继电器的工作原理、分类、选型与测试指南

一、继电器概述

1、定义

继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，具有在输入量（激励量）变化满足规定要求时，在电气输出电路中引发被控量预定阶跃变化的能力。

其独特之处在于它构建了控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）之间的紧密互动关系。

通常，继电器被广泛应用于自动化控制电路，实际上，它是通过小电流控制大电流操作的一种“自动开关”。

在电路中，继电器发挥着自动调节、安全保护以及转换电路等重要功能。

2、结构和工作原理

作为控制元件，继电器具有多种作用： 

1. 扩大控制范围：多触点继电器通过控制信号达到一定值时，可根据触点组的不同形式，同时进行换接、开断或接通多路电路，从而扩大控制范围。 

2. 放大：灵敏型继电器和中间继电器等类型，通过微小的控制量即可控制具有很大功率的电路，实现信号的放大效果。

3. 综合信号：多绕组继电器可以接收多个控制信号，经过比较综合后，实现预定的控制效果，达到对信号的综合处理。 

4. 自动、遥控、监测：在自动装置中，继电器与其他电器协同工作，形成程序控制线路，从而实现自动化运行，遥控和监测系统的正常运行。 

   通过这些作用，继电器在电气控制系统中发挥着关键的角色，为各种应用提供了可靠的控制手段。

3、应用领域

继电器作为一种具有隔离功能的自动开关元件，在遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化以及电力电子设备等领域得到广泛应用，被认为是最为重要的控制元件之一。

典型的继电器通常包含能够感应一定输入变量（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），具备对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分），以及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）。

二、继电器的分类

1、按工作原理或结构特征分类

1.1 电磁继电器:

电磁继电器是一种利用输入电路内电流在电磁铁铁芯与衔铁之间产生吸引力而工作的电气继电器。

根据控制电流的性质，电磁继电器分为以下几类：    

• a) 直流电磁继电器:控制电流为直流的电磁继电器，根据触点负载大小可分为微功率、弱功率、中功率和大功率四种。        

• b) 交流电磁继电器:控制电流为交流的电磁继电器，根据线圈电源频率的不同，分为50Hz和400Hz两种。        

• c) 磁保持继电器:利用永久磁铁或具有高剩磁特性的零件，使电磁继电器的衔铁在其线圈断电后仍能保持在线圈通电时的位置。 

1.2 固体继电器:

固体继电器是一种四端器件，具有两个输入端和两个输出端，中间通过隔离器件实现输入输出的电隔离。

根据负载电源类型、开关型式和隔离型式的不同，固体继电器可分为不同种类，包括交流型、直流型、常开型、常闭型、混合型、变压器隔离型和光电隔离型等，其中光电隔离型最为常见。

1.3 温度继电器:

温度继电器在外界温度达到给定值时动作，用于控制与温度相关的应用。 

1.4 舌簧继电器:

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。

其特征包括小型尺寸、轻量、反应速度快以及短跳动时间等。

1.5 时间继电器:

时间继电器利用电磁原理或机械原理实现延时控制，当输入信号加上或除去时，输出部分需要在规定时间内延时或限时闭合或断开被控线路。

种类繁多，包括空气阻尼型、电动型和电子型等。 

1.6 高频继电器:

高频继电器用于切换高频、射频线路，具有最小损耗。 

1.7 极化继电器:

极化继电器通过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。

继电器的动作方向取决于控制线圈中流过的电流方向。 

1.8 其他类型的继电器:

包括光继电器、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、按外形尺寸分类

2.1 微型继电器: 

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。 

2.2 超小型微型继电器: 

同上，属于微型继电器中的更小型号。 

2.3 小型微型继电器: 

同上，属于微型继电器中的小型号。   

3、按继电器的负载分类

3.1 微功率继电器: 

适用于微功率负载的继电器。

3.2 弱功率继电器: 

适用于弱功率负载的继电器。

3.3 中功率继电器: 

适用于中功率负载的继电器。

3.4 大功率继电器: 

适用于大功率负载的继电器。 

4、按继电器的防护特征分类 

4.1 密封继电器: 

具有密封特性的继电器。 

4.2 封闭式继电器: 

继电器采用封闭结构。 

4.3 敞开式继电器: 

继电器采用敞开结构。 

5、按继电器按照动作原理或结构特征分类 

5.1 电磁型: 

由控制电流通过线圈所产生的电磁吸引力驱动磁路中的可动部分而实现触点开、闭或转换功能的继电器。

5.2 感应型:

感应型继电器根据感应原理进行工作，通过外界的感应场来操控可动部分，实现触点的开闭或转换。 

5.3 整流型:

整流型继电器利用整流电路的原理，将交流电信号转换为直流电信号，从而实现继电器的动作。 

5.4 电子型:

电子型继电器通过电子器件（例如晶体管、集成电路等）来实现控制和开关操作，具有高灵敏度和快速响应的特点。 

5.5 数字型等:

数字型继电器采用数字技术进行控制，通过数字信号来实现继电器的动作和控制。 

6、按照反应的物理量可分类

6.1 电流继电器:

根据电流的变化来触发动作的继电器。 

6.2 电压继电器:

根据电压的变化来触发动作的继电器。 

6.3 功率方向继电器:

用于监测和控制电路中的功率方向。 

6.4 阻抗继电器:

根据电路中的阻抗变化进行触发和控制。 

6.5 频率继电器:

