我们很多人都听说过继电器是靠磁吸引来工作的。我们知道，当电流通过线圈时，就会产生磁场。这个磁场然后吸引电枢，电枢反过来移动触点。

很好。

然而，这个模型是不完整的，无法解释我们在继电器中很容易看到的常见物理属性。在本文中，我们将探讨这些结构，从而更好地理解继电器。有了这些磁路知识，我们可以更好地理解高级继电器结构，并将我们的理解扩展到变压器和电机等密切相关的主题。

磁通的性质

让我们从两个简单的公理开始:

• 没有通量线这种东西。我们用的不是线，而是环，它是连续的场，可以穿过空气，但更喜欢穿过含铁材料。

• 磁环“寻求”尽可能短的能级。这有两个规定。首先，在黑色金属中旅行比在空中旅行更可取。第二，磁通回路会主动寻求通过对抗弹簧张力和重力来缩短路径。

考虑到这两个特性，我们现在可以通过检查物理结构来改进继电器的概念模型。

典型的继电器

图1 为典型继电器的特写图片，并附有其磁路的简化表示。让我们把重点放在与磁路相关的大型金属结构上，包括线圈的铁芯、轭和电枢。这些元件中的每一个都是由铁质材料构成的，为磁回路提供了低阻路径。我们在几乎每个继电器中都发现了类似的结构。

图 1 :继电器及其简化磁路的特写图片。

我们观察到，与塑料等材料相比，这种材料很重，成本高，而且可能难以制造。因此，我们必须得出结论，含铁的金属是继电器必要组成部分。因此，我们应该把这种普遍的构造实践纳入我们的继电器操作的概念模型中。

图2 给出了开路继电器和闭路继电器的磁通路径。驱动器 (产生磁通的外力) 是线圈。磁场的强度与线圈的匝数以及通过线圈的电流成正比。在左边，磁通环可以看到从螺线管的核心，轭和电枢板旅行。然后它们跳过气隙，回到它们开始的地方。

这就解决了我们的第一个公作原理: 磁通量在环路中传播，并倾向于限制在含铁材料中。磁通量在磁芯、磁轭和电枢的范围内自由传播，直到它别无选择。由此产生的 最短路径 是通过电枢到螺线管磁芯的气隙。

image865×328 80 KB

图 2 :开路继电器和闭路继电器的磁路图。

现在我们可以应用第二个公作原理了。

就像橡皮筋绑在气球上一样，磁环对环内的所有组件都施加了力。这种作用使净周长尽可能小。在这个继电器的例子中，电枢是自由移动的。当磁场强大到足以克服弹簧张力时，它就会这样做。结果是更短的环路长度和相应的能量状态的减少，因为磁通包含在铁芯、轭和电枢等含铁材料中。

回顾图1，我们看到所有这三个组件都是金属，具有良好的厚度，为磁通量提供了低磁阻路径。这是继电器设计的一个重要方面，你再也不能忽视。

技术贴士 :低能量状态的概念可能很难理解。请考虑我们人类的参照系;我们知道物体会下落。当物体翻倒并躺在地上时，它们处于最低能量状态。磁铁似乎与这一观察结果相矛盾，因为它们可以再次“拉动”重力，例如，在冰箱上固定一幅画。磁铁会保持在原来的位置上，显然是在“对抗”重力。当我们考虑通量和环路长度时，这个矛盾就解决了。磁体“掉上去”是因为磁通圈被缩短了。我们可以说，磁环寻找的是磁阻最小的路径。与此相关的是，这就是磁铁的 N 极和 S 极相互寻找的原因。环路直径较小，系统处于较低的能量状态。

回顾

说线圈吸引电枢太简单了。

相反，我们应该说磁通寻求最小化环路长度。继电器元件的设计目的是为磁通量提供低磁阻，以便在电枢和线圈之间的距离处感受到像收缩橡皮筋一样的磁通量。