电气继电器构造电路类型配置和输入/输出接口系统

电气继电器和接触器使用低电平控制信号，使用不同接触布置的数字切换更高的电压或电流电源

到目前为止，我们已经看到了的选择输入设备，可用于检测或“感知”各种物理变量和信号，因此称为传感器。但是也有各种各样的电气和电子设备被归类为用于控制或操作某些外部物理过程的输出设备。这些输出设备通常称为执行器。

执行器将电信号转换为相应的物理量，如运动，力，声等。执行器也被归类为换能器，因为它将一种物理量改变为另一种，通常由低压指令信号激活或操作。根据输出的稳定状态数量，执行器可以归类为二进制或连续设备。

例如，继电器是二进制执行器，因为它有两个稳定状态，通电和锁存或者de - 电动和非闩锁，而电动机是一个连续的执行器，因为它可以旋转整个360 o 运动。最常见的执行器或输出设备类型是电气继电器，灯，电机和扬声器。

我们之前看到，螺线管可用于电动打开闩锁，门，打开或关闭阀门，以及各种机器人和机电一体化应用等。但是，如果电磁铁柱塞用于操作一套或多套对于电触点，我们有一个名为relay的设备非常有用，它可以以无数种不同的方式使用，在本教程中我们将看看电气继电器。

电气继电器也可以分为称为“机电继电器”的机械动作继电器和使用半导体晶体管，晶闸管，三端双向可控硅开关等的机械动作继电器，作为其称为“固态继电器”或SSR的开关设备。 / p>

机电继电器

术语继电器通常是指在resp中的两个或多个点之间提供电气连接的设备接下来应用控制信号。最常见和最广泛使用的继电器类型是机电继电器或EMR。

电气继电器

对任何设备的最基本控制是能够将其“打开”和“关闭”。最简单的方法是使用开关来中断电源。虽然开关可用于控制某些东西，但它们有其缺点。最大的一个是他们必须手动（物理）“开”或“关”。此外，它们相对较大，速度较慢，只能切换小电流。

电气继电器然而，基本上是电动开关，具有多种形状，尺寸和额定功率，适用于所有类型的应用程序。继电器也可以在单个封装内具有单个或多个触点，其中用于电源电压的大功率继电器或称为“接触器”的高电流开关应用。

在本教程中关于电气继电器我们只关注我们可以在电机控制或机器人电路中使用“轻型”机电继电器的基本工作原理。这种继电器用于通常的电气和电子控制或开关电路，或者直接安装在PCB板上或者是独立连接的，其中负载电流通常是安培的分数，最高可达20+安培。继电器电路在电子应用中很常见。

顾名思义，机电继电器是电磁设备，它们通过在中继端子上施加交流或直流的低压电气控制信号产生的磁通量转换为拉动操作继电器内的电触点的机械力。最常见的机电继电器形式包括一个缠绕在可渗透铁芯上的称为“初级电路”的激励线圈。

这个铁芯有一个称为轭的固定部分和一个可移动的弹簧加载部件称为电枢，通过闭合固定电线圈和可动电枢之间的气隙来完成磁场电路。电枢铰接或枢转，允许其在产生的磁场内自由移动，从而闭合连接到其上的电触点。连接在磁轭和电枢之间的通常是一个弹簧（或多个弹簧），当继电器线圈处于“断电”状态，即“关闭”时，返回行程将触点“复位”回到其初始静止位置。

机电继电器构造

在上面的简单继电器中，我们有两套导电触点。继电器可以是“常开”或“常闭”。一对触点分为常开，（NO）或触点和另一组，分为常闭，（NC）或断开触点。在常开位置，触点仅在励磁电流为“ON”且开关触点被拉向感应线圈时闭合。

在常闭位置，触点永久闭合当开关触点返回其正常位置时，励磁电流为“OFF”。这些术语常开，常闭或断开触点是指继电器线圈“断电”时的电触点状态，即无电源电压连接到继电器线圈。接触元件可以是单个或双重制造或断开设计。下面给出了这种安排的一个例子。

继电器触点是导电金属片，它们一起触摸完成电路并允许电路电流流动，就像开关一样。当触点打开时，触点之间的电阻在兆欧中非常高，产生开路状态并且没有电路电流流动。

当触点闭合时，触点电阻应为零，a短路，但情况并非总是如此。所有继电器触点在闭合时都具有一定量的“接触电阻”，这被称为“导通电阻”，类似于FET。

使用新的继电器和触点，这个导通电阻将是非常小，通常小于0.2Ω，因为尖端是新的和干净的，但随着时间的推移，尖端电阻会增加。

例如。如果触点通过的负载电流为10A，那么使用欧姆定律的触点上的电压降为0.2 x 10 = 2伏，如果电源电压为12伏，则负载电压仅为10伏（12 - 2）。由于接触尖端开始磨损，并且如果它们没有得到适当的高感应或容性负载保护，它们将开始显示电弧损坏的迹象，因为当继电器线圈是接触器开始打开时电路电流仍然想要流动

