電磁繼電器基礎知識及應用電路分析

2021-01-19 電工電子技術

大家好,我是劉崑山,我的QQ是56943772,歡迎大家加我QQ。

電磁繼電器(electromagnetic relay)是一種電子控制器件,它具有控制系統(輸入迴路)和被控制系統(輸出迴路),通常應用於自動控制電路中,它是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種開關控制方式,在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

電磁繼電器的原理圖符號有很多,各種EDA設計軟體自帶的符號也不一樣,《電子製作站》標準原理圖符號如下圖所示:

                           

電磁繼電器主要由觸點簧片、銜鐵、線圈、鐵芯等部件組成,其基本結構如下圖所示:

通常,我們把繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點,稱為「常開觸點」,處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」,以上兩者共用的動觸點稱為「公共觸點」。

當線圈兩端沒有施加電壓時,線圈沒有產生磁力,彈簧的拉力使公共觸點與常閉觸點接觸,此時被控電源與用電器沒有連通,用電器負載不工作,如下圖所示:

當線圈兩端施加一定的電壓時,線圈電流使鐵芯產生磁力將銜鐵吸下來,從而使公共觸點與常開觸點接觸,從而使被控電源與用電設備連通,用電器負載開始工作,如下圖所示:

這樣的開關控制方式可以獲得兩個好處,其一是控制電路與被控電路是相互絕緣隔離的,因此,被控電路即使有高壓大電流也不會影響控制系統,正如同光電耦合器隔離前後級電路的效果一致,如下圖所示:

其次,控制線圈的信號可以是弱信號(如5V),而被控制電源可以是強信號(如220VAC@10A),這就是我們常說的「四兩拔千斤」的道理。

 

電磁繼電器在實際應用中,通常都會使用三極體或MOS管代替開關,以達到用電器負載的自動化控制(如通過單片機),其最基本的應用電路如下圖所示:

當輸入電壓VI為高電平「H」時,三極體飽和導通相當於閉合的開關,繼電器開始動作,其等效電路如下圖所示:

當輸入電壓為低電平「L」時,三極體截止相當於斷開的開關,線圈中沒有電流而導致繼電器回復初始狀態,如下圖所示:

那為什麼要在繼電器線圈上並聯一個二極體呢?我們可以看看沒有並聯二極體時電路會出現什麼情況,我們使用下圖所示的電路參數仿真一下:

其中,L1相當於電磁繼電器中的線圈,當開關進行閉合與斷開動作時,其波形如下圖所示:

當開關閉合時,電壓波形還是正常的,但是當開關斷開的一瞬間,電感將產生很高的電壓,遠遠超過了電源電壓值(上圖中的峰值未完全顯示),普通的電磁繼電器使用3904或8050之類的通用三極體就完全可以驅動了,其集電極-發射極最高耐壓值也就幾十伏,如下圖所示(來自DIODES三極體MMBT3094數據手冊):

當控制開關斷開的瞬間,由於電感中的電流不能突變,將會產生上負下正極性的反向電動勢,如下圖所示:

這個反向電動勢的峰值就非常高,三極體的集電極將承受電源電壓VCC與電感反向電動勢串聯的高壓VL(相當於升壓電路),此時電路如下圖所示:

這時三極體Q1集電極的承受的電壓為VCC+VL,很有可能超過三極體的集電極-發射極極限電壓VCEO而擊穿三極體,因此,我們可以在線圈兩端並聯一個二極體再仿真一下,如下圖所示:

其電壓波形如下圖所示:

開關管斷開瞬間的反向電動勢有了一些改善,但反向電動勢還是非常高,蝦米情況?其實二極體並聯是沒有錯的,只不過型號不是很適合。普通二極體的單向導電特性取決於P型半導體與N型半導體接觸形成的PN結,由於結電容的存在,反應時間並不太短,開關斷開的瞬間,二極體還來不及導通,相當於沒有接二極體一樣。

肖特基二極體(也稱肖特基勢壘二極體,SchottkyBarrier Diode,SBD)的單向導電性是由金屬與半導體接觸形成的,它的特點是開關速度快,我們用肖特基二極體替換後再重新仿真一下,如下圖所示:

其波形如下圖所示:

其實瞬間還是有一點點的反向電壓,但已經控制在可以接受的範圍內了。

 