用于监测和调节电路中的频率。 

6.6 气体（瓦斯）继电器:

特定用途下，用于监测气体或瓦斯等的继电器。 

7、 按照继电器在保护回路中所起的作用可分类

7.1 启动继电器:

用于启动电机或其他设备的继电器。

7.2 量度继电器:

 用于测量电路中的电流、电压等物理量的继电器。 

7.3 时间继电器:

实现延时控制，在规定时间内闭合或断开被控线路。 

7.4 中间继电器:

 在控制回路中起到中间传递、放大等作用的继电器。

7.5 信号继电器:

用于处理和传递信号的继电器。 

7.6 出口继电器:

在电路中输出控制信号的继电器。 

8、按其作用原理或结构特征分类

8.1 电磁继电器:

由控制电流通过线圈所产生的电磁吸引力驱动磁路中的可动部分而实现触点开、闭或转换功能的继电器。 

以上分类涵盖了继电器的多个方面，从工作原理、外形尺寸、负载特性、防护特征到动作原理和反应的物理量等多个维度进行了详细分类。

这有助于理解和选择不同类型的继电器，以满足各种应用场景的需求。

三、选型指南：

1、按使用环境选型：

• 温度：考虑环境中的最大和最小温度。

• 湿度：注意环境中的最大相对湿度，特别是在40摄氏度下。

• 低气压：在高度超过1000米时需要考虑。

• 振动和冲击：了解环境中可能存在的振动和冲击条件。   

• 封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。 

2、按输入信号不同确定继电器种类：

• 避免在电磁或射频干扰敏感的装置周围选用交流电激励的继电器。

• 对于使用固态器件或电路提供激励的场合，选择带有瞬态抑制电路的产品。 

3、输入参量的选定：

• 确定线圈工作电压（或电流）和吸合电压（或电流）。

• 计算控制安全系数，确保在吸合值下使用继电器是可靠和安全的。

• 考虑环境温度升高、振动、冲击等条件下的影响。 

4、根据负载情况选择继电器触点的种类和容量：

• 触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。

• 考虑负载容量大小和负载性质，确保触点选择符合实际应用需求。

• 注意触点的额定负载与寿命，尤其是在改变负载性质时。 

5、其他注意事项：

• 在极性转换、相位转换负载场合，优先选择三位置的K型触点。 

• 对于切换不同步的单相交流负载，考虑相位差，触点额定值应为负载电流的4倍，额定电压为负载电压的2倍。    

考虑继电器的外罩上标注的阻性额定负载值，其他性质的额定负载参考详细技术条件。

正确选择和使用继电器，特别是考虑到使用环境和负载情况，对于确保系统可靠性和继电器寿命至关重要。

在实际应用中，建议根据具体需求咨询专业人员，以确保选用的继电器符合系统要求。   

四、继电器主要产品技术参数：

1、额定工作电压：

• 定义：正常工作时线圈所需的电压。    

• 类型：可以是交流电压或直流电压，具体取决于继电器型号。   

• 注意事项：不同型号的继电器可能有不同的额定工作电压，需根据实际需求选择合适的型号。

2、直流电阻：

• 定义：继电器线圈的直流电阻。   

• 测量：可通过使用万能表进行测量。    

• 重要性：直流电阻是判断线圈状态和电气性能的重要参数，对于故障诊断和性能评估至关重要。 

3、吸合电流：

• 定义：产生吸合动作的最小电流。    

• 要求：正常使用时，给定电流应略大于吸合电流，以确保继电器的稳定工作。    

• 电压限制：线圈所加的工作电压一般不应超过额定工作电压的1.5倍，以防止线圈过流而损坏。 

 4、释放电流：

• 定义：产生释放动作的最大电流。 

• 特点：在继电器吸合状态下，电流减小到一定程度时，继电器会返回未通电的释放状态。

• 重要性：释放电流是判断继电器释放性能的关键参数，影响继电器的可靠性和稳定性。 

 5、触点切换电压和电流：

• 定义：继电器允许加载的电压和电流。    

• 决定：影响继电器对电压和电流控制的能力，使用时不能超过此值。    

注意事项：

超过规定的触点切换电压和电流可能导致触点损坏，因此在选择和使用时需谨慎考虑。 

 这些技术参数是评估继电器性能和适用性的重要指标。

在实际应用中，根据系统要求和环境条件选择适当型号的继电器，并确保在正常工作范围内使用，以保障系统的稳定性和可靠性。

五、继电器的电符号和触点形式：

1、电符号：

继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果有两个线圈，可画两个并列的长方框。在长方框内或旁边标上继电器的文字符号“J”。    

2、触点形式：

继电器的触点有三种基本形式，分别是动合型（H型）、动断型（D型）、和转换型（Z型）。        

动合型（H型）：

• 描述：线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点闭合。     

• 符号：以合字的拼音字头“H”表示。

动断型（D型）：

• 描述：线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点断开。

• 符号：用断字的拼音字头“D”表示。

转换型（Z型）：

• 描述：触点组共有三个触点，包括中间的动触点和上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开，另一个闭合；

  线圈通电后，动触点移动，实现另一个断开、一个闭合的状态，达到转换目的。      

• 符号：用“转”字的拼音字头“Z”表示。

注意事项：

• 触点的编码和线圈文字符号有助于标识和区分不同触点。 

• 电符号和触点形式的标识对于电路设计和维护具有重要意义，确保正确连接和操作。