tiankai001

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节。安全保护。转换电路等作用。
1.电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器一般由铁芯。线圈。衔铁。触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合。释放，从而达到了在电路中的导通。切断的目的。对于继电器的“常开。常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
2.热敏干簧继电器的工作原理和特性
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环。恒磁环。干簧管。导热安装片。塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
3.固态继电器(SSR)的工作原理和特性
固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型。变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

tiankai001

一。继电器的定义继电器是一种当输入量(电。磁。声。光。热)达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。二。继电器的继电特性继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开(如图1)。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。
释放值xf与动作值xx的比值叫做反馈系数，即 Kf= xf /xx触点上输出的控制功率Pc与线圈吸收的最小功率P0之比叫做继电器的控制系数，即Kc=PC/P0继电器的分类继电器的分类方法较多，可以按作用原理。外形尺寸。保护特征。触点负载。产品用途等分类。一。按作用原理分 1．电磁继电器在输入电路内电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。它包括直流电磁继电器。交流电磁继电器。磁保持继电器。极化继电器。舌簧继电器，节能功率继电器。 (1)直流电磁继电器：输入电路中的控制电流为直流的电磁继电器。 (2)交流电磁继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器。 (3)磁保持继电器：将磁钢引入磁回路，继电器线圈断电后，继电器的衔铁仍能保持在线圈通电时的状态，具有两个稳定状态。 (4)极化继电器：状态改变取决于输入激励量极性的一种直流继电器。 (5)舌簧继电器：利用密封在管内，具有触点簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧的动作来开。闭或转换线路的继电器。 (6)节能功率继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器，但它的电流大(一般30-100A),体积小，节电功能。 2.固态继电器输入。输出功能由电子元件完成而无机械运动部件的一种继电器。 3.时间继电器当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。 4.温度继电器当外界温度达到规定值时而动作的继电器。 5.风速继电器当风的速度达到一定值时，被控电路将接通或断开。 6.加速度继电器当运动物体的加速度达到规定值时，被控电路将接通或断开。 7.其它类型的继电器如光继电器。声继电器。热继电器等

tiankai001

半导体技术的进展已使集成电路(IC)能够取代很多机械式继电器，但在任意极性的高电压大电流电路中，继电器仍然占据主导地位。然而，这类继电器的触点回跳会给下游电路带来麻烦。解决触点回跳的一种办法是把继电器与一个热插拔控制器结合起来。这种控制器在不关闭系统电源的情况下作为切换系统元件的手段，现在越来越流行。在图 1中，一个继电器触点取代机械连接器的引脚。驱动电路使继电器闭合，而继电器的闭合则将热插拔电路的输入端连接到电源(本例中为 28V)。在输入电源达到有效电平之后热插拔控制器 IC1使 p沟道MOSFET即Q1可保持关断状态最少达 150 ms。这段延迟时间足以使继电器中的触点回跳消失。在 150ms延迟之后，IC1驱动 MOSFET栅极，使输出电压以 9V/ms的速率摆动。这种受控的斜坡速率使起动电流减至最小，从而降低了对热插拔控制器下游的电源。继电器和电容器的应力。
继电器触点回跳实例表明起动浪涌电流峰值约为 30A时出现3次触点回跳(图 2)。顶部曲线是单位为 10V/格的输出电压，下面曲线是单位为 5A/格的输入电流，而输出负载阻抗是与 100μF并联的 54Ω。在这些条件下使用图 1所示电路能得到更好的结果(图 3)。输出电压的延迟上升显而易见，没有触点回跳引起的间断。输入电流的变化大为减小，在稳定于稳态值 500 mA之前，其峰值不到 1.5A。

tiankai001

超级电容器(supercapacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容。它与普通电容的最大区别是它是一种电化学的物理部件，但本身并不进行化学反应，超级电容的储电量特别大，达到法拉级的电容量。怎么样增加两极板的面积呢？超级电容通过注入电解质来储能，电解质在电极的作用下，电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小(一般0.5mm以下)，再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。 　　超级电容融合了普通电容的物理特性，很多优势是传统电容、电池无法比拟的：
　　1.具有法拉级的超大电容量，这比普通电容要大得多。
　　2.可以瞬间释放的功率比普通电池高近十倍，而且不会损坏。
　　3.充放电循环寿命在十万次以上，这是最大的优点之一，传统电池一般只能充放数百次。
　　4.能在40度至60度的环境温度中正常使用，传统电池低温下效能将会大大降低。
　　5.有超强的荷电保持能力，漏电量非常小，传统电池要经常充电才能保持状态。
　　6.充电迅速，它的速度比普通电池快几十倍，几分钟就可充满一辆汽车所需要的电量。
　　7.本身不会对环境造成污染，真正免维护，而传统电池仍是有污染。
　　但超级电容器有最致命的两个缺点：一是它的体积比较大，与体积相当的电池相比，它的储电量要小。二是即使达到法拉级的电量，但与传统电池相比，仍然少得可怜，按目前的技术，它仍然不能作为电动力的主要储电器，因为它的电量只能驱动车辆行驶几公里。
　　超级电容车在未来仍有作为
　　即使超级电容不能支持电动车行驶几百公里的路程，但在一些特殊的车辆上，仍将有很大的实用价值。如果把超级电容的电量提升到可行驶几十公里，除了短距离行驶的公交车以外，很大一部分城市使用的微型车将是这一技术的受惠者。例如哈尔滨工业大学研制成功一款超级电容电动车，一次只需充电15分钟便能连续行驶25公里，最高时速可达52公里。
　　在其它领域，超级电容已经有很好的发展前景，例如使用超级电容制造的手机电池，只需要充电一分钟就可充满电，而且不惧零下低温的环境考验。用在一些大功率的起动电动机上，例如为大型柴油引擎或燃汽轮机的起动，这些电动机需要很大的瞬间电流，用传统蓄电池寿命将会很短，但超级电容则完全胜任。
　　

