第二节　电气控制线路中常用电器

一、低压隔离器

低压隔离器是低压电器中结构比较简单、应用十分广泛的一类手动操作电器，品种主要有低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。

隔离器主要是在电源切除后，将线路与电源明显地隔开，以保障检修人员的安全。熔断器式刀开关由刀开关和熔断器组合而成，故兼有两者的功能，即电源隔离和电路保护功能，可分断一定的负载电流。

1.刀开关

刀开关由操纵手柄、触刀、静插座和绝缘底板等组成。图1-12（a）为其结构简图，图（b）为打开外盖的刀开关外形图。

刀开关的主要类型有：带灭弧装置的大容量刀开关，带熔断器的开启式负荷开关（胶盖开关）、带灭弧装置和熔断器的封闭式负荷开关（铁壳开关）等。常用的产品有：HD11～HD14和HS11～HS13系列刀开关，HK1、HK2系列胶盖开关，HH3、HH4系列铁壳开关。近年来我国研制的新产品有HD18、HD17、HS17等系列刀形隔离开关，HG1系列熔断器式隔离开关等。

刀开关的主要技术参数有：长期工作所承受的最大电压——额定电压，长期通过的最大允许电流——额定电流，以及分断能力等。选用刀开关时，刀的极数要与电源进线相数相等；刀开关的额定电压应大于所控制的线路额定电压；刀开关的额定电流应大于负载的额定电流。表1-1列出HK1系列胶盖开关的技术参数。

刀开关一般应垂直安装在开关板上，并使用静插座位于上方，以防止触刀等运动部件因支座松动而在自重作用下向下掉落，发生合闸而造成事故。

刀开关使用时应注意以下几点。

①当刀开关被用作隔离开关时，合闸顺序是先合上刀开关，再合上其他控制负载的开关；分闸顺序则相反，先分开控制负载的开关再分开刀开关。

②按照技术参数规定的分断能力来分断负载，若无灭弧罩一般不允许分断负载。

③多极刀开关应保证各极的动作同步而且接触良好，否则当负载是笼型异步电机时，可能发生电机因单相运转而烧坏。

刀开关的图形、文字符号如图1-13所示。

2.组合开关

组合开关也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的，操作比较轻巧，它的动触头（刀片）和静触头装在封闭的绝缘件内，采用叠装式结构，其层数由动触头数量决定，动触头装在操作手柄的转轴上，随转轴旋转而改变各对触头的通断状态。

组合开关一般在电气设备中用于非频繁地接通和分断电路、接通电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星-三角降压启动等。

组合开关的主要参数有额定电压、额定电流、极数等。其中额定电流有10A、25A、60A等几级。全国统一设计的常用产品有HZ5、HZ10系列和新型组合开关HZ15等系列。HZ10系列组合开关的技术数据见表1-2。

组合开关的结构和图形、文字符号如图1-14（a）所示，某种组合开关的外形图如图1-14（b）所示。

二、熔断器

1.熔断器的工作原理和保护特性

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器，广泛用于供电线路和电气设备的短路保护中。熔断器由熔体和安装熔体的熔断管（或座）等部分组成。熔体是熔断器的核心，通常用低熔点的铅锡合金、锌、铜、银的丝状或片状材料制成，新型的熔体通常设计成灭弧栅状和具有变截面片状结构。当通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而分断电路，从而保护了电路和设备。

熔断器熔体熔断的电流值与熔断时间的关系称为熔断器的保护特性曲线，也称为熔断器的安-秒（I-t）特性，如图1-15所示。由特性曲线可以看出，流过熔体的电流越大，熔断所需的时间越短。熔体的额定电流I_fN是熔体长期工作而不致熔断的电流。

熔断器的熔断电流与熔断时间的数值关系如表1-3所示。

2.常用熔断器的种类及技术数据

熔断器按其结构型式分为插入式、螺旋式、有填料密封管式、无填料密封管式等，品种规格很多。在电气控制系统中经常选用螺旋式熔断器，它有明显的分断指示和不用任何工具就可取下或更换熔体等优点。

