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作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 應用工程和運動(dòng)控制部門(mén)副總裁 在數不清的消費、商業(yè)、工業(yè)應用和系統中，繼電器發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。它們經(jīng)常會(huì )被不經(jīng)意地用于日常系統中。例如，在調節家用火爐、點(diǎn)按電視遙控器或操作電梯時(shí)，我們就要使用繼電器。繼電器最初構想于 1835 年，當時(shí)是用來(lái)建立遠距離電報連接，后來(lái)經(jīng)改造又用于電話(huà)交換機。雖然本身不起眼，但仍一如既往地高效可靠地運行。 從實(shí)用的角度來(lái)看，繼電器的功能就是電氣開(kāi)關(guān)。無(wú)論是近距離還是遠距離，全都利用低功率信號來(lái)控制高功率電路。繼電器的固有設計有助于有效隔離低功率信號和高功率電路，通常稱(chēng)為電隔離。這種隔離可確保用戶(hù)的電氣系統安全穩健地運行。繼電器具有多功能性，因為它們可用于調節單個(gè)電路或多個(gè)電路，還可用作放大器或斷路器。 此外，繼電器還能夠遠程控制設備電源，從而增強安全措施，尤其是在可能對操作員造成身體危害的工業(yè)流程中。這些多功能器件采用多種封裝，提供各種電流容量、安裝選項和物理基底面，因而像無(wú)處不在的常用開(kāi)關(guān)一樣獲得普遍使用。 繼電器 - 工作原理 為了更好地理解這個(gè)主題，我們可將繼電器分為兩種基本類(lèi)型：機電式繼電器 (EMR) 和固態(tài)繼電器 (SSR)。關(guān)鍵區別在于有無(wú)活動(dòng)部件。 在這兩種類(lèi)型中，機電式繼電器的歷史最為悠久，其中包括觸頭、電樞、彈簧和電磁鐵。在最基本的操作中，彈簧維持電樞的位置。通電時(shí)，電磁鐵對電樞產(chǎn)生吸引力，使其移動(dòng)并閉合一組觸頭，從而讓電流流過(guò)電路。 
圖 1：機電式繼電器的基本內部結構。（圖片來(lái)源：CUI Devices） 相反，固態(tài)繼電器與機電式繼電器的基本用途相同，但完全是電子元件，沒(méi)有活動(dòng)部件。這種繼電器出現于上個(gè)世紀 50 年代后期。它們包括輸入電路、控制電路和輸出電路，可用于調節電流。當施加的電壓超過(guò)規定的始動(dòng)電壓時(shí)，控制電路會(huì )觸發(fā)繼電器。一旦電壓降到壓差以下，繼電器就會(huì )停用。 機電式繼電器與固態(tài)繼電器的比較（續） 與任何電子元件技術(shù)一樣，機電式繼電器和固態(tài)繼電器都有各自明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，需要加以考慮。 由于機電式繼電器的設計已有兩個(gè)世紀的歷史，因此是一種操作簡(jiǎn)便的穩定器件，在涉及高電流和危險環(huán)境在內的各種應用中，均表現出良好的可靠性。它們提供完全的電氣隔離，能夠耐受高電流和電壓浪涌，而且不受電磁干擾和射頻干擾 (EMI/RFI) 等電氣噪聲的影響。 但是，由于機電式繼電器有活動(dòng)部件，因此隨著(zhù)時(shí)間的推移，它會(huì )出現物理退化，觸頭會(huì )因腐蝕和氧化而損壞。它們可能容易發(fā)生接觸電弧，導致點(diǎn)蝕和短路。由于它們的機械特性，它們容易受到?jīng)_擊和振動(dòng)造成的觸頭顫動(dòng)的影響，而且會(huì )產(chǎn)生自身的 EMI/RFI 噪聲。此外，外部磁場(chǎng)可能影響繼電器的工作。 相比之下，固態(tài)繼電器的工作壽命更長(cháng)，由于設計中沒(méi)有活動(dòng)部件，因此控制功率顯著(zhù)降低。這些器件能提供更快的開(kāi)關(guān)循環(huán)，消除了電弧和觸頭顫動(dòng)，而且不受外部機械沖擊、振動(dòng)或磁場(chǎng)的影響。與機電式繼電器相比，固態(tài)繼電器的工作電壓范圍較小，因而適用于電子設備，但不太適合大功率應用。 但是，由于本身獨特的設計，固態(tài)繼電器可能容易受到電壓或電流瞬變以及 EMI/RFI 噪聲的影響。所產(chǎn)生的熱量往往高于機械式繼電器，而且可能對環(huán)境溫度非常敏感。值得注意的是，若是使用標準半導體開(kāi)關(guān)，在本質(zhì)上無(wú)法實(shí)現控制信號與負載之間的完全電氣隔離，但可以使用光電耦合器件中的光電元件來(lái)實(shí)現，從而隔離輸入和輸出信號。
