1.5 继电器

继电器是一种根据电气量（如电压、电流等）或非电气量（如热、时间、压力、转速等）的变化接通或断开控制电路，以实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。感测机构把感测到的电气量或非电气量传递给中间机构，将它与额定的整定值进行比较，当达到整定值（过量或欠量）时，中间机构便使执行机构动作，从而接通或断开被控电路。

接通和分断电路是继电器的根本任务，就这一点来说，它与接触器的作用是相同的，但它们仍有不同之处，主要区别是：继电器一般用于控制小电流电路，触头额定电流不大于5A，所以不加灭弧装置。而接触器一般用于控制大电流电路，主触头额定电流不小于5A，有的加灭弧装置。不同的继电器可以在相应的各种电量或非电量的作用下动作，而接触器一般只是在一定的电压下动作。

继电器的种类很多，按用途可分为控制继电器和保护继电器；按输入信号的性质可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器和温度继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器和电子式继电器等；按动作时间可分为瞬时继电器和延时继电器等。

1.5.1 电磁式电流、电压和中间继电器

电磁式继电器是电气控制设备中应用较多的一种继电器，其结构和工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁机构和触头系统组成。如图1-24所示为电磁性继电器典型结构图。铁心和铁轭为一整体，减少了非工作气隙。极靴为一圆环，套在铁心端部；衔铁制成板状，绕棱角（或绕轴）转动；线圈不通电时，衔铁靠反力弹簧的作用而打开。衔铁上垫有非磁性垫片，装设不同的线圈后，可分别制成电流继电器、电压继电器和中间继电器。这种继电器的线圈有交流和直流两种，其中直流的继电器加装铜套后可以构成电磁式时间继电器。

1.电流继电器

根据线圈中电流的大小而接通或断开电路的继电器称为电流继电器。电流继电器的线圈串接在电路中，为了不影响电路工作情况，电流继电器吸引线圈匝数少，导线粗。当线圈电流高于整定值动作的继电器称为过电流继电器；低于整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。

过电流继电器在正常工作时，电流线圈通过的电流为额定值，所产生的电磁力不足以克服反作用弹力，常闭触头仍保持闭合状态；当通过线圈的电流超过整定值后，电磁吸力大于反作用弹簧拉力，铁心吸引衔铁，使常闭触头断开，常开触头闭合。

欠电流继电器是当线圈电流降到低于整定值时释放的继电器，所以线圈电流正常时，衔铁处于吸合状态。

图1-25所示为电流继电器的符号。图1-26所示为电流继电器实物图。

过电流继电器主要用于频繁、重载启动场合，作为电动机或主电路的短路和过载保护。欠电流继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的失磁保护。

工程应用

常用的过电流继电器有JT4、JL12及JL14系列。其中JT4和JL14为通用继电器。

电流继电器型号意义：

表1-10所列为JL14系列交直流继电器的技术数据。

表1-10 JL14系列交直流电流继电器技术数据

2.电压继电器

根据线圈两端电压大小而接通或断开电路的继电器称为电压继电器。这种继电器并联在主电路中，线圈的导线粗，匝数多，阻抗大，刻度表上标出的数据是继电器的动作电压。

电压继电器有过电压继电器和欠电压（或零压）继电器之分。常用的欠电压继电器的外形结构及动作原理与电流继电器相似。一般情况下，过电压继电器在电压为（1.1～1.15）倍额定电压以上时动作，对电路进行过电压保护；欠电压继电器在电压为（0.4～0.7）倍额定电压时动作，对电路进行欠电压保护；零压继电器在电压降为（0.05～0.25）倍额定电压时动作，对电路进行零压保护。

电压继电器在电气原理图中的符号如图1-27所示。

电压继电器的型号意义：

常用的JT4P系列欠电压继电器的技术数据如表1-11所示。

表1-11 JT4P系列欠电压继电器技术数据

3.中间继电器

中间继电器是用来转换控制信号的中间元件，将一个输入信号变换成一个或多个输出信号，其输入信号为线圈的通电或断电，输出信号为触头的动作。

常用的中间继电器有JZ7系列和JZ8系列两种。JZ7系列继电器的结构和实物图如图1-28所示，与小型接触器相似。它由线圈、静铁心、动铁心、触头系统、反作用弹簧和复位弹簧组成。它的触头较多，一般有8对，可组成4对常开、4对常闭；6对常开、2对常闭或8对常开三种形式。多用于交流控制电路。

