物联网中安全性高的隔离控制方案_继电器详解

物联网系统中为什么要使用继电器

在物联网系统中使用继电器的原因主要有以下几点：

电路控制功能

自动调节与安全保护：继电器实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关，因此在电路中起着自动调节和安全保护的作用。它能够根据设定的条件自动切换电路状态，从而保护设备和系统的稳定运行。

转换电路：继电器可以方便地实现电路的转换，将输入回路（控制系统）的信号转换为输出回路（被控制系统）的动作，这对于物联网系统中复杂的电路控制至关重要。

扩展控制范围与多功能性

多触点控制：继电器通常具有多个触点，可以根据需要同时控制多个电路的开断或接通，这对于物联网系统中需要同时控制多个设备的场景非常有用。

放大功能：某些类型的继电器（如灵敏型继电器、中间继电器）具有放大功能，可以用一个很微小的控制量来控制很大功率的电路，这对于物联网系统中信号放大和传输具有重要意义。

实现自动化与远程控制

自动与遥控：继电器可以与其他电器元件组合成程序控制线路，实现自动化运行和远程控制。在物联网系统中，这种功能使得用户可以随时随地通过网络对设备进行监控和控制。

监测与信号综合：继电器还可以用于监测设备的状态并综合多个控制信号，当多个控制信号按规定的形式输入时，继电器可以经过比较综合达到预定的控制效果。

适应性与稳定性

适应性强：继电器可以适应不同种类的输入量（如电、磁、声、光、热等）和输出量需求，因此在物联网系统中具有广泛的应用范围。

工作稳定：继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长等优点，能够确保物联网系统在长时间运行中的稳定性和可靠性。

综上所述，继电器在物联网系统中发挥着重要作用，它不仅能够实现电路的自动调节和安全保护，还能够扩展控制范围、实现自动化与远程控制，并具有良好的适应性和稳定性。因此，在物联网系统的设计和实现中，继电器是不可或缺的关键元件之一。

本文会再为大家详解电控制器件家族中的一员——继电器

继电器定义

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。

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。

继电器在电气控制图中用K表示，细分在K后加上相应的字母如KA（电流继电器），KT（时间继电器），KF（频率继电器），KP（压力继电器），KS（信号继电器），KE（接地继电器），KM（接触器），KC（控制继电器，驱动器）

继电器主要作用

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。

说白了：继电器就相当于一个开关，接在任意线上，断开状态下线就断开了，没导通，闭合状态下线就接在了一起，导通了

继电器接线图（单稳态无保持）

输入部分:

DC+：接电源正极（电压按继电器要求，有3V、5V、9V、12v和24v选择)

DC-：接电源负极

IN：可以高或低电平控制继电器吸合

继电器输出端:

NO：继电器常开接口，继电器吸合前悬空，吸合后与COM短接

COM：继电器公用接口

NC：继电器常闭接口，继电器吸合前与COM短接，吸合后悬空、

继电器分类

1、按继电器的工作原理或结构特征分类

1）电磁继电器：利用输入电路内电流在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力作用而工作的一种电气继电器。电磁继电器可以通过低电压、弱电流控制高电压、强电流电路，还可实现远距离操纵和生产自动化，在现代的生活中起着越来越重要的作用。它的应用很普遍，具体表现为:

家用电器: 空调继电器主要用于控制压缩机电动机、风扇电动机和冷却泵电动机，以执行相关的控制功能

汽车领域：启动电动机的启动继电器、嗽叭继电器、电动机或发电机断路继电器、充电电压和电流调节继电器、转变信号闪光继电器、灯光亮度控制继电器以及空调控制继电器、推拉门自动开闭控制继电器;玻璃窗升降控制继电器。 工业控制:主要的控制功能由通用交流继电器完成。通常由按纽或限位开关驱动继电器。继电器的触点可以控制电磁阀、较大的启动电机以及指示灯

原理及接线图

实物图

2）固体继电器：指电子元件履行其功能而无机械运动构件的，输入和输出隔离的一种继电器。专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。

固态继电器已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、电机控制、数控机械，遥控系统、工业自动化装置；

信号灯、调光、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；

仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；

自动消防，保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关；

化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合。

原理及接线图

实物图

3）温度继电器：当外界温度达到给定值时而动作的继电器，当负载设备温度过高或流过的电流过大时，温度继电器断开，切断线路，进行设备及线路的保护，是使用最为广泛的产品。

温度继电器可供航空航天、监控摄像设备、电机、电器设备及其它行业作温度控制和过热保护用.

