输入量降至一定程度并保持足够长的时间后，再恢复到初始状态。 
继电器
发展历史
在18世纪的时候，科学家们还认为电和磁是风马牛不相及的两种物理现象。1820年丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应后，1831年英国物理学家法拉第又发现了电磁感应现象。这些发现证实了电能和磁能可以相互转化，这也为后来的电动机和发电机的诞生奠定了基础；人类则因这些发明创造从此迈入电气时代。19世纪30年代，美国物理学家约瑟夫·亨利在研究电路控制时利用电磁感应现象发明了继电器。最早的继电器是电磁继电器，它利用电磁铁在通电和断电下磁力产生和消失的现象，来控制高电压高电流的另一电路的开合，它的出现使得电路的远程控制和保护等工作得以顺利进行。继电器是人类科技史上的一项伟大发明创造，它不仅是电气工程的基础，也是电子技术、微电子技术的重要基础。 
主要作用
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。 
继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、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之间，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）。 
作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用： 
（1）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。 
（2）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。 
（3）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。 
（4）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。 
分类
1、按继电器的工作原理或结构特征分类:
（1）电磁继电器：利用输入电路内电流在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力作用而工作的一种电气继电器。 
（2）固体继电器：指电子元件履行其功能而无机械运动构件的，输入和输出隔离的一种继电器。 
（3）温度继电器：当外界温度达到给定值时而动作的继电器。 
（4）舌簧继电器：利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧动作来开，闭或转换线路的继电器。 
（5）时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定时间才闭合或断开其被控线路继电器。 
（6）高频继电器：用于切换高频，射频线路而具有最小损耗的继电器。 
（7）极化继电器：有极化磁场与控制电流通过控制线圈所产生的磁场综合作用而动作的继电器。继电器的动作方向取决于控制线圈中流过的的电流方向。 
（8）其他类型的继电器：如光继电器，声继电器，热继电器，仪表式继电器，霍尔效应继电器，差动继电器等。 
2、按继电器的外形尺寸分类：
（1）微型继电器：最长边尺寸不大于10毫米的继电器。 
（2）超小型微型继电器：最长边尺寸大于10毫米，但不大于25毫米的继电器。 
（3）小型微型继电器：最长边尺寸大于25毫米，但不大于50毫米的继电器。 
注：对于密封或封闭式继电器，外形尺寸为继电器本体三个相互垂直方向的最大尺寸，不包括安装件，引出端，压筋，压边，翻边和密封焊点的尺寸。 
3、按继电器的负载分为：
（1）微功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为0.1A、0.2A的继电器。 
（2）弱功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为0.5A、1A的继电器。  
（3）中功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为2A、5A的继电器。 
（4）大功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为10A、15A、20A、25A、40A……的继电器。 
4、按继电器的防护特征分类：
（1）密封继电器：采用焊接或其他方法，将触点和线圈等密封在罩子内，与围介质相隔离，其泄漏率较低的继电器。 
（2）封闭式继电器：用罩壳将触点和线圈等密封（非密封）加以防护的继电器。 
（3）敞开式继电器：不用防护罩来保护触电和线圈等的继电器。 
以上继电器在电子制作中最常用的是电磁继电器和干簧继电器两种。 
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。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。 
②直流电阻：是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万用表测量。 
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。 
继电器测试
①测触点电阻：用万用表的电阻挡，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；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：可用万用表R×10挡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：用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，听到继电器吸合的声音时，记录吸合电压和吸合电流。为求准确，可以尝试多次求平均值。 
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，亦可尝试多次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压为吸合电压的10%~50%如果释放电压大小(小于1/10的吸合电压)，则不能正常使用，这样会对电路的稳定性造成威胁，使工作不可靠。 
符号表示方法
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3种基本形式： 
(1)动合型（常开，H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后两个触点闭合。以“合”字的拼音字头“H”表示。 
(2)动断型（常闭，D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点断开。用“断”字的拼音字头“D”表示。 