中间继电器的动作原理与接触器完全相同，只是中间继电器的触头对数较多，且没有主、辅之分，各对触头允许通过的电流大小相同，其额定电流多为5A，小型的多为3A。对于额定电流不超过5A的电动机也可以用中间继电器代替接触器使用。如图1-29所示为中间继电器的符号。

JZ8系列为交直流两用的中间继电器，其线圈电压有交流110V、127V、220V、380V和直流12V、24V、48V、110V、220V，触头有2常开、6常闭；4常开、4常闭和6常开、2常闭等。如果把触头簧片反装便可使常开与常闭触头相互转换。

JZ7系列中间继电器的技术数据如表1-12所示。

表1-12 JZ7系列中间继电器技术数据

在选择中间继电器时，要保证线圈的电压或电流应满足电路的要求，触头的数量与额定电压和额定电流应满足被控制电路的要求，电源也应满足控制电路的要求。

工程应用

中间继电器型号意义：

1.5.2 热继电器

热继电器是一种利用电流的热效应来切换电路的保护电器，它在电路中用做电动机的过载保护。

电动机在运行过程中，如果长期过载、频繁启动、欠电压运行或者断相运行等都可能使电动机的电流超过它的额定值。如果电流超过额定值的量不大，熔断器在这种情况下不会熔断，这样会引起电动机过热，损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至烧坏电动机。因此必须对电动机采取过载保护措施，最常用的是利用热继电器进行过载保护。

热继电器的型号意义：

1.热继电器的结构

热继电器的外形及结构如图1-30所示。它主要由热元件、触头系统、动作机构、复位按钮、整定电流装置和温升补偿元件等组成。

如图1-31所示为JR15系列热继电器的结构原理图及符号。

（1）热元件：有三块或两块之分，它是热继电器的主要部分，由主双金属片及围绕在双金属片外面的电阻丝组成。双金属片是由两种热膨胀系数不同的金属片焊接而成的，如铁镍铬合金和铁镍合金。电阻丝一般由康铜、镍铬合金等材料制成。使用时将电阻丝直接串接在异步电动机的三相或两边相电路中，这样安装，维修时不易碰触。

（2）触头系统：触头有两对，由公共动触头、常闭静触头和常开静触头组成。

（3）动作机构：由导板、温度补偿双金属片、推杆、动触头连杆和弹簧等组成。

（4）复位按钮用于继电器动作后的手动复位。

（5）整定电流装置由带偏心轮的旋钮来调节整定电流值。

2.热继电器的工作原理

当电动机绕组因过载引起过载电流时，发热元件所产生的热量足以使主双金属片弯曲，推动导板向右移动，又推动了温度补偿片，使推杆绕轴转动，推动动触头连杆，使动触头与静触头分开，从而使电动机线路中的接触器线圈断电释放，将电源切断，起到了保护作用。

温度补偿片用来补偿环境温度对热继电器动作精度的影响，它是由与主双金属片同类型的双金属片制成的。当环境温度变化时，温度补偿片与主双金属片都在同一方向上产生附加弯曲，因而补偿了环境温度的影响。

热继电器动作后的复位有手动复位和自动复位两种。

手动复位：将调节螺钉拧出一段距离，使触头的转动超过一定角度，当双金属片冷却后，动触头不能自动复位，这时必须按下复位按钮使动触头复位，与静触头闭合。

自动复位：切断电源后，热继电器开始冷却，过一段时间双金属片恢复原状，触头在弹簧的作用下自动复位与触头闭合。

3.热继电器的整定电流

热继电器的整定电流是指热继电器长期不动作的最大电流，超过此值就会动作。

整定电流的调整如下：热继电器中凸轮上方是整定旋钮，刻有整定电流值的标尺；旋动旋钮时，凸轮压迫支撑杆绕交点左右移动，支撑杆向左移动时，推杆与连杆的杠杆间隙加大，热继电器的热元件动作电流增大，反之动作电流减小。

