Relay 繼電器簡介-看懂繼電器就知道怎麼選擇

Relay 繼電器的目的是以小電流控制大電流的ON/OFF,這樣就可以利用微電腦CPU的IO(Input/Output)來控制家電甚至動力馬達。常見到的應用如汽車的方向燈;建築物蓄水池的抽水馬達,也是利用浮球的低電壓訊號來驅動繼電器ON/OFF,進而驅動抽水馬達。

繼電器 Relay 的構造

下圖就是個很典型的電磁式繼電器Electromechanical Relay,它右方有個24VDC的電磁鐵與控制電路相連接,啟動時電磁鐵會吸住左方的簧片,如此簧片就會導通,進而讓負載運作。

Relay 4PDT繼電器
Relay 4PDT繼電器

Relay 規格敘述

繼電器的規格分為兩種,線圈規格與接點規格,前者指的是電磁鐵的規格,用來敘述電磁鐵需要多少電壓電流才能驅動;後者指的是接點規格,用來敘述這個Relay可以導通多大的電壓電流。

線圈規格

可分為DC或AC驅動,控制線路必須考慮自身能提供的電壓與電流,這當中線圈的阻抗與電抗也要考慮。

繼電器 Relay 的規格範例,摘自OMRON MY系列的datasheet
繼電器Relay的規格範例,摘自OMRON MY系列的datasheet

線圈規格通常會標示在外殼的某一面,以這個例子來說它標示在外殼的上方Top View,要注意的是接腳的順序是Bottom View,所以從上往下看的話接腳是反序的喔。

繼電器 的外殼會標示線圈規格與接腳
繼電器 的外殼會標示線圈規格與接腳

接點規格

接點可導通的電壓電流上限都敘述在這裡,AC與DC的適用規格不同。接點組成是指有幾路會同時導通,例如DPDT是2路它就會寫2c,4PDT是4路它就會寫4c。接點機構若為單點,表示它在每路的接點上,使用一個圓餅形的金屬作為接觸點,雙點則是指在每路接點上的末端會叉成兩路(bifurcation),各自有圓餅形的金屬作為接觸點,接觸效果會變好但Relay壽命會變短。

繼電器 Relay 的接點規格,摘自OMRON MY系列的datasheet
繼電器 Relay 的接點規格,摘自OMRON MY系列的datasheet

優缺點

電磁式繼電器的缺點就是體積大,切換時會產生很大的噪音,方向燈閃爍時會聽到的滴答聲,就是繼電器在ON/OFF之間切換的聲音,而且電流大的話還會產生火花;音響擴大機內的音源切換,也能聽到清脆的滴答聲。

音響擴大機內切換音源的Relay繼電器
音響擴大機內切換音源的Relay繼電器

建築物的抽水馬達控制盤內的繼電器體積更大(如下圖),裡面有電磁接觸器Magnetic Contactor(MC)與繼電器Relay,切換時產生的噪音更驚人,火花的亮光透過MC的外殼縫隙就隱約能看到。

抽水馬達控制盤的Relay
抽水馬達控制盤的Relay

電磁接觸器MC某種程度來說它就是個繼電器,與一般Relay的差別是,它配備有消弧功能,專門用在15A以上電流或3KW以上功率的裝置,例如馬達的控制。所以Relay與MC是不同檔次的東西。

電磁式繼電器雖然有噪音與火花,它的好處就是接點阻抗很低,頻寬高,因此音響擴大機的後級會透過電磁式繼電器將聲音訊號接入,確保音質。

但時代在進步,有人利用半導體開發了固態電容Solid State Relay(SSR),裡面式用光耦合的方式來達成隔離效果,而且由於是半導體製程,SSR切換時速度超快,沒有火花,也沒有噪音非常的安靜。但缺點就是會熱,因為講到底SSR畢竟不是整塊金屬,接點Close時的阻抗並不像金屬般的低,所以會熱;Open時的阻抗又不像空氣般的高,所以斷路時還是會有漏電流,至於要選哪一種比較好,就看你的應用囉。

Relay 電路

既然繼電器有電磁鐵線圈coil與開關switch,所以電路的Relay符號就會有這兩樣東西,我畫在下圖。這是個方向燈的例子,左邊是閃爍控制訊號,它的電流比較小,而右方的鎢絲燈泡所需的電流比較大,因此無法直接接在控制電路上,需要用繼電器隔開。

Relay繼電器燈泡控制應用
Relay繼電器燈泡控制應用

一定有人會問如果是用省電的LED燈難道不能直接放在控制電路上嗎? 理論上可以,但是我們設計電路時需要考慮到意外狀況,也就是使用者有可能將燈泡兩極短路,若此時燈炮與控制電路接在一起,可能會將控制線路燒毀,而我希望在意外時刻被燒毀的是繼電器,維修成本較低,而且它通常會插在專屬的區域插座上,比較方便更換。

