4.7 电磁继电器

常用的几种继电器的动作特点及主要用途见表4-34所列。

4.7.1 电磁继电器结构

电磁继电器一般由线圈、铁芯、衔铁、触点、簧片等组成。电磁继电器的结构及电路符号如图4-22所示。

电磁继电器的线圈是用漆包线在一个圆铁芯上绕几百圈至几千圈。当在电磁继电器线圈两端加上工作电压时，线圈中就将有电流通过，电磁效应将会使铁芯被磁化，产生的磁场力（电磁力）吸动衔铁带动簧片，使簧片上的触点接通（常开触点）。

4.7.2 电磁继电器的主要参数

电磁继电器的主要参数有线圈电源、线圈功率、额定工作电压、额定工作电流、线圈电阻、吸合电压、吸合电流、释放电压、释放电流、接点负荷等。

1. 线圈电源

线圈电源是指继电器线圈使用的工作电源类型，说明使用的是直流电压还是交流电压。

2. 额定工作电压和工作电流

额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压值。额定工作电流是指继电器正常工作时线圈所需要的电流值。

3. 吸合电压和吸合电流

吸合电压是指继电器能产生吸合动作的最小电压。吸合电流是指继电器能产生吸合动作的最小电流。

4. 释放电压和释放电流

释放电压是指继电器能产生释放动作的最大电压。释放电流是指继电器能产生释放动作的最大电流。

5. 接点负荷

接点负荷是指继电器触点的带负载能力，即触点能安全通过的最大电流和最高电压。超过此电流值和电压值时，就会影响继电器正常工作，甚至会使继电器触点损坏。

6. 线圈电阻

线圈电阻是指继电器线圈的直流电阻值，它与线圈的匝数及线圈的额定工作电压成正比。

4.7.3 电磁继电器典型应用电路

电磁继电器由电磁线圈与控制触点两个部分组合而成，控制触点都作为开关使用，受电磁线圈的控制。当给电磁线圈通电以后，其触点就会接通（指常开式触点）和分断（指常闭式触点），进而控制或保护有关电路。电磁继电器的典型应用方法通常都指其电磁绕组的连接方法，常见的连接方式有以下几种。

1. 集电极串联方式

集电极串联继电器线圈的方式也有几种，如图4-23所示。其中：图4-23（a）所示就是一种较典型的电路。

有的电路在继电器KA上再并联一只电解电容器，如图4-23（b）所示，它在三极管VT1导通时充电，当VT1 截止时则放电，从而抵消了一部分自感电势，与二极管VD共同起到了保护三极管的作用。

图4-23（c）和图4-23（d）中的二极管VD2、VD3和VD4的作用是产生自生偏压。当三极管截止时，二极管的电压降给发射结加上了一个反向偏压，使三极管截止得更深。

2. 发射极、基极、漏极串联方式

也有些电路将继电器接在晶体管发射极或单结管基极b、场效应晶体管漏极D上，发射极、源极、漏极串联继电器线圈方式，如图4-24所示，其效果与接集电极相似。

继电器与晶体管串联的电路，当晶体管饱和导通时，其发射极（或集电极）电流流过继电器绕组，使触点接通或断开，控制被控电路变换工作状态。

3. 可控硅串联方式

个别电路用小容量可控硅控制继电器，它们之间也是串接方式，可控硅串联继电器线圈方式如图4-25（a）所示。

4. 差分电路并联方式

差分放大电路使用继电器时，继电器线圈连接在两晶体管集电极之间，是依靠差动电流进行动作的。差分放大器并联继电器线圈方式如图4-25（b）所示。

5. 并联连接方式

继电器线圈与晶体管并联连接方式如图4-26所示，其动作过程正好与上述串联接法相反。当晶体管导通时，继电器线圈电流被晶体管旁路，无电流通过继电器线圈而不会动作；当晶体管截止时，继电器线圈中的电流通路形成而得电吸合，其触点就会动作。

6. 串联继电器自动开关

对于继电器来说，晶体管是一个自动开关，用以控制绕组电流的通断，有些电路需要在工作之初便立即接通继电器。串联继电器自动开关电路如图4-27所示。这些电路常用开关将串联晶体管短路，从而使继电器在接通电源以后就立即动作。