当过载电流超过整定电流的1.2倍时，热继电器便要动作。过载电流越大，热继电器开始动作所需时间越短。其过载电流的大小与动作时间关系如表1-13所示。

表1-13 过载电流与热继电器开始动作的时间关系

4.三相结构及带断相保护的热继电器

上述的热继电器只有两个热元件，属于两相结构热继电器。一般情况下，电源的三相电压均衡，电动机的绝缘良好，电动机的三相线电流必相等，所以两相结构的热继电器对电动机的过载能进行保护。当三相电流严重不平衡时，或者电动机的绕组内部发生短路故障时，就有可能使电动机的某一相的线电流比其余的两相线电流高；当恰巧该相线路中没有热元件时，就不可能可靠地起到保护作用，应选用三相结构的热继电器。其结构、动作原理与二相结构的热继电器类似。

热继电器所保护的电动机，如果是星形接法的，当线路上发生一相断线（即缺相）时，另外两相发生过载，此时流过热元件的电流也就是电动机绕组的相电流，普通的热继电器二相或三相结构的都可起到保护作用。如果是三角形接法，发生一相断线时，局部严重过载，而线电流大于相电流，普通的二相或三相结构的热继电器还不能起到保护作用，此时必须采用三相结构带断相保护的热继电器。如JR16系列热继电器，它具有一般热继电器的保护性能，且当三相电动机一相断线或三相电流严重不平衡时，能及时动作起到断相保护作用。

5.热继电器的技术数据及选用

常用的热继电器有JR0和JR16系列，其技术数据如表1-14所示。

表1-14 JR0和JR16系列热继电器技术数据

在选用热继电器时，应根据电动机额定电流来确定热继电器的型号及热元件的电流等级。

（1）一般情况下，可选用两相结构的热继电器。当电网电压的均衡性较差，工作环境恶劣或较少有人照管的电动机，可选用三相结构的热继电器。当电动机定子绕组是三角形接法时，应采用有断相保护装置的三相结构的热继电器。

（2）热元件的额定电流等级一般略大于电动机的额定电流。热元件选定后，再根据电动机的额定电流调整热继电器的整定电流，使之等于电动机的额定电流。

对于过载能力较差的电动机，所选用的热继电器的额定电流应适当小一些，一般为电动机额定电流的60%～80%。

如果电动机拖动的是冲击性负载（如冲床、剪床等）或电动机启动时间较长的情况下，选择的热继电器的整定电流要比电动机额定电流高一些。

（3）双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁启动电动机的过载保护。对于重载、频繁启动的电动机，可采用过电流继电器作过载和短路保护。

6.热继电器常见的故障及排除

热继电器的故障主要有热元件烧断、热继电器误动作和不动作三种情况。

（1）热继电器接入后电路不通。由于电阻丝是串联到主电路中的，常闭触头串接在控制电路中，所以该故障与发热元件、常闭触头的运行状况有关。

热元件烧断或热元件进出线头脱焊，造成热继电器接入后主电路不通，可用万用表进行通路测量，也可打开热继电器的盖子进行外观检查，但不得随意拆下热元件。对于烧断的热元件需要更换同规格的元件，但要重新调整整定电流值。对脱焊的线头则应重新焊牢。

整定电流调节凸轮（或调节螺钉）转到不合适的位置上，使常闭触头断开；或者由于常闭触头烧坏，以及复位弹簧失灵，使常闭触头不能接触，造成热继电器接入后控制电路不通，应给予调整或更换。

（2）热继电器误动作。热继电器误动作是指电动机未过载时就动作，影响了电动机的正常运行。

由于电动机频繁启动，热元件频繁地受到启动电流的冲击，或者电动机启动时间过长，热元件较长时间通过启动电流，均会造成热继电器动作。此时应限制电动机的频繁启动，对于后者可按电动机启动时间的要求，从控制电路上采取措施，在启动过程中短接热继电器，启动后再接入。

热继电器整定值偏小，造成未过载就动作，此时应重新合理调整。如果使用场合有强烈的冲击及振动，使热继电器动作机构松动而造成误动作，此时应尽量减小冲击和振动，定期检查热继电器的动作机构，避免误操作。

