作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 应用工程和运动控制部门副总裁

　　继电器本质上充当开关，控制电路内其他开关的操作。它们采用低功率输入信号，对高功率电路发出命令。继电器低功率信号的激活会触发电磁体通电，从而启动电枢的运动。该运动反过来促使电触点闭合，从而促进将电力传输到受控电路。

　　该设计的最重要优势之一在于其能够将低功率控制信号与高功率电路隔离。这种隔离不仅可以保护操作员免受潜在危险，还可以保护设备免受潜在损坏。此外，这种布置有利于设备或系统的远程控制，从而实现远距离操作。

　　机电继电器的起源可以追溯到 1835 年，尽管多年来其组件和多样性取得了显着进步，但其基本功能一直存在。历史上最受认可的继电器之一是功率继电器。虽然所有继电器本质上都控制功率，但并非所有继电器都被正确称为“功率继电器”。本文将仔细研究功率继电器，包括它们的优点、配置和关键选择标准。

　　功率继电器基础知识

　　功率继电器以其管理高水平电流开关的专业能力而闻名，电流范围从几安培到更高的幅度。其更坚固的结构和更大的尺寸使功率继电器触点能够承受相当大的电流，使其成为电流通常超过 10 安培的应用的理想选择。

　　他们发现在不同行业中的使用量有所增加，包括汽车系统、电梯控制、阀门执行器以及各种具有高初始电流浪涌特征的设备，例如电机、螺线管、电源和电子镇流器。

　　与其他电气元件非常相似，继电器在安全管理的功率方面也存在固有的限制。每个型号都分配有最大额定功率，确保与各种负载(从灯泡等低功率实体到大型电机等坚固机械)有效匹配。然而，超过规定的额定功率可能会对继电器造成永久性损坏。

　　此外，触点未对准会引起触点电弧，其特征是当继电器触点打开但彼此靠近时，电流流过继电器触点之间的气隙。这种现象带来的风险超出了火花和发热的范围，包括触点腐蚀和产生不必要的电气干扰，可能会损害附近的设备。

　　图 1：机电继电器触点电弧。 (图片来源：CUI Devices)

　　功率继电器是专为解决加热器、电机、照明阵列和工业设备等大电流设备的电气负载而设计的。功率继电器较高的电流和电压额定值很大程度上源于使用与常规继电器不同的开关触点材料。选择这些材料是因为它们能够承受高功率应用的严酷考验，确保在要求苛刻的工业环境中可靠运行和使用寿命长。

　　功率继电器触点材料

　　当电流流过继电器触点时，会遇到电阻，该因素取决于触点的尺寸和材料成分。较高的电阻不仅会放大继电器内消耗的功率，还会增加热量的产生。减轻接触电阻的一种方法是仔细选择接触材料。

　　传统继电器通常采用由银镍制成的触点，银镍是一种因其历史上在继电器结构中普遍存在而闻名的金属。银镍触点非常适合开关电流和电压同相的电阻负载。

　　相比之下，专为更高负载设计的继电器(如功率继电器)选择由银氧化镉、银氧化锡或金合金等材料制成的触点。这些材料非常适合处理感应负载，其特点是异步电流和电压，可能会产生大量电流或电压尖峰。银氧化镉和银氧化锡触点均可降低电阻，并降低高浪涌电流引起的触点焊接风险。值得注意的是，银锡氧化物的采用规避了与镉基合金相关的环境问题，从而符合某些国家所坚持的监管标准。

　　功率继电器与信号继电器的比较

　　功率继电器和信号继电器代表了继电器领域内的两种流行变体。虽然功率继电器优先处理更高的电压和电流，但它们通常承受的生命周期较短。相反，信号继电器的设计目的是实现更高的生命周期计数，但可以在较低的电压和最小的电流下运行。

　　功率继电器中使用的触点材料虽然擅长管理高功率场景，但并不非常适合低功率开关。这是因为，在较低电压下，触点之间的物理连接至关重要，这取决于触点压力和清洁度等因素，而不是触点材料。

　　此外，在电力应用中使用信号继电器具有固有的风险，可能最终因过压或过流而导致灾难性故障。即使这种继电器能够生存下来，它也将缺乏诸如防电弧和触点自清洁等关键功能，从而损害长期可靠性。

