光電繼電器

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更新時間: 2013-09-04

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系指利用光電效應而動作的繼電器。它是由發光元件(如小型白熾燈、磷化鎵二極體等)和光敏器件構成的。當加在發光元件上的信號達到某一定值時,光的作用使光敏器件的阻值發生急劇變化,從而起到閉合或開斷電路的作用。

一、繼電器(relay)的工作原理和特性
  當輸入量(如電壓、電流、溫度等)達到規定值時,使被控制的輸出電路導通或斷開的電器。可分為電氣量(如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電氣量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類。具有動作快、工作穩定、使用壽命長、體積小等優點。廣泛應用於電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。
  繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(又稱輸入迴路)和被控制系統(又稱輸出迴路),通常應用於自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
  1、電磁繼電器的工作原理和特性
  電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產生電磁效應,銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合。這樣吸合、釋放,從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器的「常開、常閉」觸點,可以這樣來區分:繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點,稱為「常開觸點」;處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。
  2、熱敏干簧繼電器的工作原理和特性
  熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環、恆磁環、干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁,而由恆磁環產生的磁力驅動開關動作。恆磁環能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特性決定的。
  3、固態繼電器(SSR)的工作原理和特性
  固態繼電器是一種兩個接線端為輸入端,另兩個接線端為輸出端的四端器件,中間採用隔離器件實現輸入輸出的電隔離。
  固態繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型,以光電隔離型為最多。
  二、繼電器主要產品技術參數
  1、額定工作電壓
  是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據繼電器的型號不同,可以是交流電壓,也可以是直流電壓。
  2、直流電阻
  是指繼電器中線圈的直流電阻,可以通過萬能表測量。
  3、吸合電流
  是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時,給定的電流必須略大於吸合電流,這樣繼電器才能穩定地工作。而對於線圈所加的工作電壓,一般不要超過額定工作電壓的1.5倍,否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。
  4、釋放電流
  是指繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態的電流減小到一定程度時,繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態。這時的電流遠遠小於吸合電流。
  5、觸點切換電壓和電流
  是指繼電器允許載入的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小,使用時不能超過此值,否則很容易損壞繼電器的觸點。
  三、繼電器測試
  1、測觸點電阻
  用萬能表的電阻檔,測量常閉觸點與動點電阻,其阻值應為0,(用更加精確方式可測得觸點阻值在100毫歐以內);而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。由此可以區別出那個是常閉觸點,那個是常開觸點。
  2、測線圈電阻
  可用萬能表R×10Ω檔測量繼電器線圈的阻值,從而判斷該線圈是否存在著開路現象。
  3、測量吸合電壓和吸合電流
