继电器工作原理及分类

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。 

元件符号

    因为继电器是由线圈和触点组两部分组成的，所以继电器在电路图中的图形符号也包括两部分：一个长方框表示线圈；一组触点符号表示触点组合。当触点不多电路比较简单时，往往把触点组直接画在线圈框的一侧，这种画法叫集中表示法。

 电符号和触点形式：

    继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。

触点形式

    继电器的触点有三种基本形式：

1、动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。

2、动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。

3、转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。

主要作用

    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。

主要分类

  1．按继电器的工作原理或结构特征分类

1）电磁继电器：利用输入电路内电路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。

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。

3）温度继电器：当外界温度达到给定值时而动作的继电器。

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

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。

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。

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。

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

2）超小型微型继电器

3）小型微型继电器

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

2）弱功率继电器

3）中功率继电器

4）大功率继电器

4、按继电器的防护特征分类

1）密封继电器

2）封闭式继电器

3）敞开式继电器

5、按继电器按照动作原理可分类

1）电磁型

2）感应型

3）整流型

4）电子型

5）数字型等

6、按照反应的物理量可分类

1）电流继电器

2）电压继电器

3）功率方向继电器

4）阻抗继电器

5）频率继电器

6）气体（瓦斯）继电器

7、按照继电器在保护回路中所起的作用可分类

1）启动继电器

2）量度继电器

3）时间继电器

4）中间继电器

5）信号继电器

6）出口继电器

主要元件

   电磁继电器

电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。

固态继电器

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

热敏干簧继电器

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

磁簧继电器

磁簧继电器是以线圈产生磁场将磁簧管作动之继电器，为一种线圈传感装置。因此磁簧继电器之特征、小型尺寸、轻量、反应速度快、短跳动时间等特性。当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候，发生动作，开通或者闭合电路。由永久磁铁和干簧管组成。永久磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架上。以永久磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本重合。由远及近的调整永久磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作（对于常开的干簧管，变为闭合；对于常闭的干簧管，变为断开）时，将磁铁的位置固定下来。这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的动作。磁簧继电器结构坚固，触点为密封状态，耐用性高，可以作为机械设备的位置限制开关，也可以用以探测铁制门、窗等是否在指定位置。

光继电器

光继电器为AC/DC并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。

其特点为寿命为半永久性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传输、无接点…等。

主要应用于量测设备、通信设备、保全设备、医疗设备…等。

时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。

它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。

在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。

时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。

空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0.4～60s和0.4～180s两种） ，它结构简单，但准确度较低。

当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。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。

吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。

中间继电器

中间继电器的特点：

继电器采用线圈电压较低的多个优质密封小型继电器组合而成，防潮、防尘、不断线，可靠性高，克服了电磁型中间继电器导线过细易断线的缺点；功耗小，温升低，不需外附大功率电阻，可任意安装及接线方便；继电器触点容量大，工作寿命长；继电器动作后有发光管指示，便于现场观察；延时只需用面板上的拨码开关整定，延时精度高，延时范围可在0.02-5.00S任意整定。

中间继电器的用途：

中间继电器用于各种保护和自动控制线路中，以增加保护和控制回路的触点数量和触点容量。

中间继电器的分类：

低电流启动中间继电器

静态中间继电器

延时中间继电器

电磁型中间继电器

电梯用中间继电器

导轨式中间继电器

中间继电器原理
　　线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位，继电器的工作原理是当某一输入量(如电压、电流、温度、速度、压力等)达到预定数值时，使它动作，以改变控制电路的工作状态，从而实现既定的控制或保护的目的。在此过程中，继电器主要起了传递信号的作用 。