7. 并联、串并联继电器自动开关

并联、串并联继电器自动开关电路如图4-28所示。有的电路是通过继电器触点将晶体管短路，使继电器绕组接通电源并自动保持其工作状态，如图4-28（a）和图4-28（b）所示。

还有一些电路兼用开关和触点组成了串、并联电路来控制继电器线圈中电流通路的接通或断开，如图4-28（c）所示。在该电路中，当开始工作时，按下SA1起动开关后，就会使继电器KA线圈中的电流通路形成而得电吸合，其常开触点KA1就会闭合，从而使晶体三极管VT1的发射极等效接地，使VT1导通（VT1基极加有正偏电压）KA继电器自保。

4.7.4 电磁继电器的选择

对于电磁继电器的选择，通常可从以下几个方面来进行考虑。

1. 选择线圈合适的电压类型及电压

巧用电磁式继电器时，先应选择继电器线圈电源电压是交流还是直流。继电器线圈的额定工作电压一般应小于或等于其控制电路的工作电压。

2. 选择线圈合适的额定工作电流

对于采用晶体管或集成电路驱动的直流电磁继电器，其线圈额定工作电流（一般为吸合电流的2倍）应在驱动电路的输出电流范围之内。

3. 选择触点合适的类型

由于同一种型号的电磁继电器有多种触点形式可供选用，如单组触点、双组触点、多组触点、常开式触点、常闭式触点等，应选择适合巧用电路的触点类型。

4. 选择触点合适的额定负载电流

巧用继电器时，触点的额定负载电流大小是必须考虑的重要参数之一。许多电工尽管也注意使负载的正常工作电流不超过继电器触点的额定负载电流，但在使用中继电器的触点还是被频繁发生的电弧烧蚀而导致接触不良等，这就是因为没有搞清楚这一参数的具体含义。

（1）继电器触点额定负载电流含义

继电器触点额定的负载电流是指在规定的寿命内，在额定电压和频率下，触点所能切换的电阻性电流的大小。

由于负载性质的不同，即使额定工作电流相同，在接通或切断负载时通过的电流也是不同的，而影响触点寿命的正是在切换瞬间通过负载的电流。因此，不管负载的性质来选取继电器肯定是错误的。

（2）各种性质的负载对继电器触点寿命的影响

① 容性负载的影响。许多电源电路中都设置有大小容量的滤波电容器，一般电路中也有为数众多的退耦滤波电容器，使得这些电路都成为强容性电路。它们在刚接通电源时，由于电容器两端电压不能突变相当于短路，电路中电流必然很大，仅受电源电压和线路电阻限制是不够的，这样大的电流必然会使继电器的触点在接通时烧蚀。此问题可在电路中串联适当的电阻器来解决。

② 感性负载的影响。感性负载又可分为两种类型：电动机负载和强感性负载。电动机在静态时输入阻抗很小，在起动时会产生很大的起动电流，其大小为额定工作电流的5.5～7倍，持续时间视电动机负荷的大小而定，一般为10 s左右。这样大的起动电流易使继电器的触点在接通时有拉弧，且电弧持续时间较长，必然会对触点造成严重损坏。

当电动机在停机时，绕组中的电流迅速减小，由此又会产生很高的自感电动势加到控制它的继电器触点两端，也会引发电弧，烧伤触点。

扼流圈、电感器、接触器的线圈等属于强感性负载，这类负载虽然在接通电源时不会像电动机那样产生大的起动电流，但在切断电源时也会产生很高的自感电动势损伤触点。

③ 电阻性负载的影响。在电压一定时，电阻性负载中的电流一般是恒定的，但如果负载工作温度和常温相差很大时，则要考虑温度对负载电阻的影响。如白炽灯在冷态下灯丝温度为室温，而正常工作时灯丝处于高温炽热状态，达 1 500℃左右。而灯丝电阻值是随温度升高而增加的，室温下灯丝电阻只有正常工作时的十几分之一，所以白炽灯在刚接通电源时，通过的电流可达正常工作电流的十几倍。可见若以白炽灯的额定工作电流来选择继电器肯定是错误的。因此，在选用继电器时一定要考虑负载中可能出现的最大电流。

