作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 應用工程和運動控制部門副總裁

　　繼電器本質上充當開關，控制電路內其他開關的操作。它們采用低功率輸入信號，對高功率電路發出命令。繼電器低功率信號的激活會觸發電磁體通電，從而啟動電樞的運動。該運動反過來促使電觸點閉合，從而促進將電力傳輸到受控電路。

　　該設計的最重要優勢之一在于其能夠將低功率控制信號與高功率電路隔離。這種隔離不僅可以保護操作員免受潛在危險，還可以保護設備免受潛在損壞。此外，這種布置有利于設備或系統的遠程控制，從而實現遠距離操作。

　　機電繼電器的起源可以追溯到 1835 年，盡管多年來其組件和多樣性取得了顯著進步，但其基本功能一直存在。歷史上最受認可的繼電器之一是功率繼電器。雖然所有繼電器本質上都控制功率，但并非所有繼電器都被正確稱為“功率繼電器”。本文將仔細研究功率繼電器，包括它們的優點、配置和關鍵選擇標準。

　　功率繼電器基礎知識

　　功率繼電器以其管理高水平電流開關的專業能力而聞名，電流范圍從幾安培到更高的幅度。其更堅固的結構和更大的尺寸使功率繼電器觸點能夠承受相當大的電流，使其成為電流通常超過 10 安培的應用的理想選擇。

　　他們發現在不同行業中的使用量有所增加，包括汽車系統、電梯控制、閥門執行器以及各種具有高初始電流浪涌特征的設備，例如電機、螺線管、電源和電子鎮流器。

　　與其他電氣元件非常相似，繼電器在安全管理的功率方面也存在固有的限制。每個型號都分配有最大額定功率，確保與各種負載(從燈泡等低功率實體到大型電機等堅固機械)有效匹配。然而，超過規定的額定功率可能會對繼電器造成永久性損壞。

　　此外，觸點未對準會引起觸點電弧，其特征是當繼電器觸點打開但彼此靠近時，電流流過繼電器觸點之間的氣隙。這種現象帶來的風險超出了火花和發熱的范圍，包括觸點腐蝕和產生不必要的電氣干擾，可能會損害附近的設備。

　　圖 1：機電繼電器觸點電弧。 (圖片來源：CUI Devices)

　　功率繼電器是專為解決加熱器、電機、照明陣列和工業設備等大電流設備的電氣負載而設計的。功率繼電器較高的電流和電壓額定值很大程度上源于使用與常規繼電器不同的開關觸點材料。選擇這些材料是因為它們能夠承受高功率應用的嚴酷考驗，確保在要求苛刻的工業環境中可靠運行和使用壽命長。

　　功率繼電器觸點材料

　　當電流流過繼電器觸點時，會遇到電阻，該因素取決于觸點的尺寸和材料成分。較高的電阻不僅會放大繼電器內消耗的功率，還會增加熱量的產生。減輕接觸電阻的一種方法是仔細選擇接觸材料。

　　傳統繼電器通常采用由銀鎳制成的觸點，銀鎳是一種因其歷史上在繼電器結構中普遍存在而聞名的金屬。銀鎳觸點非常適合開關電流和電壓同相的電阻負載。

　　相比之下，專為更高負載設計的繼電器(如功率繼電器)選擇由銀氧化鎘、銀氧化錫或金合金等材料制成的觸點。這些材料非常適合處理感應負載，其特點是異步電流和電壓，可能會產生大量電流或電壓尖峰。銀氧化鎘和銀氧化錫觸點均可降低電阻，并降低高浪涌電流引起的觸點焊接風險。值得注意的是，銀錫氧化物的采用規避了與鎘基合金相關的環境問題，從而符合某些國家所堅持的監管標準。

　　功率繼電器與信號繼電器的比較

　　功率繼電器和信號繼電器代表了繼電器領域內的兩種流行變體。雖然功率繼電器優先處理更高的電壓和電流，但它們通常承受的生命周期較短。相反，信號繼電器的設計目的是實現更高的生命周期計數，但可以在較低的電壓和最小的電流下運行。

　　功率繼電器中使用的觸點材料雖然擅長管理高功率場景，但并不非常適合低功率開關。這是因為，在較低電壓下，觸點之間的物理連接至關重要，這取決于觸點壓力和清潔度等因素，而不是觸點材料。

　　此外，在電力應用中使用信號繼電器具有固有的風險，可能最終因過壓或過流而導致災難性故障。即使這種繼電器能夠生存下來，它也將缺乏諸如防電弧和觸點自清潔等關鍵功能，從而損害長期可靠性。

