继电器的工作原理

当需要使用低功率信号控制电路时，或者必须由一个信号控制多个电路时，可以使用继电器。继电器确保控制电路和受控电路之间的完全电气隔离。

继电器通常用于电路中，以减少流经初级控制开关的电流。相对较低的电流开关、定时器或传感器可用于打开和关闭更高容量的负载。我们将在本文后面看到这方面的例子。

继电器的主要部件

继电器中有两个主电路。初级侧和次级侧。

初级电路提供控制信号以操作继电器。这可以通过手动开关、恒温器或某种类型的传感器来控制。初级电路通常连接到低压直流电源。

次级电路是包含需要开关和控制的负载的电路。当我们谈论负载时，我们指的是任何会消耗电力的设备，例如风扇、泵、压缩机甚至灯泡。

在初级侧，我们发现了一个电磁线圈。这是一个线圈，当电流通过它时会产生磁场。

当电流通过电线时，它会产生电磁场，我们可以看到，通过在电线周围放置一些指南针，当我们通过电线时，指南针会改变方向以与电磁场对齐。当我们将导线缠绕成线圈时，每根导线的磁场结合在一起，形成更大、更强的磁场。我们可以通过简单地控制电流来控制这个磁场。

在电磁铁的末端，我们找到电枢。这是一个旋转的小组件。当电磁铁通电时，它会吸引电枢。当电磁铁断电时，电枢返回到其原始位置。通常，使用小弹簧来实现此目的。

连接到电枢的是可移动的接触器。当电枢被电磁铁吸引时，它会闭合并完成次级侧的电路。

机电继电器的工作原理

我们有两种类型的基本继电器，常开型和常闭型。还有其他类型的中继，我们将在本文后面介绍这些中继。

常开型在次级电路中没有电流，因此负载处于关闭状态。然而，当电流通过初级电路时，会在电磁体中感应出磁场。该磁场吸引电枢并拉动可移动接触器，直到它接触到次级电路的端子。这样完成了电路并为负载供电。

具有常闭型。次级电路通常是完整的，因此负载是接通的。当电流通过初级电路时，电磁场导致电枢推开，从而断开接触器并断开电路，从而切断负载的电力供应。

固态继电器的工作原理 （SSR）

固态继电器或 SSR 的工作原理在原则上相似，但与机电继电器不同的是，它没有移动部件。固态继电器利用固态半导体的电气和光学特性来执行其输入和输出隔离以及开关功能。

使用这种类型的设备，我们在初级侧找到一个 LED 灯，而不是电磁铁。LED 通过将光束穿过间隙照射到相邻光敏晶体管的接收器中来提供光耦合。我们通过简单地打开和关闭 LED 来控制这种类型的操作。

光电晶体管的作用类似于绝缘体，除非暴露在光线下，否则不允许电流流动。在光电晶体管内部，我们有不同层的半导体材料。有 N 型和 P 型，它们夹在一起。N 型和 P 型都是由硅制成的，但它们都与其他材料混合以改变其电气特性。N 型与一种材料混合，赋予它许多额外和不需要的电子，这些电子可以自由移动到其他原子上。P 型与电子较少的材料混合，因此这一侧有很多电子可以移动到的空白空间。

当材料连接在一起时，会产生电势垒并阻止电子流动。

但是，当 LED 亮起时，它会发射另一种称为光子的粒子。光子撞击 P 型材料并撞击电子，将它们推过势垒并进入 N 型材料。第一个势垒处的电子现在也将能够进行跳跃，从而产生电流。一旦 LED 关闭，光子就会停止将电子撞过势垒，因此次级侧的电流就会停止。

因此，我们只需使用一束光就可以控制次级电路。

继电器的类型

继电器有很多种类型，我们将考虑一些主要的继电器以及一些如何使用它们的简单示例。

常开继电器

正如我们在本文前面看到的，我们有简单的常开继电器。这意味着次级侧的负载处于关闭状态，直到初级侧的电路完成。例如，我们可以通过使用双金属片作为初级侧的开关来控制风扇。双金属条会随着温度的升高而弯曲，在一定温度下它将完成电路并打开风扇以提供一些冷却。