熔断器的型号含义：

插入式熔断器常用的有RC1A系列，由瓷盖、底座、触点和熔丝等组成，分断能力低，主要用于低压分支路及中小容量的控制系统的短路保护，也可以用于民用照明电路的短路保护；螺旋式熔断器由瓷底座、熔管、瓷帽等组成，瓷帽顶部有玻璃圆孔，内部有熔断指示器，当熔体熔断时，指示器跳出，具有较高的分断能力，限流性好，有明显熔断指示，可不用工具就能安全更换熔体，在机床中被广泛采用；无填料封闭管式熔断器有RM1、RM10，分断能力较低，限流特性较差，主要用于低压配电线路的过载和短路保护；常用的有填料封闭管式熔断器有RT0、RT12、RT14、RT15等系列，主要作为工业电气装置、配电设备的过载和短路保护，也可以配套使用于熔断器组合电器中。

自复熔断器是采用金属钠为熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速气化，气态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路，其优点是不用更换熔体，能重复使用。

熔断器的主要技术参数如下。

（1）额定电压　指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。

（2）额定电流　指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定值时所能承受的电流。厂家为了减少熔断管额定电流的规格，熔断管的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，也即在一个额定电流等级的熔管内可以分几个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断管的额定电流。

（3）极限分断能力　是指熔断器在规定的额定电压和功率因素（或时间常数）的条件下，能分断的最大电流值，在电路中出现的最大电流值一般指短路电流值。所以极限分断能力也反映了熔断器分断短路电流的能力。

表1-4列出了RL6、RLS2、RT12、RT14等系列的技术数据。

3.熔断器的选择

熔断器的选择主要包括熔断器类型、额定电压、熔断器额定电流和熔体额定电流的确定。

熔断器的类型主要由电控系统整体设计确定，熔断器的额定电压应大于或等于实际电路的工作电压；熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。

确定熔体电流是选择熔断器的主要任务，具体来说有下列几条原则。

（1）对于照明线路或电阻炉等电阻性负载，熔体的额定电流应大于或等于电路的工作电流，即I_fN≥I，式中I_fN为熔体的额定电流，I为电路的工作电流。

（2）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算

I_fN≥（1.5～2.5）I_N　　 （1-6）

式中，I_N为电动机的额定电流。

（3）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时启动，则应按下式计算

I_fN≥（1.5～2.5）I_Nmax+∑I_N　　 （1-7）

式中，I_Nmax为容量最大的一台电动机的额定电流；∑I_N为其余电动机额定电流的总和。

（4）为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1～2个级差。

熔断器的图形、文字符号如图1-16（a）所示，某种熔断器的外形图如图1-16（b）所示。

三、控制继电器

继电器是一种根据某种输入信号的变化，使其自身的执行机构动作的自动控制电器。它具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电压、电流、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制电路。

继电器种类很多，按输入信号可分为：电压继电器、电流继电器、功率继电器、速度继电器、压力继电器、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、电动式继电器、电子式继电器，热继电器等；按用途可分为控制继电器与保护继电器；按输出形式可分为有触点继电器和无触点继电器。

继电器的主要特性是输入-输出特性，即继电特性。继电特性曲线如图1-17所示。当继电器输入量x由零增至x₂以前，输出量y为零。当输入量x增加到x₂时，继电器吸合，输出量为y₁，若x再增大，y₁值保持不变。当x减小到x₁时，继电器释放，输出量由y₁降至零。x再减小，y值均为零。图中，x₂称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须大于或等于此值；x₁称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须小于或等于此值。

k=x₁/x₂称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一。k值是可以调节的，不同场合要求不同的k值。例如一般继电器要求低的返回系数，k值应在0.1～0.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作。欠电压继电器则要求高的返回系数，k值应在0.6以上。如某继电器k=0.66，吸合电压为额定电压的90%，则电压低于额定电压的60%时，继电器释放，起到欠电压保护的作用。

另一个重要参数是吸合时间和释放时间。吸合时间是指从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05～0.15s，快速继电器为0.005～0.05s，它的大小影响着继电器的操作频率。

无论继电器的输入量是电量或非电量，继电器工作的最终目的总是控制触头的分断或闭合，而触头又是控制电路通断的，就这一点来说接触器与继电器是相同的。但是它们又有区别，主要表现在以下两个方面。

