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繼電器工作原理及相關(guān)知識(shí)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(chēng)輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱(chēng)輸出回路)，通常應(yīng)用于自動(dòng)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(dòng)開(kāi)關(guān)”,。故在電路中起著自動(dòng)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(jí)學(xué)科) ;繼電保護(hù)與自動(dòng)化(二級(jí)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(chēng)輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱(chēng)輸出回路),，通常應(yīng)用于自動(dòng)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(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)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(shí),，輸出量將發(fā)生跳變化的自動(dòng)控制器件。
繼電器常識(shí)
繼電器是一種電子控制器件,，它具有控制系統(tǒng)(又稱(chēng)輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱(chēng)輸出回路),，通常應(yīng)用于自動(dòng)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(dòng)開(kāi)關(guān)”,。故在電路中起著自動(dòng)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(hào)達(dá)到某一定值時(shí),，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接,、開(kāi)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(gè)很微小的控制量,，可以控制很大功率的電路。
3) 綜合信號(hào),。例如,，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過(guò)比較綜合,，達(dá)到預(yù)定的控制效果,。
4) 自動(dòng)、遙控,、監(jiān)測(cè),。例如，自動(dòng)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(dòng)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(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開(kāi)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(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)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(duì)于繼電器的“常開(kāi),、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn),，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”;處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)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(chǎng)合可以分成交流型和直流型兩大類(lèi)，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開(kāi)關(guān),，不能混用,。
下面以交流型的SSR為例來(lái)說(shuō)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(gè)輸入端(A和B)及兩個(gè)輸出端(C和D),，是一種四端器件,。
工作時(shí)只要在A、B上加上一定的控制信號(hào),，就可以控制C,、D兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)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(hào)提供一個(gè)輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開(kāi)SSR中輸入端和輸出端之間的(電),， 以防止輸出端對(duì)輸入端的影響,，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動(dòng)作靈敏,、響應(yīng)速度高,、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級(jí)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(hào)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(hào),，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路④工作,，但由于開(kāi)關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，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(guò)零控制電路”,。所謂“過(guò)零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào),，交流電壓過(guò)零時(shí),，SSR即為通態(tài);而當(dāng)斷開(kāi)控制信號(hào)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(shí)，SSR才為斷態(tài),。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來(lái)的尖峰,、浪涌(電壓)對(duì)開(kāi)關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動(dòng)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(wú)過(guò)零控制電路，也不必設(shè)置吸收電路,，開(kāi)關(guān)器件一般用大功率開(kāi)關(guān)三極管,，其它工作原理相同。不過(guò),，直流型SSR在使用時(shí)應(yīng)注意：①負(fù)載為感性負(fù)載時(shí),，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(shí)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(lèi)與工作原理
固態(tài)繼電器(Solid State Relays,縮寫(xiě)SSR)是一種無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)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(lái)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(hào)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(wú)任何可動(dòng)部件,。盡管市場(chǎng)上的固態(tài)繼電器型號(hào)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(dòng)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(hào)提供一個(gè)回路,，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源,。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個(gè)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(shí),，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(dòng)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(guò)變壓器磁芯將高頻信號(hào)傳遞到變壓器次級(jí),。功能電路可包括檢波整流、過(guò)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(hào),。
固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)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(shí)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(chǎng)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(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān),，利用電子組件(如開(kāi)關(guān)三極管,、雙向可控硅等半導(dǎo)體組件)的開(kāi)關(guān)特性，達(dá)到無(wú)觸點(diǎn),、無(wú)火花,、而能接通和斷開(kāi)電路的目的，因此又被稱(chēng)為“無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)”。相對(duì)于以往的“線圈—簧片觸點(diǎn)式”繼電器(Electromechanical Relay, EMR),，SSR沒(méi)有任何可動(dòng)的機(jī)械零件,，工作中也沒(méi)有任何機(jī)械動(dòng)作，具有超越EMR的優(yōu)勢(shì),，如反應(yīng)快,、可靠度高、壽命長(zhǎng)(SSR的開(kāi)關(guān)次數(shù)可達(dá)108"109次,，比一般EMR的106高出百倍),、無(wú)動(dòng)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(hào)所需的功率極低,，因此可以用弱信號(hào)控制強(qiáng)電流。同時(shí)交流型的SSR采用過(guò)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(huì)像EMR那樣產(chǎn)生一系列對(duì)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,。控制電壓和負(fù)載電壓按使用場(chǎng)合可以分成交流和直流兩大類(lèi),，因此會(huì)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(kāi)關(guān)，不能混用.
按負(fù)載電源的類(lèi)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(kāi)關(guān)器件,，用來(lái)接通或斷開(kāi)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(guò)零觸發(fā)型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種,。過(guò)零觸發(fā)型AC—SSR是當(dāng)控制信號(hào)輸入后，在交流電源經(jīng)過(guò)零電壓附近時(shí)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(dòng)機(jī)或其它電氣設(shè)備,、電氣線路的過(guò)載保護(hù)的保護(hù)電器,。電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，如拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作過(guò)程中,，若機(jī)械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動(dòng)機(jī)遇到過(guò)載,，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、繞組中的電流將增大,，使電動(dòng)機(jī)的繞組溫度升高,。若過(guò)載電流不大且過(guò)載的時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)繞組不超過(guò)允許溫升,，這種過(guò)載是允許的,。但若過(guò)載時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)載電流大,，電動(dòng)機(jī)繞組的溫升就會(huì)超過(guò)允許值,，使電動(dòng)機(jī)繞組老化，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命,，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺妱?dòng)機(jī)繞組燒毀,。所以，這種過(guò)載是電動(dòng)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(dòng)機(jī)不能承受的過(guò)載時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)電路，為電動(dòng)機(jī)提供過(guò)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(shí),，線圈便產(chǎn)生磁場(chǎng),，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(shí)銜鐵帶動(dòng)支桿將板簧推開(kāi),，使兩個(gè)常閉的觸點(diǎn)斷開(kāi),。當(dāng)斷開(kāi)繼電器線圈的電流時(shí)，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(shí)處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為常閉觸點(diǎn).用字母H 表示;第二種是處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn),，稱(chēng)為常開(kāi)觸點(diǎn),，用字母D 表示;還有一種是一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與一個(gè)靜觸點(diǎn)常閉，而同時(shí)與一個(gè)靜觸點(diǎn)常開(kāi),，形成一開(kāi)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(shí)由閉合狀態(tài)斷開(kāi)，所以又稱(chēng)為動(dòng)斷觸點(diǎn),，而把常開(kāi)觸點(diǎn)稱(chēng)為動(dòng)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(gè)繼電器中,，可以具有一個(gè)或數(shù)個(gè)(組)常開(kāi)點(diǎn),、常閉觸點(diǎn)和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)形式。