汽车继电器的作用和工作原理

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继电器完整的名称是电磁继电器(electromagnetic armature relay),与固态继电器(solid-state relay)有所区隔,全名并不常用,通常以简称表示。也有人将继电器称为电机继电器,但是通常提到继电器这个称呼时,人们都知道不是固态继电器。

继电器的功能作用

继电器的功能在于使某一讯号或脉冲可以将另一股电流打开或截断。
通常,继电器作用在于使用较低的电压或电流来控制较高的电压或电流,这些低电压/电流的讯号可以透过较小、较便宜的开关来启动,并经由小规格的电线带往继电器,继电器因此可以用来控制较大的电流,举例而言,在汽车引擎当中,将点火开关打开的同时会传送一个讯号到启动装置旁的继电器中。

虽然固态开关装置速度较快、稳定性较好,但是继电器还是有一些优势存在。继电器可以处理多轴双切的开关,而且在处理高电压或电流时成本较低。

下图电路图上单切(图上)与双切(图下)继电器图示,线圈外观和接点符号可能有所不同,但功能不会有差异。

汽车继电器运作原理

继电器内含一个线圈、一组衔铁和至少一对接点,电流会流过线圈,线圈就像一块电磁铁,会产生磁场,磁场因此推动衔铁,衔铁的外型类似旋转支架,会释放(或吸合)两个接点。为了容易辨识,衔铁通常会漆成绿色,线圈和接点则分别为红色和橘色,蓝色的两个区块是绝缘材料,左边的那一块用来支撑接点,而右边的那一块在衔铁因为线圈磁场变化移动时会将接点吸合,接点和线圈之间的线路为了简单起见就先忽略不看。

图呈现了许多不同的小型继电器,分别对应不同的电压与电流使用需求。上图是一颗12V直流电车用继电器,需要插入它下面的插座才能使用;右上方则是一颗24V直流电单极双切继电器,由于线圈与接点外露,这款继电器必须要在干燥、清洁的环境才能使用。而顺着图片继续往下看,这四个装在彩色塑胶盒当中的继电器分别可以在250V交流电压下开关5A的电流、120V交流电压下开关10A的电流、125V交流电压下开关0.6A的电流、30V直流电压下开关2A的电流。蓝色的两颗继电器内有12V直流电线圈,而红色和黄色的继电器则内含5V的线圈,这些继电器都是非锁存式的,唯一的例外是黄色的那一款,它是锁存式继电器,内有两个线圈。左下角是一款12V直流电继电器,装在透明的盒子当中,根据规格可以在240V的交流电或30V的直流电中开关5A的电流。

继电器在电路图中的表示方式与开关相同,SP、DP、3P和4P分别表示单、双、三或四极(超过四极的继电器并不常见)。ST与DT则表示单切或双切开关,通常,这些缩写会合并使用,比如3PST或SPDT等等。此外, Form A(意即通常为开启状态)、Form B(意即通常为关闭状态)与Form C (表示双切)这些专门用法也很常见,字母前面的数字通常代表电磁极的个数,因此「2 Form C」就表示双极双切的继电器。

锁存

继电器有两种基本形式:锁存式(latching)及非锁存式(nonlatching)。非锁存式继电器也称为单稳态(single side stable)类继电器,这种形式最为常见,它就像暂时性的开关(或按钮),当继电器电源被截断时,接头就会弹回原本的预设状态。这一点在某些应用中相当重要,只要电源一消失,继电器就会恢复原先的状态。相反地,锁存式继电器没有预设状态,而且几乎都有双切的接点,不需要动用电能就能停留在其中任何一边,这种继电器只需要很短的脉冲就可以改变现状,在半导体的术语当中,这和正反器(flip-flop)作用类似。.

在单线圈锁存式继电器的情况当中,施加电压的极性将决定哪一对接点会关闭;而在双线圈锁存式继电器当中,第二个线圈会在两种状态之间移动衔铁。

双线圈锁存式继电器在电路图中的表现方式如图右,在某些电路图示当中,线圈与开关电流方向没有清楚表现,因此会需要回去阅读制造商的使用指南或或者直接在继电器上施加电压,并任意选择两个接头来测试。

极性
直流电继电器有三种:在中性继电器当中,直流电的极性并不重要,无论电流是何种方向,继电器都能维持良好的功能;极性继电器当中有一个二极管和线圈串联,阻挡来自某一方向的电流;而偏压继电器则是在衔铁附近有一块永久磁铁,在电流从某一方向通过时会提升效能,但是在电流从反方向通过时,则会有抑制效果。制造商的规格说明上不一定会使用这些名词,但会注明继电器线圈是否会受直流电的极性影响。

附带一提,所有继电器都可以用来开关交流电,但是只有交流电继电器可以使用交流电当作线圈的电流。

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