我們很多人都聽說過繼電器是靠磁吸引來工作的。我們知道，當電流通過線圈時，就會產生磁場。這個磁場然后吸引電樞，電樞反過來移動觸點。

很好。

然而，這個模型是不完整的，無法解釋我們在繼電器中很容易看到的常見物理屬性。在本文中，我們將探討這些結構，從而更好地理解繼電器。有了這些磁路知識，我們可以更好地理解高級繼電器結構，并將我們的理解擴展到變壓器和電機等密切相關的主題。

磁通的性質

讓我們從兩個簡單的公理開始:

• 沒有通量線這種東西。我們用的不是線，而是環，它是連續的場，可以穿過空氣，但更喜歡穿過含鐵材料。

• 磁環“尋求”盡可能短的能級。這有兩個規定。首先，在黑色金屬中旅行比在空中旅行更可取。第二，磁通回路會主動尋求通過對抗彈簧張力和重力來縮短路徑。

考慮到這兩個特性，我們現在可以通過檢查物理結構來改進繼電器的概念模型。

典型的繼電器

圖1 為典型繼電器的特寫圖片，并附有其磁路的簡化表示。讓我們把重點放在與磁路相關的大型金屬結構上，包括線圈的鐵芯、軛和電樞。這些元件中的每一個都是由鐵質材料構成的，為磁回路提供了低阻路徑。我們在幾乎每個繼電器中都發現了類似的結構。

圖 1 :繼電器及其簡化磁路的特寫圖片。

我們觀察到，與塑料等材料相比，這種材料很重，成本高，而且可能難以制造。因此，我們必須得出結論，含鐵的金屬是繼電器必要組成部分。因此，我們應該把這種普遍的構造實踐納入我們的繼電器操作的概念模型中。

圖2 給出了開路繼電器和閉路繼電器的磁通路徑。驅動器 (產生磁通的外力) 是線圈。磁場的強度與線圈的匝數以及通過線圈的電流成正比。在左邊，磁通環可以看到從螺線管的核心，軛和電樞板旅行。然后它們跳過氣隙，回到它們開始的地方。

這就解決了我們的第一個公作原理: 磁通量在環路中傳播，并傾向于限制在含鐵材料中。磁通量在磁芯、磁軛和電樞的范圍內自由傳播，直到它別無選擇。由此產生的 最短路徑 是通過電樞到螺線管磁芯的氣隙。

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圖 2 :開路繼電器和閉路繼電器的磁路圖。

現在我們可以應用第二個公作原理了。

就像橡皮筋綁在氣球上一樣，磁環對環內的所有組件都施加了力。這種作用使凈周長盡可能小。在這個繼電器的例子中，電樞是自由移動的。當磁場強大到足以克服彈簧張力時，它就會這樣做。結果是更短的環路長度和相應的能量狀態的減少，因為磁通包含在鐵芯、軛和電樞等含鐵材料中。

回顧圖1，我們看到所有這三個組件都是金屬，具有良好的厚度，為磁通量提供了低磁阻路徑。這是繼電器設計的一個重要方面，你再也不能忽視。

技術貼士 :低能量狀態的概念可能很難理解。請考慮我們人類的參照系;我們知道物體會下落。當物體翻倒并躺在地上時，它們處于最低能量狀態。磁鐵似乎與這一觀察結果相矛盾，因為它們可以再次“拉動”重力，例如，在冰箱上固定一幅畫。磁鐵會保持在原來的位置上，顯然是在“對抗”重力。當我們考慮通量和環路長度時，這個矛盾就解決了。磁體“掉上去”是因為磁通圈被縮短了。我們可以說，磁環尋找的是磁阻最小的路徑。與此相關的是，這就是磁鐵的 N 極和 S 極相互尋找的原因。環路直徑較小，系統處于較低的能量狀態。

回顧

說線圈吸引電樞太簡單了。

相反，我們應該說磁通尋求最小化環路長度。繼電器元件的設計目的是為磁通量提供低磁阻，以便在電樞和線圈之間的距離處感受到像收縮橡皮筋一樣的磁通量。