電磁繼電器或機電繼電器 - 結構、工作原理、類型和應用

什么是電氣繼電器？

繼電器是一種電動自動開關，通過施加電信號來切換一對或多對觸點。它用于使用低功率信號切換高功率電路。

繼電器有多種類型，其中電磁繼電器是繼電器的一種。

電磁繼電器

電磁繼電器或 EMR（也稱為機電繼電器）是一種電氣繼電器，使用電磁鐵來切換電路。電磁鐵產生磁場，從而產生吸引力，導致觸點的機械切換。

電磁繼電器或機電繼電器主要由三個主要部件組成。

電磁線圈

可移動電樞

電磁線圈

電磁鐵是一根繞在鐵磁材料芯上的導線。當電流通過線圈時，它會產生能量并在其周圍產生強磁場。電磁線圈連接到低功率電路或電源。

可移動電樞

可動電樞是繼電器的導電部分。它是兩個觸點之間的公共連接。因此，它用于斷開或建立它們之間的連接。它由金屬制成，被通電的電磁線圈吸引。一旦線圈斷電，連接到電樞另

一端的彈簧會將其拉回其原始位置。

觸點用于斷開或接通大功率電路。它由高導電性、耐過熱和抗電弧的材料制成。觸點所用的材料可以是銀、鎢、鈀等。繼電器中有兩種不同類型的觸點，即常閉 NC 和常開 NO 

觸點。

NC 觸點是常閉觸點，這意味著當線圈未通電時，這些觸點處于閉合位置。而 NO 觸點在線圈未通電時處于打開位置。

電樞觸點根據線圈電源在 NC 和 NO 觸點之間切換。

繼電器的構造 - 繼電器內部 - 繼電器的部件

電磁繼電器的工作原理

EMR 繼電器的工作原理是線圈和電樞之間的電磁吸引力。EMR 繼電器有兩種狀態或條件，即通電狀態和斷電狀態。

EMR 繼電器有一個電磁線圈，它使用稱為控制信號的小信號來通電。一旦線圈通電，線圈就會在其周圍產生磁場。磁場對電樞施加吸引力并將其拉下。當控制信號被移除時，線

圈斷電，磁場消失。因此，作用在電樞上的吸引力也會消失。連接在電樞另一端的彈簧將電樞拉到其正常位置。

斷電狀態下，公共觸點與NC端子連接；通電狀態下，公共觸點由NC端子切換到NO端子。

線圈額定值

它是激勵線圈所需的控制信號的輸入電壓和電流。交流和直流線圈有所不同。

直流電阻

指的是繼電器中電磁線圈的直流電阻。

觸點額定值顯示觸點可以連續處理的最大電壓和電流。

切換時間

切換時間是指繼電器接通和斷開的時間。繼電器通電后，到切換觸點的時間稱為接通時間。繼電器斷電后，到切換觸點的時間稱為斷開時間。

對于敏感且昂貴的設備中使用的繼電器，切換時間非常重要。對于保護繼電器來說，切換時間也至關重要。

外殼

有些繼電器帶有外殼。它有助于保護繼電器免受觸點之間聚集的灰塵顆粒的影響。它還可以隔離電弧，防止其造成火災隱患。因此，在開路或危險環境中，必須使用封閉式繼電

器。但是，您可以在封閉設備中使用開放式繼電器。

基于建設和運營

根據操作方式，EMR 分為兩種類型

電磁吸引繼電器

電磁感應繼電器

電磁吸引繼電器

這種類型的繼電器是 EMR 繼電器。在這種繼電器中，電樞被吸引到電磁鐵上。它適用于交流和直流電源。

電磁線圈用于產生吸引電樞的磁場。吸引力的大小與磁通或電源電流的平方成正比。由于直流電是恒定的，因此產生的力也是恒定的。而在交流繼電器中，產生的電磁力以電源頻

率的兩倍脈動。這種脈動磁力會產生噪音并損壞觸點。

平衡木接力賽

