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繼電器小知識
1、繼電器工作原理及驅動電路圖解：繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電了設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。繼電器的繼電特性：繼電器的輸入信號x從零連續增加達到銜鐵開始吸合時的動作值xx，繼電器的輸出信號立刻從y=0跳躍y=ym，即常開觸點從斷到通。一旦觸點閉合，輸入量x繼續增大，輸出信號y將不再起變化。當輸入量x從某一大于xx值下降到xf，繼電器開始釋放，常開觸點斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入-輸出特性。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、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。當線圈斷電后，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。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。2、電路原理2.1繼電器簡單介紹繼電器是一種當輸入量變化到某一定值時，其觸頭（或電路）即接通或分斷交直流小容量控制回路。2.2工作原理由永久磁鐵保持釋放狀態，加上工作電壓后，電磁感應使銜鐵與永久磁鐵產生吸引和排斥力矩，產生向下的運動，最后達到吸合狀態。3、晶體管驅動驅動電路3.1電路原理圖當晶體管用來驅動繼電器時，推薦用NPN三極管。具體電路如下：當輸入高電平時，晶體管T1飽和導通，繼電器線圈通電，觸點吸合。當輸入低電平時，晶體管T1截止，繼電器線圈斷電，觸點斷開。3.2電路中各元器件的作用（1）晶體管T1為控制開關。（2）電阻R1主要起限流作用，降低晶體管T1功耗。（3）電阻R2使晶體管T1可靠截止。（4）二極管D1反向續流，為三極管由導通轉向關斷時為繼電器線圈中的提供泄放通路，并將其電壓箝位在+12V上。4、集成電路驅動電路目前已使用多個驅動晶體管集成的集成電路，使用這種集成電路能簡化驅動多個繼電器的印制板的設計過程。現在所用驅動繼電器的集成電路主要有TD62003AP。當2003輸入端為高電平時，對應的輸出口輸出低電平，繼電器線圈兩端通電，繼電器觸點吸合；當2003輸入端為低電平時，對應的輸出口呈高阻態，繼電器線圈兩端斷電，繼電器觸點斷開。24V繼電器的驅動電路：繼電器串聯RC電路：這種形式主要應用于繼電器的額定工作電壓低于電源電壓的電路中。當電路閉合時，繼電器線圈由于自感現象會產生電動勢阻礙線圈中電流的增大，從而延長了吸合時間，串聯上RC電路后則可以縮短吸合時間。原理是電路閉合的瞬間，電容C兩端電壓不能突變可視為短路，這樣就將比繼電器線圈額定工作電壓高的電源電壓加到線圈上，從而加快了線圈中電流增大的速度，使繼電器迅速吸合。電源穩定之后電容C不起作用，電阻R起限流作用。二、繼電器額定工作電壓的選擇繼電器額定工作電壓是繼電器最主要的一項技術參數。在使用繼電器時，應該首先考慮所在電路（即繼電器線圈所在的電路）的工作電壓，繼電器的額定工作電壓應等于所在電路的工作電壓。一般所在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的0.86。注意所在電路的工件電壓千萬不能超過繼電器額定工作電壓，否則繼電器線圈容易燒毀。另外，有些集成電路，例如NE555電路是可以直接驅動繼電器工作的，而有些集成電路，例如COMS電路輸出電流小，需要加一級晶體管放大電路方可驅動繼電器，這就應考慮晶體管輸出電流應大于繼電器的額定工作電流。當晶體管用來驅動繼電器時，必須將晶體管的發射極接地。具體電路如下：NPN晶體管驅動時：當晶體管T1基極被輸入高電平時，晶體管飽和導通，集電極變為低電平，因此繼電器線圈通電，觸點RL1吸合。當晶體管T1基極被輸入低電平時，晶體管截止，繼電器線圈斷電，觸點RL1斷開。lre10n 4-6a熱繼電器；
2、繼電器可靠性的影響因素：1.環境對繼電器可靠性的影響：繼電器工作在GB和SF下的平均故障間隔時間最高,達到820000h,而在NU環境下,僅60000h[2] 。2質量等級對繼電器可靠性的影響：當選用A1質量等級的繼電器時,平均故障間隔時間可達3660000h,而選用C等級的繼電器平均故障間隔時間為110000,其間相差33倍,可見繼電器的質量等級對其可靠性能的影響非常大[2] 。3觸點形式對繼電器可靠性的影響：繼電器的觸點形式也會對其可靠性產生影響,單擲型繼電器的可靠性都高于相同刀數的雙擲型繼電器,同時隨刀數的增加可靠性逐漸降低,單刀單擲繼電器的平均故障間隔時間是四刀雙擲繼電器的5.5倍[2] 。4結構類型對繼電器可靠性的影響：繼電器結構類型共有24種,不同類型均對其可靠性產生影響[2] 。5溫度對繼電器可靠性的影響：繼電器工作溫度范圍在-25～70℃之間。隨著溫度的升高,繼電器的平均故障間隔時間逐漸下降[2] 。6動作速率對繼電器可靠性的影響：隨著繼電器動作速率的提高,平均故障間隔時間基本呈指數型下降趨勢[2] 。因此,若設計的電路要求繼電器的動作速率非常高,那么在電路維修時就需要仔細檢測繼電器以便及時對它更換[2] 。7電流比對繼電器可靠性的影響：所謂電流比是繼電器的工作負載電流與額定負載電流之比。電流比對繼電器的可靠性影響很大,尤其當電流比大于0.1時,平均故障間隔時間迅速下降,而電流比小于0.1時,平均故障間隔時間基本不變,因此在電路設計時應選用額定電流較大的負載以降低電流比,這樣可保證繼電器乃至整個電路不因工作電流的波動而使可靠性降低[2] 。lre10n 4-6a熱繼電器；
