2017年6月6日 星期二

電控應該要認識的基本元件介紹3 - 繼電器(RELAY)

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PLC 輸出接點怎麼選?電控必備基礎元件:繼電器 (Relay) 原理與規格介紹

當我們在選擇 PLC 的輸出接點形式時,通常有「電晶體 (Transistor)」和「繼電器 (Relay)」兩種可以選擇。

  • 電晶體輸出:有方向性,耐壓與耐電流較小,以直流電(DC)居多,優點是開關速度極快、壽命長。
  • 繼電器輸出:交流(AC)、直流(DC)皆可使用,能承受的電流較大。通常應用在需要控制交流電或較大負載的場合。

*註:實務上也常選擇「電晶體型 PLC」,然後在外部自行拉線連接「外接繼電器模組」,方便日後維修與隔離保護。


一、 外觀與內部構造

PLC 內建的繼電器通常包在塑膠殼內部看不到,但它的原理跟外面常見的獨立繼電器是一模一樣的。我們直接拿一般的繼電器來拆解:

繼電器外觀 繼電器內部構造

從內部零件圖可以清楚看到繼電器的作動原理:

  • 導通時 (ON):基本上它就是一個「電磁線圈」。通電後產生磁性,將上方的可動電樞吸下來。此時「共接點 (COM)」會跟「常開接點 (NO)」導通
  • 非導通時 (OFF):電磁線圈沒有通電,失去磁性,可動電樞受彈簧拉力維持在上方。此時「共接點 (COM)」會跟「常閉接點 (NC)」導通
繼電器作動原理圖
💡 繼電器的三大物理特性:
因為它是純機械式的實體開關,所以:
1. 沒有方向性(正接反接都能通)。
2. 接點金屬的大小與粗細,決定了它能承受的電流與電壓上限。
3. 交、直流(AC/DC)接點都可用

二、 看懂繼電器的電路圖

[Image of electrical schematic symbol for a relay]

電路圖範例 1:

在下圖中,13 跟 14 就是「電磁線圈」。對這兩點施加額定電壓,就可以使繼電器激磁作動。(電壓要給多少,請看規格表)

這個繼電器有兩組獨立的輸出接點:

  • 第一組:9 (COM)5 (NO)1 (NC)
  • 第二組:12 (COM)8 (NO)4 (NC)

這兩組接點之間是絕緣獨立的,你可以一組接 24VDC 控制訊號,另一組接 110VAC 控制警示燈,彼此不會干擾。但只要線圈(13, 14)一通電,這兩組接點就會「同時」作動 (ON/OFF)。

繼電器接腳圖1 印在繼電器外殼上的電路圖

電路圖範例 2:

有些圖面會把線圈的符號直接畫出來,其實意思是一樣的,只是表達方式不同。

繼電器接腳圖2

三、 如何選型?認識繼電器規格重點

挑選繼電器時,一定要確認以下三個關鍵規格:

  1. 線圈 (Coil) 驅動電壓: 你的 PLC 或控制器要輸出多少電壓來推動它?(常見有 AC 110V/220V 或 DC 12V/24V)。
  2. 接點 (Contact) 容量: 你的負載端需要多大的耐壓與耐電流?
  3. 極數 (Poles): 你需要幾組獨立的輸出接點?(常見有 2組、3組、4組)。

以 OMRON (歐姆龍) 的 RELAY 型錄為例:
型錄會清楚標示線圈的規格(交流或直流),以及接點的負載能力(例如:接 AC 時最大 220V 5A,接 DC 時最大 24V 5A)。接點數量也可以從型號直接辨識出來。

繼電器規格表 繼電器型號說明

*備註:有些直流線圈會有「極性」限制(有內建突波吸收二極體),接線時要注意正負極。另外,多數工規繼電器會附帶 LED 指示燈,當線圈導通時 LED 會亮起,非常方便查修。

帶LED指示燈的繼電器

四、 實務常遇問題:接點積碳與火花

因為繼電器常被用來開關大電流、高電壓(特別是交流電感性負載,如馬達、電磁閥),在接點導通或斷開的瞬間,很容易產生電弧(火花)

長時間下來,金屬接點表面會因為高溫而氧化、變黑(積碳),最終導致接觸不良、無法導通。

解決與預防建議:

  • 選用耐壓、耐流更大一級的繼電器型號,保留安全餘裕。
  • 在負載端或接點端並聯突波吸收器(RC 吸收電路 / 飛輪二極體),減少瞬間反電動勢造成的火花。
  • 一分錢一分貨,選擇品質穩定的日系或歐系大廠產品,其接點材質抗熔接能力較好,使用壽命確實會比較長。

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