平衡梁繼電器是一種電磁吸引繼電器。它用于比較兩個量。它由一根水平梁制成，中間有一個樞軸支撐。梁的末端有兩組觸點。梁下方有兩個線圈，即操作線圈和抑制線圈。這兩

個線圈在梁中產生方向相反的扭矩。因此扭矩相互抵消，梁保持在正常位置。

平衡木接力賽

梁中產生的凈扭矩是兩個扭矩之間的差值。由于扭矩是由與電流成正比的磁引力產生的。凈扭矩取決于兩個信號之間的差值。因此，它會比較電磁線圈處的兩個信號。如果操作扭

矩大于限制扭矩，梁會將觸點拉入閉合狀態。當限制扭矩超過操作扭矩時，梁會拉回并打開觸點。

此種繼電器過去多用作差動繼電器、阻抗繼電器，現已被整流橋比較器、動圈繼電器等現代裝置所取代。

梁式繼電器的優點是可以調整以實現快速操作。主要缺點是復位/操作比差和相位移

鉸鏈電樞繼電器

這是另一種電樞吸引繼電器。電樞的一端通過鉸鏈連接到電磁鐵的鐵芯，另一端通過觸點連接到電樞。吸引力與電樞和磁極之間氣隙中的磁通平方成正比。由于氣隙隨著電樞接

近磁極而減小，因此吸引力增加。

鉸鏈電樞繼電器

鉸鏈電樞型繼電器可在交流和直流下工作。在直流電中，吸引力是恒定的，而在交流電中，吸引力以電源頻率的兩倍脈動。添加了另一個線圈，稱為抑制線圈，由移相電路通電。

它有助于將電樞恢復到正常位置。

電樞吸引繼電器主要用于機器、設備的保護，是一種瞬時繼電器，動作速度很高，約為5ms。

柱塞類型

在這種類型的繼電器中，有一個螺線管，其中有一個鐵柱塞穿過它。觸點位于柱塞的一端，彈簧對柱塞施加約束力。線圈/螺線管一旦通電，就會拉動柱塞，使觸點閉合。當電源恢

復時，螺線管斷電，柱塞不再被吸引。彈簧拉出柱塞，從而斷開觸點。

柱塞式繼電器

柱塞型吸引繼電器已不再使用，因為它已被更高效、更快速切換的繼電器所取代。

動圈繼電器

動圈繼電器是另一種吸引繼電器，其中動圈放置在永磁體內部。線圈帶有移動觸點，當線圈移動時，該觸點閉合和斷開。它也被稱為極化直流動圈繼電器。它僅在直流下工作。

適當的整流器可用于交流電。它是很靈敏的電磁繼電器。由于其靈敏度高，它用于距離和差動保護的精確測量。

動圈繼電器有兩種類型

旋轉動圈繼電器

軸向動圈繼電器

旋轉動圈繼電器

給定的圖顯示了一個旋轉動圈繼電器。有一個過早磁鐵，線圈纏繞在鐵芯上。螺旋彈簧提供復位扭矩。線圈帶有一個接觸臂。

動圈繼電器

當電流通過磁場內的線圈時，線圈會旋轉。旋轉是由于永磁體的磁場與線圈之間的相互作用。臂也會旋轉并閉合觸點。螺旋彈簧提供復位扭矩，該扭矩會隨著線圈的旋轉而增加。

軸向動圈繼電器

軸向動圈繼電器，如圖所示，為軸向動圈繼電器的結構，線圈繞在圓柱形鐵芯上，水平懸掛，沿軸線旋轉。

軸向動圈繼電器

這種繼電器比旋轉式繼電器更快、更靈敏。簡而言之，它是一種非常靈敏的繼電器，觸點間隙非常小。

簧片繼電器

簧片繼電器由一根密封的玻璃管組成，管內有一條鎳鐵條。線圈環繞玻璃管。薄條的一端固定，管中心自由。條的自由端作為繼電器的觸點，如下圖所示。

簧片繼電器

當線圈通電時，會產生磁場，在條帶之間產生吸引力并閉合觸點。由于簧片開關（條帶觸點）是密封的，因此觸點之間不會產生電弧和灰塵聚集。因此，簧片繼電器無需維護且

可靠。

簧片繼電器是基于設計的電磁繼電器。而在操作方面，它們是靜態繼電器。它們用于保護。在操作過程中沒有振動

