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1、第六章 开关 继电器及接插件,-2-,6.1 常见的开关,6.1.1 常见的开关的种类, 按极数、位数： 单极单位开关、双极双位开关、单极多位开关、多极单位开关和多极多位开关。 按结构特点： 波动开关、琴键开关、按钮开关、旋转开关、滑动开关、薄膜开关、水银开关等,波动开关：通过拨动开关柄来带动滑块或滑片的滑动，从而控制开关触的接通与断开。特点：接点隐藏在开关绝缘外壳里面，安全，在台灯和电热毯。,琴键开关：一般采用积木组合式结构，能作为多极多位组合的转换开关，大多为多档组合式，有锁紧形式和开关组成形式之分。,按钮开关简称为按钮：分为起动按钮、复位按钮、检查按钮、控制按钮、限位按钮等多种。有动合（
2、常开）和动断（常闭）之分。,旋转开关：靠旋转开关手柄来控制开关触点的接通与断开。分为单极单位和多极多位两种结构形式。, 最大额定电压 最大额定电流 接触电阻：开关接触时，“接触对”导体间的电阻值。一般在0.02以下，使用久的开关在0.10.8 。 绝缘电阻。一般在100M以上。 寿命，500010000次。,6.1.2 开关的主要参数,-8-,薄膜开关:自身带印刷线路的按键。通常最上层是由PET或PC材料组成的面板，下面是可导电的印刷线路，中间是隔离层，最下层部份通常是PET材料上印刷触点及连接线路 。用手指按上层部位的按键时,其上层触点与下层部位的触点相应部位接触而形成电流连接。,6.2 薄
3、膜开关,6.2.1 薄膜开关的结构与性能,特点：1.由于封闭式结构及防水构造,适用于任何环境, 2.价位低,可信赖性高, 3.超薄形结构及柔软性好 4.单纯组装,多功能 5.可进行鼓泡及可使用窝仔(Metal Dome) 6.表面可装灯. 7.寿命长.一般大于100万次,-11-,6.3.3 水银导电开关的结构与性能 一种玻璃水银导电开关，它由玻璃外壳、电极丝、水银柱构成，电极丝是由粗铜丝，玻璃外壳是由普通电子玻璃构成。利用水银柱面与电极接触，从而决定电路的“通”或“断”。,6.3 水银导电开关,-12-,6.4.1 电磁继电器的工作原理 当线圈通电以后，铁心被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁
4、并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分开； 当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分开的状态。,6.4 电磁继电器,(1) 额定工作电压、额定工作电流：是指继电器在正常工作时加在线圈两端的电压。是指继电器在正常电压时要通过线圈的电流。 (2) 线圈直流电阻：是指继电器线圈的直流电阻值(3) 接点电阻：若接触电阻不理想，可用砂纸擦清接点表面。(4) 吸合电压、吸合电流：继电器能够产生吸合动作的最小电压值（最小电流值）称为吸合电压（吸合电流）。 为了能够使继电器的吸合动作可靠，必须给线圈加上等于或稍大于额定电压(电流)的实际电压值，一般为额定值的1.31.5
5、倍。,6.4.2 电磁继电器的测试,(5) 释放电压、释放电流：使继电器从吸合状态到释放状态所需的最大电压值（最大电流值），就称释放电压（释放电流）。 一般释放电压是吸合电压10%15%，若释放电压小于1/10的吸合电压，说明继电器坏。(6) 吸合时间：是指给继电器线圈通电后，触点从释放状态到吸合状态所需要的时间间隔。,-15-,干簧管：在玻璃管内封装两个或三个由既导磁又导电材料做成的簧片所组成的开关元件。玻璃管内充有惰性气体或者真空。管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭接点，如图a所示。,6.4.3 干簧继电器（又称干式舌簧管，磁控管 ）,当永久磁铁靠近
6、干簧管时或者由绕在干簧管上面的线圈通电后形成磁场使簧片磁化时，簧片的接点都会感应出极性相反的磁极，如图b所示。由于磁极极性相反而相互吸引，当吸引的磁力超过簧片的抗力时，分开的接点便会吸合。,与外界大气隔绝，减少了接点火花所引起的接点氧化和碳化。 由于簧片尺寸很短，可以提高其固有的耐振频率，加速了接点的通断速度。干簧管的接通和释放时间要比电磁继电器小得多，一般为13ms。 自行车公里计：在轮胎上粘上磁铁，在一旁固定上干簧管构成的。,-18-,固态继电器(SolidStateRelays,缩写SSR)是一种无触点电子开关，采用混合工艺组装来实现控制回路与负载回路的电隔离及信号耦合，内部无任何可动部
