1.3　继电器

电气继电器（Electrical Relay）是指当控制该元器件的输入电路中达到规定的条件时，在其一个或多个输出电路中，会产生预定的跃变的元器件。

它一般通过接触器或其他电器对主电路进行控制，因此继电器触点的额定电流较小（5～10A），无灭弧装置，但动作的准确性较高。它是自动和远距离操纵用电器，广泛应用于自动控制系统、遥控系统、测控系统、电力保护系统和通信系统中，起控制、检测、保护和调节作用，是电气装置中最基本的器件之一。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、压力等非电量，输出为相应的触点动作。继电器的图形和文字符号如图1-14所示。

继电器按使用范围的不同可分为3类：保护继电器、控制继电器和通信继电器。保护继电器，主要用于电力系统，作为发电机、变压器及输电线路的保护；控制继电器，主要用于电力拖动系统，以实现控制过程的自动化；通信继电器，主要用于遥控系统。若按输入信号的性质不同，可分为中间继电器、热继电器、时间继电器、速度继电器和压力继电器等。继电器的作用如下：

① 输入与输出电路之间的隔离；

② 信号切换（从接通到断开）；

③ 增加输出电路（切换几个负载或者切换不同的电源负载）；

④ 切换不同的电压或者电流负载；

⑤ 闭锁电路；

⑥ 提供遥控功能；

⑦ 重复信号；

⑧ 保留输出信号。

1.3.1　电磁继电器

电磁继电器（Electromagnetic Relay）是由电磁力产生预定响应的机电继电器。它的结构和工作原理与电磁接触器相似，也是由电磁机构、触点系统、复位弹簧、反作用弹簧、支架及底座等组成。电磁继电器根据外来信号（电流或者电压）使衔铁产生闭合动作，从而带动触点系统动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路状态改变。电磁继电器的外形如图1-15所示。

（1）电流继电器

电流继电器（Current Relay）是反映输入量为电流的继电器。电流继电器的线圈串联在被测量电路中，用来检测电路的电流。电流继电器的线圈匝数少，导线粗，线圈的阻抗小。

电流继电器有欠电流型和过电流型两类。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%～65%，释放电流为线圈额定电流的10%～20%，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的。只有当电流低于某一整定数值时，欠电流继电器才释放，输出信号。过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定数值时才动作，整定范围通常为1.1～1.3倍的额定电流。

① 电流继电器的功能　欠电流继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的失磁保护。而瞬动型过流继电器常用于电动机的短路保护，延时型继电器常用于过载兼短路保护。过流继电器分为手动复位和自动复位两种。

② 电流继电器的结构和工作原理　常见的电流继电器有JL14、JL15、JL18等系列产品。电流继电器电磁机构、原理与接触器相似，由于其触点通过控制电路的电流容量较小，所以无需加装灭弧装置，触点形式多为双断点桥式触点。

（2）电压继电器

电压继电器（Voltage Relay）是指反映输入量为电压的继电器。它的结构与电流继电器相似，不同的是，电压继电器的线圈是并联在被测量的电路两端，以监控电路电压的变化。电压继电器的线圈的匝数多，导线细，线圈的阻抗大。

电压继电器按照动作数值的不同，分为过电压、欠电压和零电压3种。过电压继电器在电压为额定电压的110%～115%以上时动作，欠电压继电器在电压为额定电压的40%～70%时动作，零电压继电器在电压为额定电压的5%～25%时动作。过电压继电器在电路正常工作条件下（未出现过压），动铁芯不产生吸合动作，而欠电压继电器在电路正常工作条件下（未出现欠压），衔铁处于吸合状态。

常见的电压继电器有JT3、JT4等系列产品。

（3）中间继电器

中间继电器（Auxiliary Relay）是指用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大的继电器。它实际上是电压继电器的一种，它的触点多，有的甚至多于6对，触点的容量大（额定电流为5～10A），动作灵敏（动作时间不大于0.05s）。

① 中间继电器的功能　中间继电器主要起中间转换（传递、放大、翻转分路和记忆）作用，其输入为线圈的通电和断电，输出信号是触点的断开和闭合，它可将输出信号同时传给几个控制元件或回路。中间继电器的触点额定电流要比线圈额定电流大得多，因此具有放大信号的作用，一般控制线路的中间控制环节基本由中间继电器组成。

② 中间继电器的结构和工作原理　常见的中间继电器有HH、JZ7、JZ14、JDZ1、JZ17和JZ18等系列产品。中间继电器主要分成直流与交流两种，也有交、直流电路中均可应用的交直流中间继电器，如JZ8和JZ14系列产品。中间继电器由电磁机构和触点系统等组成。电磁机构与接触器相似，由于其触点通过控制电路的电流容量较小，所以无需加装灭弧装置，触点形式多为双断点桥式触点。

