随着微电子学及计算机技术的发展,电子设备趋向于小型化及高密集度安装,这就要求湿簧继电器具有小型、快速、灵敏和低功耗等特点。小型磁保持湿簧管和湿簧继电器就是为了适应这种需要而研制出来的。
小型磁保持湿簧管不仅保持了小型极化湿簧管的灵敏、快速等优点,而且还具有“记忆”功能,即当衔铁片(或称动簧片)的动作状态改变后,不论激励磁场是否继续存在,这种状态将继续保持下去,要使它改变状态,必须改变激励磁场的方向。由于它不需要保持状态所需的激励磁场,也就不需要在线圈中通以保持状态的激励电流,只须供给改变状态用的激励脉冲即可,因此它又具有低功耗和节省能源的特点。
工作原理和技术参数
图1所示为小型磁保持型湿簧继电器的结构简图。其工作原理与极化型湿簧继电器相比,其主要区别在于湿簧管中的衔铁片不再由弹簧片支持而改为由转轴来支持。这样“绞链”结构的衔铁片就可自由地随转轴的转动而靠向左(或右)边的静触点。

图2示出了小型磁保持湿簧继电器工作气隙中的磁通及衔铁片受力的情况。设激励线圈未通电时,衔铁片A倒在左边上磁极L的静触点上,见图2(a)。由于衔铁片A左边气隙LA小于右边气隙AR,在永久磁钢PL和PR的磁势相等的情况下,则LA中产生的磁通φ\(_{PL}\)将大于AR中的磁通φPR。于是,在衔铁片A上产生的相应磁吸力F\(_{PL}\)大于FPR,衔铁片A上所受的净磁吸力为F\(_{0}\)=FPL-F\(_{PR}\),故衔铁片A受F0力而保持靠在左边。

当线圈内通一激励脉冲时,并设它产生的工作磁通φ\(_{W}\)方向如图2(b)所示。在左气隙LA中φW与φ\(_{PL}\)方向相反,于是在左气隙中的磁通φLA=(φ\(_{PL}\)-φW)<φ\(_{PL}\)。而在右气隙AR中与φPR相同,则有φ\(_{AR}\)=(φPR+φ\(_{W}\))>φPR。当φ\(_{W}\)足够大时,可以使φLA<φ\(_{AR}\),衔铁片上受的力FLA<F\(_{AR}\),净磁吸力F=FLA-F\(_{AR}\)为负值,即净磁吸力向右,于是街铁片A吸向右边。而且随着衔铁片的运动静磁吸力随着左右气隙差的越来越大而迅速增加,使衔铁片加速地靠向右边,见图2(c)。若激励脉冲降为零,衔铁片会因永久磁通产生的磁吸力-Fo使它保持在右边的静触点上,见图2(d)。若要衔铁返回到左边,必须在激励线圈中通以反向激励脉冲,使净磁吸力F反向才行。
附表列出了西安交通大学研制的JASM—7F型小型磁保持继电器的主要技术参数。

