繼電器工作原理及分類

繼電器

     英文名稱：relay是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。 

元件符號

    因為繼電器是由線圈和觸點組兩部分組成的，所以繼電器在電路圖中的圖形符號也包括兩部分：一個長方框表示線圈；一組觸點符號表示觸點組合。當觸點不多電路比較簡單時，往往把觸點組直接畫在線圈框的一側，這種畫法叫集中表示法。

 電符號和觸點形式：

    繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示，如果繼電器有兩個線圈，就畫兩個并列的長方框。同時在長方框內或長方框旁標上繼電器的文字符號“J”。繼電器的觸點有兩種表示方法：一種是把它們直接畫在長方框一側，這種表示法較為直觀。另一種是按照電路連接的需要，把各個觸點分別畫到各自的控制電路中，通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標注上相同的文字符號，并將觸點組編上號碼，以示區別。

觸點形式

    繼電器的觸點有三種基本形式：

1、動合型（常開）（H型）線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭“H”表示。

2、動斷型（常閉）（D型）線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭“D”表示。

3、轉換型（Z型）這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態，達到轉換的目的。這樣的觸點組稱為轉換觸點。用“轉”字的拼音字頭“z”表示。

主要作用

    繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應機構（輸入部分）；有能對被控電路實現“通”、“斷”控制的執行機構（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅動的中間機構（驅動部分）。

作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：

1）擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，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，當多個控制信號按規定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效果。

4）自動、遙控、監測：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，從而實現自動化運行。

主要分類

  1．按繼電器的工作原理或結構特征分類

1）電磁繼電器：利用輸入電路內電路在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器。

2）固體繼電器：指電子元件履行其功能而無機械運動構件的，輸入和輸出隔離的一種繼電器。

3）溫度繼電器：當外界溫度達到給定值時而動作的繼電器。

4）舌簧繼電器：利用密封在管內，具有觸電簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧動作來開，閉或轉換線路的繼電器

5）時間繼電器：當加上或除去輸入信號時，輸出部分需延時或限時到規定時間才閉合或斷開其被控線路繼電器。

6）高頻繼電器：用于切換高頻，射頻線路而具有最小損耗的繼電器。

7）極化繼電器：有極化磁場與控制電流通過控制線圈所產生的磁場綜合作用而動作的繼電器。繼電器的動作方向取決于控制線圈中流過的的電流方向。

8）其他類型的繼電器：如光繼電器，聲繼電器，熱繼電器，儀表式繼電器，霍爾效應繼電器，差動繼電器等。

2、按繼電器的外形尺寸分類

1）微型繼電器

2）超小型微型繼電器

3）小型微型繼電器

注：對于密封或封閉式繼電器，外形尺寸為繼電器本體三個相互垂直方向的最大尺寸，不包括安裝件，引出端，壓筋，壓邊，翻邊和密封焊點的尺寸。

3、按繼電器的負載分類

1）微功率繼電器

2）弱功率繼電器

3）中功率繼電器

4）大功率繼電器

4、按繼電器的防護特征分類

1）密封繼電器

2）封閉式繼電器

3）敞開式繼電器

5、按繼電器按照動作原理可分類

1）電磁型

2）感應型

3）整流型

4）電子型

5）數字型等

6、按照反應的物理量可分類

1）電流繼電器

2）電壓繼電器

3）功率方向繼電器

4）阻抗繼電器

5）頻率繼電器

6）氣體（瓦斯）繼電器

7、按照繼電器在保護回路中所起的作用可分類

1）啟動繼電器

2）量度繼電器

3）時間繼電器

4）中間繼電器

5）信號繼電器

6）出口繼電器

主要元件

   電磁繼電器

電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。

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，從而產生電磁效應，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與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，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，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。

固態繼電器

固態繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現輸入輸出的電隔離。

固態繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。

熱敏干簧繼電器

熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環、恒磁環、干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁，而由恒磁環產生的磁力驅動開關動作。恒磁環能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特性決定的。

磁簧繼電器

磁簧繼電器是以線圈產生磁場將磁簧管作動之繼電器，為一種線圈傳感裝置。因此磁簧繼電器之特征、小型尺寸、輕量、反應速度快、短跳動時間等特性。當整塊鐵磁金屬或者其它導磁物質與之靠近的時候，發生動作，開通或者閉合電路。由永久磁鐵和干簧管組成。永久磁鐵、干簧管固定在一個不導磁也不帶有磁性的支架上。以永久磁鐵的南北極的連線為軸線，這個軸線應該與干簧管的軸線重合或者基本重合。由遠及近的調整永久磁鐵與干簧管之間的距離，當干簧管剛好發生動作（對于常開的干簧管，變為閉合；對于常閉的干簧管，變為斷開）時，將磁鐵的位置固定下來。這時，當有整塊導磁材料，例如鐵板同時靠近磁鐵和干簧管時，干簧管會再次發生動作，恢復到沒有磁場作用時的狀態；當該鐵板離開時，干簧管即發生相反方向的動作。磁簧繼電器結構堅固，觸點為密封狀態，耐用性高，可以作為機械設備的位置限制開關，也可以用以探測鐵制門、窗等是否在指定位置。