（3）热继电器不动作。由于热继电器电流整定值偏大，当电动机过负荷运行时，虽然热元件温度升高，双金属片弯曲，但不足以推动导板和温度补偿双金属片，使电动机长时间过载运行而烧毁，此时应重新调整整定值。

由于动作机构卡死，导板脱出，或者由于热元件通过过载电流，双金属片产生永久性变形，电动机过载时热继电器无法动作，此时应检查动作机构，排除卡死故障，如双金属片产生永久变形，则应更换并重新调整。

另外，热继电器触头有灰尘，接触不良，电路接不通等原因，也会使热继电器不动作，应分别予以排除。

1.5.3 时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理来延迟触头闭合或断开的自动控制电器，在电路中起控制动作时间的作用，它的种类很多，有电磁式、电动式、空气阻尼式（又称气囊式）和晶体管式等。

电磁式时间继电器结构简单，价格也便宜，但延时较短，只能用于直流电路的断电延时，且体积和重量较大；空气阻尼式时间继电器的结构简单，延时范围较大，有通电延时和断电延时两种，但延时误差较大；电动式时间继电器的延时精度较高，延时可调范围大，但价格较贵；晶体管式时间继电器的延时可达几分钟到几十分钟，比空气阻尼式长，比电动式短，延时精度比空气阻尼式好，比电动式略差，随着电子技术的发展，它的应用也日益广泛。

时间继电器的型号意义：

其中，基本规格代号：

1——通电延时，无瞬时触头；

2——通电延时，有瞬时触头；

3——断电延时，无瞬时触头；

4——断电延时，有瞬时触头。

时间继电器的符号如图1-32所示。

空气阻尼式时间继电器是利用气囊中空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。经常使用的是JS7－A系列，分为通电延时型（如JS7－2A型）和断电延时型两种。

1.JS7－A系列时间继电器的结构

JS7－A系列时间继电器的外形及结构见图1-33所示。它是由电磁系统、触头系统、气室及传动机构等部分组成。

（1）电磁系统：由线圈、铁心、衔铁、反力弹簧及弹簧片等组成。

（2）触头系统：由两对瞬时触头（一对瞬时闭合，另一对瞬时断开）及两对延时触头组成。

（3）气室：气室内有一块橡皮薄膜，随空气的增减而移动。气室上面有调节螺钉，可调节延时的长短。

（4）传动机构：由推板、活塞杆、杠杆及宝塔弹簧等组成。

2.JS7－A系列时间继电器的工作原理

如图1-34所示为JS7－A系列时间继电器的工作原理图。

（1）通电延时型。如图1-34（a）所示，它的主要功能是线圈通电后，触头不立即动作，而要延长一段时间才动作；当线圈断电时，触头立即复位。动作过程如下：当线圈通电时，衔铁克服反力弹簧的阻力，与固定的铁心吸合，活塞杆在宝塔弹簧11的作用下向上移动，空气由进气孔进入气囊。经过一段时间后，活塞才能完成全部行程，到达最上端，通过杠杆压动微动开关XK4，使常闭触头延时断开，常开触头延时闭合。延时时间的长短取决于节流孔的节流程度，进气越快，延时越短。延时时间的调节是通过旋动节流孔螺钉，改变进气孔的大小。微动开关XK3在衔铁吸合后，通过推板立即动作，使常闭触头瞬时断开，常开触头瞬时闭合。

当线圈断电时，衔铁在弹簧的作用下，通过活塞杆将活塞推向最下端，这时橡皮膜下方气室内的空气通过橡皮膜，弱弹簧和活塞的局部所形成的单向阀，很迅速地从橡皮膜上方气室缝隙中排掉，使微动开关XK4的常闭触头瞬时闭合，常开触头瞬时断开，而XK3的触头也瞬时动作，立即复位。

（2）断电延时型。如图1-34（b）所示，它和通电延时型的组成元件是通用的，只是电磁铁翻转180°。当线圈通电时，衔铁被吸合，带动推板压合微动开关XK1，使常闭触头瞬时断开，常开触头瞬时闭合，同时衔铁压动推杆，使活塞杆克服弹簧的阻力向下移动，通过拉杆使微动开关XK2也瞬时动作，常闭触头断开，常开触头闭合，没有延时作用。

