一文简单介绍继电器

作者：Jeff Smoot

在数不清的消费、商业、工业应用和系统中，继电器发挥着至关重要的作用。它们经常会被不经意地用于日常系统中。例如，在调节家用火炉、点按电视遥控器或操作电梯时，我们就要使用继电器。继电器最初构想于 1835 年，当时是用来建立远距离电报连接，后来经改造又用于电话交换机。虽然本身不起眼，但仍一如既往地高效可靠地运行。

从实用的角度来看，继电器的功能就是电气开关。无论是近距离还是远距离，全都利用低功率信号来控制高功率威廉希尔官方网站 。继电器的固有设计有助于有效隔离低功率信号和高功率威廉希尔官方网站 ，通常称为电隔离。这种隔离可确保用户的电气系统安全稳健地运行。继电器具有多功能性，因为它们可用于调节单个威廉希尔官方网站 或多个威廉希尔官方网站 ，还可用作放大器或断路器。

此外，继电器还能够远程控制设备电源，从而增强安全措施，尤其是在可能对操作员造成身体危害的工业流程中。这些多功能器件采用多种封装，提供各种电流容量、安装选项和物理基底面，因而像无处不在的常用开关一样获得普遍使用。

继电器 - 工作原理

为了更好地理解这个主题，我们可将继电器分为两种基本类型：机电式继电器 (EMR) 和固态继电器 (SSR)。关键区别在于有无活动部件。

在这两种类型中，机电式继电器的历史最为悠久，其中包括触头、电枢、弹簧和电磁铁。在最基本的操作中，弹簧维持电枢的位置。通电时，电磁铁对电枢产生吸引力，使其移动并闭合一组触头，从而让电流流过威廉希尔官方网站 。

图 1：机电式继电器的基本内部结构。（图片来源：[CUI Devices]）

相反，固态继电器与机电式继电器的基本用途相同，但完全是电子元件，没有活动部件。这种继电器出现于上个世纪 50 年代后期。它们包括输入威廉希尔官方网站 、控制威廉希尔官方网站 和输出威廉希尔官方网站 ，可用于调节电流。当施加的电压超过规定的始动电压时，控制威廉希尔官方网站 会触发继电器。一旦电压降到压差以下，继电器就会停用。

机电式继电器与固态继电器的比较（续）

与任何电子元件技术一样，机电式继电器和固态继电器都有各自明显的优缺点，需要加以考虑。

由于机电式继电器的设计已有两个世纪的历史，因此是一种操作简便的稳定器件，在涉及高电流和危险环境在内的各种应用中，均表现出良好的可靠性。它们提供完全的电气隔离，能够耐受高电流和电压浪涌，而且不受电磁干扰和射频干扰 (EMI/RFI) 等电气噪声的影响。

但是，由于机电式继电器有活动部件，因此随着时间的推移，它会出现物理退化，触头会因腐蚀和氧化而损坏。它们可能容易发生接触电弧，导致点蚀和短路。由于它们的机械特性，它们容易受到冲击和振动造成的触头颤动的影响，而且会产生自身的 EMI/RFI 噪声。此外，外部磁场可能影响继电器的工作。

相比之下，固态继电器的工作寿命更长，由于设计中没有活动部件，因此控制功率显着降低。这些器件能提供更快的开关循环，消除了电弧和触头颤动，而且不受外部机械冲击、振动或磁场的影响。与机电式继电器相比，固态继电器的工作电压范围较小，因而适用于电子设备，但不太适合大功率应用。

但是，由于本身独特的设计，固态继电器可能容易受到电压或电流瞬变以及 EMI/RFI 噪声的影响。所产生的热量往往高于机械式继电器，而且可能对环境温度非常敏感。值得注意的是，若是使用标准半导体开关，在本质上无法实现控制信号与负载之间的完全电气隔离，但可以使用光电耦合器件中的光电元件来实现，从而隔离输入和输出信号。

