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繼電器工作原理及相關(guān)知識點(diǎn)整理
繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。
繼電器是什么?
所屬學(xué)科： 電力(一級學(xué)科) ;繼電保護(hù)與自動化(二級學(xué)科)
繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。
繼電器的定義：繼電器是一種當(dāng)輸入量(電、磁、聲、光、熱)達(dá)到一定值時，輸出量將發(fā)生跳變化的自動控制器件。
繼電器常識
繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。
繼電器幾種作用：
1) 擴(kuò)大控制范圍。例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號達(dá)到某一定值時，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。
2) 放大。例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。
3) 綜合信號。例如，當(dāng)多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經(jīng)過比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。
4) 自動、遙控、監(jiān)測。例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。
電磁繼電器的工作原理和特性
電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”;處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。
固態(tài)繼電器的原理及結(jié)構(gòu)
SSR按使用場合可以分成交流型和直流型兩大類，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。
下面以交流型的SSR為例來說明它的工作原理，圖1是它的工作原理框圖，圖1中的部件①-④構(gòu)成交流SSR的主體，從整體上看，SSR只有兩個輸入端(A和B)及兩個輸出端(C和D)，是一種四端器件。
工作時只要在A、B上加上一定的控制信號，就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的(電)， 以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高;由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號，驅(qū)動開關(guān)電路④工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路”。所謂“過零”是指，當(dāng)加入控制信號，交流電壓過零時，SSR即為通態(tài);而當(dāng)斷開控制信號后，SSR要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)(零電位)時，SSR才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動作)而設(shè)計(jì)的，一般是用“R-C”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。圖2是一種典型的交流型SSR的電原理圖。
直流型的SSR與交流型的SSR相比，無過零控制電路，也不必設(shè)置吸收電路，開關(guān)器件一般用大功率開關(guān)三極管，其它工作原理相同。不過，直流型SSR在使用時應(yīng)注意：①負(fù)載為感性負(fù)載時，如直流電磁閥或電磁鐵，應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管，極性如圖3所示，二極管的電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的4倍。②SSR工作時應(yīng)盡量把它靠近負(fù)載，其輸出引線應(yīng)滿足負(fù)荷電流的需要。③使用電源屬經(jīng)交流降壓整流所得的，其濾波電解電容應(yīng)足夠大。
固態(tài)繼電器的分類與工作原理
固態(tài)繼電器(Solid State Relays,縮寫SSR)是一種無觸點(diǎn)電子開關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來實(shí)現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負(fù)載回路(輸出電路)的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。盡管市場上的固態(tài)繼電器型號規(guī)格繁多，但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入(控制)電路，驅(qū)動電路和輸出(負(fù)載)電路三部分組成。
固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達(dá)到一定值時，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當(dāng)寬的輸入電壓范圍。
固態(tài)繼電器的驅(qū)動電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光-三極管、光-雙向可控硅、光-二極管陣列(光-伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成約10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號傳遞到變壓器次級。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號。
固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時還包括反饋電路。目前，各種固態(tài)繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)、單向可控硅(Thyristor或SCR)、雙向可控硅(Triac)、MOS場效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。
固態(tài)繼電器原理 固態(tài)繼電器(Solidstate Relay, SSR)是一種由固態(tài)電子組件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)，利用電子組件(如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體組件)的開關(guān)特性，達(dá)到無觸點(diǎn)、無火花、而能接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)”。相對于以往的“線圈—簧片觸點(diǎn)式”繼電器(Electromechanical Relay, EMR)，SSR沒有任何可動的機(jī)械零件，工作中也沒有任何機(jī)械動作，具有超越EMR的優(yōu)勢，如反應(yīng)快、可靠度高、壽命長(SSR的開關(guān)次數(shù)可達(dá)108"109次，比一般EMR的106高出百倍)、無動作噪聲、耐震、耐機(jī)械沖擊、具有良好的防潮防霉防腐特性。這些特點(diǎn)使SSR在軍事、化工、和各種工業(yè)民用電控設(shè)備中均有廣泛應(yīng)用。固態(tài)繼電器的控制信號所需的功率極低，因此可以用弱信號控制強(qiáng)電流。同時交流型的SSR采用過零觸發(fā)技術(shù)，使SSR可以安全地用在計(jì)算機(jī)輸出接口，不會像EMR那樣產(chǎn)生一系列對計(jì)算機(jī)的干擾，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重當(dāng)機(jī)。比較常用的是DIP封裝的型式?？刂齐妷汉拓?fù)載電壓按使用場合可以分成交流和直流兩大類，因此會有DC-AC、DC-DC、AC-AC、AC-DC四種型式，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用.