1—绕组；2—衔铁；3—反力弹簧；4—铁心；5—推板；6—橡皮膜；7—推杆；8—活塞杆；9—杠杆；10—节流孔；11—宝塔弹簧；12—节流孔螺钉；13—活塞；14—进气孔；15—弱弹簧；16～31—触点

当线圈断电时，衔铁在反力弹簧的作用下瞬时断开，此时推板复位，使XK1的各触头瞬时复位，同时使活塞杆在塔式弹簧及气室各元件作用下延时复位，使XK2的各触头延时动作。

3.时间继电器的技术数据及选用

时间继电器用于需要延时的场合，在机床电气自动控制系统中，作为实现按时间原则动作的控制元件。常用的有JS7－A系列时间继电器，其技术数据如表1-15所示。

表1-15 JS7－A系列空气式时间继电器技术数据

在选用时间继电器时，主要根据控制回路中所需要的延时触头的延时方式是通电延时还是断电延时，瞬时触头的数目，吸引线圈的电压等级等。

4.时间继电器常见的故障及排除

在机床电气控制中，经常使用的时间继电器是空气阻尼式时间继电器，其电磁系统和触头部分的故障在下节分析，在此分析由空气室造成的延时不准问题。

故障原因：由于气室经过拆卸再重新装配时，密封不严或者漏气，使动作延时缩短，甚至不延时，此时应重新装配气室，检查漏气的地方。如果橡皮膜损坏或老化，应予以更换，如果在拆卸过程中或其他原因有灰尘进入空气通道，使之受阻，继电器的动作延时就会变得很长，此时应清除气室内的灰尘，故障即可排除。

1.5.4 速度继电器

速度继电器是当转速达到规定值时动作的继电器，其作用是与接触器配合实现对电动机的制动，所以又称为反接制动继电器。

1.速度继电器的结构

速度继电器的结构如图1-35所示，由转子、定子及触头三部分组成。转子是一块永久磁铁，能绕轴旋转，使用时应装在被控制电动机的同一根轴上，随电动机一起转动。定子的结构与鼠笼异步电动机的转子相似，由硅钢片叠成并装有鼠笼型短路绕组，能移围绕转轴转动。

2.工作原理

当电动机旋转时，速度继电器的转子随之转动，产生旋转磁场，在定子绕组上，产生感应电流，此电流在永久磁铁的旋转磁场作用下，产生电磁转矩。转子速度越高，电磁转矩越大。当转速达到一定速度时，定子随着转子转动。当定子转动一个不大的角度时，带动杠杆，推动触头，使常闭触头断开，常开触头闭合，同时杠杆通过返回杠杆，压缩反力弹簧，使定子不能继续转动。当电动机转速下降时，速度继电器的转子速度也下降，定子转矩减小。当减小到一定程度后，反力弹簧通过返回杠杆使杠杆返回到原来位置，常开触头断开，常闭触头闭合，恢复原状态。调节螺钉，可以调整反力弹簧的弹力，从而调节触头动作时所需转子的速度。

速度继电器常用于铣床和镗床的控制电路中，转速在120r/min以上时，速度继电器能动作并完成其控制功能。在100r/min以下时，其触头会复原。

3.型号意义及技术数据

速度继电器的型号意义：

常用的速度继电器有JY1和JFZ0型，其技术数据如表1-16所示。

表1-16 JY1和JFZ0型速度继电器技术数据

1.5.5 压力继电器

压力继电器常用于机床的气压、水压和油压等系统中，它能根据风动或液压系统的压力变化决定触头的断开与闭合，以便对机床进行保护和控制。

压力继电器的结构如图1-36所示，它由缓冲器、橡皮薄膜、顶杆、压缩弹簧、调节螺母和微动开关等组成。微动开关和顶杆距离一般大于0.2mm，压力继电器装在气路（或水路、油路）的分支管路中。当管路压力超过整定值时，通过缓冲器，橡皮薄膜抬起顶杆，使微动开关动作，触头129和130断开，触头129和131闭合。若管路中压力低于整定值后，顶杆脱离微动开关，使触头恢复原位。

压力继电器的调整非常方便，只须放松或拧紧调整螺母即可改变控制压力。常用压力继电器有YJ系列，其技术数据见表1-17。

表1-17 YJ系列压力继电器技术数据