極化動鐵繼電器

在這種繼電器中，線圈是靜止的，它吸引臂斷開或接觸。它使用永磁體進行極化，并在線圈的磁通之外產生磁通。永磁體用于極化，這增加了線圈的靈敏度。它是直流操作繼電器。

但是，交流電可以與整流器一起使用。

極化動鐵繼電器

極化動圈繼電器在提供的直流電極性正確時工作。它不會在反極性下工作。其他吸引式電樞型繼電器不依賴于輸入極性。由于線圈是固定的，因此繼電器相對更可靠、更堅固。

由于它采用電磁感應方式運行，因此只能在交流電下工作。

感應盤繼電器

在感應盤式繼電器中，有一個旋轉的鋁盤或銅盤，用于接通和斷開觸點。旋轉盤中產生的扭矩是由交流電磁鐵的磁通量引起的。

圓盤位于產生交變磁通的電磁鐵的兩極之間。該磁通在圓盤中產生與磁通同相的渦流，因此不會產生扭矩。

為了在轉子中產生扭矩，我們必須提供旋轉磁通或相移磁通。因此，感應盤類型進一步分為兩種類型。

罩極結構

在罩極結構中，電磁鐵的極被分成兩個相等的部分。一半部分覆蓋有罩極銅環，而另一半部分則保持無罩極，如下圖所示。

罩極型感應繼電器

未遮蔽部分產生的磁通量將在遮蔽環中感應出電流，從而產生具有不同相位的另一個磁通量。這兩個磁通量在圓盤中感應出具有各自相位的渦流。磁通量與彼此的渦流相互作用并

在圓盤中產生凈扭矩。

電能表結構

在這種盤式繼電器中，使用兩個電磁鐵，它們之間有一個自由旋轉的圓盤。兩個電磁鐵，上部 E 形電磁鐵在其中心線上帶有兩個繞組，下部 U 形電磁鐵在兩個分支上帶有次級繞組。這兩個繞組產生交變磁通，該磁通具有取決于繞組之間位移的相位差。兩種不同的磁通在圓盤中感應出渦流，它們相互作用產生凈扭矩。

電能表類型感應繼電器

為了斷開觸點，必須產生復位扭矩。因此，使用螺旋彈簧來提供復位扭矩。盤式感應繼電器的優點是其電流和時間設置可以根據應用輕松調整。它們堅固耐用，保護準確。

感應杯接力賽

感應杯繼電器是感應盤繼電器的一種改進形式，使用旋轉空心杯代替盤。杯的慣性很小，因此可以實現很高的速度。它可以有多個極數，這些極數與產生的扭矩成比例。空心杯內

裝有固定鐵芯，周圍有四個固定繞組，繞組上有兩對線圈。每對線圈產生相反的極。杯上有一個臂，用于接通或斷開觸點。彈簧用于提供抑制扭矩。

感應杯接力賽

當繞組通電時，它們會產生旋轉磁場，從而在杯中感應出電流。旋轉磁通量與感應電流相互作用，在杯中產生扭矩。臂旋轉以切換觸點。

空心杯設計使感應電流阻力小，重量輕，磁路更好，效率比盤式繼電器高3倍。

繼電器可以根據觸點的配置進行分類。

單刀單擲 (SPST)

單刀單擲或 SPST 繼電器只有一個極，這意味著它只能控制一個電路，單擲意味著它的極只能在一個位置導通。SPST 圖如下所示。

SPST 繼電器

它有四個端子，兩個用于給線圈通電（輸入信號），兩個用于控制電路。它只有兩種狀態，即打開或關閉狀態。

單刀雙擲 (SPDT)

SPDT 或單刀雙擲的名稱表明它只有一個刀和兩個擲。因此，它一次可以控制一個電路，但刀可以在兩個位置傳導至兩個不同的端子。

SPDT 繼電器

SPDT 有 5 個端子，其中兩個端子用于控制信號，NC、NO 和公共端子。它有兩種狀態，在任一狀態下，一個端子導通，而另一個端子不導通。

雙刀單擲 (DPST)