光繼電器

光繼電器為AC/DC并用的半導體繼電器，指發光器件和受光器件一體化的器件。輸入側和輸出側電氣性絕緣，但信號可以通過光信號傳輸。

其特點為壽命為半永久性、微小電流驅動信號、高阻抗絕緣耐壓、超小型、光傳輸、無接點…等。

主要應用于量測設備、通信設備、保全設備、醫療設備…等。

時間繼電器

時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現延時控制的控制電器。

它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型等。

在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器，它是利用空氣通過小孔節流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統、延時機構和觸點三部分組成。

時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。

空氣阻尼型時間繼電器的延時范圍大（有0.4～60s和0.4～180s兩種） ，它結構簡單，但準確度較低。

當線圈通電（電壓規格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作，這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調節空氣室進氣孔的大小來改變。

吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復彈簧的作用而復原。空氣經出氣孔被迅速排出。

中間繼電器

中間繼電器的特點：

繼電器采用線圈電壓較低的多個優質密封小型繼電器組合而成，防潮、防塵、不斷線，可靠性高，克服了電磁型中間繼電器導線過細易斷線的缺點；功耗小，溫升低，不需外附大功率電阻，可任意安裝及接線方便；繼電器觸點容量大，工作壽命長；繼電器動作后有發光管指示，便于現場觀察；延時只需用面板上的撥碼開關整定，延時精度高，延時范圍可在0.02-5.00S任意整定。

中間繼電器的用途：

中間繼電器用于各種保護和自動控制線路中，以增加保護和控制回路的觸點數量和觸點容量。

中間繼電器的分類：

低電流啟動中間繼電器

靜態中間繼電器

延時中間繼電器

電磁型中間繼電器

電梯用中間繼電器

導軌式中間繼電器

中間繼電器原理
　　線圈通電，動鐵芯在電磁力作用下動作吸合，帶動動觸點動作，使常閉觸點分開，常開觸點閉合；線圈斷電，動鐵芯在彈簧的作用下帶動動觸點復位，繼電器的工作原理是當某一輸入量(如電壓、電流、溫度、速度、壓力等)達到預定數值時，使它動作，以改變控制電路的工作狀態，從而實現既定的控制或保護的目的。在此過程中，繼電器主要起了傳遞信號的作用 。

中間繼電器的作用
　　一般的電路常分成主電路和控制電路兩部分，繼電器主要用于控制電路，接觸器主要用于主電路；通過繼電器可實現用一路控制信號控制另一路或幾路信號的功能，完成啟動、停止、聯動等控制，主要控制對象是接觸器；接觸器的觸頭比較大，承載能力強，通過它來實現弱電到強電的控制，控制對象是電器。
　　1.代替小型接觸器
　　中間繼電器的觸點具有一定的帶負荷能力，當負載容量比較小時，可以用來替代小型接觸器使用，比如電動卷閘門和一些小家電的控制。這樣的優點是不僅可以起到控制的目的，而且可以節省空間，使電器的控制部分做得比較精致。
　　2．增加接點數量
　　這是中間繼電器最常見的用法，例如，在電路控制系統中一個接觸器的接點需要控制多個接觸器或其他元件時而是在線路中增加一個中間繼電器。
　　3．增加接點容量
　　我們知道，中間繼電器的接點容量雖然不是很大，但也具有一定的帶負載能力，同時其驅動所需要的電流又很小，因此可以用中間繼電器來擴大接點容量。比如一般不能直接用感應開關、三極管的輸出去控制負載比較大的電器元件。而是在控制線路中使用中間繼電器，通過中間繼電器來控制其他負載，達到擴大控制容量的目的。
　　4．轉換接點類型
　　在工業控制線路中，常常會出現這樣的情況，控制要求需要使用接觸器的常閉接點才能達到控制目的，但是接觸器本身所帶的常閉接點已經用完，無法完成控制任務。這時可以將一個中間繼電器與原來的接觸器線圈并聯，用中間繼電器的常閉接點去控制相應的元件，轉換一下接點類型，達到所需要的控制目的。
　　5．用作開關
　　在一些控制線路中，一些電器元件的通斷常常使用中間繼電器，用其接點的開閉來控制，例如如彩電或顯示器中常見的自動消磁電路，三極管控制中間繼電器的通斷，從而達到控制消磁線圈通斷的作用。
　　6．轉換電壓
　　7．消除電路中的干擾