從電磁繼電器的控制原理可以看出,繼電器線圈電壓是沒有正負之分的,因為無論是正向反向電流,產生的都是對鐵的吸力(這裡沒有同極相斥異極相吸的說法,那是對兩塊磁鐵而言的),當然,有些繼電器可能內部加了些功能部件,比如續流二極體、指示燈之類的,這時候應該嚴格參考規格書進行電壓極性的施加,否則將燒毀輔助元件,如下圖所示:

繼電器的觸點相當於一個開關,因此不得不提及觸點結構,我們常常說常閉、常開就是開關的類型,再結合開關的數量,可以衍生出很多繼電器觸點結構。

我們來看看數據手冊中是怎麼表達觸點結構的,如下圖所示:(來自Panasonic繼電器AGN2004H數據手冊)

其中,Arrangement即表示觸點的結構,這裡「2Form C」表示該繼電器內部包含有兩個「C類開關」(它們由一個線圈來控制)。

繼電器的觸點結構通常有3種,即

◆常開觸點(normally open):Form A或NO(中國代號:H)

◆常閉觸點(normallyclosed):Form B或NC(中國代號:D)

◆轉換型觸點(changeover):FormC或CO(中國代號:Z)

相應的符號如下圖所示:

實際的繼電器可能有多種組合方式,比如1a、1b、1c、1a1b等等,有些規格書直接也是這樣來表示的,其含義與上面是完全一樣的,如下圖所示:(下圖來自歐姆龍繼電器G5V-1數據手冊)