（1）所控制的线路不同　继电器用于控制电讯线路、仪表线路、自控装置等小电流电路及控制电路；接触器用于控制电动机等大功率、大电流电路及主电路。

（2）输入信号不同　继电器的输入信号可以是各种物理量，如电压、电流、时间、压力、速度等，而接触器的输入量只有电压。

（一）电磁式继电器

在低压控制系统中采用的继电器大部分是电磁式继电器，电磁式继电器的结构与原理和接触器基本相同。电磁式继电器的典型结构如图1-18所示，它由电磁机构和触头系统组成。按吸引线圈电流的类型，可分为直流电磁式继电器和交流电磁式继电器。按其在电路中的连接方式，可分为电流继电器、电压继电器和中间继电器等。

1.电流继电器

电流继电器反映的是电流信号。使用时，电流继电器的线圈串联于被测电路中，根据电流的变化而动作。为降低负载效应和对被测量电路参数的影响，线圈匝数少，导线粗，阻抗小。电流继电器除用于电流型保护的场合外，还经常用于按电流原则控制的场合。电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。

（1）欠电流继电器　线圈中通以30%～65%的额定电流时继电器吸合，当线圈中的电流降至额定电流的10%～20%时继电器释放。所以，在电路正常工作时，欠电流继电器始终是吸合的。当电路由于某种原因使电流降至额定电流的20%以下时，欠电流继电器释放，发出信号，从而改变电路状态。

（2）过电流继电器　其结构、原理与欠电流继电器相同，只不过吸合值与释放值不同。过电流继电器吸引线圈的匝数很少。直流过电流继电器的吸合值为70%～300%额定电流，交流过电流继电器的吸合值为110%～400%额定电流。应当注意，过电流继电器在正常情况下（即电流在额定值附近时）是释放的，当电路发生过载或短路故障时，过电流继电器才吸合，吸合后立即使所控制的接触器或电路分断，然后自己也释放。由于过电流继电器具有短时工作的特点，所以交流过电流继电器不用装短路环。

常用的交直流电流继电器有JT4、JT14等系列，表1-5所列为JL14系列交直流电流继电器的技术数据。

2.电压继电器

电压继电器反映的是电压信号。使用时，电压继电器的线圈并接于被测电路，线圈的匝数多、导线细、阻抗大。继电器根据所接线路电压值的变化，处于吸合或释放状态。常用的有欠（零）电压继电器和过电压继电器两种。

电路正常工作时，欠电压继电器吸合，当电路电压减小到某一整定值（30%U_N～50%U_N）以下时，欠电压继电器释放，对电路实现欠电压保护。

电路正常工作时，过电压继电器不动作，当电路电压超过到某一整定值（105%U_N～120%U_N）时，过电压继电器吸合，对电路实现过电压保护。

零电压继电器是当电路电压降低到（5%～25%）U_N时释放，对电路实现欠电压保护。

JT4系列交流电磁式继电器的技术数据见表1-6所示。

3.中间继电器

中间继电器实质上是电压继电器，只是触头数量多（一般有8对），容量也大，起到中间放大（触头数目和电流容量）的作用。

常用的中间继电器有JZ7和JZ8等系列。表1-7所示为JZ7系列中间继电器的技术参数。

4.电磁式继电器的整定

继电器在投入运行前，必须把它的返回系数调整到控制系统所要求的范围以内。一般整定方法有两种。

（1）调整释放弹簧的松紧程度　释放弹簧越紧，反作用力越大，则吸合值和释放值都增加，返回系数上升，反之返回系数下降。这种调节为精调，可以连续调节。但若弹簧太紧，电磁吸力不能克服反作用力，有可能吸不上；弹簧太松，反作用力太小，又不能可靠释放。

（2）改变非磁性垫片的厚度　非磁性垫片越厚，衔铁吸合后磁路的气隙和磁阻增大，释放值增大，使返回系数增大；反之释放值减小，返回系数减小，采用这种调整方式，吸合值基本不变。这种调节为粗调，不能连续调节。

5.电磁式继电器的选择

电磁式继电器主要包括电流继电器、电压继电器和中间继电器。选用时主要依据继电器所保护或所控制对象对继电器提出的要求，如触头的数量、种类，返回系数，控制电路的电压、电流、负载性质等。由于继电器触头容量小，所以经常将触头并联使用。有时为增加触头的分断能力，也可以把触头串联起来使用。

