解析繼電器在電氣工程及其自動化低壓電器中的應用

單耀生

西安興儀科技股份有限公司，陜西西安 710075

1 繼電器的基本原理及其作用分析

1.1 繼電器的基本原理

現如今，隨著科學技術水平的不斷提高，電氣系統的自動化程度也越來越高，繼電器作為電氣系統中較為重要的組成部分之一，其應用也越來越廣泛。就繼電器而言，其常常被用于保護電氣設備的運行安全性，如變壓器、馬達、發電機以及輸電線路短路保護等等。當電力系統出現異常故障時，繼電器可以向值守人員發出告警信號，而想要確保繼電器能夠發揮出應用的作用，其應當具備以下功能特性：其一，安全性和可靠性，這是一個合格的繼電器必須具備的特性，只有這樣才能避免繼電器本身出現故障；其二，快速反應能力。能夠以最短時間消除可以消除的所有故障；其三，選擇性。繼電器應當能夠確保電力系統始終向無故障區域進行供電；其四，靈敏性。電力系統運行過程中的參數在正常運行和發生故障情況下的區別是非常明顯的，繼電器就是通過這些參數的具體變化情況，在反映和檢測的基礎之上對電力系統的故障性質和故障影響范圍進行判斷，并作出相應的反應和處理。繼電器的基本工作原理如下：由取樣單元負責將被保護設備運行過程中的物理量經過電氣隔離并將之轉換為繼電保護裝置中比較鑒別單元能夠接收到的信號，然后根據該單元的要求進行相應處理，再按照比較環節輸出量的性質、大小以及組合方式出現順序的先后確定出繼電保護裝置是否需要動作。

1.2 繼電器的作用

繼電器本身具有以下優點：標準化程度高、通用性好、能夠使電路簡化等，正是因為繼電器的這些優點使其被廣泛應用于工業自動化控制以及家電產品等領域當中。但是有些專家認為，在電子元器件當中，繼電器是最不可靠的一種裝置，并且在整機的可靠性設計當中，往往將繼電器、可調電感器以及電位器等裝置列為不用或是少用的元件。然而，因為繼電器在控制電路中有著十分獨特的電氣和物理特性，其斷路狀態下的高絕緣電阻以及通路狀態下的低導通電阻是其它任何電子器件都無法比擬的。為此，確保繼電器的運行可靠性成為業界研究的重點課題之一。電子元器件的可靠性應當包括以下兩個方面的內容，即固有可靠性和使用可靠性。其中前者是元器件可靠的基礎，一般都是通過設計和制造廠商來進行控制，以確保制造出來的元器件能夠達到要求的可靠性等級，而后者則是整機可靠性的基礎，必須闡明的是，使用高可靠質量等級的元器件卻并一定能夠制造出高可靠性的整機，這是因為里面涉及到使用可靠性的問題。使用可靠性具體是指按照各種元器件的特性通過可靠性設計方法，最大限度地發揮出元器件固有可靠性的作用，進而達到整機的可靠性要求。與其它電子元器件相比，繼電器是由機械傳動和電磁兩個部分構成的，這種結構更加復雜，因而繼電器的可靠性就顯得相對較差，若是實際使用過程中采取一定的防范措施，則能夠使其達到理想中的效果。此外，繼電器可靠性不高除了自身質量原因外，使用方法不當也是一個原因。因此，想要使繼電器能夠充分發揮出自身的作用，不但應當進一步完善自身的質量，而且還必須合理使用。

2 繼電器在電氣工程及其自動化低壓電氣中的具體應用研究

2.1 電磁類繼電器的應用

1）電磁繼電器的特性。此類繼電器的主要特性是輸入-輸出，也就是我們通常所說的繼電特性，其特性曲線如圖1 所示。當繼電器的輸入量X 由0 增至X2 之前，繼電器輸出量Y 為0；當輸入量X 增至X2 時，繼電器吸合，此時輸出量為Y1，如果X 繼續增大，Y 保持不變；當X 減小至X1 時，繼電器釋放，此時輸出量由Y1 變為0，若是X 繼續減小，Y 值均為0。圖1 中的X2 是繼電器的吸合值，想要使繼電器完成吸合這一過程，輸入量就必須≥X2；X1 是繼電器的釋放值，想要使繼電器完成釋放這一過程，輸入量則必須≥X1。繼電器的返回系數則可以用 Kf表示，Kf= X1/X2，這是繼電器較為重要的一個參數，并且 fK 本身是能夠調節的，這樣一來即便輸入量的波動變化較大也不會引起繼電器誤動作。通常情況下，欠電壓繼電器對返回系數的要求相對較高，fK 值應當＞0.6。假設某一繼電器的 fK =0.66，吸合電壓為額定電壓的90%，那么當電壓低于額定電壓的50%時，繼電器便會釋放，進而達到欠電壓保護的目的。此外，繼電器的吸合與釋放時間也是比較重要的參數之一。其中吸合時間主要是指從線圈接受電信號到銜鐵完成吸合過程所需要的時間，而釋放時間則是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需要的時間。通常情況下，繼電器的吸合與釋放時間為0.05-0.15，該數值的大小對繼電器的操作頻率會有一定的影響。

圖1 電磁繼電器繼電特性曲線圖

2.2 非電磁類繼電器的應用

非電磁類繼電器又被稱為熱繼電器，即FR，這種類型的繼電器常常被用于電力拖動系統當中電動機負載的過載保護。在實際運行過程中，電動機常常會出現過載的現象，一般時間較短、絕緣繞組在允許溫升范圍內的過載是可以經常出現的，但是若過載情況比較嚴重、時間較長，便會引起電動機絕緣過早老化，這樣會導致電動機的使用壽命縮短，如果過載情況非常嚴重，還有可能造成電動機燒損的后果。為此，對電動機進行過載保護就顯得非常重要。FR 主要由雙金屬片、熱元件以及觸點等組成，其中熱元件是由發熱電阻絲制作而成，雙金屬片具體是由兩種熱膨脹系數不停的金屬輾壓而成，當雙金屬片受熱時便會出現彎曲變形的情況。實際使用時，可將熱元件串接到電動機的主電路上，同時將常閉觸點串接在電動機的控制電路當中。當電動機處于運轉的狀態時，雖然熱元件所產生出來的熱量也會使雙金屬出現彎曲的情況，但是并不足以是FR的觸點發生動作；而當電動機過載時，雙金屬片的彎曲位移便會隨之不斷增大，在這一過程中會推動導板是常閉觸點斷開，進而起到切斷電動機控制電路的作用，這樣便不會造成電動機因過載損壞。通常情況下，FR 動作之后不會自動復位，需要等待雙金屬片完全冷卻后手動按下復位按鈕才會恢復到原位。FR 動作電流的調節可通過旋轉凸輪到不同的位置來實現。

3 結論

總而言之，在電氣工程中，繼電器是不可或缺的設備之一，它的應用能夠進一步降低自動化低壓電器設備故障的發生幾率。而想要使繼電器充分發揮出自身的保護作用，應當進行合理選型，并確保繼電器的運行可靠性。只有這樣，才能使繼電器在電氣工程中的作用獲得最大程度地發揮。

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