当然，为了降低对继电器带载能力的要求，也可以采取一些措施来减少负载中可能出现的最大电流，防止产生电弧，如在触点两端加电容器R-C网络、二极管、压敏元件等，必要时还可使用专门的灭弧装置。

5. 选择合适的体积

电磁继电器体积的大小通常与继电器触点负荷的大小有关，采用多大体积的继电器，通常应根据巧用电路的要求来确定。

继电器的型号较多，而且在同一型号中还有很多规格代号，它们的各项参数都不相同。尤其参数中的直流电阻、额定电压及吸合电流在选用时应重点考虑。表4-35与表4-36给出了JT3 系列直流继电器的技术数据，供选用时参考。

4.7.5 正确使用继电器的方法

正确使用继电器，不仅要正确选用其类别、型号、规格、参数，还要搞清楚它们的尺寸、接点、工作条件、安装方式，在电路设计上还应设置灭火花电路，设置阻尼元件电路，设置自保机构等。

1. 设置灭火花电路

当用继电器的触点去控制感性负载时（例如去控制电磁阀线圈、交流接触器线圈、电动机线圈等），当触点从闭合状态突然断开时，由于电感的反电势作用，会在继电器的两分开触点之间产生电场。当这一电场足够强时，就将会导致两触点之间的空气击穿而产生火花，当电流足够大时还可能会产生拉弧现象。

当继电器触点长期被电火花和电弧侵蚀时，会使其触点表面凹凸不平，进而影响了继电器的可靠性和寿命。另一方面，电火花或拉弧还会产生高频干扰，这种干扰窜入电子电路后，会对正常工作的电路产生影响，当影响较严重时，就要设置灭火花电路。

继电器触点的灭火花电路形式较多，较常用的有以下几种方法。

（1）RC灭火花电路

采用电阻、电容灭火花电路的形式有两种，继电器的两种常用RC灭火花电路如图4-29所示。在该电路中，L表示感性负载，r是其直流电阻器。

在图4-29（a）所示电路中，RC串联支路是并接在继电器的触点两端的。而图4-29（b）所示的RC串联支路是并接在负载L 与r 的两端。两者的灭火花原理基本相同，只要 RC串联支路的时间常数RC与电感电阻支路的时间常数L/r相等，一旦继电器的触点断开，电感中由于反电势引起的电流iL刚好全部流向RC支路，而不再流向触点，由此就可消除触点火花。

（2）续流二极管灭火花电路

续流二极管灭火花电路如图4-30所示。其中图4-30（a）所示是在负载支路并联二极管与电阻器串联的支路，图4-30（b）所示是在负载支路仅并接一只二极管。两电路的工作原理相同，都是将反电势引起的电流流经二极管而使其逐渐变小。

（3）压敏电阻灭火花电路

在高压电路中，也可以将压敏电阻RV并接在继电器触点的两端，如图4-30（b）所示，利用压敏电阻来消除继电器触点的火花。其工作过程是这样的：

当加在压敏电阻器两端的电压较小时，压敏电阻器呈现高阻特性，一旦电压达到某一数值时，压敏电阻器呈低阻，由此就达到了消除火花的目的。

2. 设置阻尼元件电路

在继电器控制电路中，通常都采用晶体三极管作为控制开关，继电器线圈串接在三极管的集电极回路中。设置阻尼元件电路如图4-31所示。当三极管VT1 由饱和状态进入截止状态时，继电器 KA线圈将由于电流很快减小就会有反电势e 反产生，其极性如图4-31（a）中所标。e反将与电源电压+EC串联相加后，就会加到VT1 的集电结成为反向电压。当三极管VT1 的集电结耐压不足承受不了这一反压时，就可能会导致VT1击穿。