6.电磁式继电器的图形符号和文字符号

电磁式继电器的图形符号如图1-19（a）、（b）、（c）所示，某种继电器的外形图如图1-19（d）所示，电流继电器的文字符号为KI，电压继电器的文字符号为KV，中间继电器的文字符号为KA。

（二）时间继电器

在自动控制系统中，需要有瞬时动作的继电器，也需要延时动作的继电器。时间继电器就是利用某种原理实现触头延时动作的自动电器，经常用于时间控制原则进行控制的场合。其种类主要有电磁阻尼式、空气阻尼式、电子式和电动机式。

时间继电器的延时方式有以下两种。

（1）通电延时　接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。

（2）断电延时　接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。

1.直流电磁式时间继电器

在直流电磁式电压继电器的铁心上加上阻尼铜套，即可构成时间继电器，其结构原理如图1-20所示。它是利用电磁阻尼原理产生延时的，由电磁感应定律可知，在继电器线圈通断电过程中铜套内将感应电势，并通过感应电流，此电流产生的磁通总是反对原磁通变化的。当继电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁阻大，磁通小，铜套阻尼作用相对也小，因此衔铁吸合时延时不显著（一般忽略不计）。而当继电器断电时，磁通变化量大，铜套阻尼作用也大，使衔铁延时释放而起到延时作用。因此，这种继电器仅用作断电延时。这种时间继电器延时范围很小，一般不超过5.5s，而且准确度较低，一般只用于要求不高的断电延时的场合。

直流电磁式时间继电器JT3系列的技术数据如表1-8所示。

2.空气阻尼式时间继电器

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，其结构由电磁系统、延时机构和触头三部分组成。电磁机构为双E直动式，触头系统用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。

空气阻尼式时间继电器的电磁机构可以是直流的，也可以是交流的；既有通电延时型，也有断电延时型。只要改变电磁机构的安装方向，便可实现不同的延时方式：当衔铁位于铁心和延时机构之间时为通电延时，如图1-21（a）所示；当铁心位于衔铁和延时机构之间时为断电延时，如图1-21（b）所示。现以通电延时型为例介绍其工作原理。

当线圈1得电后，衔铁3吸合，活塞杆6在塔形弹簧8的作用下带动活塞12及橡皮膜10向上移动，由于橡皮膜10下方的空气较稀薄形成负压，活塞杆6只能缓慢上移，其移动的速度决定了延时的长短。调整调节螺杆13，改变进气孔14的大小，可以调整延时时间：进气孔大，移动速度快，延时短；进气孔小，移动速度慢，延时较长。在活塞杆向上移动的过程中，杠杆7随之做逆时针旋转。当活塞杆移动到与已吸合的衔铁接触时，活塞杆停止移动。同时，杠杆7压动微动开关15，使微动开关的常闭触头断开、常开触头闭合，起到通电延时的作用。延时时间为线圈通电到微动开关触头动作之间的时间间隔。

当线圈1断电后，电磁吸力消失，衔铁3在反力弹簧4的作用下释放，并通过活塞杆6带动活塞12的肩部所形成的单向阀，迅速地从橡皮膜10上方的气室缝隙中排出，因此杠杆7和微动开关15能在瞬间复位，线圈1通电和断电时，微动开关16在推板5的作用下能够瞬时动作，所以是时间继电器的瞬动触头。

空气阻尼式时间继电器的特点是：延时范围较大（0.4～180s），结构简单，寿命长，价格低。但其延时误差较大，无调节刻度指示，难以确定整定延时值。在对延时精度要求较高的场合，不宜使用这种时间继电器。

常用的JS7-A系列时间继电器的基本技术数据见表1-9。

按照通电延时和断电延时两种形式，空气阻尼式时间继电器的延时触头有：延时闭合的常开触头、延时断开的常闭触头及延时断开的常开触头、延时闭合的常闭触头。

3.晶体管式时间继电器

晶体管式时间继电器也称半导体式时间继电器，具有延时范围广（最长可达3600s）、精度高（一般为5%左右）、体积小、耐冲击震动、调节方便和寿命长等优点，它的发展很快，使用也日益广泛。

晶体管式时间继电器是利用RC电路中电容电压不能跃变，只能按指数规律逐渐变化的原理——电阻尼特性获得延时的。所以，只要改变充电回路的时间常数即可改变延时时间。由于调节电容比调节电阻困难，所以多用调节电阻的方式来改变延时时间。

