电磁继电器或机电继电器 - 结构、工作原理、类型和应用

什么是电气继电器？

继电器是一种电动自动开关，通过施加电信号来切换一对或多对触点。它用于使用低功率信号切换高功率电路。

继电器有多种类型，其中电磁继电器是继电器的一种。

电磁继电器

电磁继电器或 EMR（也称为机电继电器）是一种电气继电器，使用电磁铁来切换电路。电磁铁产生磁场，从而产生吸引力，导致触点的机械切换。

电磁继电器或机电继电器主要由三个主要部件组成。

电磁线圈

可移动电枢

电磁线圈

电磁铁是一根绕在铁磁材料芯上的导线。当电流通过线圈时，它会产生能量并在其周围产生强磁场。电磁线圈连接到低功率电路或电源。

可移动电枢

可动电枢是继电器的导电部分。它是两个触点之间的公共连接。因此，它用于断开或建立它们之间的连接。它由金属制成，被通电的电磁线圈吸引。一旦线圈断电，连接到电枢另

一端的弹簧会将其拉回其原始位置。

触点用于断开或接通大功率电路。它由高导电性、耐过热和抗电弧的材料制成。触点所用的材料可以是银、钨、钯等。继电器中有两种不同类型的触点，即常闭 NC 和常开 NO 

触点。

NC 触点是常闭触点，这意味着当线圈未通电时，这些触点处于闭合位置。而 NO 触点在线圈未通电时处于打开位置。

电枢触点根据线圈电源在 NC 和 NO 触点之间切换。

继电器的构造 - 继电器内部 - 继电器的部件

电磁继电器的工作原理

EMR 继电器的工作原理是线圈和电枢之间的电磁吸引力。EMR 继电器有两种状态或条件，即通电状态和断电状态。

EMR 继电器有一个电磁线圈，它使用称为控制信号的小信号来通电。一旦线圈通电，线圈就会在其周围产生磁场。磁场对电枢施加吸引力并将其拉下。当控制信号被移除时，线

圈断电，磁场消失。因此，作用在电枢上的吸引力也会消失。连接在电枢另一端的弹簧将电枢拉到其正常位置。

断电状态下，公共触点与NC端子连接；通电状态下，公共触点由NC端子切换到NO端子。

线圈额定值

它是激励线圈所需的控制信号的输入电压和电流。交流和直流线圈有所不同。

直流电阻

指的是继电器中电磁线圈的直流电阻。

触点额定值显示触点可以连续处理的最大电压和电流。

切换时间

切换时间是指继电器接通和断开的时间。继电器通电后，到切换触点的时间称为接通时间。继电器断电后，到切换触点的时间称为断开时间。

对于敏感且昂贵的设备中使用的继电器，切换时间非常重要。对于保护继电器来说，切换时间也至关重要。

外壳

有些继电器带有外壳。它有助于保护继电器免受触点之间聚集的灰尘颗粒的影响。它还可以隔离电弧，防止其造成火灾隐患。因此，在开路或危险环境中，必须使用封闭式继电

器。但是，您可以在封闭设备中使用开放式继电器。

基于建设和运营

根据操作方式，EMR 分为两种类型

电磁吸引继电器

电磁感应继电器

电磁吸引继电器

这种类型的继电器是 EMR 继电器。在这种继电器中，电枢被吸引到电磁铁上。它适用于交流和直流电源。

电磁线圈用于产生吸引电枢的磁场。吸引力的大小与磁通或电源电流的平方成正比。由于直流电是恒定的，因此产生的力也是恒定的。而在交流继电器中，产生的电磁力以电源频

率的两倍脉动。这种脉动磁力会产生噪音并损坏触点。

平衡木接力赛

平衡梁继电器是一种电磁吸引继电器。它用于比较两个量。它由一根水平梁制成，中间有一个枢轴支撑。梁的末端有两组触点。梁下方有两个线圈，即操作线圈和抑制线圈。这两

个线圈在梁中产生方向相反的扭矩。因此扭矩相互抵消，梁保持在正常位置。

平衡木接力赛

梁中产生的净扭矩是两个扭矩之间的差值。由于扭矩是由与电流成正比的磁引力产生的。净扭矩取决于两个信号之间的差值。因此，它会比较电磁线圈处的两个信号。如果操作扭

矩大于限制扭矩，梁会将触点拉入闭合状态。当限制扭矩超过操作扭矩时，梁会拉回并打开触点。

此种继电器过去多用作差动继电器、阻抗继电器，现已被整流桥比较器、动圈继电器等现代装置所取代。

梁式继电器的优点是可以调整以实现快速操作。主要缺点是复位/操作比差和相位移

铰链电枢继电器

