对于一些词电磁和继电器召唤一个古老的机电世界的愿景，现在被全电子设备、智能马达等取代。这几乎是有道理的，因为这两种不同形式的组件已经伴随我们超过150年了。但不要被愚弄了:两者仍然是不可缺少的设备……并且仍然是将电能转换为机械运动的可行选择(在螺线管的情况下)，或者信号必须控制一个或多个其他信号的开关路径(在继电器的情况下)。让我们来比较一下这两种电子元件，它们有着非常不同的用途，但使用了非常相似的物理原理。
什么是螺线管?
基本上，螺线管是一个螺旋缠绕的线圈，其纵向轴上有一个空心中心。在这个线圈中有一个自由浮动的磁性材料柱塞，它沿着轴缩回或延伸-头部到空心的一端。
当线圈被交流电或直流电激励时，柱塞被合成磁场拉向中心。当电流关闭时，弹簧或其他机构将柱塞拉回其静止位置。
在自动化系统中使用了几十年，螺线管和继电器仍然是至关重要的组件——特别是在线性运动或电路切换需要通用性、坚固性、易用性和灵活性的地方。在螺线管中，通电线圈的磁场使俘获金属柱塞移动。当拔下电源时，柱塞回到空档位置。相比之下，机电继电器有一个电枢，当线圈通电并产生磁场时，电枢移动并关闭(或打开)触点电路。
螺线管在哪里使用?螺线管擅长于在有限范围内需要尖锐和快速线性运动的地方。当然，螺线管的大小和功率不同，但典型的尺寸范围从1到6英寸的长度与相同范围的线性运动。根据电线匝数和应用电流，螺线管可以施加亚盎司非常大的冲击力，能够在金属上冲孔或形成铆钉头。在许多螺线管的应用是锁的开启和关闭，工业机械的运动，自动售货机的点胶…和任何其他地方的机器设计需要一个坚实的线性行程或冲孔行动。
螺线管的力量如何确定？螺线管输出力采用基于安培定律的公式表示。这些定义输出的匝数N，电枢横截面积A，间隙大小g，空气的磁导率μO.请注意，输出力的强度与电流和匝数的平方成正比。更现实的方程使用这些参数，并考虑线圈边缘损耗、线圈缺陷和其他现实问题。
电路是如何驱动螺线管的?与大多数磁性设备一样，螺线管是电流驱动的装置 - 所以最好是由真正电流源提供的。然而，由于许多应用具有电压源（导轨）而不是电流源，因此也根据其直流电阻来规定螺线管......所以可以使用电压源，只要它可以提供由欧姆法测定的所需电流。
设计工程师使用电流源还是电压源有关系吗?是的,没有。许多成功的螺线管设计使用能够提供所需电流的电压源。然而，可能很难从电压源正确地驱动电流。这是因为螺线管相对较高的瞬态电流需求可能会导致电压源“下降”，因为它试图提供电流脉冲-除非它是一个非常低的引线电阻的硬源。这就是为什么在设计中尽可能使用电流源而不是电压源。
还有其他的电磁驱动问题吗?大多数螺线管倾向于使用相对大量的功率 - 以及它们作为热量的大部分电力散发。这意味着它们运行热，可以表现出短暂的寿命和周围的系统退化。当然有螺线管的脉冲操作（如在自动售货机的低占空比情况下），这可能不是问题。但是，它可能是工业生产线上的大容量高速率应用问题。
螺线管的其他缺点是什么?除了快速瞬态和高电流要求外，它们难以用于精确运行力或可重复性。也就是说，智能驱动程序以及通过霍尔效应设备的位置反馈，大大提高了螺线管的能力。
如何提高和改进电磁阀的运行?有两个基本的螺线管模式。在基本的冲击模式下，电磁阀（在通电时）将其柱塞移动并用力冲击......然后是切割的 - 当打开门时。在第二种模式中，螺线管被激励并以该模式保持相对长的时期 - 当人们通过时必须保持门，就像门口一样被锁定。任何要求在通电位置保持螺线管以超过简短行程将导致热量的产生和显着能量的消耗。毕竟，保持螺线管所需的电流量远远低于激活电流。这是智能驱动程序很有用的地方 - 在全电流下激活电磁阀，然后转移到更低的保持电流。
其中一些内容最初出现在设计世界的姐妹网站Power Electronic Tips上在这里和在这里。
更多关于电磁智能驱动器
