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    繼電器,開關電器的一種,在控制電路中用的非常多。

    繼電器由四部分構成,分別是線圈、磁路、反力彈簧和觸點。

    線圈的用途是通電後,它能產生電磁吸力,帶動磁路的銜鐵吸合,並使得觸點產生變位動作。

    磁路由鐵芯、鐵扼和銜鐵構成,它的任務是為線圈產生的磁通建立磁路通道。

    在磁路中,最重要的就是磁路氣隙,它是銜鐵和鐵芯之間的一段空隙。線圈未通電時氣隙為最大值,觸點為初始態;線圈通電後,氣隙為零,觸點變位為動作態。

    反力彈簧的作用就是為銜鐵提供與動作方向相反的斥力,當線圈斷電後它能幫助銜鐵和觸點復位。

    觸點用於對外執行控制輸出,它由常閉觸點和常開觸點構成。線圈得電繼電器吸合後,常閉觸點開啟而常開觸點閉合,線圈斷電釋放後,常閉觸點和常開觸點均復位為初始狀態。

    繼電器有3個品種,分別是電壓繼電器、電流繼電器和中間繼電器。

    電壓繼電器,它的線圈圈數多線徑細,線圈與負載並聯。電壓繼電器是我們常見的繼電器主要型別。

    電流繼電器,它的圈數少線徑粗,線圈與負載串聯,所以它的工作電流就是負載電流。

    我們看到,它的線圈矮胖,線徑很粗。這是電流繼電器的特徵。

    中間繼電器其實就是電壓繼電器。之所以把中間繼電器作為獨立品種,其原因就是中間繼電器的觸點對數比較多。中間繼電器一般有2對觸點,甚至可達4對以上。

    我們來看下圖:

    上圖摘自《電氣控制手冊》,是電動機缺相保護的原理圖。我們從圖中的右上角看到繼電器K,它的觸點在左下角。K就是中間繼電器。

    電路工作時,我們按下左下角合閘控制按鈕ST,接觸器線圈KM得電吸合,電動機開始執行,而左下角KM的常開輔助觸點閉合,而K則保持原先狀態,它的常閉觸點K不動作,於是就構成了接觸器KM的自保持迴路。當ST返回後,KM因為自保迴路而保持吸合狀態。

    當系統中出現某相失壓後,繼電器K動作,其常閉觸點變位開啟,KM的線圈失電開啟,系統執行了缺相保護。

    我們來看繼電器的繼電特性,見下圖:

    在這裡,X是繼電器吸合的輸入條件,它可以是電壓、電流,也可以是溫度、流量、壓強和液位等等;Y是繼電器輸出值:Y0是初始狀態,Y1是吸合狀態。

    我們看到,當X從零開始變大時,經過Xf,繼電器不動作;當X=Xd時繼電器變位,Y=Y1。為了確保繼電器可靠吸合,X要繼續加大到Xw才行,以此確保繼電器可靠工作。

    一般地,Xd/Xw=0.7~0.8。例如24V的直流繼電器,它的動作值是0.7x24=16.8V,額定值是24V,這樣就確保了該繼電器可靠吸合。

    現在,我們把X值從Xw處下調,當X經過Xd時繼電器不會釋放,只有當X=Xf時繼電器才釋放。

    我們把Xf/Xd之比叫做返回係數,它的值一般是0.6。

    返回係數一般在0.4到0.7之間,若不採取特殊措施,它的值不會等於1。

    繼電器的繼電特性很重要,它是我們理解繼電器工作引數的一把鑰匙。

    我們看以下ABB的某款繼電器的引數:

    對照繼電特性,我們會看到此款通用型的繼電器的特性是很不錯的。

    繼電器的引數很多,限於篇幅,本回答貼只講到這裡。

    提幾個問題:

    第一個問題:我們知道接觸器有滅弧罩,但繼電器沒有。這會給繼電器帶來哪些影響?