雙刀單擲繼電器有兩個刀和單擲，每個刀分別控制不同的電路。但是，刀只能在一個位置導通。它類似于使用相同輸入信號控制的兩個獨立 SPST 繼電器。

雙刀單擲繼電器

它有 6 個端子，其中兩個用于輸入信號，兩對端子用于控制電路。

雙刀雙擲（DPDT）

DPDT 繼電器有兩個極點，用于控制兩個獨立電路，還有兩個擲點，用于在兩個位置導通。它使用公共輸入信號充當兩個 SPDT。

DPDT 繼電器

繼電器最多可有 12 個極點。

根據應用

EMR繼電器可根據其應用進行分類。

保護繼電器

這些是用于保護電路的繼電器

電流電壓繼電器

這種繼電器用于監控電路中的電流和電壓值。當電壓和電流超過或低于某個值時，繼電器可保護電路并切斷電源。

差動繼電器

差動繼電器是一種 EMR，用于比較兩個或兩個以上的電流信號。因此，它用于保護電路。它們靈敏度高，開關速度快。

距離接力

它是一種用于保護輸電線路的繼電器。它通過測量繼電器和故障位置之間的阻抗并將其與預設值進行比較來檢測線路中的故障。如果阻抗偏離，它會隔離故障線路。

它用于相故障和接地故障保護

順序中繼

順序繼電器能夠按照預定順序打開或關閉觸點。它既可以工作在單個脈沖下，也可以工作在一系列脈沖下，每個脈沖依次關閉觸點。

目標信號繼電器

這是另一種沒有自動復位功能的保護繼電器，必須手動復位。因此，它用于指示所連接設備的狀態。它也被稱為目標繼電器、信號繼電器或標志繼電器。

接地故障繼電器

接地故障繼電器用于提供接地故障保護。接地故障是指從火線到地線或中性線的異常電流。它可能導致短路或任何生物觸電。接地故障是由于電線絕緣層或設備損壞而發生的。

接地故障繼電器

接地故障繼電器用于防止接地故障。接地故障是指異常電流從火線流向大地。電流也可能通過人體流向大地并導致觸電。一旦檢測到任何接地漏電，它就會迅速切換電路。

功率因數繼電器

顧名思義，它用于感測系統中的功率因數，并切換系統中的電感和電容功率元件來調整功率因數。它用于提高所用電能的效率。

時間繼電器

時間繼電器，顧名思義，是一種在輸入信號和狀態變化之間需要一定時間延遲的繼電器。其他類型的繼電器在施加輸入信號時會立即跳閘或切換。它主要起到延時作用。

磁保持繼電器

鎖存繼電器是一種保留其最后狀態的繼電器。斷電后其狀態不會改變。因此，它保持開啟或關閉狀態。此類繼電器用于制冷、暖通空調等。

旋轉繼電器

旋轉繼電器使用旋轉運動代替臂的上下移動。旋轉運動由小型電機提供。

閃光接力

閃光繼電器用于在跳閘時產生閃爍的光，以引起注意而不是開燈。

EMR 的優點和缺點

優點

以下是電磁繼電器的一些優點。

EMR 可用于控制交流和直流電路。

它的設計堅固而簡單。

其開關速度可調節。

運行速度快

它比靜態繼電器便宜得多。

切換時，會發出咔嗒聲確認。

缺點

以下是電磁繼電器的一些缺點。

它在斷路時會產生電弧。電弧會損壞觸點，降低其導電性。

觸點可能會腐蝕或積聚在觸點之間灰塵和污染物，從而隨著時間的推移降低其效率。

它需要定期維護。

接觸臂的慣性限制了繼電器的工作速度。

除極化繼電器外，它均可雙向導電。

電磁（電工）繼電器的應用

電磁繼電器因其低成本、堅固的設計而被廣泛應用。

它用于交流/直流電路的保護。

它用于將低壓電路與高壓電路隔離。

它用作自動轉換開關。

它用于保護設備免受過載和過壓。

高速繼電器用于保護敏感設備。

它用于使用小信號（例如微控制器中的信號）驅動重負載。

它們還用于比較不同的信號。