中间继电器的作用
　　一般的电路常分成主电路和控制电路两部分，继电器主要用于控制电路，接触器主要用于主电路；通过继电器可实现用一路控制信号控制另一路或几路信号的功能，完成启动、停止、联动等控制，主要控制对象是接触器；接触器的触头比较大，承载能力强，通过它来实现弱电到强电的控制，控制对象是电器。
　　1.代替小型接触器
　　中间继电器的触点具有一定的带负荷能力，当负载容量比较小时，可以用来替代小型接触器使用，比如电动卷闸门和一些小家电的控制。这样的优点是不仅可以起到控制的目的，而且可以节省空间，使电器的控制部分做得比较精致。
　　2．增加接点数量
　　这是中间继电器最常见的用法，例如，在电路控制系统中一个接触器的接点需要控制多个接触器或其他元件时而是在线路中增加一个中间继电器。
　　3．增加接点容量
　　我们知道，中间继电器的接点容量虽然不是很大，但也具有一定的带负载能力，同时其驱动所需要的电流又很小，因此可以用中间继电器来扩大接点容量。比如一般不能直接用感应开关、三极管的输出去控制负载比较大的电器元件。而是在控制线路中使用中间继电器，通过中间继电器来控制其他负载，达到扩大控制容量的目的。
　　4．转换接点类型
　　在工业控制线路中，常常会出现这样的情况，控制要求需要使用接触器的常闭接点才能达到控制目的，但是接触器本身所带的常闭接点已经用完，无法完成控制任务。这时可以将一个中间继电器与原来的接触器线圈并联，用中间继电器的常闭接点去控制相应的元件，转换一下接点类型，达到所需要的控制目的。
　　5．用作开关
　　在一些控制线路中，一些电器元件的通断常常使用中间继电器，用其接点的开闭来控制，例如如彩电或显示器中常见的自动消磁电路，三极管控制中间继电器的通断，从而达到控制消磁线圈通断的作用。
　　6．转换电压
　　7．消除电路中的干扰

功率方向继电器

当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

测试方法

1、测线圈电阻：可用万能表R×10Ω档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。继电器线圈的阻值和它的工作电压及工作电流有非常密切的关系，通过线圈的阻值可以计算出它的使用电压及工作电流。

2、测触点电阻：用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。

3、测量吸合电压和吸合电流：找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。测量释放电压和释放电流：也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的10～50%，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压）时则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁使工作不可靠。

常见类型

1、过电流继电器

过电流继电器，简称CO，是从电流超过其设定值而动作的继电器，可做系统线路及过载的保护用，最常用的是感应型过电流继电器，是利用电磁铁与铝或铜制的旋转盘相对，依靠电磁感应原理使旋转圆盘转动，以达到保护作用。

动作原理：

感应型过电流继电器是利用电流互感器二次侧电流，在继电器内产生磁场，以促使圆盘转动，但流过的电流必须大于电流标置板的电流值才能转动。

2、过电压继电器

过电压继电器，简称OV，它的主要用途在于当系统的异常电压上升至120%额定值以上时，过电压继电器动作而使断路器跳脱保护电力设备免遭损坏，感应式过电压继电器的构造及动作原理和过电流继电器相似，只有主线圈不同。

3、欠电压继电器

欠电压继电器，简称UV，其构造与过电压继电器相同，所不同的是内部触头及当外加电压时转盘会立即转动。

4、接地过电压继电器

接地过电压继电器，简称OVG，或称接地报警继电器简称GR，其构造与过电压继电器相同，使用与三相三线非接地系统，接于开口三角形接地的接地互感器上，用以检知零相电压。

5、接地过电流继电器

接地过电流继电器，简称GCR，是一种高压线路接地保护继电器。

主要用途：

1） 高电阻接地系统的接地过电流保护；

2）发电机定子绕组的接地保护；

3）分相发电机的层间短路保护；

4）接地变压器的过热保护。

6、 选择性接地继电器

选择性接地继电器，简称SG，又称方向性接地继电器，简称DG，使用于非接地系统作配电线路保护作用，架空线及电缆系统也能使用。

选择性接地继电器：由接地电压互感器检出零相序电流如遇线路接地时，选择性接地继电器能确实地表示故障线路而发生警报，并按照其需要选择故障线路将其断开，而继续向正常线路送电。

7、 缺相继电器

缺相继电器，简称OPR，或缺相保护继电器，简称PHR，在三相线路中，当电源端有一线断路而造成单相时，若未有立即将线路切断，将使电动机单相运转而烧毁。

8、比率差动继电器

比率差动继电器，简称RDR，被应用做变压器交流电动机，交流发电机的差动保护，以往使用过的过电流保护继电器，是外部故障所产生的异常电流流过保护设备时，若变压器，一、二次侧电流发生不平衡或对电流互感器特性发生不一致，在这些情况下，此现象会扩延数倍，而使继电器误动作。