圖 2：固態(tài)繼電器的基本內部原理圖。（圖片來(lái)源：CUI Devices） 常見(jiàn)繼電器類(lèi)型 市場(chǎng)上有多種繼電器類(lèi)型可供選擇，每種類(lèi)型都是為滿(mǎn)足特定的應用要求而量身定制。值得注意的是，雖然制造商對產(chǎn)品的具體命名可能略有不同，但主要的繼電器類(lèi)型可以大致歸總如下： · 通用型：這些是常見(jiàn)的機電式繼電器，使用交流或直流電，工作電壓范圍為 12 至 230 V，能夠控制 2 至 30 A 的電流。 · 信號：信號繼電器可用于控制低功耗負載，電流通常小于 2 A。如需了解更多信息，請參閱 CUI Devices 的“信號繼電器 - 了解基礎知識”一文。 · 功率：功率繼電器專(zhuān)門(mén)設計用于管理大功率負載，能最大限度地減少發(fā)熱和電弧。如需了解更多信息，請參閱 CUI Devices 的“功率繼電器簡(jiǎn)介”一文。 · 機器控制：這些是耐用的重載繼電器，適用于大型工業(yè)應用。 · 自鎖：自鎖繼電器會(huì )保持設定或復位狀態(tài)（開(kāi)或關(guān)），直至收到反相電壓信號。 · 磁簧：磁簧繼電器結構緊湊，操作便捷。這些繼電器使用電磁鐵控制一個(gè)或多個(gè)密閉式磁簧開(kāi)關(guān)，因而不受外部污染物或濕氣的影響。 · 零開(kāi)關(guān)：當施加控制電壓且負載電壓接近于零時(shí)，這些繼電器會(huì )激活負載。當控制電壓消失時(shí)，它們會(huì )斷開(kāi)負載。
圖 3：使用繼電器執行零開(kāi)關(guān)的基本原理。（圖片來(lái)源：CUI Devices） · 峰值開(kāi)關(guān)：當施加控制電壓且負載電壓位于峰值時(shí)，峰值開(kāi)關(guān)繼電器會(huì )激活負載。當控制電壓消失且電流負載接近于零時(shí)，它們會(huì )斷開(kāi)負載。 · 瞬時(shí)開(kāi)啟：瞬時(shí)開(kāi)啟繼電器在施加始動(dòng)電壓時(shí)立即激活負載。 · 延時(shí)：延時(shí)繼電器內置計時(shí)器，可基于時(shí)間控制事件。 · 模擬開(kāi)關(guān)：模擬開(kāi)關(guān)繼電器對輸出電壓進(jìn)行管理，將其作為輸入電壓的函數，從而在繼電器額定值范圍內提供無(wú)限的輸出電壓。 · 光耦合：這些是固態(tài)繼電器，可以響應內部光源進(jìn)行開(kāi)關(guān)，從而提供控制電路和電源電路之間的隔離。 · 軍用/高可靠性：這些繼電器經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，能夠在條件苛刻的惡劣環(huán)境下工作。 繼電器可以進(jìn)一步分類(lèi)為常開(kāi)型 (NO) 和常閉型 (NC)，前者在電路不通電時(shí)觸頭斷開(kāi)；后者在電路不通電時(shí)觸頭閉合�？傊�，在不通電時(shí)，繼電器通常被指定為 NO 或 NC。 額定值和配置 繼電器的額定值基于本身通過(guò)器件安全切換電力的能力。這些額定值可分類(lèi)為交流和直流，通常以安培為單位。繼電器的額定值必須等于或大于所要控制的器件，這一點(diǎn)非常重要。 繼電器具備同時(shí)控制多個(gè)電路的能力，其名稱(chēng)表明了具體的特征。這些繼電器名稱(chēng)包括 SPST、DPDT、3PDT 和 SP3T，其中的 P 和 T 分別表示我們所熟悉的“刀”和“擲”。 除了刀數和擲數外，還可以用“Form”（外形）一詞來(lái)描述繼電器的重要特征。類(lèi)似“1 Form A”或“2 Form C”的字樣重點(diǎn)強調兩個(gè)關(guān)鍵信息。Form 類(lèi)型表示開(kāi)關(guān)是常開(kāi)還是常閉，如果是 SPDT 開(kāi)關(guān)，則表示它們是“先開(kāi)后合”還是“先合后開(kāi)”。Form 前的數字（1 或 2）表示繼電器中此類(lèi)外形的觸頭數量。一些常見(jiàn)的外形包括： · Form A - 常開(kāi) · Form B - 常閉 · Form C - 先開(kāi)后合 SPDT 開(kāi)關(guān) · Form D - 先合后開(kāi) SPDT 開(kāi)關(guān) 總結 由于繼電器設計簡(jiǎn)單且運行可靠，因而廣泛應用于各個(gè)行業(yè)和市場(chǎng)的設備和系統中。繼電器最初是電報系統的基本組件，甚至為計算機的早期發(fā)展做出了貢獻，如今仍發(fā)揮著(zhù)重要作用，可確保從遠程位置安全高效地控制電力驅動(dòng)設備。 為了滿(mǎn)足工程師對低電平或高電平電流開(kāi)關(guān)的要求，CUI Devices 提供了各種不同額定值和配置的功率和信號繼電器以供選擇。 |