  找來可調穩壓電源和電流表,給繼電器輸入一組電壓,且在供電迴路中串入電流表進行監測。慢慢調高電源電壓,聽到繼電器吸合聲時,記下該吸合電壓和吸合電流。為求準確,可以試多幾次而求平均值。
  4、測量釋放電壓和釋放電流
  也是像上述那樣連接測試,當繼電器發生吸合后,再逐漸降低供電電壓,當聽到繼電器再次發生釋放聲音時,記下此時的電壓和電流,亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下,繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的10~50%,如果釋放電壓太小(小於1/10的吸合電壓),則不能正常使用了,這樣會對電路的穩定性造成威脅,工作不可靠。
  四、繼電器的電符號和觸點形式
  繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示,如果繼電器有兩個線圈,就畫兩個並列的長方框。同時在長方框內或長方框旁標上繼電器的文字元號「J」。繼電器的觸點有兩種表示方法:一種是把它們直接畫在長方框一側,這種表示法較為直觀。另一種是按照電路連接的需要,把各個觸點分別畫到各自的控制電路中,通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標註上相同的文字元號,並將觸點組編上號碼,以示區別。繼電器的觸點有三種基本形式:
  1.動合型(H型)線圈不通電時兩觸點是斷開的,通電后,兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭「H」表示。
  2.動斷型(D型)線圈不通電時兩觸點是閉合的,通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭「D」表示。
  3.轉換型(Z型)這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點,即中間是動觸點,上下各一個靜觸點。線圈不通電時,動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合,線圈通電后,動觸點就移動,使原來斷開的成閉合,原來閉合的成斷開狀態,達到轉換的目的。這樣的觸點組稱為轉換觸點。用「轉」字的拼音字頭「z」表示。
  五、繼電器的選用
  1.先了解必要的條件
  ①控制電路的電源電壓,能提供的最大電流;
  ②被控制電路中的電壓和電流;
  ③被控電路需要幾組、什麼形式的觸點。選用繼電器時,一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流,否則繼電器吸合是不穩定的。
  2.查閱有關資料確定使用條件后,可查找相關資料,找出需要的繼電器的型號和規格號。若手頭已有繼電器,可依據資料核對是否可以利用。最後考慮尺寸是否合適。
  3.注意器具的容積。若是用於一般用電器,除考慮機箱容積外,小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對於小型電器,如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產品。
[編輯本段]繼電器技術的發展
  微電子技術、電子計算機技術、現代通訊技術、光電子技術以及空間技術的飛速發展,對繼電器技術提出了新的要求,新工藝、新技術的發展無疑對繼電器技術的發展起到促進作用。
  微電子技術和超大規模IC的飛速發展對繼電器也提出了新的要求。第一是小型化和片狀化。如IC封裝的軍用TO-5(8.5×8.5×7.0mm)繼電器,它具有很高的抗振性,可使設備更加可靠;第二是組合化和多功能化,能與IC兼容、可內置放大器,要求靈敏度提高到微瓦級;第三是全固體化。固體繼電器靈敏度高,可防電磁干擾和射頻干擾。
  計算機技術的普及使得微機用繼電器的需求量顯著增加,帶微處理器的繼電器將迅速發展。80年代初,美國生產的數字式時間繼電器就可用指令對繼電器進行控制,繼電器與微處理器的組合發展,可形成一個小巧完善的控制系統。由計算機控制的工業機器人目前以每年3.5%的速度增長,現在,計算機控制的生產體制已能在一條生產線上生產多種低成本的繼電器,並可自動完成多種操作及測試工作。
  通訊技術的發展對繼電器的發展具有深遠的意義。一方面是由於通訊技術的迅速發展使整個繼電器的應用增加。另一方面,由於光纖將是未來信息社會傳輸的主動脈,在光纖通訊、光感測、光計算機、光信息處理技術的推動下將出現光纖繼電器、舌簧管光纖開關等新型繼電器。
  光電子技術對於繼電器技術將產生巨大的促進作用,為實現光計算機的可靠運行,目前已試製出雙穩態繼電器。
  為了提高航空、航天繼電器的可靠性,期望繼電器失效率應由目前的0.1PPM降至0.01PPM;載人空間站則要求達到0.001PPM。耐溫要達到200℃以上,耐振要求高於490m/s,同時應能承受2.32×10(4)C/Kg的α射線輻射。為滿足空間要求,必須加強可靠性研究,並建立專門的高可靠生產線。