功率方向繼電器

當輸入量（如電壓、電流、溫度等）達到規定值時，使被控制的輸出電路導通或斷開的電器。可分為電氣量（如電流、電壓、頻率、功率等）繼電器及非電氣量（如溫度、壓力、速度等）繼電器兩大類。具有動作快、工作穩定、使用壽命長、體積小等優點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。

測試方法

1、測線圈電阻：可用萬能表R×10Ω檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現象。繼電器線圈的阻值和它的工作電壓及工作電流有非常密切的關系，通過線圈的阻值可以計算出它的使用電壓及工作電流。

2、測觸點電阻：用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點與動點電阻，其阻值應為0；而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。由此可以區別出那個是常閉觸點，那個是常開觸點。

3、測量吸合電壓和吸合電流：找來可調穩壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進行監測。慢慢調高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時，記下該吸合電壓和吸合電流。為求準確，可以試多幾次而求平均值。測量釋放電壓和釋放電流：也是像上述那樣連接測試，當繼電器發生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當聽到繼電器再次發生釋放聲音時，記下此時的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的10～50%，如果釋放電壓太小（小于1/10的吸合電壓）時則不能正常使用了，這樣會對電路的穩定性造成威脅使工作不可靠。

常見類型

1、過電流繼電器

過電流繼電器，簡稱CO，是從電流超過其設定值而動作的繼電器，可做系統線路及過載的保護用，最常用的是感應型過電流繼電器，是利用電磁鐵與鋁或銅制的旋轉盤相對，依靠電磁感應原理使旋轉圓盤轉動，以達到保護作用。

動作原理：

感應型過電流繼電器是利用電流互感器二次側電流，在繼電器內產生磁場，以促使圓盤轉動，但流過的電流必須大于電流標置板的電流值才能轉動。

2、過電壓繼電器

過電壓繼電器，簡稱OV，它的主要用途在于當系統的異常電壓上升至120%額定值以上時，過電壓繼電器動作而使斷路器跳脫保護電力設備免遭損壞，感應式過電壓繼電器的構造及動作原理和過電流繼電器相似，只有主線圈不同。

3、欠電壓繼電器

欠電壓繼電器，簡稱UV，其構造與過電壓繼電器相同，所不同的是內部觸頭及當外加電壓時轉盤會立即轉動。

4、接地過電壓繼電器

接地過電壓繼電器，簡稱OVG，或稱接地報警繼電器簡稱GR，其構造與過電壓繼電器相同，使用與三相三線非接地系統，接于開口三角形接地的接地互感器上，用以檢知零相電壓。

5、接地過電流繼電器

接地過電流繼電器，簡稱GCR，是一種高壓線路接地保護繼電器。

主要用途：

1） 高電阻接地系統的接地過電流保護；

2）發電機定子繞組的接地保護；

3）分相發電機的層間短路保護；

4）接地變壓器的過熱保護。

6、 選擇性接地繼電器

選擇性接地繼電器，簡稱SG，又稱方向性接地繼電器，簡稱DG，使用于非接地系統作配電線路保護作用，架空線及電纜系統也能使用。

選擇性接地繼電器：由接地電壓互感器檢出零相序電流如遇線路接地時，選擇性接地繼電器能確實地表示故障線路而發生警報，并按照其需要選擇故障線路將其斷開，而繼續向正常線路送電。

7、 缺相繼電器

缺相繼電器，簡稱OPR，或缺相保護繼電器，簡稱PHR，在三相線路中，當電源端有一線斷路而造成單相時，若未有立即將線路切斷，將使電動機單相運轉而燒毀。

8、比率差動繼電器

比率差動繼電器，簡稱RDR，被應用做變壓器交流電動機，交流發電機的差動保護，以往使用過的過電流保護繼電器，是外部故障所產生的異常電流流過保護設備時，若變壓器，一、二次側電流發生不平衡或對電流互感器特性發生不一致，在這些情況下，此現象會擴延數倍，而使繼電器誤動作。

選用條件

1、先了解必要的條件

1）控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；

2）被控制電路中的電壓和電流；

3）被控電路需要幾組、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩定的。

2、查閱有關資料確定使用條件后，可查找相關資料，找出需要的繼電器的型號和規格號。若手頭已有繼電器，可依據資料核對是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。

3、注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機箱容積外，小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對于小型電器，如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產品。