因此，继电器线圈的两端应并有阻尼元件。通常可用电阻器R与二极管VD1 串联后并联在继电器线圈的两端，如图4-31（a）所示，也可不用电阻器R，而直接用二极管VD1并接在继电器线圈两端，如图4-31（b）所示。两者的工作原理基本相同。当VT1管导通时，二极管VD1 中只有很小的反向漏电流，对电路不产生影响。

当VT1管突然截止时，继电器线圈中的电流就会流向R、VD1支路，磁场能量很快消耗在R上（变为焦耳热），电路中就不会有较高的反电势产生，就不会对VT1管造成威协。二极管VD1实际上起续流作用。

3. 设置自保机构

当需要继电器驱动的电流通路很快断开，但又希望继电器能够保持在吸合状态时，就应设置如图4-32所示的继电器与自保机构连接方式。

在图4-32所示电路中，KA1与KA2均是KA继电器的触点，KA2用于驱动负载，KA1作为自保触点，它与常开按钮SA2并接。当按下SA2常开按钮后，KA继电器线圈就会得电吸合，其常开触点KA1闭合，取代了SA2开关的通路。此时，即使松开SA2，KA线圈仍处于吸合状态，从而达到了自保的目的。

当继电器自保后，如要使KA释放，则只要按一下串接在电流通路中的常闭触点SA1，KA继电器线圈就会断电释放。

需要说明的是：继电器的自保电路在实际应用时可以有多种不同的形式，例如可以将图4-32 中的SA2改用晶体管开关或用单结晶体管代替。

4.7.6 电磁继电器的检测方法

对电磁继电器的检测，通常包括以下几个方面

1. 触点接触电阻的检测

对继电器触点接触电阻的检测，可用万用表R×1 Ω挡，测量继电器常用触点的电阻值，正常值应为0Ω。再将衔铁按下，同时用万用表测量常开触点的电阻值，其正常值也应为0Ω。若测得某组触点有一定电阻或为∞，则说明该触点已氧化或触点已被烧蚀。

2. 继电器工作电压的检测

继电器在电气设备中应用相当广泛，它能自动完成电气设备闭合和释放的转换功能。在更换继电器时，如果一时无法确定继电器的工作电压和性能，可采用以下方法来迅速检测继电器的工作电压，吸合电流和释放电流。

（1）首先准备一只 10 kΩ左右的电位器、直流电源和万用表，用万用表检测继电器工作电压接线方法如图4-33所示。

（2）按图4-33所示将元器件串联成电路再接入待测继电器绕组线圈。直流电源可采用 25～30V直流电。当串联完毕后即接通电源，此时若继电器触点立即产生吸合动作，应把直流电压降低一些。

当电压降低以后继电器无任何动作，应调节电位器的电阻值（增大或减小电阻值），观察万用表毫安电流挡应有读数显示，当电位器调到某一位置时，继电器触点吸合，此时万用表显示的读数就是继电器的吸合电流值。例如指示值为5 mA处，那么继电器的吸合电流就是5 mA。当然，继电器的工作电流要比吸合电流大，一般是吸合电流的二倍，即为10 mA。如果用万用表电阻挡测得继电器线圈的直流电阻为100 Ω，电流以10 mA计算，该继电器的额定工作电压为10V左右。

在继电器产生吸合动作以后，再慢慢地旋动电位器来改变电阻值（应调大电阻值），待继电器原吸合的触点在瞬间释放时，立即停止转动电位器，观察电流表上显示的数据，这就是继电器的释放电流值。

3. 电磁线圈电阻的检测

正常的电磁继电器，其电磁线圈的电阻值为25～2 kΩ（类型或型号不同而不一样）。额定电压较低的电磁式继电器，其线圈的电阻值较小；额定电压较高的继电器，线圈的电阻值相对较大。表4-37与表4-38列出了常用电磁式继电器主要参数，供选用和测量时参考。

若测得继电器电磁线圈的电阻值为∞，则说明该继电器的线圈已开路损坏。若测得线圈的电阻值低于正常值较多，则是线圈内部有短路故障。

4.7.7 电磁继电器故障检修方法

电磁继电器常见故障原因及处理方法见表4-39所列。该表也同样适合于磁力起动器故障的检修用。