tiankai001

一、概述

超级电容器是近年来新型能源器件的一个研究热点，它与常规电容器不同，其容量可达到法拉级甚至数万法拉。作为一种理想的新型能源器件，具有内阻小，充放电电流大，充放电效率高（90％~95％）、循环寿命长（几万至十万次）、无污染等独特的优点。它的比功率和比能量介于常规电容器和充电电池之间，在众多的应用领域里弥补了常规储能器件的缺陷。

由于超级电容充放电快速，因此在需要短时提供大功率缓冲、混合动力等系统中有着越来越多的应用。

二、超级电容的特性

超级电容器（super-capacitor)，又称为双电层电容器(electrical double-layercapacitor)、黄金电容或法拉电容，是通过极化电解质来储能。其储能的过程并不发生化学反应，并且这种储能过程是可逆的。正因为此，超级电容才可以反复充放电。它可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应的活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。但是它不同于传统的电容器。传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。同时传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能的薄。而超级电容器的面积是基于多孔碳材料，该材料的多孔结构允许其面积达2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器的电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离比传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人的静电容量，这也是其“超级”所在。

超级电容器可以快速充放电，峰值电流仅受其内阻限制，甚至短路也不是致命的。其充放电电流实际上决定于电容器单体大小，对于匹配负载，小单体可放10a，大单体可放1000a。另外，超级电容放电率的限制条件是热，反复地以剧烈的速率放电会使电容器温度升高，最终导致断路。

耐压等级较高的超级电容都是由耐压规格较小的单体经过串并联连接组成。为了保证系统安全，各单体间的电压应保持均衡，超级电容进行充放电工作时各单体的电流也应保持一致。因此，超级电容储能系统中都会设置相应的均压均流电路板。除了单体超级电容的特性好坏，均压均流电路的设计也是关乎超级电容系统性能的重要因素。

目前生产超级电容的国外主要厂家有美国maxwell、韩国nesscap、韩国korchip；国内厂家主要有北京集星联合电子、上海奥威、锦州百纳等。其中国外品牌的电容特性，安全保护装置等方面具有其技术优势，而国内品牌的价格更为低廉。当然，目前的超级电容器产品也存在某些不足。主要表现在，如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路。

三、超级电容与其他储能器件的对比

与蓄电池相比，超级电容器有以下几点优势：

1、电容量大

超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极，与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，两极板的表面积越大，则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1f，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3到4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000f。

2、充放电寿命很长

可达1000000次。而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次；可以提供很高的放电电流，如2700f的超级电容器额定放电电流不低于950a，放电峰值电流可达1680a，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流，一些高放电电流的蓄电池在如此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。

3、充电迅速，使用便捷

超级电容可以数十秒到数分钟内快速充电，而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险的或是几乎不可能的。电池、超级电容和传统电容都能储存电能，但是它们储存电能的原理不同。电池是电能和化学能的能量转换装置，通常称为化学电源；而超级电容(edlc)和传统电容是物理电源，它们储存电能是靠静电引力作用来实现的。超级电容(edlc)是在高度多孔状电极与束缚态电解质的接触表面所特定的双电层来实现储能的，传统电容通常是通过平板电极所带相异电荷来实现储能。因此，超级电容储存的能量是同规格普通铝电容的2000倍，是铅酸电池比功率的10倍。

由于超级电容系统往往由单体超级电容串并联组成，因此要制作耐压等级较高，容量较大的可直接应用于变频器上的超级电容，产品的体积也会比常规储能元件大很多。如国内厂家北京集星生产的22f/540v的超级电容储能系统柜尺寸达到了1350×850×1000mm3。该柜体中超级电容由432个2400f/2.7v单体（60×56×160mm3）串并联构成，包括附加保护电路、检测显示系统。