这是另一种电枢吸引继电器。电枢的一端通过铰链连接到电磁铁的铁芯，另一端通过触点连接到电枢。吸引力与电枢和磁极之间气隙中的磁通平方成正比。由于气隙随着电枢接

近磁极而减小，因此吸引力增加。

铰链电枢继电器

铰链电枢型继电器可在交流和直流下工作。在直流电中，吸引力是恒定的，而在交流电中，吸引力以电源频率的两倍脉动。添加了另一个线圈，称为抑制线圈，由移相电路通电。

它有助于将电枢恢复到正常位置。

电枢吸引继电器主要用于机器、设备的保护，是一种瞬时继电器，动作速度很高，约为5ms。

柱塞类型

在这种类型的继电器中，有一个螺线管，其中有一个铁柱塞穿过它。触点位于柱塞的一端，弹簧对柱塞施加约束力。线圈/螺线管一旦通电，就会拉动柱塞，使触点闭合。当电源恢

复时，螺线管断电，柱塞不再被吸引。弹簧拉出柱塞，从而断开触点。

柱塞式继电器

柱塞型吸引继电器已不再使用，因为它已被更高效、更快速切换的继电器所取代。

动圈继电器

动圈继电器是另一种吸引继电器，其中动圈放置在永磁体内部。线圈带有移动触点，当线圈移动时，该触点闭合和断开。它也被称为极化直流动圈继电器。它仅在直流下工作。

适当的整流器可用于交流电。它是很灵敏的电磁继电器。由于其灵敏度高，它用于距离和差动保护的精确测量。

动圈继电器有两种类型

旋转动圈继电器

轴向动圈继电器

旋转动圈继电器

给定的图显示了一个旋转动圈继电器。有一个过早磁铁，线圈缠绕在铁芯上。螺旋弹簧提供复位扭矩。线圈带有一个接触臂。

动圈继电器

当电流通过磁场内的线圈时，线圈会旋转。旋转是由于永磁体的磁场与线圈之间的相互作用。臂也会旋转并闭合触点。螺旋弹簧提供复位扭矩，该扭矩会随着线圈的旋转而增加。

轴向动圈继电器

轴向动圈继电器，如图所示，为轴向动圈继电器的结构，线圈绕在圆柱形铁芯上，水平悬挂，沿轴线旋转。

轴向动圈继电器

这种继电器比旋转式继电器更快、更灵敏。简而言之，它是一种非常灵敏的继电器，触点间隙非常小。

簧片继电器

簧片继电器由一根密封的玻璃管组成，管内有一条镍铁条。线圈环绕玻璃管。薄条的一端固定，管中心自由。条的自由端作为继电器的触点，如下图所示。

簧片继电器

当线圈通电时，会产生磁场，在条带之间产生吸引力并闭合触点。由于簧片开关（条带触点）是密封的，因此触点之间不会产生电弧和灰尘聚集。因此，簧片继电器无需维护且

可靠。

簧片继电器是基于设计的电磁继电器。而在操作方面，它们是静态继电器。它们用于保护。在操作过程中没有振动

极化动铁继电器

在这种继电器中，线圈是静止的，它吸引臂断开或接触。它使用永磁体进行极化，并在线圈的磁通之外产生磁通。永磁体用于极化，这增加了线圈的灵敏度。它是直流操作继电器。

但是，交流电可以与整流器一起使用。

极化动铁继电器

极化动圈继电器在提供的直流电极性正确时工作。它不会在反极性下工作。其他吸引式电枢型继电器不依赖于输入极性。由于线圈是固定的，因此继电器相对更可靠、更坚固。

由于它采用电磁感应方式运行，因此只能在交流电下工作。

感应盘继电器

在感应盘式继电器中，有一个旋转的铝盘或铜盘，用于接通和断开触点。旋转盘中产生的扭矩是由交流电磁铁的磁通量引起的。

圆盘位于产生交变磁通的电磁铁的两极之间。该磁通在圆盘中产生与磁通同相的涡流，因此不会产生扭矩。

为了在转子中产生扭矩，我们必须提供旋转磁通或相移磁通。因此，感应盘类型进一步分为两种类型。

罩极结构

在罩极结构中，电磁铁的极被分成两个相等的部分。一半部分覆盖有罩极铜环，而另一半部分则保持无罩极，如下图所示。

罩极型感应继电器

未遮蔽部分产生的磁通量将在遮蔽环中感应出电流，从而产生具有不同相位的另一个磁通量。这两个磁通量在圆盘中感应出具有各自相位的涡流。磁通量与彼此的涡流相互作用并

在圆盘中产生净扭矩。

电能表结构

在这种盘式继电器中，使用两个电磁铁，它们之间有一个自由旋转的圆盘。两个电磁铁，上部 E 形电磁铁在其中心线上带有两个绕组，下部 U 形电磁铁在两个分支上带有次级绕组。这两个绕组产生交变磁通，该磁通具有取决于绕组之间位移的相位差。两种不同的磁通在圆盘中感应出涡流，它们相互作用产生净扭矩。

