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我主编的电子技术实验手册（13）——电磁元件之继电器

news 2025/6/21 20:56:10

本专栏是笔者主编教材（图0所示）的电子版，依托简易的元器件和仪表安排了30多个实验，主要面向经费不太充足的中高职院校。每个实验都安排了必不可少的【预习知识】，精心设计的【实验步骤】，全面丰富的【思考习题】。因此，对于开展电子技术教学犯愁的师生，本专栏应该能够帮到你们。

实验13 电磁元件——继电器

【实验目的】

理解并测量继电器的吸合电压与释放电压。
学会根据继电器原理图进行电路接线。
理解继电器常用术语的含义。

【预习知识】

磁性在许多电子元件和设备中起着重要的作用，如电感器、变压器、继电器、螺线管、变频器等。磁场与电荷的运动有关。如图1所示，通过形成线圈，磁力线被集中起来，这一基本原理在大多数磁性器件中都得到了应用。将线圈包裹在铁芯、硅钢或镍铁合金等材料上有两个突出的优点：首先，由于这些材料的磁导率比空气高得多，这样有利于增加磁通量。磁导率是一种衡量磁力线通过材料的难易程度的参数。其次，使用磁芯材料的第二个优点是磁通更集中。

继电器是一种带有一组或多组触点的电磁开关，用于控制大电流或电压。开关触点由一种叫做线圈的电磁铁控制。当线圈不施加电压时，触点被指定为常开（NO）或常闭（NC）。继电器通过对线圈施加额定电压来通电，这将使触点关闭或打开。继电器和机械开关一样，是根据独立开关的数量（称为极点）和触点的数量（称为掷点）来确定的。因此，单极双掷（SPDT）继电器是具有两个触点（一个NO和一个NC）的单开关，图2显示了这种继电器的基本结构和电气符号。

图3显示了SPDT继电器应用的一个例子。当S1打开时，电机关闭，灯亮着。当S1闭合时，继电器线圈通电，导致NO触点闭合，NC触点打开。这将市电应用在电机上，同时电灯熄灭。在这张图中，继电器触点被画成一个开关。

制造商根据线圈电压和电流的额定值、最大接触电流、工作时间等来生产继电器，配套的产品手册显示了触点和线圈的位置。如果没有这些，技术人员可以通过观察和欧姆表测量来确定触点和线圈的引线。

【实验元件与仪器】

低压SPDT继电器（5脚）和DPDT继电器（8脚）各1个
红、绿LED各1支
拨动开关（3脚）1支
330Ω电阻两支
直流稳压电源1个
3节5号电池（配电池盒）
万用表1个

【实验内容与步骤】

1. 图4是本实验所使用的一款SPDT小功率继电器（5脚）。仔细观察继电器，确定哪些端子与线圈相连，哪些端子与触点相连。首先，把欧姆表接在线圈两个端子，得到线圈电阻。接着，再用欧姆表检查触点，公共端与NC触点之间电阻接近零欧姆，公共端与NO触点之间电阻无穷大。

2. 图5是第一个实验电路的原理图和连线图，继电器的活动臂接到 $U_{S2}$ 负极。另外，特别注意LED是有极性的（长脚为阳极，短脚为阴极），不要接反。 $U_{S1}$ 是控制电压，应设置为标称的线圈电压（本实验为5.0V）。这里 $U_{S2}$ 没有用市电，而是用低压安全的干电池替代。如果接线正确，当 $S_{1}$ 断开时红灯应该亮；当 $S_{1}$ 闭合时，绿灯亮的同时红灯灭。

3. 接下来，测量继电器的释放电压。释放电压是当触点回到未通电位置时的线圈电压。慢慢的减小 $U_{S1}$ 直到继电器恢复到未通电时的位置，从而引起两个LED状态再次交替。在表1中记录下这个电压值。

4. 这一步，我们来测量继电器的吸合电压。吸合电压是引起继电器触点开关的最小线圈电压。首先，将US1调至最小，并将开关S1维持在上一步的闭合状态。然后，慢慢的增加US1，直到继电器产生吸合动作使两个LED的状态交替。在表13-1中记录下这个电压值。

5. 重复前两步的操作，一共三次，每次结果都记录在表1中，最后计算吸合电压和释放电压的平均值。

6. 图6是本实验所使用的另一款DPDT小功率继电器（8脚），它比之前的SPDT继电器多了一组触点。拿到以后这款继电器后还是仔细观察一下，确定哪两个端子与线圈相连，哪些端子与属于同一组触点。注意，你所在实验室提供的继电器型号和引脚排列不一定与本书中的一致，请以实际的为准。

7. 这一步，我们来构建一个带锁存功能的继电器电路，如图7所示。继电器的两组触点只有一组用来接被控电路，将另一组触点中的NO端和公共端与开关 $S_{1}$ 并联。将 $U_{S1}$ 调至线圈的标称电压，闭合 $S_{1}$ ，再断开 $S_{1}$ ，重复几次，把你观察到的现象记录下来。

请描述你观察到的现象：

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8. 断开电源和 $S_{1}$ ，将NO1和C1触点从 $S_{1}$ 上移开，换成NC1和C1触点与 $S_{1}$ 串联，如图8所示。通电之后闭合 $S_{1}$ ，记录你观察到的现象。

请描述你观察到的现象：

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【实验思考与讨论】

1. 根据 SPDT 继电器线圈的平均吸合电压和线圈电阻，计算平均吸合电流。吸合电流定义为完成开关动作时线圈电流的最小值。

2. 同上，根据 SPDT 继电器线圈的平均释放电压和线圈电阻，计算平均释放电流。

3. 迟滞可以定义为由于信号的增加或减少而引起的响应差异。对于继电器，它是吸合电压和释放电压之间的差。计算继电器的迟滞电压。

4. 请解释 SPDT 和 DPST 这两个电气术语的区别。

5. 请解释继电器中 NO 和 NC 的含义以及如何使用。

6. 对于图3的电路，假如当 $S_{1}$ 闭合时，灯依然亮着，电机依然关闭。请解释有哪两种原因可能导致此故障？如何找出是何种原因？

【实验拓展与延伸】

DPDT继电器可以用来反转电压，比如使直流电机反向转动。考虑用SPST开关和DPDT继电器反转5.0 V电源的情况，如图9部分示意图所示。当开关闭合时，红灯应该亮；当开关打开时，电压应该反向，绿灯亮。在图中画出未完成的部分，并实际测试你的电路。

（本文完）