四、超级电容的应用

在传统的大型工业设备中，无论是交流变频系统还是直流系统，都存在着一定的能源利用不充分或能耗浪费的情况。特别在交流变频系统中，能耗电阻的使用存在以下问题：

(1)浪费能量，降低系统的效率；

(2) 电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作；

(3) 简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。

针对这一现象，广大科研工作者与企业开始越来越多的将超级电容应用到对传统设备的节能改造中去。

目前山东风光电子公司已经把带有超级电容能量回馈系统的变频器推广到了矿山提升机，正常运行两年多，用户反映良好。当时对再生能量的处理办法是回馈电网，当然可以节能，但由于电网波动大，再生能量回馈时对电网有冲击，或者说对电网有一定程度的谐波污染。处理再生能量的原始办法是耗能电阻，这部分能量被白白浪费掉，该电阻容易烧坏且要求很大的散热空间。为了提出对再生能量更好的处理办法，系统用超级电容器储能的办法来处理再生能量，实用效果不错，已有多台这种设备正在矿山正常运行。

起重机在许多行业有着广泛的应用，其工况特点是启动电流大、操作频繁、功率消耗和回馈大。因此在起重机混合动力系统中选择超级电容作为储能器件是合适的。

作为世界知名企业，安川公司在近年来也一直致力于应用超级电容的混合动力系统的研究。他们设计开发的混合动力场桥，就是在变频器的直流母线上设置了超级电容和相应的双向dc-dc转换装置，实现超级电容与内燃机共同为工作机构提供能量。与传统系统相比，大大减少操作过程中的能量（燃料）的同时，减少了50%的尾气排放量，还降低了发动机的噪音和发动机的启动时间。系统节能在40%以上。

在民用方面，超级电容的最新应用是超级电容公交车。这项技术主要利用超级电容功率密度大，充放电时间短，大电流充放电特性好，寿命长，低温特性等优点，在电动车上加入超级电容器作为储能器件代替原有的有缆电车。在城市市区运行的公交车，其运行线路在20km以内，以超级电容为唯一能源的电动汽车，一次充电续驶里程可达20km以上，充电时间12～15min，在城市公交有广阔的应用前景。

哈尔滨工业大学于2008年研制成功一款超级电容电动车，一次只需充电15min便能连续行驶25km，最高时速可达52km/h，这项技术日前通过了黑龙江省科技厅组织的专家鉴定。目前，这项研究在以电容为能源的电动车连续行驶里程、最高车速等方面达到先进水平。

另外，超级电容由于储能可以快速释放，能应用于短时需要提供大功率的负载，如军事上的发射装置等。

五、超级电容节能系统中的电力电子技术

目前，超级电容在起重设备上应用的关键在于合理的能量管理系统。由电力电子器件构成的双向dc/dc转换器解决了超级电容与传统设备直流母线之间的接口问题。双向dc/dc转换器的设计与开发，主要又包括了电力电子电路拓扑结构的设计和超级电容充放电控制策略的优化。

双向dc/dc变换器的拓扑结构主要有两种型式：直接连接型和变压器隔离型。

直接连接型的主要特点是电路结构简单，目前应用得较多。以高压侧作为输入时，其工作原理与普通的buck电路完全相同；如果以低压侧作为输入时，则与boost电路无异。这种电路工作时利用另一只开关管的反并联二极管作为续流元件，结构简单，元件的利用率高，但是输入、输出侧没有电气隔离。当电路作boost工作时，由于二极管在电流比较大的情况下承受反压而关断，因此二极管的反向恢复电流比较大。开关元件实现软开关困难，开关损耗大。

变压器隔离型双向dc/dc变换器是在单向全桥dc/dc变换器的基础上发展而来的。与单向全桥变换器类似，实现零电压开关主要利用变压器的漏感、串联电感或饱和电感等元件，以扩大实现软开关的范围。但是，附加电感的存在会导致损耗增大、效率降低，以及由反向恢复引起的副边整流二极管的电压振荡和损耗等问题。

国内外不少学者对双向dc/dc变换器的研究大多集中在控制策略和软开关实现方面，拓扑结构方面基本上采用上面所述的两种型式，即直接型采用buck、boost电路，隔离型采用全桥电路。

六、结束语

本文介绍了新型储能元件超级电容的主要特点，比较分析了它对比其他储能器件的优势。然后，介绍了超级电容的应用情况。最后还对超级电容应用中的电力电子技术进行了概述。由于超级电容的优势，在绿色环保、清洁能源、混合动力等众多领域，超级电容的应用会越来越多。可以预见，更多的超级电容系统的应用，必将推动超级电容器的性能价格比的不断提高，同时也使其应用领域不断拓宽，前景更加光明。

wobuyaoqian

楼主辛苦了。

sh680

下来闲情逸致时看看，楼主辛苦了，

tkmyr

dddddddddd

450678797

谢谢大家的分享，辛苦辛苦

folix

威武啊楼主，不是一般的厉害

guoyuanqiang

对新手有很好的帮助，很全很清楚

1071331457

157463202  医疗器械交流群

Vanilla_wyl

楼主简直不要太认真啊，腻害啊

123dong4

好帖收藏