图 2：固态继电器的基本内部原理图。（图片来源：CUI Devices）

常见继电器类型

市场上有多种继电器类型可供选择，每种类型都是为满足特定的应用要求而量身定制。值得注意的是，虽然制造商对产品的具体命名可能略有不同，但主要的继电器类型可以大致归总如下：

• 通用型： 这些是常见的机电式继电器，使用交流或直流电，工作电压范围为 12 至 230 V，能够控制 2 至 30 A 的电流。
• [ 信号 ]：信号继电器可用于控制低功耗负载，电流通常小于 2 A。如需了解更多信息，请参阅 CUI Devices 的[“信号继电器 - 了解基础知识”]一文。
• [ 功率 ]：功率继电器专门设计用于管理大功率负载，能最大限度地减少发热和电弧。如需了解更多信息，请参阅 CUI Devices 的[“功率继电器简介”]一文。
• 机器控制 ：这些是耐用的重载继电器，适用于大型工业应用。
• 自锁 ：自锁继电器会保持设定或复位状态（开或关），直至收到反相电压信号。
• 磁簧 ：磁簧继电器结构紧凑，操作便捷。这些继电器使用电磁铁控制一个或多个密闭式磁簧开关，因而不受外部污染物或湿气的影响。
• 零开关 ：当施加控制电压且负载电压接近于零时，这些继电器会激活负载。当控制电压消失时，它们会断开负载。

图 3：使用继电器执行零开关的基本原理。（图片来源：CUI Devices）

• 峰值开关 ：当施加控制电压且负载电压位于峰值时，峰值开关继电器会激活负载。当控制电压消失且电流负载接近于零时，它们会断开负载。
• 瞬时开启 ：瞬时开启继电器在施加始动电压时立即激活负载。
• 延时 ：延时继电器内置计时器，可基于时间控制事件。
• 模拟开关 ：模拟开关继电器对输出电压进行管理，将其作为输入电压的函数，从而在继电器额定值范围内提供无限的输出电压。
• 光耦合 ：这些是固态继电器，可以响应内部光源进行开关，从而提供控制威廉希尔官方网站 和电源威廉希尔官方网站 之间的隔离。
• 军用/高可靠性 ：这些继电器经过专门设计，能够在条件苛刻的恶劣环境下工作。

继电器可以进一步分类为常开型 (NO) 和常闭型 (NC)，前者在威廉希尔官方网站 不通电时触头断开；后者在威廉希尔官方网站 不通电时触头闭合。总之，在不通电时，继电器通常被指定为 NO 或 NC。

额定值和配置

继电器的额定值基于本身通过器件安全切换电力的能力。这些额定值可分类为交流和直流，通常以安培为单位。继电器的额定值必须等于或大于所要控制的器件，这一点非常重要。

继电器具备同时控制多个威廉希尔官方网站 的能力，其名称表明了具体的特征。这些继电器名称包括 SPST、DPDT、3PDT 和 SP3T，其中的 P 和 T 分别表示我们所熟悉的“刀”和“掷”。

除了刀数和掷数外，还可以用“Form”（外形）一词来描述继电器的重要特征。类似“1 Form A”或“2 Form C”的字样重点强调两个关键信息。Form 类型表示开关是常开还是常闭，如果是 SPDT 开关，则表示它们是“先开后合”还是“先合后开”。Form 前的数字（1 或 2）表示继电器中此类外形的触头数量。一些常见的外形包括：

• Form A - 常开
• Form B - 常闭
• Form C - 先开后合 SPDT 开关
• Form D - 先合后开 SPDT 开关

总结

由于继电器设计简单且运行可靠，因而广泛应用于各个行业和市场的设备和系统中。继电器最初是电报系统的基本组件，甚至为计算机的早期发展做出了贡献，如今仍发挥着重要作用，可确保从远程位置安全高效地控制电力驱动设备。

为了满足工程师对低电平或高电平电流开关的要求，CUI Devices 提供了各种不同额定值和配置的[功率和信号继电器]以供选择。