機械繼電器原理特性

一、繼電器（relay）的工作原理和特性

當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達到規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?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(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。

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、轉(zhuǎn)換電路等作用。

1、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與靜觸點（常開觸點）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，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，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，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。

2、熱敏干簧繼電器的工作原理和特性

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(guān)。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、干簧管、導(dǎo)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(huán)產(chǎn)生的磁力驅(qū)動開關(guān)動作。恒磁環(huán)能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。

3、固態(tài)繼電器（SSR）的工作原理和特性

固態(tài)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(xiàn)輸入輸出的電隔離。

固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)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。

1、額定工作電壓

是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。

2、直流電阻

是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。

3、吸合電流

是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。

4、釋放電流

是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。

5、觸點切換電壓和電流

是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。

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(nèi)或長方框旁標(biāo)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(cè)，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(biāo)注上相同的文字符號，并將觸點組編上號碼，以示區(qū)別。繼電器的觸點有三種基本形式：

1.動合型（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（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(zhuǎn)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(tài)，達到轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點組稱為轉(zhuǎn)換觸點。用“轉(zhuǎn)”字的拼音字頭“z”表示。

1、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(yīng)為0，(用更加精確方式可測得觸點阻值在100毫歐以內(nèi))；而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。由此可以區(qū)別出那個是常閉觸點，那個是常開觸點。

2、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(xiàn)象。

3、測量吸合電壓和吸合電流

找來可調(diào)穩(wěn)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(jiān)測。慢慢調(diào)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(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均值。

4、測量釋放電壓和釋放電流

也是像上述那樣連接測試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽到繼電器再次發(fā)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），則不能正常使用了，這樣會對電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。

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(jù)。控制電路應(yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。

2.查閱有關(guān)資料確定使用條件后，可查找相關(guān)資料，找出需要的繼電器的型號和規(guī)格號。若手頭已有繼電器，可依據(jù)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(yīng)選用超小型繼電器產(chǎn)品。 解讀詞條背后的知識 先進光半導(dǎo)體 光耦繼電器線性光耦產(chǎn)品替代資訊

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本項目提出了將器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和磁路優(yōu)化相互結(jié)合改進微機械繼電器的動態(tài)響應(yīng)過程，從而為解決制約繼電器進一步推廣應(yīng)用的可靠性問題提供可行的方法。對于進一步提高現(xiàn)有器件性能而言，難點是如何在微型化的器件中有效改善器件的動力學(xué)響應(yīng)特性、同時提高器件的能量轉(zhuǎn)換效率，對此本項目通過分布式磁路法建立器件的電-機械轉(zhuǎn)換模型，結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化和磁路優(yōu)化以調(diào)整器件的電-機械轉(zhuǎn)換過程，從而探索出切實可行，具備原創(chuàng)性的解決方案,取得的成果有: (1)運用分布模型對原有的集總磁路法模型作了進一步改進，從而能夠定量評估繞組占空比、內(nèi)外圈直徑等關(guān)鍵參數(shù)對器件輸出電磁力的影響，為進一步分析器件的動力學(xué)特性提供了快速有效的分析工具。在此基礎(chǔ)上，以動態(tài)響應(yīng)全過程優(yōu)化為目標(biāo)，采用MATLAB 優(yōu)化了線圈匝數(shù)、鐵鎳厚度及面積，并以此為基礎(chǔ)，利用ANSYS 對器件的磁場分布及磁力進行了仿真分析。基于正向拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化法，設(shè)計了非線性度最弱的蛙腳型平面彈簧結(jié)構(gòu)，并以磁力為參考，運用卡式定理和有限元法，優(yōu)化彈簧的臂寬和厚度。基于上述設(shè)計，分析了器件穩(wěn)定切換的閾值范圍，結(jié)合設(shè)計與工藝考慮優(yōu)化后的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：6mm器件平面線圈匝數(shù)60 匝，底部、頂部鐵鎳厚度10μm，平面彈簧的臂寬100μm，厚度12μm，彈性系數(shù)為6.84N/m，工作行程375μm，驅(qū)動電流100mA。相關(guān)論文已在Applied Physics letters、Electromagnetics等期刊發(fā)表； (2)提出了一種低功耗高穩(wěn)定性的磁雙穩(wěn)微型繼電器結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，通過磁路優(yōu)化，將橫置永磁體對稱設(shè)置于勵磁鐵芯的下方且極性相對，使得永磁體并聯(lián)而不是串聯(lián)在切換磁路中，從而避免了切換電磁磁動勢對偏置永磁體的退磁作用，有效改善了電磁繼電器工作的穩(wěn)定性并有效降低了其功耗。 (3) 綜合運用UV-LIGA和其他非硅表面微加工技術(shù)，研究了兩種結(jié)構(gòu)實驗樣機的成套微加工工藝技術(shù)，其中 6mm 實驗樣機微加工技術(shù)制備完成的實驗樣機尺寸為6mm*6mm* 2mm。3mm 集成實驗樣機的器件整體尺寸為3mm*3mm*1mm；針對微繼電器的核心部件，提出了借鑒TSV電鍍技術(shù)簡化線圈繞組制造成套工藝的思路，以紫外光刻成型的SU-8膠實現(xiàn)微電鑄掩膜與絕緣填充層合二為一，既發(fā)揮了SU-8膠結(jié)構(gòu)高深寬比的優(yōu)勢，又避免了SU-8膠難以去膠的困難.