　　在電源繼電器和信號繼電器之間的決策過程中，遵守基本準則至關重要：始終將切換的功率級別與繼電器的額定功率相匹配。這可確保最佳性能，降低故障風險，并維護繼電器和相關系統的完整性。有關信號繼電器的更多信息，請參閱 CUI Devices 的另一篇題為“信號繼電器 – 了解基礎知識”的文章。

　　功率繼電器類型

　　功率繼電器與常規繼電器一樣，有兩種主要類型：機電式和固態式。

　　機電功率繼電器依靠線圈、磁場、彈簧、可移動電樞和觸點的組合來調節設備的電力輸送。

　　另一方面，固態繼電器不使用移動部件。相反，它們利用硅控整流器 (SCR)、TRIAC(交流三極管)或開關晶體管等半導體器件來切換交流和直流電流。與機電繼電器相比，固態繼電器具有更快的開關速度和更高的可靠性等優點。然而，隨著功率需求的升級，由于與強大的功率半導體和包含額外的熱管理組件相關的成本較高，它們的成本效益會降低。

　　圖 2：固態繼電器與散熱器結合的示例。 (圖片來源：CUI Devices)

　　常見配置和額定值

　　功率繼電器與非功率繼電器非常相似，根據其觸點配置進行分類，表明它們可以同時控制的設備數量。常見的分類包括：

　　SPST(單刀單擲)

　　DPDT(雙刀雙擲)

　　3PDT(三刀雙擲)

　　SP3T(單刀三擲)

　　繼電器觸點被指定為常開 (NO) 或常閉 (NC)，具體取決于繼電器未通電時的狀態。

　　繼電器額定值表示繼電器可以安全有效地切換的最大功率。這些額定值通常以交流和直流電流的安培數表示。繼電器的額定值必須超過被切換設備的額定值，并考慮安全裕度，這一點至關重要。

　　與非功率繼電器類似，功率繼電器也可以使用術語“形式”來描述。 “1 Form A”或“2 Form C”等短語可以讓您深入了解繼電器的特性。 “Form”前面的數字表示繼電器中可用的所述觸點的數量。 “A 型”表示常開繼電器，而“B 型”表示常閉繼電器。 “C 型”和“D 型”適用于 SPDT 繼電器，分別指示哪個位置被視為常閉以及繼電器是先斷后合還是先合后斷。雖然還有許多其他形式，但這四種是最常用的。

　　A 型 – 常開

　　B 型 – 常閉

　　C 型 – 先斷后合 SPDT 開關

　　D 型 – 先合后斷 SPDT 開關

　　其他注意事項

　　選擇設備時需要考慮的一些其他注意事項包括：

　　輸入電涌：某些設備在啟動過程中可能會產生明顯的電涌。在指定繼電器之前識別這些浪涌非常重要，以防止損壞設備。

　　線圈抑制：繼電器循環會產生高壓瞬變。線圈抑制涉及在電路中使用附加組件來保護設備免受這些瞬變的影響。然而，這可能會縮短繼電器的使用壽命。確定特定的線圈抑制策略對于任何指定的應用是否是必要的。

　　閉鎖：即使在激活電源被移除后，閉鎖繼電器仍保留其最后的接觸位置。某些應用程序可能需要此功能。

　　噪聲：繼電器會產生電磁干擾 (EMI) 或射頻干擾 (RFI) 噪聲，這些噪聲在高功率設備中更為明顯。事先確定設備或系統對此噪聲的敏感度。

　　觸點彈跳：隨著繼電器循環，其觸點可能會經歷短暫的打開/關閉周期，稱為觸點彈跳，從而產生電脈沖。根據應用的敏感性，這種彈跳可能會導致不良影響，因此在指定繼電器之前確定觸點彈跳是否會影響應用非常重要。

　　圖 3：接觸彈跳和快速變化的電壓示例。 (圖片來源：CUI Devices)

　　結論

　　繼電器是值得信賴、高效且可靠的設備，可為系統和設備提供安全的電氣控制，同時使操作員安全地與工作電流隔離。功率繼電器，無論是機電式還是固態式，都經過專門設計，具有增強的功能，可以管理更高的電壓和電流。

　　當設計人員評估其產品的電源開關需求時，CUI Devices 提供了各種電源繼電器和信號繼電器。無論是處理低電平還是高電平電流開關，CUI Devices 都有繼電器解決方案來有效且高效地滿足各種需求。