电能表类型感应继电器

为了断开触点，必须产生复位扭矩。因此，使用螺旋弹簧来提供复位扭矩。盘式感应继电器的优点是其电流和时间设置可以根据应用轻松调整。它们坚固耐用，保护准确。

感应杯接力赛

感应杯继电器是感应盘继电器的一种改进形式，使用旋转空心杯代替盘。杯的惯性很小，因此可以实现很高的速度。它可以有多个极数，这些极数与产生的扭矩成比例。空心杯内

装有固定铁芯，周围有四个固定绕组，绕组上有两对线圈。每对线圈产生相反的极。杯上有一个臂，用于接通或断开触点。弹簧用于提供抑制扭矩。

感应杯接力赛

当绕组通电时，它们会产生旋转磁场，从而在杯中感应出电流。旋转磁通量与感应电流相互作用，在杯中产生扭矩。臂旋转以切换触点。

空心杯设计使感应电流阻力小，重量轻，磁路更好，效率比盘式继电器高3倍。

继电器可以根据触点的配置进行分类。

单刀单掷 (SPST)

单刀单掷或 SPST 继电器只有一个极，这意味着它只能控制一个电路，单掷意味着它的极只能在一个位置导通。SPST 图如下所示。

SPST 继电器

它有四个端子，两个用于给线圈通电（输入信号），两个用于控制电路。它只有两种状态，即打开或关闭状态。

单刀双掷 (SPDT)

SPDT 或单刀双掷的名称表明它只有一个刀和两个掷。因此，它一次可以控制一个电路，但刀可以在两个位置传导至两个不同的端子。

SPDT 继电器

SPDT 有 5 个端子，其中两个端子用于控制信号，NC、NO 和公共端子。它有两种状态，在任一状态下，一个端子导通，而另一个端子不导通。

双刀单掷 (DPST)

双刀单掷继电器有两个刀和单掷，每个刀分别控制不同的电路。但是，刀只能在一个位置导通。它类似于使用相同输入信号控制的两个独立 SPST 继电器。

双刀单掷继电器

它有 6 个端子，其中两个用于输入信号，两对端子用于控制电路。

双刀双掷（DPDT）

DPDT 继电器有两个极点，用于控制两个独立电路，还有两个掷点，用于在两个位置导通。它使用公共输入信号充当两个 SPDT。

DPDT 继电器

继电器最多可有 12 个极点。

根据应用

EMR继电器可根据其应用进行分类。

保护继电器

这些是用于保护电路的继电器

电流电压继电器

这种继电器用于监控电路中的电流和电压值。当电压和电流超过或低于某个值时，继电器可保护电路并切断电源。

差动继电器

差动继电器是一种 EMR，用于比较两个或两个以上的电流信号。因此，它用于保护电路。它们灵敏度高，开关速度快。

距离接力

它是一种用于保护输电线路的继电器。它通过测量继电器和故障位置之间的阻抗并将其与预设值进行比较来检测线路中的故障。如果阻抗偏离，它会隔离故障线路。

它用于相故障和接地故障保护

顺序中继

顺序继电器能够按照预定顺序打开或关闭触点。它既可以工作在单个脉冲下，也可以工作在一系列脉冲下，每个脉冲依次关闭触点。

目标信号继电器

这是另一种没有自动复位功能的保护继电器，必须手动复位。因此，它用于指示所连接设备的状态。它也被称为目标继电器、信号继电器或标志继电器。

接地故障继电器

接地故障继电器用于提供接地故障保护。接地故障是指从火线到地线或中性线的异常电流。它可能导致短路或任何生物触电。接地故障是由于电线绝缘层或设备损坏而发生的。

接地故障继电器

接地故障继电器用于防止接地故障。接地故障是指异常电流从火线流向大地。电流也可能通过人体流向大地并导致触电。一旦检测到任何接地漏电，它就会迅速切换电路。

功率因数继电器

顾名思义，它用于感测系统中的功率因数，并切换系统中的电感和电容功率元件来调整功率因数。它用于提高所用电能的效率。

时间继电器

时间继电器，顾名思义，是一种在输入信号和状态变化之间需要一定时间延迟的继电器。其他类型的继电器在施加输入信号时会立即跳闸或切换。它主要起到延时作用。

磁保持继电器

锁存继电器是一种保留其最后状态的继电器。断电后其状态不会改变。因此，它保持开启或关闭状态。此类继电器用于制冷、暖通空调等。

旋转继电器

旋转继电器使用旋转运动代替臂的上下移动。旋转运动由小型电机提供。

闪光接力

闪光继电器用于在跳闸时产生闪烁的光，以引起注意而不是开灯。

EMR 的优点和缺点

优点

以下是电磁继电器的一些优点。

EMR 可用于控制交流和直流电路。

它的设计坚固而简单。

其开关速度可调节。

运行速度快

它比静态继电器便宜得多。

切换时，会发出咔嗒声确认。

缺点

以下是电磁继电器的一些缺点。

它在断路时会产生电弧。电弧会损坏触点，降低其导电性。

触点可能会腐蚀或积聚在触点之间灰尘和污染物，从而随着时间的推移降低其效率。

它需要定期维护。

接触臂的惯性限制了继电器的工作速度。

除极化继电器外，它均可双向导电。

电磁（电工）继电器的应用

电磁继电器因其低成本、坚固的设计而被广泛应用。

它用于交流/直流电路的保护。

它用于将低压电路与高压电路隔离。

它用作自动转换开关。

它用于保护设备免受过载和过压。

高速继电器用于保护敏感设备。

它用于使用小信号（例如微控制器中的信号）驱动重负载。

它们还用于比较不同的信号。