在图1-16中，13和14是线圈的接线端子，1和2是常闭触点的接线端子，1和4是常开触点的接线端子。当中间继电器的线圈通电时，铁芯产生电磁力，吸引衔铁，使得常闭触点分断，常开触点吸合在一起。当中间继电器的线圈不通电时，没有电磁力，在弹簧力的作用下衔铁使常闭触点闭合，常开触点分断。图1-16中的状态是继电器线圈不通电时的状态。

在图1-16中，只有一对常开与常闭触点，用SPDT表示，其含义是“单刀双掷”，若有两对常开与常闭触点，则用DPDT表示，详见表1-5。

③ 中间继电器的选型　选用中间继电器时，主要应注意线圈额定电压、触点额定电压和触点额定电流。

a.线圈额定电压必须与所控电路的电压相符，触点额定电压可为继电器的最高额定电压（即继电器的额定绝缘电压）。继电器的最高工作电流一般小于该继电器的约定发热电流。

b.根据使用环境选择继电器，主要考虑继电器的防护和使用区域，如对于含尘、腐蚀性气体和易燃易爆的环境，应选用带罩的全封闭式继电器；对于高原及湿热带等特殊区域，应选用适合其使用条件的产品。

c.按控制电路的要求选择触点的类型是常开还是常闭，以及触点的数量。

④ 注意问题

a.在安装接线时，应检查接线是否正确、接线螺钉是否拧紧；对于很细的导线芯应对折一次，以增加线芯截面积，以免造成虚连。对于电磁式控制继电器，应在触点不带电的情况下，使吸引线圈带电操作几次，观察继电器的动作。对电流继电器的整定值应作最后的校验和整定，以免造成其控制及保护失灵。

b.中间继电器的线圈额定电压不能同中间继电器的触点额定电压混淆，两者可以相同，也可以不同。

c.接触器中有灭弧装置，而继电器中通常没有，但电磁继电器同样会产生电弧。由于电弧可使继电器的触点氧化或者熔化，从而造成触点损坏，此外，电弧会产生高频干扰信号，因此，直流回路中的继电器最好要进行灭弧处理。灭弧的方法有两种：一种是在按钮上并联一个电阻和电容进行灭弧，如图1-17（a）所示；另一种是在继电器的线圈上并联一只二极管进行灭弧，如图1-17（b）所示。对于交流继电器，不需要灭弧。

HH系列小型继电器的主要技术参数见表1-6，其型号的含义如图1-18所示。

【例1-7】　想用一个小型继电器控制一个交流接触器CJX1-32（额定电压为380V，额定电流为32A），采用HH52P小型继电器是否可行？

【解】　选用的HH52P小型继电器的触点的额定电压为220V，额定电流为5A，容量足够，此小型继电器有2对常开触点和2对常闭触点，而控制接触器只需要一对，触点数量足够，此外，这类继电器目前很常用，因此可行（注意：本题中的小型继电器的220V电压是小型继电器的控制电压，不能同小型继电器的触点额定电压混淆）。小型继电器在此起信号放大的作用，在PLC控制系统中这种用法比较常见。

【例1-8】　指出图1-19小型继电器的接线的含义。

【解】　小型继电器的接线端子一般较多，用肉眼和万用表往往很难判断。通常，小型继电器的外壳上印有接线图。图1-19中的13号和14号端子是由线圈引出的，其中13号端子应该和电源的负极相连，而14号端子应该和电源的正极相连；1号端子和9号端子及4号端子和12号端子是由一对常闭触点引出的；5号端子和9号端子及8号端子和12号端子是由一对常开触点引出的。

1.3.2　时间继电器

时间继电器（Time Relay）是指自得到动作信号起至触点动作或输出电路产生跳跃式改变有一定延时，该延时又符合其准确度要求的继电器。简言之，它是一种触点的接通和断开要经过一定的延时的电器，而且延时符合其准确度的要求。时间继电器广泛用于电动机的启动和停止控制及其他自动控制系统中。时间继电器的图形和文字符号如图1-20所示。

时间继电器的种类很多，按照工作原理可分为电磁式、空气阻尼式、晶体管式和电动式。按照延时方式可分为通电延时型和断电延时型：通电延时型时间继电器在其感测部分接收信号后开始延时，一旦延时完毕，立即通过执行部分输出信号以操纵控制电路。当输入信号消失时，继电器立即恢复到动作前的状态（复位）；断电延时型时间继电器与通电延时型继电器不同，在其感测部分接收输入信号后，执行部分立即动作，但当输入信号消失后，继电器必须经过一定的延时才能恢复到动作前的状态（复位），并且有信号输出。