常用的产品有JSJ、JS13、JS14、JS15、JS20型等。现以JSJ型为例说明晶体管式时间继电器的工作原理。图1-22为JSJ型晶体管式时间继电器的原理图。

其工作原理为：接通电源后，变压器副边18V负电源通过K的线圈、R₅使V₅获得偏流而导通，从而V₆截止。此时K的线圈中只有较小的电流，不足以使K吸合，所以继电器K不动作。同时，变压器副边12V的正电源经V₂半波整流后，经过可调电阻R₁、R、继电器常闭触头K向电容C充电，使a点电位逐渐升高。当a点电位高于b点电位并使V₃导通时，在12V正电源作用下V₅截止，V₆通过R₃获得偏流而导通。V₆导通后继电器线圈K中的电流大幅度上升，达到继电器的动作值时使K动作，其常闭打开，断开C的充电回路，常开闭合，使C通过R₄放电，为下次充电做准备。继电器K的其他触头则分别接通或分断其他电路。当电源断电后，继电器K释放。所以，这种时间继电器是通电延时型的，断电延时只有几秒钟。电位器R₁用来调节延时范围。

表1-10为JSJ型晶体管式时间继电器的基本技术数据。

4.电动机式时间继电器

电动机式时间继电器是用微型同步电动机带动减速齿轮系获得延时的，分为通电延时型和断电延时型两种。它由微型同步电动机、电磁离合系统、减速齿轮机构及执行机构组成。常用的有JS10、JS11系列和7PR系列。

电动机式时间继电器的延时范围宽，以JS11通电延时型时间继电器为例，其延时范围分别为0～8s、0～40s、0～4min、0～20min、0～2h、0～12h、0～72h。由于同步电机的转速恒定，减速齿轮精度较高，延时准确度高达1%。同时延时值不受电源电压波动和环境温度变化的影响。由于具有上述优点，电动机式时间继电器就延时范围和准确度而言，是电磁式、空气阻尼式、晶体管式时间继电器无法比拟的。电动机式时间继电器的主要缺点是结构复杂、体积大、寿命低、价格贵、准确度受电源频率的影响等。所以，这种时间继电器不宜轻易选用，只有在要求延时范围较宽和精度较高的场合才选用。

5.数显时间继电器

近年来，随着电子技术的发展，采用集成电路、功率电路和单片机等电子元件构成的新型时间继电器大量面市。数显时间继电器延时范围广，延时时间可以通过键盘任意设定，用LCD显示时间，使用简便方法达到以往需要较复杂接线才能实现的功能，既节省了中间控制环节，又大大提高了电气控制的可靠性。

数显时间继电器有DHC6多制式单片机控制时间继电器，J5S17、J3320、JSZ13等系列大规模集成电路数字时间继电器，J5145等系列电子式数显时间继电器，J5G1系列等固态时间继电器等，DS11S、DS14S和DS48S等系列产品。其中DH□S系列时间继电器的主要技术参数如表1-11所示。

时间继电器的图形符号及文字符号如图1-23所示。

时间继电器的外形图如图1-24所示。

6.时间继电器的选用

在选用时间继电器时，首先应考虑满足控制系统所提出的工艺要求和控制要求，并应根据对延时方式的要求选用通电延时型和断电延时型。当要求的延时准确度低和延时时间较短时，可以选用电磁式（只能断电延时）或空气阻尼式；当要求的延时准确度较高、延时时间较长时，可以选用晶体管式；或晶体管式不能满足要求时，再考虑使用电动机式。这是因为虽然电动式精度高，延时范围大，但体积大，成本高。而数显时间继电器则延时范围广，精度高。总之，选用时除考虑延时范围和准确度外，还要考虑控制系统对可靠性、经济性、工艺安装尺寸等提出的要求。

（三）热继电器

电动机在实际运行中，常常遇到过载的情况。若过载电流不太大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组绝缘老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。热继电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间，具有反时限保护特性，即过载电流大，动作时间短；过载电流小，动作时间长。当电动机的工作电流为额定电流时，热继电器应长期不动作。

