继电器(英文名称:relay)是一种电控制器件,是当输入量(
激励量)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。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。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。
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。
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。
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。
分类
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
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。
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。
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。
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。
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。