继电器电压规格经常被误解,因为有几个密切相关的参数很容易被误解。混淆的根源可能是对继电器本身的误解。回想一下,继电器内部有两个电子元件,包括触点和线圈。当线圈通电时,机械电枢在物理上迫使触点改变状态。
一个典型的错误是将触点规格与线圈规格混为一谈。
我们先从简单的线圈规格说起。继电器的线圈设计用于交流或直流操作。这是与线圈的物理结构有关的二进制规范。设计用于直流操作的继电器线圈不适用于交流电源。你可以尝试一下,但所发生的一切是继电器将嗡嗡声没有运动的电枢。直流继电器的电枢不会移动,因为线圈磁路缺少一个被称为阴极绕组的关键组件-这是另一天的话题。图中的继电器是交流继电器。铜阴极绕组看起来像字母 D。
再一次,线圈规格通常被认为是二进制规格。在大多数情况下,你应该选择一个继电器与线圈在你的设计中使用的电压合适。这将确保继电器按预期工作。例如,当移动设备受到机械振动或受到工业空气压缩机等振动机械时,继电器将保持不变。
触点规格几乎不像线圈规格那么简单。你经常会发现继电器有多个电压。举个例子,一个典型的继电器,如上图所示,有三个额定电压,包括:
- 110VAC, 10A 阻性/ 7.5A 感性
- 220VAC,7.5A阻 性/ 5A 感性
- 30VDC, 10A 阻性/ 5A 感性
附加的约束包括描述电感负载的功率因数和L/R时间常数。
这种复杂性捕获了与负载下打开开关相关的物理特性。回想一下,触点打开时形成电弧。电弧是电压、负载类型和电流类型的函数。
灭弧的性质总结在这张图中:
观察到更高的电压和更多的感性负载会产生难以熄灭的电弧。最后,直流电弧很难熄灭。因此,“10A”继电器在 220VAC 系统中带感性负载的 5A 被降除。在直流系统中,它进一步降为30v和5A。
继电器能够打开并迅速熄灭电弧是非常重要的。长时间的电弧作用会迅速破坏继电器的触点。触点会过热。在极端情况下,当继电器的触点打开时,负载不会断开。这对设备和操作人员都是一种风险。
作为参考,这里是 250VDC 系统中额定 10A 接触器的图片。可以看到,这比之前的继电器要大得多。
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在相同规格的带载电流下,直流继电器个头是交流继电器的好几倍,触点异常大。直流驱动器的驱动上也得采用秒冲式来驱动。
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为何直流继电器 “个头更大、触点更大”?
无论是传统电磁继电器还是固态继电器,直流电路的物理特性对 “触点 / 开关元件” 的设计要求远高于交流电路,这是导致体积差异的关键:
- 直流电弧无过零点,需更强的灭弧设计
交流电路中,电压 / 电流随正弦波周期性变化,每 10ms(50Hz)或 8.3ms(60Hz)会出现 “过零点”,此时触点(或固态继电器的开关管)断开时产生的电弧会因能量瞬间归零而自动熄灭,无需复杂灭弧结构。
但直流电路电压 / 电流恒定,断开时电极间的电势差会持续维持电弧(电流越大、电压越高,电弧越强、持续时间越长)。若电弧无法快速熄灭,会导致传统继电器触点熔化粘连,或固态继电器开关管因过热损坏。
因此直流继电器需:
- 放大触点尺寸:传统电磁式直流继电器的触点面积通常是同电流交流继电器的 2-5 倍,且多采用银镍、银镉等耐高温合金,分散电弧能量;即使是固态直流继电器,也需选用更大功率的开关管(如 IGBT、MOSFET),并增加散热片,导致体积增大。
- 增加灭弧结构:传统直流继电器内置陶瓷灭弧罩、磁吹装置(通过磁场拉断电弧),固态直流继电器可能需额外设计 RC 吸收电路抑制浪涌,这些结构都会显著占用空间,使整体体积远超交流继电器。
- 直流负载的浪涌与反向电动势冲击更强
直流负载多为感性(如电机、线圈)或容性(如电容),接通瞬间浪涌电流可达额定电流的 5-10 倍,断开时感性负载会产生几十倍于额定电压的反向电动势。为承受这些冲击,直流继电器的触点 / 开关元件需强化承载能力(如加厚金属触点、选用高耐压开关管),进一步推大体积;而交流负载的浪涌会因过零点特性被削弱,对继电器的结构要求更低。
| 项目 |
交流继电器 |
直流继电器 |
| 灭弧方式 |
依赖电流过零自然灭弧 |
需强制灭弧 |
| 触点尺寸 |
较小 |
较大,耐烧蚀材料 |
| 触点间距 |
小 |
大 |
| 驱动电流 |
恒定额定电流 |
秒冲式(吸合大电流,保持小电流) |
| 体积 |
小 |
大 |
| 成本 |
低 |
高 |
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