型號標志

一般國產繼電器的型號命名由四部分組成：第一部分+第二部分+第三部分+第四部分。

繼電器型號第一部分用字母表示繼電器的主稱類型。

JR——小功率繼電器

JZ——中功率繼電器

JQ——大功率繼電器

JC——磁電式繼電器

JU——熱繼電器或溫度繼電度

JT——特種繼電器

JM——脈沖繼電器

JS——時間繼電器

JAG——干簧式繼電器

繼電器型號第二部分用字母表示繼電器的形

 狀特征。

W——微型

X——小型

C——超小型

繼電器型號第三部分用數字表示產品序號。

用數字表示產品序號

繼電器型號第四部分用字母表示防護特征。

F——封閉式

M——密封式

例如：JRX-13F（封閉式小功率小型繼電器）。

JR——小功率繼電器

X——小型

13——序號

選擇方式

繼電器的測試

     繼電器是智能預付費電能表中的關鍵器件，繼電器的壽命在某種程度上決定了電表壽命，該器件性能好壞對智能預付費電能表運行至關重要。而國內、外繼電器生產廠家眾多，生產規模相差較大，技術水平相距懸殊，性能參數千差萬別，因此，電能表生產廠家在繼電器檢測選型時必須有一套完善的檢測裝置，以保證電表質量。同時，國家電網也加強了智能電能表內繼電器性能參數抽樣檢測，同樣需要相應的檢測設備，檢驗不同廠家生產的電表質量。然而，目前繼電器檢測設備不僅檢測項目比較單一，檢測過程不能實現自動化，檢測數據需要人工處理和分析，檢測結果具有各種隨機性、人為性，而且，檢測效率低，安全性也得不到保證]  。

近兩年來，國家電網逐步規范了電表技術要求，制定相關行業標準以及技術規范，這為繼電器參數檢測提出了一些技術難題，如繼電器的負載通斷能力、開關特性測試等。因此，迫切需要研究一種設備，實現繼電器性能參數的綜合檢測  。

根據繼電器性能參數測試要求，測試項目可以分為兩大類，一是不帶負載電流的測試項目，如動作值、觸點接觸電阻、機械壽命；二是帶負載電流的測試項目，如觸點接觸電壓、電壽命、過負荷能力。

主要測試項目簡單介紹如下：

（1）動作值。繼電器動作時所需電壓值。

（2）觸點接觸電阻。觸電閉合時，兩觸頭之間的電阻值。

（3）機械壽命。機械部分在不損壞的情況下，繼電器反復開關動作次數。

（4）觸點接觸電壓。觸電閉合時，觸電回路中施加一定負載電流，觸點間電壓值。

（5）電壽命。繼電器驅動線圈兩端施加額定電壓，觸點回路中施加額定阻性負載時，每小時循環小于300次、占空比1∶4條件下，繼電器的可靠動作次數。

（6）過負荷能力。繼電器驅動線圈兩端施加額定電壓，觸點回路中施加1．5倍額定負載時，動作頻率（10±1）次/分條件下，繼電器可靠動作次數  。

繼電器可靠性的影響因素

1.環境對繼電器可靠性的影響：繼電器工作在GB和SF下的平均故障間隔時間最高,達到820000h,而在NU環境下,僅60000h。

2質量等級對繼電器可靠性的影響：當選用A1質量等級的繼電器時,平均故障間隔時間可達3660000h,而選用C等級的繼電器平均故障間隔時間為110000,其間相差33倍,可見繼電器的質量等級對其可靠性能的影響非常大  。

3觸點形式對繼電器可靠性的影響：繼電器的觸點形式也會對其可靠性產生影響,單擲型繼電器的可靠性都高于相同刀數的雙擲型繼電器,同時隨刀數的增加可靠性逐漸降低,單刀單擲繼電器的平均故障間隔時間是四刀雙擲繼電器的5.5倍  。

4結構類型對繼電器可靠性的影響：繼電器結構類型共有24種,不同類型均對其可靠性產生影響  。

5溫度對繼電器可靠性的影響：繼電器工作溫度范圍在-25～70℃之間。隨著溫度的升高,繼電器的平均故障間隔時間逐漸下降。

6動作速率對繼電器可靠性的影響：隨著繼電器動作速率的提高,平均故障間隔時間基本呈指數型下降趨勢。因此,若設計的電路要求繼電器的動作速率非常高,那么在電路維修時就需要仔細檢測繼電器以便及時對它更換。

7電流比對繼電器可靠性的影響：所謂電流比是繼電器的工作負載電流與額定負載電流之比。電流比對繼電器的可靠性影響很大,尤其當電流比大于0.1時,平均故障間隔時間迅速下降,而電流比小于0.1時,平均故障間隔時間基本不變,因此在電路設計時應選用額定電流較大的負載以降低電流比,這樣可保證繼電器乃至整個電路不因工作電流的波動而使可靠性降低。