虽然可以通过简单地连接到一个合适的电压轨或电流源来驱动螺线管智能驾驶员可以做得更多。从电透的角度来看，螺线管类似于电动机：两者都是电流驱动的并且充当高感应的负载 - 所以驾驶员要求也是如此。难怪，用于电动线圈控制的许多部件（通常是Metal-oxidemonion场效应晶体管，称为MOSFET）以及其司机也用作电磁阀。例如，某些省电螺线管电流控制器耗尽24 VDC轨道。这些可以用作真正的电流源来控制峰值和保持模式期间的电磁电流 - 这反过来通过通过外部MOSFET使用PWM驱动控制来实现较低的功率和热耗散。
这种智能驱动程序还可以让工程师在保持电流的同时调整峰值电流(以及该电流的时间)。它们还可以在柱塞冲程结束时实现从峰值到保持电流模式的自动切换。一些智能司机甚至接受一个外部霍尔效应传感器来跟踪柱塞位置。在某些情况下，传感可以让智能驱动器检测硬或软故障条件，如短路或打开线圈，以及外部堵塞或堵塞的柱塞运动。尽管这种基于ic的驱动器需要更多的外部无源支持组件，而不是与电磁阀串联的简单电源轨，但它们提供了远为优越的性能。
当然，对于许多低端应用(如消费级机器人和玩具)来说，不带电子器件的基本电源回路就足够了，而且具有适当的成本效益。
簧片继电器用于开关触点和更多
簧片继电器是玻璃包裹的接触继电器，可在尘土飞扬和散风环境中脱颖而出。各种来源列出簧片继电器作为机电继电器（由于它们的电磁操作和移动元件），而其他源将它们列为SSRS的子类型（由于它们与固态设备结合使用它们的广泛使用）。我们将簧片继电器分类为完全不同的继电器类。在最常见的迭代期间 - 常开（NO）布置 - 来自电磁铁或线圈的磁场作用在一对紧密放置的柔性簧片上。最终，芦苇的有吸引力'相反的极性克服了它们的僵硬并将其提示（通常是镀金或高导电材料）的接触。在拆除输入后，簧片返回其分离的位置。
事实上，簧片继电器可以在不同的安排和数量中包含簧片，尽管后者受到继电器线圈大小的限制。许多线圈可以处理多达12个标准开关;对于要求更多的应用，继电器线圈可以并联。微型簧片继电器也可用:它们是直接固定在印刷电路板(pcb)上的表面贴装设备(smd)。
簧片继电器通常用于切换起动电机和其他工业部件。
继电器与螺线管相比如何
现在让我们考虑机电继电器的设计。这些与螺线管有很多电磁特性...但具有截然不同的结构和功能。
机电继电器的设计使用线圈和电流驱动(或电压源)就像螺线管。然而，接力的作用却大不相同。尽管光电固态继电器(SSR)和基于mems的继电器等应用有了替代品，机电继电器仍然是交流-直流信号和功率开关以及低电平和高电平开关的重要和通用部件。
如前所述，继电器的功能是允许一个信号控制另一个电路的开关，完全电气隔离，两个电路之间没有任何电气接触。
基本继电器的操作原理使用螺线管的通电线圈。然而，代替将柱塞移动在芯中，而是拉动在电枢中 - 上面是一个更多的电触点。随着可动衔铁拉入，然后将其与固定触点进行（或破坏）连接，完成（或打开）通过电枢和接触的电路路径。当线圈被断电时，弹簧将电枢拉回到电源关闭位置。因此，继电器是电可控开关开关。
这里展示的是一台西门子小天狼星3 ru21160eb0热过载继电器。用于在系统的主电路上提供电流依赖的过载保护，它将其安装到系统负载馈线中。设定范围为0.28至0.4a，允许保护电机和系统至0.09 kW。辅助触点包括常闭（NC）的辅助触点，通常打开（否）。
机电式继电器的好处
由于SSR和MEMS继电器的可用性，甚至是机电继电器的独特和持久效用的原因
◾️线圈电路和接触电路彼此完全分离，电压和电流水平非常不同。
机电继电器触点形成基本开关闭合......并且电流通过它可以是AC或DC - 与线圈驱动器无关。封闭件的侧面都没有接地或连接到通用的电路，因此封闭件可以放置在电路中的任何位置。
◾️机电继电器可以在激活（称为常开或否）上关闭接触，或者它可以打开触点（正常关闭或NC设计）。机电继电器还可以使用多个触点来进行两者。