在各项技术参数中,应特别注意其时间参数的含义,否则就不能正确地使用这类磁保持湿簧管和湿簧继电器。
由于湿簧继电器线圈具有电感以及湿簧管的衔铁片(动触点)在向静触点运动时有一段间隙,因此当线圈激励或去激励时,使动触点不能立即响应而改变原来的状态到达另一种状态,这就形成了继电器的吸合时间及释放时间。吸合时间是指从线圈开始通电起到闭合的触点断开或断开的触点闭合所需的时间。释放时间则为线圈开始断电时起到断开的触点闭合或闭合的触点断开所需的时间。由于磁保持湿簧继电器当线圈断开后,触点并不释放,而在下一次异向脉冲激励时才改变其原来的触点状态,故均用吸合时间表示。
在选用继电器时,必须根据使用要求正确选择“先断后合”型或是“先合后断”型的继电器,否则会使整个电路工作不正常,甚至损坏元、器件。
应用举例
1.双稳态触发电路:图3(a)为激励线圈通以正负双向窄脉冲时的情况。继电器的动触点A接负载电阻R\(_{L}\),右静触点R接直流电压+V伏,由稳压电源供给。设正向脉冲+Vc激励时,街铁A离开左触点L而闭合右触点R,当正脉冲结束后,动触点A仍保持在R边,一直等到负向激励脉冲-Vc到来时,A才由R边转换接通L边,并保持在那里。当触点A—R闭合时,负载RL上有输出电压+V伏,当A—R断开时,R\(_{L}\)上电压为零,于是在RL上有一频率与激励脉冲频率相同的矩形脉冲输出。应当指出,由于继电器的触点A—R闭合需要经过吸合时间t\(_{XR}\),而触点A—R断开又要比负向脉冲输入时滞后一个待断时间tdL,为此输出脉冲略滞后于激励脉冲,见图3(b)。

如果继电器采用同轴安装,并配接适当的形成线(或电缆),则在匹配负载R\(_{L}\)上可得到前沿为纳秒(10\(^{-9}\)秒)级的低频脉冲,其幅度可从毫伏级到500伏。幅值的精度和稳定度取决于稳压电源的指标。
若将直流路压电源-V伏接向继电器L边静触点,见图3(a)中虚线。继电器选用“先断后合”型,其它情况不变,因动触点A闭合L触点时,R\(_{L}\)上有-V伏电压输出,因此RL上有同频率的双向矩形脉冲输出。
图4为使用直流激励电源,通过按钮AN1和AN2分别接通继电器双线圈不同的输入端。一个由线圈的“头”(图中有“·”处)输入,另一个由线圈的“尾”(图中无“·”处)输入,这相当于加给湿簧管以正负双向脉冲激励,触点将随之作转换,完成双稳态的工作状态。

图5为使用交流电源,利用两个二极管按不同极性接法接入按钮AN\(_{1}\)和AN2,可分别控制继电器的激励线圈。当AN\(_{1}\)按下时,有正向脉冲输入激励线圈;当AN2按下时,有负向脉冲输入激励线圈。同样可使继电器处于双稳态情况下工作。

2.过流保护电路:在直流稳压电源输出端加接该磁保持湿簧继电器组成的过流保护电路可使直流电源具有过流保护作用。由于不需要更动原来的直流电源本身的任何电路,因此使用方便,通用性和灵活性较强。
图6中的磁保持湿簧继电器有两个激励线圈,J\(_{11}\)为电流线圈,J12为电压线圈。当输出电流超过预先调整好的吸合电流值(也就是电源要保护的过载电流值)时,其常闭触点LA断开,动触点A转向R边静触点,而且保持在那里,从而切断了输出电流。当故障排除后,按下复位按钮AN,动触点A又回复到L边静触点,电路恢复正常。由于这种继电路具有“记忆”能力,因此比使用极化继电器组成的过流保护电路简单得多。不但省去了一个湿簧管,而且还不需要维持动触点A保持在R边静触点的电流,具有低功耗、省能源的优点。

3.有明确上下液位指示特性的液位报警器。本刊1984年第7期中曾介绍过使用湿簧管制作的液位控制器广泛使用在水电站、广播台、化工厂及供水塔等场合。但由于采用的是非磁保持湿簧管,当永久磁环沿管子轴向移近时,其触点将作二次或三次转换,因此在一些需要有明确上、下液位指示的自动控制系统中就不适用了。而使用磁保持型湿簧管,则可有明确的上、下液位指示的作用。这是因为当永久磁环沿其轴向移近甚至穿过时,其触点仅动作一次。例如,在引进的30万顿合成氨的成套设备中,成功地采用了磁保持型湿簧管作为油路保护上、下液位报警,效果十分理想。
图7给出了湿簧继电器的外形尺寸和底座接线图。以供广大读者参考。(唐立森)