彈跳現象Bounce

眼尖的你應該會發現上圖繼電器的線圈端並聯了一個反向的二極體,這是為了減少ON/OFF瞬間產生的彈跳震盪Bounce,這種震盪會造成如下圖的EMI干擾,你一定不希望車子在關鍵時刻不聽使喚,只因為你打了方向燈,詳細的內容可以參考這篇。

繼電器 EMI 電磁干擾防範-用一個元件搞定

遭受電磁干擾的I2C訊號
遭受電磁干擾的I2C訊號

RELAY FORM A/B/C/D

如果你選購過繼電器,一定會發現Relay規格有所謂的FORM A或者FORM C,這是甚麼呢? 我說明如下,這是繼電器型式的簡稱,畫圖如下。

繼電器Relay的形式Form
繼電器Relay的形式Form

Form A

表示常開型Normal Open的單刀單擲(Single Pole Single Throw,SPST),若單一包裝內有兩組則標示為2 Form A也稱為DPST,以下類推。

Form B

表示常閉型Normal Close的單刀單擲SPST。

Form C

表示單刀雙擲(Single Pole Double Throw, SPDT),切換的過渡時期新舊端點都不會觸碰到,最終會停在新端點上。若有兩組則稱為2 Form C或是DPDT(Double Pole Double Throw),以下類推。

Form D

表示單刀雙擲SPDT,切換的過渡時期新舊端點都會觸碰到,最終會停在新端點上。

注意Relay極性

雖然說Relay裡面是電磁鐵驅動,理當沒有極性之分,但為了方便User使用,有些Relay裡面會幫你安裝好Flyback二極體,有些還會安裝LED指示,這時你就需要注意極性了,若電源反接很可能燒掉自己的控制電路。

 

各種繼電器的變化選項,摘自OMRON MY系列的datasheet
各種繼電器的變化選項,摘自OMRON MY系列的datasheet

34 Comments

  1. 你好,初學者提問,如有荒誕之處請見諒,謝謝。
    1、假設使用驅動線圈12VDC的繼電器,線圈一端接上DC12V/1A變壓器的正電端,線圈電流一樣是72.7mA嗎?
    2、同上,線圈負電端接上其他設備的控制訊號,如紅外線的DO,是否得考慮控制設備DO端的電流耐受度?

  2. 請問 我要如何用24v的繼電器來控制感測器的out1或out2動作 我打算用外接24v電源供應器 感測器四條線分別是(棕,藍,黑,白)黑色是out1,白色是out2. 謝謝

  3. 繼電器還有一點很重要 就是裡面的金屬接點
    由於我的工作是屬於高電流高瓦數的工作
    繼電器都要用歐姆龍這個牌子或比他更好的才行
    其他雜牌的 都會因為過熱 導致金屬接點黏再一起 繼電器跳不回來 造成短路 ….

  4. 請教AC110V繼電器
    要如何加上電壓後
    (AC電壓持續)
    繼電器
    只吋動一下就跳掉
    (不要用到直流電路控制)
    謝謝 請賜教

    • 自保持的配線嗎
      就看你需要提供幾點接點出去,選用的輔助電驛就要多一點(這一點 NO接點要用來做自保持配線用)

  5. 你好,在選型relay時,會有耐力(endurance)可承受1000m/s平方,及誤動作(misoperation)可承受200m/s平方(以上打比方而已),想請問何謂誤動作(misoperation)?

    • 外力加速度造成relay的彈片接點硬是脫開, 從on–>off或是反過來, 這樣就是誤動作, 例如抖動
      如果加速度再大一些, 就回不來了, 那就故障了, 這就是耐力

      • 請問:外力加速度造成relay的彈片接點硬是脫開,這對於繼電器來講,頻率常發生嗎?如果常發生是不是代表壽命已到呢?

        • 我自己沒遇過這情況, 因為我的繼電器都是裝在靜態的環境, 如果是裝在機器手臂上, 在高速來回的情況下, 也許可能會發生, 但我認為這個規格是用來規範撞擊耐力的. 至於如果常發生, 是否代表壽命已到, 我認為是可以這麼說, 但也要看看是否操作環境太過惡劣, 才會有這種結果

          • 因為我將繼電器裝在車上,最近發現車子行經路面,震動彈跳較大時,繼電器會發出聲音(聲音跟繼電器動作的聲音非常相似),會隨著車子震動跳動的速度有相對應的發出聲響的頻率,因為看不到繼電器內部情形,推測是彈片接點彈開的聲音,這個繼電器在車上也運作了兩年了,在猜想事不是壽命到了!!遇到不平路況,一直聽到繼電器的作動聲也是蠻煩躁的!!

