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

32 Comments

  1. 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

  2. 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 ….

  3. 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)

  4. 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

  5. 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)

  6. 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

  7. 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。

  8. 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

  9. 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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