1.热继电器的结构及工作原理

热继电器主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。双金属片是热继电器的感测元件，由两种线膨胀系数不同的金属片用机械碾压而成。线膨胀系数大的称为主动层，小的称为被动层。在加热以前，两金属片长度基本一致。当串在电动机定子电路中的热元件有电流通过时，热元件产生的热量使两金属片伸长。由于线膨胀系数不同，且因它们紧密结合在一起，所以，双金属片就会发生弯曲。电动机正常运行时，双金属片的弯曲程度不足以使热继电器动作，当电动机过载时，热元件中电流增大，加上时间效应，所以双金属片接受的热量就会大大增加，从而使弯曲程度加大，最终使双金属片推动导板使热继电器的触头动作，切断电动机的控制电路。其结构原理图如图1-25所示。

2.热继电器的型号及选用

我国目前生产的热继电器主要有JR0、JR5、JR10、JR14、JR15、JR16等系列。按热元件的数量分为两相结构和三相结构。三相结构中有三相带断相保护和不带断相保护装置两种。JR16系列热继电器的结构示意如图1-26所示。

图1-27为带有差动式断相保护装置的热继电器动作原理示意图。图1-27（a）为通电前的位置；图1-27（b）是三相均通过额定电流时的情况，此时3个双金属片受热相同，同时向左弯曲，内、外导板一起平行左移一段距离，但移动距离尚小，未能使常闭触头断开，电路继续保持通电状态；图1-27（c）为三相均匀过载的情况，此时三相双金属片都因过热向左弯曲，推动内外导板向左移动较大距离，经补偿双金属片和推杆，并借助片簧和弓簧使常闭触头断开，从而达到切断控制回路保护电动机的目的；图1-27（d）为电动机发生一相断线故障（图中是右边的一相）的情况，此时该相双金属片逐渐冷却，向右移动，带动内导板右移，而其余两相双金属片因继续通电受热而左移，并使外导板仍旧左移，这样内、外导板产生差动，通过杠杆的放大作用，使常闭触点断开，从而切断控制回路。

选择热继电器的原则为：根据电动机的额定电流确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。对于星形接法的电动机及电源对称性较好的场合，可选用两相结构的热继电器；对于三角形接法的电动机或电源对称性不够好的场合，应选用三相结构或三相结构带断相保护的热继电器。热继电器热元件的额定电流原则上按被控电动机的额定电流选取，即热元件额定电流应接近或略大于电动机的额定电流。

热继电器的图形符号及文字符号如图1-28（a）、（b）所示，某种执继电器外形图如图（c）所示。JR16、JR20系列是目前广泛使用的热继电器，表1-12所列为JR16系列热继电器的主要参数。

（四）速度继电器

速度继电器根据电磁感应原理制成，常用于笼型异步电动机的反接制动控制线路中，也称反接制动继电器。当电动机制动转速下降到一定值时，由速度继电器切断电动机控制电路。其结构原理如图1-29（a）所示，JY₁型速度继电器外形图如图1-29（b）所示。

速度继电器是一种利用速度原则对电动机进行控制的自动电器。它主要由转子、定子和触头组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型的绕组。速度继电器的转轴与被控电动机的轴相连接，当电动机轴旋转时，速度继电器的转子随之转动。这样就在速度继电器的转子和圆环内的绕组便切割旋转磁场，产生使圆环偏转的转矩。偏转角度是和电动机的转速成正比的。当偏转到一定角度时，与圆环连接的摆锤推动触头，使常闭触头分断，当电动机转速进一步升高后，摆锤继续偏转，使动触头与静触头的常开触头闭合。当电动机转速下降时，圆环偏转角度随之下降，动触头在簧片作用下复位（常开触头打开，常闭触头闭合）。

速度继电器有两组触头（各有一对常开触头和常闭触头），可分别控制电动机正、反转的反接制动。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型，一般速度继电器的动作速度为120r/min，触头的复位速度值为100r/min。在连续工作制中，能可靠地工作在1000～3600r/min，允许操作频率每小时不超过30次。

速度继电器应根据电动机的额定转速进行选择。

速度继电器的图形符号及文字符号如图1-30所示。

（五）温度继电器

温度继电器是一种可埋设在电动机发热部位，如定子槽内、绕组端部等，直接反映该处发热情况，对电动机温度升高起到过热保护作用，可以保护电机因过电流发热和其他原因引起的发热。