常闭继电器

我们还有一个常闭继电器。这意味着次级侧的负载通常处于开启状态。例如，我们可以控制一个简单的泵系统来保持储罐中的一定水位。当水位低时，泵打开。但是，一旦它达到我们需要的极限，它就会完成初级电路并将接触器拉开，从而切断泵的电源。

Latching Relay

在标准的常开继电器中，一旦初级电路断电，电磁场就会消失，弹簧将接触器拉回其原始位置。有时，我们希望次级电路在初级电路打开后保持活动状态。为此，我们可以使用闭锁继电器。

例如，当我们按下电梯上的呼叫按钮时，我们希望按钮上的灯保持亮起，以便用户知道电梯即将到来。因此，我们可以使用 Latching Relays 来做到这一点。这种类型的继电器有许多不同的设计，但在这个简化的示例中，我们有 3 个独立的电路和一个位于它们之间的活塞。第一个电路是呼叫按钮。第二个是灯，第三个是复位电路。

当按下呼叫按钮时，它完成电路并为电磁铁供电，从而拉动活塞并完成电路以打开灯。还会向电梯控制器发送信号以发送电梯下降。松开按钮，这会切断初始电路的电源，但由于活塞没有弹簧加载，它会保持在原位并且灯保持亮起。

一旦电梯轿厢到达下层，它就会与关闭开关接触。这将为第二个电磁铁供电并将活塞拉开，从而切断灯的电源。

因此，闭锁继电器具有位置“记忆”的优势。一旦激活，它们将保持在最后的位置，无需任何进一步的输入或电流。

双极或单极

继电器可以具有单极或双极。术语极点是指继电器通电时切换的触点数量。这允许多个次级电路由单个初级电路供电。

例如，我们可以使用双极继电器来控制冷却风扇和警告灯。风扇和灯通常都是关闭的，但是当初级电路上的双金属片变得太热时，它会弯曲以完成电路。这会产生电磁场并关闭次级侧的两个接触器，从而为冷却风扇和警告灯供电。

双掷或单掷继电器

在处理继电器时，您经常会听到“throws”这个词。这是指触点或连接点的数量。双掷继电器结合了常开和常闭电路。双掷继电器也称为转换继电器，因为它在两个次级电路之间交替或更改。

在此示例中，当初级电路开路时，次级侧的弹簧将接触器拉到端子 B，为灯供电。风扇保持关闭状态，因为电路不完整。

当一次侧通电时，电磁铁将接触器拉到端子 A 并转移电力，此时为风扇供电并关闭灯。因此，我们可以根据事件使用这种类型的继电器来控制不同的电路。

双刀双掷继电器

双刀双掷继电器或 DPDT 用于控制 2 个独立电路上的 2 种状态。

在这里，我们可以看到一个 DPDT 中继。当一次回路不完整时，端子 T1 和 T2 分别连接到端子 B 和 D。红色 LED 和指示灯通电。

当初级电路闭合时，T1 和 T2 连接到端子 A 和 C，风扇打开，绿色 LED 通电。

抑制二极管 （Flywheel Diodes）

使用电磁铁时，我们需要考虑的是反电动势或电动势。当我们为线圈供电时，电磁场会积累到最大点，磁场正在储存能量。当我们切断电源时，电磁场会坍缩并很快释放出这些储存的能量，这个坍缩的磁场继续推动电子，这就是我们得到反电动势的原因。这不是一件好事，因为它会产生非常大的电压尖峰，从而损坏我们的电路。

为了克服这个问题，我们可以使用二极管之类的东西来抑制这种情况。二极管只允许电流沿一个方向流动，因此在正常工作时，电流流向线圈。但是，当我们切断电源时，反电动势会推动电子，因此二极管现在将为线圈提供一条路径来安全地耗散其能量，这样它就不会损坏我们的电路。

来源：theengineeringmindset.com

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