磁場在繼電器中如何運作？
我們很多人都聽過繼電器是靠磁吸引來運作的。我們知道，當電流通過線圈時，就會產生磁場。這個磁場然後吸引電樞，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，以便更好地理解繼電器。有了這些磁路知識，我們可以更好地理解高階繼電器結構，並將我們的理解擴展到變壓器和馬達等密切相關的主題。
磁通的性質
讓我們從兩個簡單的理論開始：
-
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」盡可能短的能階。這有兩個規定。首先，在黑色金屬中行程比在空中行程更可取。第二，磁通迴路會主動尋求透過對抗彈簧張力和重力來縮短路徑。
考慮到這兩個特性，我們現在可以透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 是典型繼電器的特寫圖，圖 2 是其磁路的簡化表示。這些元件中的每一個均由含鐵材料構成，為磁環提供低磁阻路徑。我們幾乎在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，重點在於線圈、電樞和磁軛。
我們觀察到，與塑膠等材料相比，金屬重、成本高且可能難以製造。因此，我們必須得出結論，黑色金屬是繼電器的必要組成部分。因此，我們應該將這種普遍的建構實踐納入我們的接力運行概念模型中。
磁場在繼電器中扮演什麼角色？
圖 2 顯示了通電但仍打開的繼電器和閉合繼電器的磁通量路徑。驅動器（產生磁通量的外力）是線圈。磁場的強度與線匝數以及通過線圈的電流成正比。在左側，可以看到磁通環從螺線管的磁芯、磁軛和電樞板傳播。然後他們跳過氣隙回到他們開始的地方。
這就滿足了我們的第一條理論：磁通量在環路中傳播，並且優先限制在含鐵材料內。磁通在鐵芯、磁軛和電樞的範圍內自由傳播，直到它別無選擇。由此產生的最短路徑是經由電樞到螺線管磁芯氣隙。
圖 2：圖片顯示了最初通電但仍打開的繼電器以及通電且閉合的繼電器的磁路。
繼電器電樞響應磁環而閉合
我們現在可以應用第二個理論。
就像繫在氣球上的橡皮筋一樣，磁環對環本身包含的所有組件施加力。此效果使淨圓週盡可能小。在這個繼電器範例中，電樞可以自由移動。當磁場足夠強以克服彈簧張力時，它就會這樣做。結果是環路長度較短，且能量狀態相應降低，因為磁通包含在含鐵材料（包括鐵芯、磁軛和電樞）內。
回顧圖 1，我們看到這三個組件都是具有良好厚度的金屬，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，您不能再忽視。
技術提示：低能態的概念可能很難理解。請考慮我們的人類參考系；我們知道東西會掉落。當物體翻倒並躺在地上時，它們處於最低能量狀態。磁鐵似乎與這一觀察相矛盾，因為它們可以再次「拉動」重力，例如將照片固定在冰箱上。磁鐵將保持在明顯「抵抗」重力的位置。當我們考慮通量和環路長度時，這個矛盾就得到了解決。磁鐵「下落」是因為磁通環縮短了。我們可以說磁環尋找磁阻最小的路徑。與此相關的是，這就是為什麼磁鐵的 N 極和 S 極相互尋找的原因。環路直徑較小，系統處於較低的能量狀態。
回顧
線圈吸引電樞這說法過於簡單了。
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感受到像收縮橡皮筋的磁通量。