温度继电器一般有两种类型，一种是双金属片式温度继电器，这与热继电器原理相似，不再重复。另一种是热敏电阻式温度继电器，热敏电阻式继电器外形与一般的晶体管式时间继电器相似，但热敏电阻不装在继电器中，而是装在电动机定子槽内或绕组端部。热敏电阻是一种半导体元件，根据材料性质分为正温度系数和负温度系数，具有明显的开关性，有电阻温度系数大、体积小和灵敏度高等优点。

如图1-31所示为热敏电阻式温度继电器的原理电路图。

图中，R_T表示各绕组内埋设的热敏电阻串联后的总电阻，它同电阻R₇、R₄和R₆构成一电桥，由晶体管VT₂、VT₃构成的开关电桥接在电桥的对角线上。当温度在65℃以下时，R_T大体为一恒值，且比较小，电桥处于平衡状态，VT₂、VT₃截止，晶闸管VT₄不导通，执行继电器KA不动作。当温度上升到动作温度时，R_T的阻值剧升，电桥出现不平衡状态，VT₂、VT₃导通，晶闸管VT₄获得门极电流也导通，KA线圈得电吸合，其常闭触头分断接触器线圈使电动机断电，实现了电动机的过热保护。当温度下降至返回温度时，R_T阻值锐减，电桥恢复平衡使VT₄关断，继电器KA线圈断电而使衔铁释放。

（六）液位继电器

液位继电器一般用于根据液位高低变化进行控制水泵电动机的启停，常用于水箱、锅炉等容器。

液位继电器的结构如图1-32所示，由磁钢、与动触头相连的磁钢和两个静触点组成。浮筒放置于锅炉内，浮筒的一端有一根磁钢，锅炉外壁装着一对触点，动触点一端也有一根磁钢，它与浮筒一端的磁钢对应。当液面水位降低到极限值时，浮筒下落使磁钢端绕支点A上翘，由于磁钢同性相斥，动触点的磁钢端下落，通过支点B使静触点1接通，触点2断开，水泵电机工作锅炉进水；当液面水位上升到上极限时，浮筒上浮使静触点2接通，触点1断开。

液位的高低由液位继电器安装的位置决定的。

（七）干簧继电器

干簧继电器由于其结构小巧、动作迅速、工作稳定、灵敏度高等优点，触点电寿命一般可达10的7次方左右。

干簧继电器的主要部分是干簧管，它由一组或几组导磁簧片封装在惰性气体（如氦、氮等气体）的玻璃管中组成开关元件，如图1-33所示。干簧管有常开（H）、常闭（D）与转换（Z）三种形式。常开式干簧管的舌簧片分别固定在玻璃管的两端，它们在线圈（磁铁）的作用下，一端产生的磁性恰好跟另一端相反，因此两接触点依靠磁的“异性相吸”克服弹片的弹力而闭合；常闭式干簧杆的舌簧片则固定在玻璃管的同一端，在外磁场的作用下两者所产生的磁性相同，因此两触点依靠“同性相斥”克服舌簧片的弹力而断开。

干簧继电器特点如下：

①接触点与空气隔绝，可有效地防止老化和污染，也不会因触点产生火花而引起附近易燃物的燃烧。

②触点采用金、钯的合金镀层，接触电阻稳定，寿命长，为100万～1000万次。

③动作速度快，为1～3ms，比一般继电器快5～10倍。

④与永久磁铁配合使用方便灵活。可与晶体管配套使用。

⑤承受电压低，通常不超过250V。

（八）漏电保护继电器

供电系统中的电气设备常因绝缘程度的降低而漏电，漏电状态的延续可能导致故障的扩大以酿成重大事故。除触头漏电保护断路器外，近年来电子式漏电保护继电器也得到了广泛的发展和应用。这里仅介绍中性点接地系统的漏电保护继电器。

当电动机绕组的绝缘破坏，其导线将通过铁心和机壳接地。如果电网的中性点接地则产生较大的接地短路电流。此时在系统中将产生小的零序电压和零序电流（这种零序电流在电动机正常或发生其他类型的非对称故障如断相时是不存在的）。因此漏电继电器漏电信号的检测需要高的灵敏度，采用高灵敏度的零序电流互感器―电抗互感器组（TA-L组）作为1-U变换器，并用放大器将信号放大。