電磁繼電器的觸點是一個非常關鍵部位,也是很多工程師容易忽略的地方,在很多場合也需要添加相應的保護電路,我們下一節再詳細談談觸點的應用。


      本文來自合作夥伴微信公眾號《電子製作站》,原文請閱讀>原文連結。

相關焦點

  • 固態繼電器和電磁繼電器的區別分析
    電磁繼電器大家肯定不陌生,固態繼電器雖不如電磁繼電器那樣普及,但也是常會用到的電器件,同為繼電器,到底有哪些不同之處,今天就簡單的來聊聊
  • 格物達理37‖電磁繼電器工作原理及應用
    自製電磁鐵:   電磁繼電器可以用低電壓、弱電流控制高電壓、強電流電路,還可實現遠距離操縱和生產自動化,在現代生活中起著越來越重要的作用。那麼,電磁繼電器是由那些部分組成的?它是怎樣實現自動控制的呢?   一、電磁繼電器的構造   電磁繼電器的構造:如圖所示,A是電磁鐵,B是銜鐵,C是彈簧,D是動觸點,E是靜觸點。
  • 認識電磁繼電器
    一、電磁繼電器電磁繼電器是電磁鐵的一種應用。它是利用低電壓、弱電流電路,來間接控制高電壓、強電流電路的一種裝置。
  • 電磁繼電器工作原理
    電磁繼電器工作原理如果用簡單的話說,就是電磁鐵通電時,把銜鐵吸下來使兩個觸點,工作電路閉合。電磁鐵斷電時失去磁性,彈簧把銜鐵拉起來,切斷工作電路。
  • 繼電器的識別方法及應用電路
    繼電器是一種控制器件,通常應用在自動控制電路中。它由控制系統(又稱輸入迴路)和被控制系統(又稱輸出迴路)兩部分構成。它實際上是用較小的電流、電壓信號或熱、聲音、光照等小信號去控制較大電流的一種「自動開關」。
  • 啟動繼電器的作用_電磁繼電器工作原理
    啟動繼電器是啟動系統組成部件之一,在汽車上主要作用為小電流控制大電流方式啟動馬達轉動,從而帶動發電機內部磁電機轉子轉動,給點火器輸入點火脈衝信號,使點火器產生電火花,點燃汽缸內的混合燃氣並做功。 繼電器屬於開關類,它是利用電磁原理、機電原理使接點閉合或斷開來驅動或控制相關電路的。 繼電器為一種控制器件,它有受控系統(輸入迴路)和控制系統(輸出迴路)兩部分。
  • 考考你對電磁繼電器的了解
    電磁繼電器可以用低電壓、弱電流控制高電壓、強電流電路,還可實現遠距離操縱和生產自動化,在現代生活中起著越來越重要的作用。
  • 電磁繼電器的工作原理及接線圖
    電工之家:www.dgzj.com關注電工之家官方微信公眾號「電工之家」,收穫更多經驗知識。
  • 一秒看懂基礎繼電器電路圖解
    就這種最簡單繼電器電路,輸出插座未接任何負載,不存在觸點打火的現象,竟然有幹擾。先介紹情況:1總電源5V,由一個AC-DC電源模塊供電,單片機電源3.3V,由一個LDO供電;2單片機IO直接驅動三極體,IO口設置成推挽模式;3總共有2塊電路板,一塊是主控板,板上有單片機、液晶屏。另一塊是電源板,板上有AC-DC模塊、繼電器、輸出插座。
  • 電工基礎知識_認識繼電器
    繼電器、中間繼電器:多用於二次迴路中,以增加觸點的數量、信號放大、信號轉換等功能。工作原理和接觸器一樣,線圈通電產生磁場帶動觸點動作。    和接觸器的區別:接觸器有主觸頭,用來直接控制負載。繼電器沒有主觸頭,只在二次迴路使用。
  • 詳解繼電器的工作原理及電路
    詳解繼電器的工作原理及電路掌握知識:熟悉掌握繼電器的工作原理及電路電氣項目的步驟:了解工藝 — 分配IO點 — 選型列清單 — 畫電路圖(主電路和控制電路) — 編程及調試 — 項目交接,在項目流程中,選型我們會選繼電器的相關型號,繼電器在我們的主電路和控制電路應用是必不可少,實現真正的安全電壓控制非安全電壓
  • 淺談電磁繼電器的參數、種類和選用方法
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/193425.htm電磁繼電器的工作原理是這樣的:當線圈通電以後,鐵心被磁化產生足夠大的電磁力,吸動銜鐵並帶動簧片,使動觸點和靜觸點閉合或分開;當線圈斷電後,電磁吸力消失,銜鐵返回原來的位置,動觸點和靜觸點又恢復到原來閉合或分開的狀態。應用時只要把需要控制的電路接到觸點上,就可利用繼電器達到控制的目的。
  • 電磁繼電器的分類及工作原理簡單介紹
    電磁繼電器是電子控制器件的一種,利用電磁鐵控制工作電路通斷的開關,通常應用於自動控制電路中,它實際上是用較小電流去控制較大電流的一種「自動開關」。在電路中起著控制、保護、轉換等作用。如顯示器中的消磁電路、UPS中的輸入切換電路、輸出控制電路等。
  • 2018初中物理電學知識點:電磁繼電器
    新一輪中考複習備考周期正式開始,中考網為各位初三考生整理了中考五大必考學科的知識點,主要是對初中三年各學科知識點的梳理和細化,幫助各位考生理清知識脈絡,熟悉答題思路,希望各位考生可以在考試中取得優異成績!下面是《2018初中物理電學知識點:電磁繼電器》,僅供參考!
  • 繼電器原理特性與繼電器驅動電路設計技巧解析
    1、電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產生電磁效應,銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電後,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。這樣吸合、釋放,從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。
  • 不同繼電器開關電路
    繼電器是使用電磁鐵從打開位置到關閉位置操作一對可動觸點的機電設備。 繼電器的優點是它需要相對少量的用於操作繼電器線圈的電源,但繼電器本身可用於控制電機,加熱器,燈或交流電路,它們本身可以消耗更多的電力。 機電繼電器是一種輸出設備(致動器)具有各種形狀,尺寸和設計,並且在電子電路中具有許多用途和應用。
  • 繼電器的工作原理及應用
    繼電氣一般由感測機構、中間機構和執行機構三個基本部分組成。感測機構把感測到的電氣量傳遞給時間機構,將它與額定的整定值進行比較,當達到整定值(過量或欠量)時,中間機構便使執行機構動作,從而接通或斷開被控電路。
  • 12v繼電器工作原理以及介紹【圖文】
    12V 繼電器 屬於繼電器產品旗下的一個分類,具體對於使用操作的環境也有一定的要求。對於有這方面購置考慮的朋友而言可以參考學習專業板塊的基礎知識確定值得信賴的12V繼電器,並且後期操作處理過程中也可以深入學習分析。那麼今天普及的知識就是關於12V繼電器的工作原理以及功率計算方面具有參考價值的內容,有興趣的朋友可以結合實際情況學習。
  • 繼電器的工作原理及驅動電路解析
    一、繼電器(relay)的工作原理和特性1、電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產生電磁效應,銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電後,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。這樣吸合、釋放,從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。
  • 電子電路基礎知識
    電子電路基礎知識電路基礎知識(一)電路基礎知識(1)——電阻 導電體對電流的阻礙作用稱著電阻,用符號R表示,單位為歐姆、千歐、兆歐,分別用Ω、KΩ、MΩ表示。