(3)转换型(Z型)是触点组型。这种触点组共有3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，动触点就移动，使原来断开的呈闭合状态，原来闭合的呈断开状态，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。 
继电器的测试
继电器是智能预付费电能表中的关键器件，继电器的寿命在某种程度上决定了电表寿命，该器件性能好坏对智能预付费电能表运行至关重要。而国内、外继电器生产厂家众多，生产规模相差较大，技术水平相距悬殊，性能参数千差万别，因此，电能表生产厂家在继电器检测选型时必须有一套完善的检测装置，以保证电表质量。同时，国家电网也加强了智能电能表内继电器性能参数抽样检测，同样需要相应的检测设备，检验不同厂家生产的电表质量。然而，继电器检测设备不仅检测项目比较单一，检测过程不能实现自动化，检测数据需要人工处理和分析，检测结果具有各种随机性、人为性，而且，检测效率低，安全性也得不到保证 
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近两年来，国家电网逐步规范了电表技术要求，制定相关行业标准以及技术规范，这为继电器参数检测提出了一些技术难题，如继电器的负载通断能力、开关特性测试等。因此，迫切需要研究一种设备，实现继电器性能参数的综合检测 
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根据继电器性能参数测试要求，测试项目可以分为两大类，一是不带负载电流的测试项目，如动作值、触点接触电阻、机械寿命；二是带负载电流的测试项目，如触点接触电压、电寿命、过负荷能力。
主要测试项目简单介绍如下：（1）动作值。继电器动作时所需电压值。（2）触点接触电阻。触电闭合时，两触头之间的电阻值。（3）机械寿命。机械部分在不损坏的情况下，继电器反复开关动作次数。（4）触点接触电压。触电闭合时，触电回路中施加一定负载电流，触点间电压值。（5）电寿命。继电器驱动线圈两端施加额定电压，触点回路中施加额定阻性负载时，每小时循环小于300次、占空比1∶4条件下，继电器的可靠动作次数。（6）过负荷能力。继电器驱动线圈两端施加额定电压，触点回路中施加1．5倍额定负载时，动作频率（10±1）次/分条件下，继电器可靠动作次数 
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种类举例
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。 
有无继电器是根据输入量的有或无来动作的，无输入量时继电器不动作，有输入量时继电器动作，如中间继电器、通用继电器、时间继电器等。 
量度继电器是根据输入量的变化来动作的，工作时其输入量是一直存在的，只有当输入量达到一定值时继电器才动作，如电流继电器、电压继电器、热继电器、速度继电器、压力继电器、液位继电器等。 
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SA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的相似，主要由电磁机构和触点组成。电磁式继电器有直流和交流两种。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。 
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。双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护的和不带断相保护的两种。 
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。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I-X5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。 
可靠性
1、环境对继电器可靠性的影响：继电器工作在GB和SF下的平均故障间隔时间最高，达到820000h，而在NU环境下，仅60000h。 
2、质量等级对继电器可靠性的影响：当选用A1质量等级的继电器时，平均故障间隔时间可达3660000h，而选用C等级的继电器平均故障间隔时间为110000，其间相差33倍，可见继电器的质量等级对其可靠性能的影响非常大。 
3、触点形式对继电器可靠性的影响：继电器的触点形式也会对其可靠性产生影响，单掷型继电器的可靠性都高于相同刀数的双掷型继电器，同时随刀数的增加可靠性逐渐降低，单刀单掷继电器的平均故障间隔时间是四刀双掷继电器的5.5倍。 
4、结构类型对继电器可靠性的影响：继电器结构类型共有24种，不同类型均对其可靠性产生影响。 
5、温度对继电器可靠性的影响：继电器工作温度范围在-25～70℃之间。随着温度的升高，继电器的平均故障间隔时间逐渐下降。 
6、动作速率对继电器可靠性的影响：随着继电器动作速率的提高，平均故障间隔时间基本呈指数型下降趋势。因此，若设计的电路要求继电器的动作速率非常高，那么在电路维修时就需要仔细检测继电器以便及时对它更换。 
7、电流比对继电器可靠性的影响：所谓电流比是继电器的工作负载电流与额定负载电流之比。电流比对继电器的可靠性影响很大，尤其当电流比大于0.1时，平均故障间隔时间迅速下降，而电流比小于0.1时，平均故障间隔时间基本不变，因此在电路设计时应选用额定电流较大的负载以降低电流比，这样可保证继电器乃至整个电路不因工作电流的波动而使可靠性降低。 
新型继电器
新型继电器是指为了适应新提出的特殊要求，满足特殊环境条件下的使用而研制生产出的电磁式继电器，其主要特点是体积小、质量轻、耐振动、抗冲击、负载范围从低电平负载到5A、28 V额定负载，产品有可靠性指标（失效率等级）要求，产品采用电阻熔焊或激光熔焊密封的气密式密封结构，主要应用于电子控制设备中的信号传递和弱电功率切换。 
新型电磁式继电器包括：非磁保持继电器和磁保持继电器。非磁保持继电器是一种单稳态继电器，继电器线圈在规定的电压激励量作用下，其触点输出状态改变，但在线圈激励撤销后，触点输出状态复原到初始状态。磁保持继电器是一种双稳态继电器，分单线圈结构和双线圈结构，线圈激励为电脉冲方式。对单线圈结构继电器，当线圈在规定的电压激励量作用下其触点输出状态改变，线圈激励撤销后，触点能保持已有状态，要改变触点输出状态，需对线圈加一规定的反向电压激励量。对双线圈结构继电器，当第一线圈在规定的电压激励量作用下其触点输出状态改变，线圈激励撤销后，触点能保持已有状态，要改变触点输出状态，需对第二线圈加规定的电压激励量。 
由于新型继电器具有的特殊性能，它的检测方法和检测要求也不同于常规继电器的检测。主要检测的内容有电气参数检测、电气性能指标检测、机械性能指标检测和物理性能指标检测等。 

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