图1-34所示为380V/220V低压电网的漏电保护继电器电路。测量部分为TA-L组，电抗互感器具有以坡莫合金为导磁材料的闭合铁心，输出信号电压可通过R₁、R₂、R₃调节，并以此整定继电器的动作值。为了防止发生金属性接地时出现的极大信号电压，用V₄、V₅两个二极管进行限幅，R₄、C₁是干扰信号的吸收环节，C₁容量较小。信号通过放大器的交流通道（C₂、C₃）送到兼有检波作用的晶体管V₁的发射结上，V₁的静态工作点设在接近截止区，此时从R₁₀、R₁₂上输出的直流电压经射随（V₂）及R₁₃、R₁₄分压至晶闸管VT的触发端（门极）。只有当被保护电路的零序电流达到预先整定的50mA，VT才被导通。设置电容C₄、C₅一方面为了滤波，同时为了得到继电器的动作延时。延时时间与信号电压的大小有关，具有反时限特性。

该电路没有设置独立的鉴幅器，这里的门限电压U_d是V₂的发射结压降和VT的触发电压之和，它们对于环境温度都有很敏感，当温度增高时，V₁的电流放大倍数增大，V₁、V₂的输入电阻降低，VT的触发电压和触发电流均降低，使继电器动作值减小。为了给予适合的温度补偿，在V₁的集电极上接入R_t1、R_t2，以降低高温时的放大倍数。补偿电路的补偿特性应与V₁、V₂、VT的温度特性相配合，给全电路以综合温度补偿的功能。当电动机绕组的尾端附近（接近中点）发生漏电故障时，如产生零序电流小于50mA的整定值，继电器不动作，这一情况称为漏电保护继电器的死区。SB₁、SB₂分别是试验按钮和复位按钮，通过SB₁的闭合接入低阻值电阻R₅，使V₁导通，进行模拟动作试验。

（九）固态继电器

固态继电器（Solid State Relay，SSR）是微电子技术发展起来出现的新型无触点继电器，是一种带光电隔离器的无触点开关，由可控硅或晶体管代替常规触点。具有无触点、无火花、耐振动、寿命长、抗干扰能力强、可靠性高、开关速度快、工作频率高和便于小型化等一系列优点。在微机控制系统（数控机床）中，可以用微弱的TTL、CMOS等电平信号对输出回路的大功率电器进行控制。在机床、家电、汽车、通信和航空等行业中得到广泛应用。

1.工作原理

单相固态继电器具有两个输入和两个输出端，按输出端负载电源类型可分为直流型和交流型两类。其中，直流型是以功率晶体管的两个电极作为输出端负载的开关控制，而交流型是以双向三端晶体闸流管的两个电极作为输出端负载的开关控制，如图1-35所示。当固态继电器的输入端施加控制信号时，其输出端负载电路常开式的被导通，常闭式的被断开。交流型固态继电器按双向晶闸管的触发方式又可分为非过零型和过零型。

2.接线方法

一般固态继电器的输入端电压为3～30V，固态继电器就可以正常工作。输入端一般采用串联接法，如图1-36所示，用三只固态继电器控制一台电机，三只固态继电器的输入端是串联的，只要保证输入端的电压高于9V即可。

3.型号和选用

固态继电器的图形、文字符号如图1-37（a）所示，某种固态继电器的外形图如图1-37（b）所示。

常见的固态继电器有JGF和JGX等系列产品，其中JGX系列固态继电器的主要技术参数见表1-13。

4.注意事项

①固态继电器的输入端要求从几毫安到20mA的驱动电流，最小工作电压为3V，所以TTL信号和MOS逻辑信号通常要经晶体管缓冲放大后再去控制固态继电器，对应CMOS的电路可利用NPN晶体管缓冲器。当输出端的负载容量很大时，直流固态继电器可通过功率晶体管再驱动负载。

②当温度超过35℃左右后，固态继电器的负载能力随温度升高而下降，因此必须注意散热或降低电流使用，通常使用散热片散热。

③对于容性或阻性负载，应限制其开通瞬间的浪涌电流值，对于电感性负载，应限制其瞬时峰值电压，以防止损坏固态继电器。