3、繼電器常見類型1、過電流繼電器過電流繼電器，簡稱CO，是從電流超過其設定值而動作的繼電器，可做系統線路及過載的保護用，最常用的是感應型過電流繼電器，是利用電磁鐵與鋁或銅制的旋轉盤相對，依靠電磁感應原理使旋轉圓盤轉動，以達到保護作用。動作原理：感應型過電流繼電器是利用電流互感器二次側電流，在繼電器內產生磁場，以促使圓盤轉動，但流過的電流必須大于電流標置板的電流值才能轉動。2、過電壓繼電器過電壓繼電器，簡稱OV，它的主要用途在于當系統的異常電壓上升至120%額定值以上時，過電壓繼電器動作而使斷路器跳脫保護電力設備免遭損壞，感應式過電壓繼電器的構造及動作原理和過電流繼電器相似，只有主線圈不同。3、欠電壓繼電器欠電壓繼電器，簡稱UV，其構造與過電壓繼電器相同，所不同的是內部觸頭及當外加電壓時轉盤會立即轉動。4、接地過電壓繼電器接地過電壓繼電器，簡稱OVG，或稱接地報警繼電器簡稱GR，其構造與過電壓繼電器相同，使用與三相三線非接地系統，接于開口三角形接地的接地互感器上，用以檢知零相電壓。5、接地過電流繼電器接地過電流繼電器，簡稱GCR，是一種高壓線路接地保護繼電器。主要用途：1） 高電阻接地系統的接地過電流保護；2）發電機定子繞組的接地保護；3）分相發電機的層間短路保護；4）接地變壓器的過熱保護。6、 選擇性接地繼電器選擇性接地繼電器，簡稱SG，又稱方向性接地繼電器，簡稱DG，使用于非接地系統作配電線路保護作用，架空線及電纜系統也能使用。選擇性接地繼電器：由接地電壓互感器檢出零相序電流如遇線路接地時，選擇性接地繼電器能確實地表示故障線路而發生警報，并按照其需要選擇故障線路將其斷開，而繼續向正常線路送電。7、 缺相繼電器缺相繼電器，簡稱OPR，或缺相保護繼電器，簡稱PHR，在三相線路中，當電源端有一線斷路而造成單相時，若未有立即將線路切斷，將使電動機單相運轉而燒毀。8、比率差動繼電器比率差動繼電器，簡稱RDR，被應用做變壓器交流電動機，交流發電機的差動保護，以往使用過的過電流保護繼電器，是外部故障所產生的異常電流流過保護設備時，若變壓器，一、二次側電流發生不平衡或對電流互感器特性發生不一致，在這些情況下，此現象會擴延數倍，而使繼電器誤動作。lre10n 4-6a熱繼電器；
4、跳閘位置繼電器與合閘位置繼電器的作用：(1)可表示斷路器的分、合閘位置。若是分相操作的，還可表示分相分、合閘信號。(2)可表示斷路器位置的不對應，或表示斷路器是否在非全相運行狀態。(3)可由跳閘位置繼電器某相的觸點啟動重合閘回路。(4)在三相跳閘時使高頻保護停信。(5)在單相重合閘方式時，閉鎖三相重合閘。(6)發出控制回路斷線信號和事故音響信號。lre10n 4-6a熱繼電器；
5、繼電器的測試：繼電器是智能預付費電能表中的關鍵器件，繼電器的壽命在某種程度上決定了電表壽命，該器件性能好壞對智能預付費電能表運行至關重要。而國內、外繼電器生產廠家眾多，生產規模相差較大，技術水平相距懸殊，性能參數千差萬別，因此，電能表生產廠家在繼電器檢測選型時必須有一套完善的檢測裝置，以保證電表質量。同時，國家電網也加強了智能電能表內繼電器性能參數抽樣檢測，同樣需要相應的檢測設備，檢驗不同廠家生產的電表質量。然而，目前繼電器檢測設備不僅檢測項目比較單一，檢測過程不能實現自動化，檢測數據需要人工處理和分析，檢測結果具有各種隨機性、人為性，而且，檢測效率低，安全性也得不到保證[1] 。近兩年來，國家電網逐步規范了電表技術要求，制定相關行業標準以及技術規范，這為繼電器參數檢測提出了一些技術難題，如繼電器的負載通斷能力、開關特性測試等。因此，迫切需要研究一種設備，實現繼電器性能參數的綜合檢測[1] 。根據繼電器性能參數測試要求，測試項目可以分為兩大類，一是不帶負載電流的測試項目，如動作值、觸點接觸電阻、機械壽命；二是帶負載電流的測試項目，如觸點接觸電壓、電壽命、過負荷能力。主要測試項目簡單介紹如下：（1）動作值。繼電器動作時所需電壓值。（2）觸點接觸電阻。觸電閉合時，兩觸頭之間的電阻值。（3）機械壽命。機械部分在不損壞的情況下，繼電器反復開關動作次數。（4）觸點接觸電壓。觸電閉合時，觸電回路中施加一定負載電流，觸點間電壓值。（5）電壽命。繼電器驅動線圈兩端施加額定電壓，觸點回路中施加額定阻性負載時，每小時循環小于300次、占空比1∶4條件下，繼電器的可靠動作次數。（6）過負荷能力。繼電器驅動線圈兩端施加額定電壓，觸點回路中施加1．5倍額定負載時，動作頻率（10±1）次/分條件下，繼電器可靠動作次數[1] 。lre10n 4-6a熱繼電器。
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