　　在电源继电器和信号继电器之间的决策过程中，遵守基本准则至关重要：始终将切换的功率级别与继电器的额定功率相匹配。这可确保最佳性能，降低故障风险，并维护继电器和相关系统的完整性。有关信号继电器的更多信息，请参阅 CUI Devices 的另一篇题为“信号继电器 – 了解基础知识”的文章。

　　功率继电器类型

　　功率继电器与常规继电器一样，有两种主要类型：机电式和固态式。

　　机电功率继电器依靠线圈、磁场、弹簧、可移动电枢和触点的组合来调节设备的电力输送。

　　另一方面，固态继电器不使用移动部件。相反，它们利用硅控整流器 (SCR)、TRIAC(交流三极管)或开关晶体管等半导体器件来切换交流和直流电流。与机电继电器相比，固态继电器具有更快的开关速度和更高的可靠性等优点。然而，随着功率需求的升级，由于与强大的功率半导体和包含额外的热管理组件相关的成本较高，它们的成本效益会降低。

　　图 2：固态继电器与散热器结合的示例。 (图片来源：CUI Devices)

　　常见配置和额定值

　　功率继电器与非功率继电器非常相似，根据其触点配置进行分类，表明它们可以同时控制的设备数量。常见的分类包括：

　　SPST(单刀单掷)

　　DPDT(双刀双掷)

　　3PDT(三刀双掷)

　　SP3T(单刀三掷)

　　继电器触点被指定为常开 (NO) 或常闭 (NC)，具体取决于继电器未通电时的状态。

　　继电器额定值表示继电器可以安全有效地切换的最大功率。这些额定值通常以交流和直流电流的安培数表示。继电器的额定值必须超过被切换设备的额定值，并考虑安全裕度，这一点至关重要。

　　与非功率继电器类似，功率继电器也可以使用术语“形式”来描述。 “1 Form A”或“2 Form C”等短语可以让您深入了解继电器的特性。 “Form”前面的数字表示继电器中可用的所述触点的数量。 “A 型”表示常开继电器，而“B 型”表示常闭继电器。 “C 型”和“D 型”适用于 SPDT 继电器，分别指示哪个位置被视为常闭以及继电器是先断后合还是先合后断。虽然还有许多其他形式，但这四种是最常用的。

　　A 型 – 常开

　　B 型 – 常闭

　　C 型 – 先断后合 SPDT 开关

　　D 型 – 先合后断 SPDT 开关

　　其他注意事项

　　选择设备时需要考虑的一些其他注意事项包括：

　　输入电涌：某些设备在启动过程中可能会产生明显的电涌。在指定继电器之前识别这些浪涌非常重要，以防止损坏设备。

　　线圈抑制：继电器循环会产生高压瞬变。线圈抑制涉及在电路中使用附加组件来保护设备免受这些瞬变的影响。然而，这可能会缩短继电器的使用寿命。确定特定的线圈抑制策略对于任何指定的应用是否是必要的。

　　闭锁：即使在激活电源被移除后，闭锁继电器仍保留其最后的接触位置。某些应用程序可能需要此功能。

　　噪声：继电器会产生电磁干扰 (EMI) 或射频干扰 (RFI) 噪声，这些噪声在高功率设备中更为明显。事先确定设备或系统对此噪声的敏感度。

　　触点弹跳：随着继电器循环，其触点可能会经历短暂的打开/关闭周期，称为触点弹跳，从而产生电脉冲。根据应用的敏感性，这种弹跳可能会导致不良影响，因此在指定继电器之前确定触点弹跳是否会影响应用非常重要。

　　图 3：接触弹跳和快速变化的电压示例。 (图片来源：CUI Devices)

　　结论

　　继电器是值得信赖、高效且可靠的设备，可为系统和设备提供安全的电气控制，同时使操作员安全地与工作电流隔离。功率继电器，无论是机电式还是固态式，都经过专门设计，具有增强的功能，可以管理更高的电压和电流。

　　当设计人员评估其产品的电源开关需求时，CUI Devices 提供了各种电源继电器和信号继电器。无论是处理低电平还是高电平电流开关，CUI Devices 都有继电器解决方案来有效且高效地满足各种需求。