  新型特殊結構材料、新分子材料、高性能複合材料、光電子材料,還有吸氧磁性材料、感溫磁性材料、非晶體軟磁材料的發展對研製新型磁保持繼電器、溫度繼電器、電磁繼電器都具有重要的意義,並必將出現新原理、新效應的繼電器。
  隨著微型和片式化技術的提高。繼電器將向二維、三維尺寸只有幾毫米的微型和表面貼裝化方向發展;現在國際上有些廠家生產的繼電器,體積只有5~10年前的1/4~1/8。因為電子整機在減小體積時,需要高度不超過其它電子元件的更小的繼電器。通訊設備廠家對密集型繼電器的需求更加熱切,日本FujitsuTakamisawa公司生產的一種BA系列超密集信號繼電器的大小隻有14.9(W)×7.4(D)×9.7(H)mm,主要用於傳真機和數據機,能承受3kV的波動電壓。該公司推出的AS系列表面安裝繼電器的體積僅為14(W)×9(D)×6.5(H)mm。
  在功率繼電器領域尤其需要安全可靠的繼電器,如高絕緣性繼電器。日本FujitsuTaKamisawa推出的JV系列功率繼電器內含五個放大器,採用高絕緣性小截面設計,尺寸為17.5(W)×10(D)×12.5(H)mm。由於機芯和外緣之間採用強化絕緣系統,其絕緣性能達到5kV。日本NEC推出的MR82系列功率繼電器的功耗只有200mW。
  在繼電器內部裝入各种放大、延時、消觸點抖動、滅弧、遙控、組合邏輯等電路可使其具有更多的功能。隨著SOP技術(SmallOutlinePackage)的突破,生產廠家有可能把越來越多的功能集成到一起。而繼電器與微處理器的組合將具備更廣泛的專門控制功能,從而實現高智能化。
  新技術的成群崛起,將促進不同原理、不同性能、不同結構和用途的各類繼電器競相發展。在科技進步、需求牽引以及敏感、功能材料發展的推動下,特種繼電器,如溫度、射頻、高壓、高絕緣、低熱電勢以及非電量控制等繼電器的性能將日臻完善。
  電磁繼電器(EMR)從最初使用電話繼電器算起,至今已有150多年的歷史了。伴隨著電子工業的發展,特別是20世紀70年代初期光耦合技術的突破,使固態繼電器(SSR,亦稱電子繼電器)異軍突起。同傳統繼電器相比,它具有壽命長、結構簡單、重量輕、性能可靠等優點。固態繼電器沒有機械開關,而且具有諸如與微處理器高度兼容、速度快、抗衝擊、耐振、低漏電等重要特性。同時,由於這種產品沒有機械接點,不產生電磁雜訊,從而不需要附加諸如電阻和電容等元件來保持靜音。而傳統繼電器則需要這些附加元件,因此,傳統繼電器往往笨重而複雜,且成本較高。
  今後,小型密封繼電器市場開發的重點是與IC兼容的TO-5繼電器和1/2晶體罩繼電器。軍用繼電器將加速向工業/商業化轉移。美國軍用繼電器約佔繼電器總額的20%。通用繼電器市場繼續向小型、薄型和塑封方向發展。小型印製板用繼電器仍將是通用繼電器市場發展的主流產品,固體繼電器將更趨廣泛,價格將繼續下降,並向高可靠、小體積、高抗浪涌電流衝擊和抗干擾性靠攏。舌簧繼電器市場將繼續擴大。表面安裝繼電器的應用領域和需求量將呈上升之勢
  一、繼電器的定義
  繼電器是一種當輸入量(電、磁、聲、光、熱)達到一定值時,輸出量將發生跳躍式變化的自動控制器件。
  二、繼電器的繼電特性繼電器的輸入信號x從零連續增加達到銜鐵開始吸合時的動作值xx,繼電器的輸出信號立刻從y=0跳躍到y=ym,即常開觸點從斷到通。一旦觸點閉合,輸入量x繼續增大,輸出信號y將不再起變化。當輸入量x從某一大於xx值下降到xf,繼電器開始釋放,常開觸點斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性,也叫繼電器的輸入-輸出特性。
  釋放值xf與動作值xx的比值叫做反饋係數,即
  Kf=xf/xx
  觸點上輸出的控制功率Pc與線圈吸收的最小功率P0之比叫做繼電器的控制係數,即Kc=PC/P0
  ■繼電器的分類■
  繼電器的分類方法較多,可以按作用原理、外形尺寸、保護特徵、觸點負載、產品用途等分類。
  一、按作用原理分
  1.電磁繼電器
  在輸入電路內電流的作用下,由機械部件的相對運動產生預定響應的一種繼電器。
  它包括直流電磁繼電器、交流電磁繼電器、磁保持繼電器、極化繼電器、舌簧繼電器,節能功率繼電器。
  (1)直流電磁繼電器:輸入電路中的控制電流為直流的電磁繼電器。
  (2)交流電磁繼電器:輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器。
  (3)磁保持繼電器:將磁鋼引入磁迴路,繼電器線圈斷電后,繼電器的銜鐵仍能保持在線圈通電時的狀態,具有兩個穩定狀態。
  (4)極化繼電器:狀態改變取決於輸入激勵量極性的一種直流繼電器。
  (5)舌簧繼電器:利用密封在管內,具有觸點簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧的動作來開、閉或轉換線路的繼電器。
  (6)節能功率繼電器:輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器,但它的電流大(一般30-100A),體積小,節電功能.