触点上的这种电弧或火花将导致尖端的接触电阻随着触点的损坏而进一步增加。如果允许继续，接触尖端可能会变得如此灼烧并且损坏到它们物理关闭但不通过任何或非常小的电流的程度。

如果这种电弧放电损坏变得严重，则触点将最终“焊接“一起产生短路状态并可能对他们控制的电路造成损坏。如果现在接触电阻由于产生1Ω的电弧而增加，则对于相同的负载电流，触点上的电压降增加到1×10 = 10伏直流。对于负载电路而言，触点上的这种高压降可能是不可接受的，特别是如果在12伏或甚至24伏下工作，则必须更换故障继电器。

为了减少接触电弧和高“导通电阻”的影响，现代接触尖端由各种银基合金制成或涂有各种银基合金，以延长其使用寿命，如下表所示。

电气继电器触头材料

Ag（精银）

1。电导率和导热率是所有金属中最高的。

2。表现出低接触电阻，价格低廉且使用广泛。

3。通过磺化影响，触点容易失去光泽。

AgCu（银铜）

1。被称为“硬银”触点，具有更好的耐磨性和更小的电弧和焊接倾向，但接触电阻略高。

AgCdO（银氧化镉）

1。非常小的电弧和焊接倾向，良好的耐磨性和灭弧性能。

AgW（银钨）

1 。硬度和熔点高，耐电弧性极佳。

2。不是贵金属。

3。需要高接触压力来降低阻力。

4。接触电阻相对较高，耐腐蚀性差。

AgNi（银镍）

1。等于银的导电性，优异的耐电弧性。

AgPd（银钯）

1。低接触磨损，硬度更高。

2。昂贵。

铂，金和银合金

1。优异的耐腐蚀性，主要用于低电流电路。

继电器制造商数据表仅给出了电阻性直流负载的最大触点额定值，并且该额定值大大降低适用于交流负载或高感性或容性负载。为了在用感性或容性负载切换交流电流时实现长寿命和高可靠性，需要在继电器触点上进行某种形式的电弧抑制或滤波。

通过减少继电器尖端的数量来延长继电器尖端的寿命通过将一个称为RC缓冲网络的电阻 - 电容网络与电气继电器触点并联电气来实现电弧放电时产生的电弧。在触点打开的瞬间发生的电压峰值将由RC网络安全地短路，从而抑制在触点尖端处产生的任何电弧。例如。

电气继电器缓冲电路

电气继电器触点类型。

以及作为常开，（NO）和常闭的标准描述，（NC）用于描述继电器触点如何连接，继电器触点排列也可以归类为他们的行为。电气继电器可以由一个或多个单独的开关触点组成，每个“触点”被称为“极”。通过激励继电器线圈，可以将这些触点或极中的每一个连接或“抛出”，这使得触点类型的描述为：

SPST - 单刀单掷

SPDT - 单刀双掷

DPST - 双杆单掷

DPDT - 双杆双掷

，联系人的动作被描述为“制作“（M）或”休息“（B）。然后，如上所示的具有一组触点的简单继电器可具有以下的接触描述：

“单极双掷 - （制造前断开）”或SPDT - （BM）

用于继电器触点的一些较常见图表的示例下面给出了在电路或原理图中识别继电器的类型，但还有更多可能的配置。

电气继电器触点配置

其中：

C是公共终端

NO是常开联系

NC是常闭联系

机电继电器也表示其触点或开关元件的组合以及单个继电器内组合的触点数量。例如，在继电器的断电位置通常打开的触点称为“A型触点”或接触。而在继电器的断电位置通常闭合的触点称为“B型触点”或断开触点。

当触点元件的触发元件和触发元件都存在时同时使两个触点电连接以产生公共点（由三个连接标识），该组触点被称为“形式C触点”或转换触点。如果接通和断开触点之间不存在电气连接，则称为双重转换触点。

关于使用继电器的最后一点要记住。完全不建议并联继电器触点以处理更高的负载电流。例如，永远不要尝试为两个并联的继电器触点提供10A负载，每个触点具有5A触点额定值，因为机械操作的继电器触点永远不会在完全相同的时刻关闭或打开。结果是，即使短暂的瞬间，其中一个触点也会过载，导致继电器过早失效。

此外，电气继电器可用于允许低功率电子或计算机类型用于切换“ON”或“OFF”的相对高电流或电压的电路。切勿通过同一继电器内的相邻触点混合不同的负载电压，例如高压AC（240v）和低压DC（12v），为了安全起见，请始终使用单独的继电器。

其中一个更重要任何继电器的部件都是其线圈。这将电流转换为电磁通量，该电磁通量用于机械地操作继电器触点。继电器线圈的主要问题是它们是“高感性负载”，因为它们是由线圈制成的。任何线圈的阻抗值均由电阻（ R ）和电感（ L ）串联组成（LR系列电路）。

