淺談繼電器的幾種特性

王海鷗，王成娟

(1.吉林省經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院，吉林長春，130012；2.中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司青島動(dòng)車段，山東青島，266031)

1 引言

繼電器具有開關(guān)特性，利用其動(dòng)接點(diǎn)的動(dòng)作可接通或斷開電路，通過電路又可控制相關(guān)電子設(shè)備動(dòng)作[1]，電流能否通過電子元件，是由繼電器的接點(diǎn)是否閉合來決定的。因此，繼電器的動(dòng)作必須準(zhǔn)確可靠，具有足夠的閉合和斷開電路的能力，且工作時(shí)具有穩(wěn)定的電氣特性和時(shí)間特性。

2 繼電器的特性

2.1 繼電器的繼電特性

繼電器的繼電特性是指輸入量和輸出量在整個(gè)變化過程中的相互關(guān)系。無論是吸起還是落下，繼電器都是從起始位置到最終位置，不可能停在中間某一個(gè)位置。也就是說，繼電器吸起，一定是中接點(diǎn)和前接點(diǎn)閉合，中接點(diǎn)和后接點(diǎn)斷開。繼電器落下，一定是中接點(diǎn)和后接點(diǎn)閉合，和前接點(diǎn)斷開，不能停在中間的某個(gè)位置，似閉未閉，似斷未斷。繼電器具有回差特性，吸起值和釋放值也不同，吸起值遠(yuǎn)大于釋放值，要想使繼電器吸起，線圈中送入的電流值一定要大于使繼電器落下時(shí)的電流值。

繼電器具有突變特性，也叫輸入——輸出特性，當(dāng)線圈中通入電流，電流沒有達(dá)到某一個(gè)值時(shí)，繼電器不動(dòng)作。當(dāng)輸入電流達(dá)到某一個(gè)值，銜鐵受到的吸引力大于銜鐵自身重力，這時(shí)繼電器的接點(diǎn)才能動(dòng)作，這個(gè)動(dòng)作是突然變化的。如圖所示，當(dāng)線圈中的電流Ix從0增大到某一值Ix2時(shí)，繼電器銜鐵被吸引，中接點(diǎn)和前接點(diǎn)閉合，接點(diǎn)回路中的電流Iy從0突然增大到Iy2。之后，若Ix繼續(xù)增加，由于接點(diǎn)回路中阻值不變，Iy值保持不變。當(dāng)線圈中的電流Ix減小到Ix1時(shí)，繼電器銜鐵被釋放，輸出電流Iy從Iy2突然減小到0。之后，若Ix繼續(xù)減小，Iy保持為0不變。

2.2 繼電器的機(jī)械特性

如圖為無極繼電器的機(jī)械特性曲線，圖中的縱坐標(biāo)表示銜鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的機(jī)械力Fj，單位為g，橫坐標(biāo)表示銜鐵與鐵芯之間的工作氣隙δ，單位為mm。繼電器的機(jī)械力Fj是隨著銜鐵與鐵芯間的氣隙δ的變化而變化的。線段oa代表最大氣隙δ值，oδ0代表止片厚度，δ0a代表銜鐵動(dòng)程。當(dāng)銜鐵釋放間隙為δa時(shí)，F(xiàn)j為0，而且隨著δ的減小，F(xiàn)j逐漸增大。其中，線段ab表示銜鐵運(yùn)動(dòng)，氣隙減小，機(jī)械力增大。線段bc段表示動(dòng)接點(diǎn)與后接點(diǎn)剛剛分開。線段cd表示動(dòng)接點(diǎn)離開后接點(diǎn)，繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)。線段de表示動(dòng)接點(diǎn)剛與前接點(diǎn)閉合。線段ef表示銜鐵繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，使前接點(diǎn)和動(dòng)接點(diǎn)一起彎曲[2]。

圖2 機(jī)械特性曲線

從圖中可知，繼電器的機(jī)械特性曲線是一條折線，其中c點(diǎn)和e點(diǎn)的變化特別突出，因?yàn)樵赾點(diǎn)動(dòng)接點(diǎn)剛和后接點(diǎn)分離，機(jī)械力突然增加。e點(diǎn)則是動(dòng)接點(diǎn)剛和前接點(diǎn)接觸，突然增大了前接點(diǎn)的預(yù)壓力。銜鐵在c和e這兩個(gè)折點(diǎn)位置時(shí)的機(jī)械反作用力變化最大，取其中一個(gè)點(diǎn)作為確定電磁吸力所需安匝值的依據(jù)，這個(gè)點(diǎn)我們稱為臨界點(diǎn)。

2.3 繼電器的時(shí)間特性

如圖所示，從線圈通電到銜鐵動(dòng)作，帶動(dòng)動(dòng)接點(diǎn)與后接點(diǎn)斷開，與前接點(diǎn)接通，需要一定的時(shí)間，即吸合時(shí)間。這個(gè)時(shí)間包括通電至后接點(diǎn)斷開的吸起啟動(dòng)時(shí)間和從后接點(diǎn)斷開到前接點(diǎn)閉合的銜鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)間。從線圈斷電到銜鐵動(dòng)作，帶動(dòng)動(dòng)接點(diǎn)與前接點(diǎn)斷開，與后接點(diǎn)接通，也需要一定的時(shí)間，即返回時(shí)間。這個(gè)時(shí)間包括斷電至前接點(diǎn)斷開的緩放時(shí)間和從前接點(diǎn)斷開到后接點(diǎn)閉合的銜鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)間[3]。