这种通用TRZ 24VDC 1Co - 1122880000耦合继电器来自Weidmüller的弹簧插入式端子触点，使系统接线简单可靠。耦合继电器接受24 Vdc输入，并集成一个切换触点用于通用开关。回想一下，转换触点(称为表单C触点)结合了NO(表单A)和NC(表单B)电路的功能，并经常与其他电子器件配合执行特定的任务。
◾️许多继电器控制多个NO和NC触点-与三个，四个，甚至更多独立的NO和NC触点。这些多触点不需要携带相同类型和额定负载，所以一些触点可以用于低电平信号，而另一些可以用于供电。
继电器触点配置包括单极单掷(SPST)、单极双掷(SPDT)、双极单掷(DPST)和双极双掷(DPDT)。
◾️当继电器被激活时，接触电路不需要生活 - 这实际上是某些设计中的必需品。这意味着在负载电路关闭时可以切换继电器。这被称为a干燥接触关闭。
◾️机电继电器在电气和机械上坚固耐用，易于故障排除。它们还能承受会破坏固态等量物的瞬变。
◾️机电继电器通常设计用于线圈电流，从10 mA到几十安培，触点处理毫安和几个伏特对两个参数更大的数量级。
◾️一旦机电继电器被通电，电枢已经移动，它只需要一个较弱的磁场将其固定在适当的位置;因此，继电器保持电流远小于驱动电流——通常约为驱动电流的一半。这与螺线管相同，相同或非常相似的电路可以用作螺线管驱动器或继电器驱动器。此外，继电器负载不需要完全知道或定义，只要它在设计限制内;这在负载可能具有不确定或难以控制的特性的情况下是有用的。
◾️适当设计的继电器可以使用低电平电压电流来切换更高的电压电流。此外，继电器非常易于排除：所需的所有内容是测量线圈连续性和直流电阻的欧姆表，并在继电器打开并关闭时测量接触电阻。
◾️继电器也可以用来切换射频信号，尽管这些需要独特的内部结构。
将继电器与接触器进行比较
这一信息的一部分最初出现在设计世界的姐妹网站Power Electronic Tips -在这里和在这里。
继电器和接触器是基本操作相同的电气开关——这就是为什么一些工程师认为接触器是继电器的子集。继电器和接触器的区别在于它们的适用范围:继电器通常作用于容量为20a或更小的电路。相比之下，接触器作用于大功率电路…直接开关电路与大电流负载，如灯，大电容器，和积分马力电动机-详细在此电机启动器文章。
我们已经解释了机电继电器的结构:就像继电器一样，接触器使用一个电磁线圈来开启和关闭电路。然而，接触器，这个线圈总是在它自己的电源。然而，接触器有一对或多对无三相输入和输出…在某些情况下，辅助触点与主触点一起工作。
电动机上使用的许多接触器（建立和中断电源进入绕组）也在每次绕组上整合热过载保护。随着绕组汲取电流，温度低阻金属带温热。在检测到过热后，它们触发NC触点（与接触器的电磁线圈串联）打开......反过来递交连接器 - 并从电源切断电机。
接触器格式通常遵循NEMA或IEC标准。后者往往是较小的给定额定值，以及较少依赖质量散热从电弧-感谢使用互补触点(和吹灭线圈)的电磁熄弧。在许多接触器的设计中还集成了弧槽(由平行板围成的封闭空间)，用于抑制电弧和熄灭电弧。
机电继电器缺点
❌机电继电器非常适合某些情况 - 而不是其他情况。它们可以相对较慢，开关速度大约数十毫秒。这对于需要微秒范围或更快的速度的切换应用是不可接受的。
❌它们会磨损——尽管一个设计良好的高质量继电器在其设计范围内使用可以持续100多万次，但这可能不够。不仅移动的机械元件会磨损，而且由于反复的通断动作电接触表面镀层也会磨损…最终使接触不良或断断续续。
❌除非它们被密封，触点可以累积污垢，甚至可以腐蚀（这会降低接触侧性能）。
❌它们比SSR或MEMS的同类产品更大，需要在相对较高的水平上驱动电流，因此可以消耗(和耗散)大量的功率，特别是在通电模式下。
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