As当电流流过线圈时，在其周围产生自感应磁场。当线圈中的电流变为“OFF”时，随着磁通量在线圈内坍塌（变压器理论），产生大的反电动势（电动势）电压。与开关电压相比，该感应反向电压值可能非常高，并且可能损坏任何半导体器件，例如用于操作继电器线圈的晶体管，FET或微控制器。

防止晶体管或任何开关半导体器件损坏的一种方法是在继电器线圈上连接一个反向偏置二极管。

当电流流过线圈切换为“OFF”，当磁通量在线圈中坍塌时产生感应反电动势。

该反向电压正向偏置二极管，二极管传导和消散储存的能量，防止对半导体晶体管的任何损坏。

当在这种应用中使用时，二极管通常被称为飞轮二极管，续流二极管甚至飞 - 返回二极管，但它们都意味着同样的事情。需要使用续流二极管进行保护的其他类型的感性负载是螺线管，电机和感应线圈。

除了使用飞轮二极管保护半导体元件外，其他用于保护的器件包括RC缓冲器网络，金属氧化物压敏电阻或MOV和齐纳二极管。

固态继电器。

虽然机电继电器（EMR）价格便宜，易于使用并且允许切换由低功率，电隔离输入信号控制的负载电路，但其主要缺点之一是机电继电器是一种“机械装置”，即它具有运动部件，因此由于使用磁场的金属触点的物理运动，它们的开关速度（响应时间）很慢。

结束一段时间这些运动部件会磨损失效，或者通过持续的电弧和腐蚀导致的接触电阻可能使继电器无法使用并缩短其寿命即而且，它们与遭受接触反弹的触点电噪声，这可能影响它们所连接的任何电子电路。

为了克服继电器的这些缺点，开发了另一种称为固态继电器或（SSR）的继电器，它是一种固态非接触式，纯电子继电器。

固态继电器是一种纯电子设备，其设计中没有活动部件，因为机械触点已被功率晶体管，晶闸管或三端双向可控硅开关取代。输入控制信号和输出负载电压之间的电气隔离是借助于光耦合器型光传感器完成的。

固态继电器提供高度的与传统的机电继电器相比，可靠性，长寿命和降低的电磁干扰（EMI），（无电弧触点或磁场），以及更快的几乎即时响应时间。

此外，输入控制固态继电器的功率要求通常足够低，使其与大多数IC逻辑系列兼容，而无需额外的缓冲器，驱动器或放大器。然而，作为半导体器件，它们必须安装在合适的散热片上，以防止输出开关半导体器件过热。

固态继电器

AC型固态继电器在AC正弦波形的过零点处变为“ON”，在固有转向“OFF”时切换感性或容性负载时防止高浪涌电流“晶闸管和三端双向可控硅开关的特性提供了对机电继电器电弧触点的改进。

与机电继电器一样，SSR的输出端子通常需要一个电阻 - 电容（RC）缓冲网络。当用于切换高电感或电容负载时，保护半导体输出开关器件免受噪声和电压瞬变尖峰的影响。在大多数现代SSR中，这个RC缓冲网络作为继电器本身的标准配置，减少了对额外外部元件的需求。

非零交叉检测开关（即时“ON”）型SSR也可用于相位控制应用，如音乐会，演出，迪斯科灯光等的灯光调暗或褪色，或电机速度控制型应用。

由于固态继电器的输出开关器件是半导体器件（晶体管）对于直流开关应用，或用于交流开关的三端双向可控硅/晶闸管组合），当“导通”时，SSR输出端子上的电压降远高于机电继电器的压降，通常为1.5-2.0伏。如果长时间切换大电流，则需要额外的散热器。

输入/输出接口模块。

输入/输出接口模块，（I / O模块）是另一种固态继电器，专门用于将计算机，微控制器或PIC连接到“真实世界”的负载和开关。有四种基本类型的I / O模块，AC或DC输入电压到TTL或CMOS逻辑电平输出，TTL或CMOS逻辑输入到AC或DC输出电压，每个模块包含提供完整的所有必要电路一个小设备内的接口和隔离。它们可作为单独的固态模块使用，也可集成到4,8或16通道器件中。

模块化输入/输出接口系统。

固态继电器（SSR）与等效功率机电继电器相比的主要缺点是成本较高，只有单刀单掷（SPST）类型可用，“ OFF“ - 状态泄漏电流流过开关器件，高”ON“状态电压降和功耗导致额外的散热要求。此外，它们无法切换非常小的负载电流或高频信号，如音频或视频信号，尽管此类应用可使用特殊的固态开关。

本教程中有关电气继电器

b>，我们研究了机电继电器和固态继电器，它们可以用作控制物理过程的输出设备（执行器）。在下一个教程中，我们将继续研究名为执行器的输出设备，特别是使用电磁技术将小电信号转换为相应的物理运动的输出设备。输出设备称为Solenoid。