按負(fù)載電源的類型不同可將SSR分為交流固態(tài)繼電器(AC—SSR)和直流固態(tài)繼電器(DC—SSR)。AC—SSR是以雙向晶閘管作為開關(guān)器件，用來接通或斷開交流負(fù)載電源的固態(tài)繼電器。AC—SSR的控制觸發(fā)方式不同，又可分為過零觸發(fā)型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種。過零觸發(fā)型AC—SSR是當(dāng)控制信號輸入后，在交流電源經(jīng)過零電壓附近時導(dǎo)通，故干擾很小。隨機(jī)導(dǎo)通型AC—SSR則是在交流電源的任一相位上導(dǎo)通或關(guān)斷，因此在導(dǎo)通瞬間可能產(chǎn)生較大的干擾。
熱繼電器工作原理與結(jié)構(gòu)
熱繼電器是用于電動機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。電動機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，如拖動生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作過程中，若機(jī)械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動機(jī)遇到過載，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降、繞組中的電流將增大，使電動機(jī)的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機(jī)繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電動機(jī)繞組的溫升就會超過允許值，使電動機(jī)繞組老化，縮短電動機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)闺妱訖C(jī)繞組燒毀。所以，這種過載是電動機(jī)不能承受的。熱繼電器就是利用電流的熱效應(yīng)原理，在出現(xiàn)電動機(jī)不能承受的過載時切斷電動機(jī)電路，為電動機(jī)提供過載保護(hù)的保護(hù)電器。
電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理
電磁繼電器是繼電器中應(yīng)用zui早、zui廣泛的一種繼電器。電磁繼電器一般由鐵心、電磁線圈、銜鐵、復(fù)位彈簧、觸點(diǎn)、支座及引腳等組成，如圖7-1 所示。
電磁繼電器的工作原理并不復(fù)雜，它主要是利用電磁感應(yīng)原理而工作的。當(dāng)線圈通以電流時，線圈便產(chǎn)生磁場，線圈中間的鐵心被磁化產(chǎn)生磁力.從而使銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，此時銜鐵帶動支桿將板簧推開，使兩個常閉的觸點(diǎn)斷開。當(dāng)斷開繼電器線圈的電流時，鐵心便失去磁性，銜鐵在板簧的作用下恢復(fù)初始狀態(tài)，觸點(diǎn)則又閉合。
觸點(diǎn)的形式一般分為三種:一種是繼電器線圈未通電時處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為常閉觸點(diǎn).用字母H 表示;第二種是處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為常開觸點(diǎn)，用字母D 表示;還有一種是一個動觸點(diǎn)與一個靜觸點(diǎn)常閉，而同時與一個靜觸點(diǎn)常開，形成一開一閉的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)形式.用字母I表示。常閉觸點(diǎn)在線圈通電時由閉合狀態(tài)斷開，所以又稱為動斷觸點(diǎn)，而把常開觸點(diǎn)稱為動合觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)有兩種情況，即先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)和先斷后合的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)圖7-2 列出了觸點(diǎn)形式的電路。在一個繼電器中，可以具有一個或數(shù)個(組)常開點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)形式。