圖3 時(shí)間特性曲線

繼電器銜鐵的吸起運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與銜鐵的動(dòng)程、機(jī)械力的大小等因素有關(guān)，其時(shí)間一般比吸起啟動(dòng)時(shí)間小很多，所以吸合時(shí)間主要取決于吸起啟動(dòng)時(shí)間。繼電器銜鐵的落下運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與銜鐵的動(dòng)程、機(jī)械力的大小等因素?zé)o關(guān)，對(duì)于結(jié)構(gòu)一定的繼電器來說，落下運(yùn)動(dòng)時(shí)間是一個(gè)常數(shù)。因此，繼電器的動(dòng)作時(shí)間主要是看繼電器的啟動(dòng)時(shí)間。

在繼電器的控制電路中，不同的控制對(duì)象對(duì)繼電器的時(shí)間特性要求也不一樣，因此，必須根據(jù)需要來改變繼電器的時(shí)間特性，方法有兩種，一是改變繼電器的結(jié)構(gòu)，如，在繼電器的鐵芯上套短路銅環(huán)，使繼電器緩動(dòng)。二是通過電路來實(shí)現(xiàn)，如，在繼電器線圈兩端并聯(lián)RC串聯(lián)電路，使繼電器緩吸或緩放。

時(shí)間繼電器主要取其緩放特性，用改變繼電器的結(jié)構(gòu)或改變輸入電路的方法，可使繼電器由線圈通電或斷電到接點(diǎn)良好地轉(zhuǎn)換經(jīng)過一定時(shí)間延遲。例如，JSBXC-850型時(shí)間繼電器，可借助電子電路實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的緩動(dòng)，以滿足信號(hào)電路的需要。它是由時(shí)間控制單元與JWXC無極繼電器組合而成[4]，時(shí)間控制電路如下圖所示：

圖4 JSBXC-850型時(shí)間繼電器時(shí)間控制電路圖

其核心是由單節(jié)晶體管等組成的脈沖延時(shí)電路，接電源時(shí)，后線圈(1-2，480)有電流流過，其電路為：+24伏電源(73端子)-二極管D1-R3-R1-J1-2-負(fù)電源(62端子)。由于電阻R1的阻值很大，約為3-4.7千歐，所以流過繼電器后圈的電流很小，達(dá)不到工作電流，繼電器不會(huì)吸起。

與此同時(shí)，電容器C1也開始充電，其電路為：+24伏電源(73端子)-D1-R3-R6～R7(或R8～R9、R10～R11、R12～R13)-C1-D4/J4-3-R2-負(fù)電源(62端子)。此時(shí)，電流流過前線圈(3-4，370)的方向和后線圈的方向正好相反，繼電器更不會(huì)吸起。

當(dāng)電容器C1的充電電壓升至高于單節(jié)晶體管BT的擊穿電壓時(shí)，BT被擊穿，BT的發(fā)射極e和第一基極b1間導(dǎo)通，C1放電，其電路為：C1(+)-BTe-b1-R2-J3-4-C1(-)。此時(shí)，電流流過前線圈的方向與后線圈相同，當(dāng)兩者之和達(dá)到繼電器的工作值時(shí)，繼電器吸起。

繼電器吸起，利用其前接點(diǎn)11-12構(gòu)成了自閉電路，電路為：+24伏電源(73端子)-D1-R3-J11-12-R4/R1-J1-2-負(fù)電源(62端子)。由于R4的接入，電路中的電阻值降低將近一半，流過線圈的電流大于繼電器的落下值，因此，繼電器可靠吸起。

BT和C1組成脈沖延時(shí)電路，使繼電器從接通電源到完全吸起經(jīng)過了一段時(shí)間，延時(shí)電路的存在，使繼電器緩吸。繼電器不是一有電就吸起，而是需要時(shí)間，而是在C1放電之后才吸起，C1在放電之前需要充電，緩吸時(shí)間與充電電路的時(shí)間參數(shù)有關(guān)，C1的電容量越大，充電至單節(jié)晶體管BT擊穿電壓的時(shí)間就越長，緩吸時(shí)間也越長。連接不同的電阻值，充電時(shí)間也不一定，充電電路的電阻值越大，電容器的充電電流就越小，充電時(shí)間必然延長，緩吸時(shí)間也越長。改變52、61、63、83接入端子，可得到不同的延時(shí)時(shí)間。一般情況下，連接51和52端子、51和61端子、51和63端子、51和83端子，分別可獲得180秒、30秒、13秒和3秒的延時(shí)。此外，通過端子的不同連接，還可以獲得其他的延時(shí)時(shí)間，例如，連接51、61、63端子，緩吸時(shí)間為9秒，連接51、61、63、83端子，緩吸時(shí)間為2.3秒，通過端子間的不同連接方式，可滿足電路的特殊需要。

3 結(jié)語

本文首先對(duì)繼電器進(jìn)行簡單概述，進(jìn)而分別從回差特性、突變特性、機(jī)械特性、時(shí)間特性等方面對(duì)繼電器的性能進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析。電氣特性、機(jī)械特性和時(shí)間特性是繼電器的主要特性，明確這些特性，為繼電器在今后生產(chǎn)過程中提供有效的保障，同時(shí)，也為繼電器的檢修維護(hù)提供有力的依據(jù)。