7、件，由固态器件实现负载的通断切换功能。 主要是利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。,6.5 固态继电器,6.5.1 交流型SSR,-20-,交流固态继电器（过零型）原理 四端有源器件。其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端, 在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转变成导通状态,来控制较大负载。,SSR组成：在输入电路控制端加入信号后，IC1光电耦合器内光敏三极管呈导通状态，100电阻串接对输入信号进行限流。VD1可防止当输入信号正负极性接反。,VT使继电器在电压过零时开启、负载电流过零时关断。 当
8、IC1截止时，VT通过100K获得基极电流使之饱和导通,从而使SCR可控硅触发电压箝在低电位而关断，导致TRIAC双向可控硅在门极控制端上无触发脉冲而处于关断状态。,-22-,当有触发信号，当IC1导通时,VT处截止状态，SCR可控硅导通 ,从而使TRIAC双向可控硅也获得触发信号也呈导通状态。 如此时控制端信号关断后,负载电流也随之减小至TRIAC双向可控硅的维持电流IH时可自行关断,切断负载电源。,-23-,在交流电源输入端，并接RC浪涌吸收回路。,交流过零型固态继电器，因有其电压过零时开启，负载电流过零时关断的特性。它的最大接通、关断时间是半个电源周期，在负载上可得到一个完整的正弦波形。
9、也相应的减少了对负载的冲击。产生的射频干扰也大大减少。过零型与随机型的工作波形图分别见图2和图3。,6.5.2 直流型SSR,当控制端无信号输入时，IC1光电耦合器中的光敏三极管呈截止高阻状态 ，VT1截止,从而导致 VT2在截止状态，使其固态继电器呈关断状态。,-26-,当控制端有信号输入时，IC1中光敏三极管导通，使 VT1呈导通状态，从而使VT2导通使其固态继电器呈接通状态，并将电源加至负载上，直流固态继电器的输出端随着输入端信号的加入而导通，信号的消失而关断。 大功率低电压的直流固态继电器的输出开关普遍采用功率场效应管来替代功率三极管,以此来降低输入功率。,交流固态继电器（过零型）原理
10、 四端有源器件。其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端, 在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转变成导通状态,来控制较大负载。,SSR组成：在输入电路控制端加入信号后，IC1光电耦合器内光敏三极管呈导通状态，R1串接电阻对输入信号进行限流。VD1可防止当输入信号正负极性接反时以保护光耦IC1。,V1使固态继电器在电压过零时开启、负载电流过零时关断。当IC1截止时，V1通过R2获得基极电流使之饱和导通,从而使 SCR可控硅门极触发电压被箝在低电位而关断，导致BTA双向可控硅在门极控制端R6上无触发脉冲而处于关断状态。,如电源电压经R2与R3分压，A处电压VAVBE1时（无触发
11、信号），V1处饱和导通状态，SCR、BTA可控硅都处于关断状态； 如电源电压经R2与R3分压，A处电压VAVBE1时（有触发信号），V1处截止状态，SCR可控硅导通 ,从而使 BTA在R6上也获得触发信号也呈导通状态。如此时控制端信号关断后,负载电流也随之减小至BTA双向可控硅的维持电流IH时可自行关断,切断负载电源。,在交流电源输入端，并接RC浪涌吸收回路。,交流过零型固态继电器，因有其电压过零时开启，负载电流过零时关断的特性。它的最大接通、关断时间是半个电源周期，在负载上可得到一个完整的正弦波形。也相应的减少了对负载的冲击。而在相应的控制回路中产生的射频干扰也大大减少。过零型与随机型的工作波形图分别见图2和图3。,6.5.2 直流型SSR,当控制端无信号输入时，IC1光电耦合器中的光敏三极管呈截止高阻状态 ，V1通过R2获得其基极电流使之饱和导通（R3R4）,从而导致 V2、V3、V4均处在截止状态，使其固态继电器呈关断状态。,当控制端有信号输入时，IC1中光敏三极管导通，使 V1呈截止状态，从而使V2、V3、V4导通使其固态继电器呈接通状态，并将电源加至负载上，直流固态继电器的输出端随着输入端信号的加入而导通，信号的消失而关断。 另外，大功率低电压的直流固态继电器的输出开关普遍采用功率场效应管来替代功率三极管,以此来降低输入功率。,