原理及结构图

接线图

4）舌簧继电器：利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧动作来开，闭或转换线路的继电器。

舌簧继电器广泛应用于电器保护、电器更新与控制、自动化生产和工艺控制等方面。例如：

在空调系统中，电路控制器使用舌簧继电器来控制电器设备的开关，实现对温度和湿度的调节控制。

在电压变化较大的工作场所，如发电机房、逆变器控制等方面，使用电压继电器可以起到有效保护电路和设备的作用。

结构及原理图

实物图

5）时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定时间才闭合或断开其被控线路继电器。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。时间继电器可以广泛应用于很多领域，包括：

工业上控制自动输送机的启停时间，实现自动装配；

控制家用电器开关时间，这样可以省电、方便、安全；交通信号灯与城市信号灯控制；

农用机械的启动耕作、播种等操作时间。还可以用来控制灌溉系统的运行时间等领域，完成自动化的操作，提高生产效率，降低能源浪费。

原理及接线图

实物图

6）高频继电器：用于切换高频，射频线路而具有最小损耗的继电器。频继电器的线圈和触点都需要经过特殊设计和优化，以适应高频信号的传输。高频继电器可以在高频电路中进行开关控制，常用于射频电路、微波电路、通信电路等行业。主要应用场景包括：

通信设备中的功率放大器控制：高频继电器可以控制通信设备的放大器，调制信号，实现信号放大和传输；

雷达系统控制：雷达系统需要实时测量目标位置和速度，高频继电器在雷达中起到关键作用，可以控制波导、天线、控制器等电路的开关；

医疗设备中的控制器控制；高频继电器在医疗设备中起到非常重要的作用，在磁共振成像、超声诊断等设备中均得到了广泛应用。

内部结构图

实物图

7）极化继电器：有极化磁场与控制电流通过控制线圈所产生的磁场综合作用而动作的继电器。继电器的动作方向取决于控制线圈中流过的的电流方向。

极化继电器广泛应用于航天领域，是控制系统、通信系统、电力系统等自动化电气系统中最基本的组成元件之一。其在控制电路中具有独特的电气和物理特性，转换深度高、输入输出比大、抗干扰能力强、可多路同步切换等一系列固态电子元器件不能替代的优点。

工作原理图

实物图

8）其他类型的继电器：如光继电器，声继电器，热继电器，仪表式继电器，霍尔效应继电器，差动继电器等。

2、按继电器的外形尺寸分类

1）微型继电器：最长边尺寸不大于10毫米的继电器。

2）超小型微型继电器：最长边尺寸大于10毫米，但不大于25毫米的继电器。

3）小型微型继电器：最长边尺寸大于25毫米，但不大于50毫米的继电器。

注：对于密封或封闭式继电器，外形尺寸为继电器本体三个相互垂直方向的最大尺寸，不包括安装件，引出端，压筋，压边，翻边和密封焊点的尺寸。

3、按继电器的负载分类：

1）微功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为0.1A、0.2A的继电器。

2）弱功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为0.5A、1A的继电器。

3）中功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为2A、5A的继电器。

4）大功率继电器：当触点开路电压为直流28V时，（阻性）为10A、15A、20A、25A、40A……的继电器。

4、按继电器的防护特征分类：

1）密封继电器：采用焊接或其他方法，将触点和线圈等密封在罩子内，与围介质相隔离，其泄漏率较低的继电器。

2）封闭式继电器：用罩壳将触点和线圈等密封（非密封）加以防护的继电器。

3）敞开式继电器：不用防护罩来保护触电和线圈等的继电器。

继电器常见问题及判定方法

失效模式	失效原因及解决方法
继电器线圈端无电压	原因:①线路短路；②控制端无输出；③ 接插件松动；判定方法：线圈两端电压是否达到标准电压
线圈端电压不足	①电源输出功率不足；②电源线过长存在压降；判定方法：线圈两端电压是否达到标准电压
继电器有残余电压不释放	①线圈端有其它储能元件影响；②线圈上有旁路电路或漏电流； 触点粘连 原因：①负载过大；②浪涌电流过大；③继电器端子与连插件配合过松，造成触点与端子烧灼
触点粘连	①负载过大；②浪涌电流过大；③继电器端子与连插件配合过松，造成触点与端子烧灼

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