    回答:

    我們知道,只要電壓超過12~20V,電流超過0.25~1A,當電路開斷後觸點之間就會有電弧存在。

    繼電器一般用於輔助迴路的控制,標準規定,輔助迴路的電流一般不超過5A。因此,繼電器的觸點間應當會出現電弧。

    然而,接觸器配備了滅弧罩,而繼電器卻沒配滅弧罩。因此繼電器必須採取某種措施來消除電弧的影響。其中最簡單易行的措施有兩條,其一是在觸點回路中串電阻,以降低電弧能量,達到熄弧的目的。見圖6的1圖;其二是將同類觸點串聯,透過加大弧長來熄弧,並且提高擊穿電壓,見圖6的2圖。

    圖6的3圖是將1圖和2圖合併。當23-24迴路出現電弧時,併入13-14帶電阻的支路,用來減小23-24支路的電流。如此一來,23-24支路的電弧就會降溫,繼而實現滅弧。所以,電弧是不能並聯的,有點象一山容不得二虎的意思。

    圖6中的4圖,它的縱座標是擊穿電壓,橫座標是電弧間距L與氣壓的乘積。注意看PL2,它相當於低海拔處的值,而PL1則相當於高海拔處的值,

    由於高海拔處空氣氣隙的擊穿電壓降低,因此繼電器在使用時必須採用圖6的2圖連線方法,以提高擊穿電壓,加大電弧弧長,實現有效的熄弧。

    第二個問題:返回係數的值過小或者過大,會帶來哪些影響?

    回答:

    返回係數過小會降低可靠性,而返回係數過高則容易造成誤動。

    例如24V的繼電器,若返回係數設定為1,則在0.7x24=16.8V這個電壓值處,繼電器會出現吸合釋放的彈跳,使得線圈劇烈發熱,極大地降低繼電器的電壽命;

    若我們把返回係數設定為0.1,也即繼電器在16.8V吸合,在1.68V釋放,繼電器工作的可靠性會降低。例如我們用電晶體來控制繼電器,只要穿透電流略大一些,繼電器就無法釋放,這問題可就大了。再例如導線間存在分佈電容,若導線很長,導線的分佈電容足以使得直流繼電器維持一段時間後才釋放,而交流繼電器則完全可能不釋放。

    可見,返回係數過大或者過小都不好。

    然而,有些特殊繼電器,例如電壓繼電器就需要可調的返回係數,同時返回係數的最大值要求比較高。

    第三個問題:對於觸點工作電流比較大的繼電器,可以代替接觸器嗎?

    回答:

    不可以。

    我們知道,接觸器的觸點不能熔焊,所以它與斷路器的分斷能力之間存在協調配合關係。這種關係在GB14048.4《低壓開關裝置和控制裝置 第4部分:接觸器、電動機起動器,……》中被定義為SCPD引數。

    當發生短路時,斷路器開斷後,若接觸器的觸頭髮生熔焊,叫做SCPD的一類配合關係,反之叫做SCPD的二類配合關係。

    同時,當電機起動時,它的起動電流一般在6.5倍左右。因此,對於直接起動的普通電機,接觸器的過載倍數為8倍,而正反轉和點動的電機,接觸器的過載倍數為10倍。

    繼電器的過載倍數一般不超過4倍,與接觸器沒有任何可比性。

    第四個問題:有觸點的繼電器相對無觸點的繼電器,它的優點和缺點是什麼?

    回答:

    有觸點的繼電器存在開距,因此耐壓水平高,而無觸點的繼電器耐壓水平低。

    有一個很重要的引數,叫做轉換深度h,它等於繼電器觸點開斷電阻與接通電阻之比。

    對於有觸點的繼電器,h值的數量級在10到12之間,而無觸點的繼電器,h值的數量級在5到8之間,相差至少有2個數量級。

    h值越低,功耗就越大,繼電器的發熱越嚴重。

    無觸點的繼電器,它的最大優勢就是開啟時間很短,靈敏度很高。

    第五個問題:當繼電器線圈得電時,它會對電路產生一定的衝擊。如何確定這種衝擊的影響?

    回答:

    在GB14048.5《低壓開關裝置和控制裝置 第5部分:控制電路電器和開關元件,機電式控制電路電器》中,有一個表格:

    注意看DC的欄中出現6XP的選項,其中P是繼電器線圈的功率,6P指的是它吸合時的衝擊時間(單位是毫秒),當然是經驗公式了。

    此表規定了繼電器對電源的最大沖擊時間。

    你猜對了嗎?

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