            謝謝您的回覆,感謝!!

          • 聽你敘述, 我認為比較像是繼電器的線圈供電線路有鬆脫, 因為滴答的聲音來自電磁鐵和接點手臂相撞的聲音, 一般的路面甚至產業道路的震動不太可能把吸住的磁鐵震開, 你可能要查一查哪顆繼電器, 然後從線圈的供電連接線下手, 接點鬆脫, 電線內部斷裂 都有可能

  6. 若不考慮其他耗損,這樣做線圈的電壓約5.34V…..
    應該可用;但若電阻不幸短路了(應該不太可能),5V繼電器肯定跟著壞……

    5V電源供應器;12V繼電器;5V繼電器;
    不知道量有多少;這兩種繼電器差了200元;若用量很少,直接選用12V;若用量大……
    5V電源供應器直上了吧……省時又安全;日後維修又方便(可再賺一筆)。
    (小弟淺見,若不足之處請鞭小力點)

  7. 我有個實務問題想請問,
    我有個餘氯感測器偵測餘氯值,當低於閥值,我就要驅動加液機加餘氯,加液機廠商說那就要靠繼電器去控制。
    那這樣繼電器的規格是不是要看餘氯感測氣的訊號輸出來購買?

    • 我不是工業控制的專家
      但根據你的敘述 加上我稍微查了一下你提到的機器
      我的答案是 YES
      繼電器的線圈規格 要看感測器的輸出訊號
      繼電器的接點規格 要看加液機的電源規格

  8. 確定是可以的,繼電器的電阻,一般都是指在20度C室溫的量測額定值,當有通電使用,繼電器的線圈電阻會因為溫度係數而增加,為此,廠商設計值,在datasheet裡面有寫最低的供電電壓須為75%的額定值,所以當你系統電壓為12V,繼電器是5V規格,可以採用計算分壓的原理,取一個接近的電阻值串接是可以的,尤其是小功率的繼電器。未來,如果是應用在大顆一點的繼電器,則可以採用計算的分壓電阻,往下取低一點的電阻,才可以避免繼電器運作的線圈電阻變化,例如,你算出若為260歐姆電阻,沒有完全相同的電阻值,則可以往下選用240歐姆的精密電阻,或選用220歐姆的一般電阻,希望這個解答能夠對你有幫助。

  9. 打擾一下,我使用的繼電器最近一直故障。廠商的解釋說當低於0.1A 的直流會造成接觸點積碳,造成使用次數不到1萬次就故障了。真的是這樣嗎?

    • 抱歉, 這部分我沒有特別研究
      以我目前的認知是只要有火花, 接點就會損耗
      火花通常會導致接點有沉積物, 至於沉積物是不是碳, 這我就不知道了
      我的relay因為久久才會使用幾次, 通常是被空氣氧化, 所以目前無法回答你的問題

    • 通常接電容量最好使用8成以下,比如說接點容量5A,通過電流最好落在4A以內,火花通常是因為瞬間電流大而產生,比如馬達的剎車(直流電磁鐵),那種瞬間電流大,接點切換間有時會有火花,比較容易久了積碳,導致接點有阻抗甚至不通

  10. 請問用9V的接口輸出,給5V的relay,繼而再用relay的「開」「關」控制12V的馬達,5V的relay會因9V電燒掉嗎?請指教!!謝謝。

      • 請問NA-5W-K這顆5V繼電器,我網路上找spec看線圈內阻是178歐姆.在5V輸入後,流過的電流算起來,5V/178R=0.03A(30mA),
        今天我電路上沒有5V,若我想用Adaptor的12V直接驅動,
        可不可以在12V端先串聯220歐姆電阻,在接到5V Relay的電源正極,
        這樣阻抗=外部220R+內阻178R=398R(Total),此時流過線圈的電流12V/398R=0.03(30mA),這樣可以嗎?
        PS:因為供應商說5V Relay多人用,價錢比12V Relay便宜,所以不考慮用12V Relay

        • 你真的非常有創意
          我懂成本與實務之間的煎熬

          理論上來說, 這樣做法
          應該是可以
          我也想不出反對的理由

          只是很抱歉, 我自己沒有這樣試過, 無法給你comment
          如果你試了, 有心得, 也歡迎分享出來

        • 應該是可以,跟LED限流一樣,利用電阻把電壓分壓掉(電阻分壓),通常這樣用在IC數位邏輯電路上面,在電工控制很少這樣做,這樣有點麻煩

        • 理論上是可以~
          但是 在 電阻上 浪費了 能~
          將 轉化 為 熱量 ~

          串 2顆 LED
          1 來降壓~
          2 來可以提供動作指示~

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