选用条件

1、先了解必要的条件

1）控制电路的电源电压，能提供的最大电流；

2）被控制电路中的电压和电流；

3）被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。

2、查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。

3、注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。

型号标志

一般国产继电器的型号命名由四部分组成：第一部分+第二部分+第三部分+第四部分。

继电器型号第一部分用字母表示继电器的主称类型。

JR——小功率继电器

JZ——中功率继电器

JQ——大功率继电器

JC——磁电式继电器

JU——热继电器或温度继电度

JT——特种继电器

JM——脉冲继电器

JS——时间继电器

JAG——干簧式继电器

继电器型号第二部分用字母表示继电器的形

 状特征。

W——微型

X——小型

C——超小型

继电器型号第三部分用数字表示产品序号。

用数字表示产品序号

继电器型号第四部分用字母表示防护特征。

F——封闭式

M——密封式

例如：JRX-13F（封闭式小功率小型继电器）。

JR——小功率继电器

X——小型

13——序号

选择方式

继电器的测试

     继电器是智能预付费电能表中的关键器件，继电器的寿命在某种程度上决定了电表寿命，该器件性能好坏对智能预付费电能表运行至关重要。而国内、外继电器生产厂家众多，生产规模相差较大，技术水平相距悬殊，性能参数千差万别，因此，电能表生产厂家在继电器检测选型时必须有一套完善的检测装置，以保证电表质量。同时，国家电网也加强了智能电能表内继电器性能参数抽样检测，同样需要相应的检测设备，检验不同厂家生产的电表质量。然而，目前继电器检测设备不仅检测项目比较单一，检测过程不能实现自动化，检测数据需要人工处理和分析，检测结果具有各种随机性、人为性，而且，检测效率低，安全性也得不到保证]  。

近两年来，国家电网逐步规范了电表技术要求，制定相关行业标准以及技术规范，这为继电器参数检测提出了一些技术难题，如继电器的负载通断能力、开关特性测试等。因此，迫切需要研究一种设备，实现继电器性能参数的综合检测  。

根据继电器性能参数测试要求，测试项目可以分为两大类，一是不带负载电流的测试项目，如动作值、触点接触电阻、机械寿命；二是带负载电流的测试项目，如触点接触电压、电寿命、过负荷能力。

主要测试项目简单介绍如下：

（1）动作值。继电器动作时所需电压值。

（2）触点接触电阻。触电闭合时，两触头之间的电阻值。

（3）机械寿命。机械部分在不损坏的情况下，继电器反复开关动作次数。

（4）触点接触电压。触电闭合时，触电回路中施加一定负载电流，触点间电压值。

（5）电寿命。继电器驱动线圈两端施加额定电压，触点回路中施加额定阻性负载时，每小时循环小于300次、占空比1∶4条件下，继电器的可靠动作次数。

（6）过负荷能力。继电器驱动线圈两端施加额定电压，触点回路中施加1．5倍额定负载时，动作频率（10±1）次/分条件下，继电器可靠动作次数  。

继电器可靠性的影响因素

1.环境对继电器可靠性的影响：继电器工作在GB和SF下的平均故障间隔时间最高,达到820000h,而在NU环境下,仅60000h。

2质量等级对继电器可靠性的影响：当选用A1质量等级的继电器时,平均故障间隔时间可达3660000h,而选用C等级的继电器平均故障间隔时间为110000,其间相差33倍,可见继电器的质量等级对其可靠性能的影响非常大  。

3触点形式对继电器可靠性的影响：继电器的触点形式也会对其可靠性产生影响,单掷型继电器的可靠性都高于相同刀数的双掷型继电器,同时随刀数的增加可靠性逐渐降低,单刀单掷继电器的平均故障间隔时间是四刀双掷继电器的5.5倍  。

4结构类型对继电器可靠性的影响：继电器结构类型共有24种,不同类型均对其可靠性产生影响  。

5温度对继电器可靠性的影响：继电器工作温度范围在-25～70℃之间。随着温度的升高,继电器的平均故障间隔时间逐渐下降。

6动作速率对继电器可靠性的影响：随着继电器动作速率的提高,平均故障间隔时间基本呈指数型下降趋势。因此,若设计的电路要求继电器的动作速率非常高,那么在电路维修时就需要仔细检测继电器以便及时对它更换。

7电流比对继电器可靠性的影响：所谓电流比是继电器的工作负载电流与额定负载电流之比。电流比对继电器的可靠性影响很大,尤其当电流比大于0.1时,平均故障间隔时间迅速下降,而电流比小于0.1时,平均故障间隔时间基本不变,因此在电路设计时应选用额定电流较大的负载以降低电流比,这样可保证继电器乃至整个电路不因工作电流的波动而使可靠性降低。