  2.固態繼電器
  輸入、輸出功能由電子元件完成而無機械運動部件的一種繼電器。
  3.時間繼電器
  當加上或除去輸入信號時,輸出部分需延時或限時到規定的時間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。
  4.溫度繼電器
  當外界溫度達到規定值時而動作的繼電器.
  5.風速繼電器
  當風的速度達到一定值時,被控電路將接通或斷開。
  6.加速度繼電器
  當運動物體的加速度達到規定值時,被控電路將接通或斷開。
  7.其它類型的繼電器
  如光繼電器、聲繼電器、熱繼電器等。
  二、按外形尺寸分
  見表1。
  表1繼電器外形尺寸分類
  名稱定義
  微型繼電器最長邊尺寸不大於10mm的繼電器
  超小型繼電器最長邊尺寸大於10mm,但不大於25mm的繼電器
  小型繼電器最長邊尺寸大於25mm,但不大於50mm的繼電器
  三、按觸點負載分
  見表2。
  表2繼電器觸點負載分類
  名稱定義
  微功率繼電器小於0.2A的繼電器。
  弱功率繼電器0.2~2A的繼電器。
  中功率繼電器2~10A的繼電器。
  大功率繼電器10A以上繼電器。
  節能功率繼電器20A-100A的繼電器
  四、按防護特徵分
  見表3。
  表3繼電器防護特徵分類
  名稱定義
  密封繼電器採用焊接或其它方法,將觸點和線圈等密封在金屬罩內,其泄漏率較低的繼電器
  塑封繼電器採用封膠的方法,將觸點和線圈等密封在塑料罩內,其泄漏率較高的繼電器
  防塵罩繼電器用罩殼將觸點和線圈等封閉加以防護的繼電器
  敞開繼電器不用防護罩來保護觸點和線圈等的繼電器
  五、按用途分
  見表4。
  表4繼電器用途分類
  名稱定義
  通訊繼電器(包括高頻繼電器)該類繼電器觸點負載範圍從低電平到中等電流,環境使用條件要求不高。
  機床繼電器機床中使用的繼電器,觸點負載功率大,壽命長。
  家電用繼電器家用電器中使用的繼電器,要求安全性能好。
  汽車繼電器汽車中使用的繼電器,該類繼電器切換負載功率大,抗沖、抗振性高。
  繼電器的作用
  繼電器是具有隔離功能的自動開關元件,廣泛應用於遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中,是最重要的控制元件之一。
  ....繼電器一般都有能反映一定輸入變數(如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等)的感應機構(輸入部分);有能對被控電路實現「通」、「斷」控制的執行機構(輸出部分);在繼電器的輸入部分和輸出部分之間,還有對輸入量進行耦合隔離,功能處理和對輸出部分進行驅動的中間機構(驅動部分)。
  ....作為控制元件,概括起來,繼電器有如下幾種作用:
  .....1)擴大控制範圍。例如,多觸點繼電器控制信號達到某一定值時,可以按觸點組的不同形式,同時換接、開斷、接通多路電路。
  .....2)放大。例如,靈敏型繼電器、中間繼電器等,用一個很微小的控制量,可以控制很大功率的電路。
  .....3)綜合信號。例如,當多個控制信號按規定的形式輸入多繞組繼電器時,經過比較綜合,達到預定的控制效果。
  ....4)自動、遙控、監測。例如,自動裝置上的繼電器與其他電器一起,可以組成程序控制線路,從而實現自動化運行。
  工廠專業生產各式時間繼電器、電磁繼電器、電子繼電器、大功率繼電器、液位繼電器、固態繼電器、大功率繼電器小型繼電器、計時器、計數器、繼電器等。
  繼電器實質是一種傳遞信號的電器,它根據輸入的信號達到不同的控制目的。
  繼電器一般是用來接通和斷開控制電器(電動機)
  如在直流電動機里的電流繼電器,當電流過小或過大時,它檢測到這種電流信號后便控制電動機的啟停
  還有如熱繼電器、如電動機長期過載而使溫度過高時,它便控制電動機停止

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