（1）时间继电器的功能

时间继电器是一种利用电磁原理、机械动作原理、电子技术或计算机技术实现触点延时接通或断开的自动控制电器。当它的感测部分接收输入信号后，必须经过一定的时间延时，它的执行部分才会动作并输出信号以操纵控制电路。

（2）时间继电器的结构和工作原理

① 空气阻尼式时间继电器　空气阻尼式时间继电器也称为气囊式时间继电器，是利用空气阻尼原理获得延时的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成，电磁系统为直动式双E型，触点系统借用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既具有由空气室中的气动机构带动的延时触点，也具有由电磁机构直接带动的瞬动触点，可以做成通电延时型，也可做成断电延时型。电磁系统可以是直流的，也可以是交流的。

空气阻尼式时间继电器具有结构简单、延时范围大（0.4～180s）、价格便宜等优点，但其延时精度较低，体积大，没有调节指示，一般只用于要求不高的场合，目前已经很少使用。其典型产品有JS7、JS23、JSK等系列，JS7-A系列时间继电器输出触点的形式及组合见表1-7。

② 晶体管式时间继电器（Transistor Timer）　晶体管式时间继电器又称为电子式时间继电器，它是利用延时电路来进行延时的。除了执行继电器外，均由电子元件组成，没有机械机构，具有寿命长、体积小、延时范围大和调节范围宽等优点，因而得到了广泛应用，已经成为时间继电器的主流产品。晶体管式时间继电器如图1-21所示。它在电路中的作用、图形和文字符号都与普通时间继电器相同。

晶体管式时间继电器的输出形式有两种：有触点式和无触点式。前者是用晶体管驱动小型电磁式继电器，后者是采用晶体管或晶闸管输出。

③ 数字时间继电器（Digital Timer）　近年来随着微电子技术的发展，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。例如，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等系列固态时间继电器等。数显时间继电器如图1-22所示。

DHC6多制式时间继电器是为了适应工业自动化控制水平越来越高的要求而生产的。多制式时间继电器可使用户根据需要选择最合适的制式，使用简便方法达到以往需要经过较复杂的接线才能达到的控制功能，这样既节省了中间控制环节，又大大提高了电气控制的可靠性。

数显循环定时器是典型的数字时间继电器，一般由芯片控制，其功能比一般的定时器要强大，通过面板按钮分别设定输出继电器开（on）、关（off）定时时间，在开（on）计时段内，输出继电器动作，在关（off）计时段内，输出继电器不动作，按on—off—on循环，循环周期为开、关时间和，具体应用见后续例题。

随着电子行业的进步，电子产品的价格越来越低，数字时间继电器不再是高端时间继电器的象征，其价格和普通时间继电器差距已经缩小了很多，其使用已经越来越多。

（3）时间继电器的选用

时间继电器种类繁多，选择时应综合考虑适用性、功能特点、额定工作电压、额定工作电流、使用环境等因素，做到选择恰当，使用合理。

① 经济技术指标　在选择时间继电器时，应考虑控制系统对延时时间和精度的要求。若对时间精度的要求不高，且延时时间较短，宜选用价格低、维修方便的电磁式时间继电器；若控制简单且操作频率很低，如Y-△启动，可选用热双金属片时间继电器；若对时间控制要求精度高，应选用晶体管式时间继电器。

② 控制方式　被控制对象如需要周期性的重复动作或要求多功能、高精度时，可选用晶体管式或数字式时间继电器。

目前，常用的晶体管式时间继电器有JS20、JSB、JSF、JSS1、JSM8、JS14等系列，其中部分产品为引进国外技术生产的。JS14系列时间继电器的主要技术参数见表1-8，时间继电器型号的含义如图1-23所示。

DHC6多制式时间继电器采用单片机控制，LCD显示，具有9种工作制式，正计时、倒计时任意设定，具有8种延时时段，延时范围从0.01s～999.9h任意设定（键盘设定，设定完成之后可以锁定按键，防止误操作），可按要求任意选择控制模式，使控制线路最简单、可靠。

另外，数显时间继电器还有DH11S、DH14S、DH48S等系列产品，DH□S系列时间继电器的主要技术参数见表1-9。

另外，还有电动时间继电器，这种时间继电器的精度高，延时范围大（可达几十个小时），是电磁式、空气阻尼式和晶体管式时间继电器所不及的。

（4）注意事项

① 在使用时间继电器时，不能经常调整气囊式时间继电器的时间调整螺钉，调整时也不能用力过猛，否则会失去延时作用；电磁式时间继电器的调整应在线圈工作温度下进行，防止冷态和热态下对动作值产生影响。

② 使用晶体管式时间继电器时，要注意量程的选择。

【例1-9】　有一个晶体管式时间继电器，型号是JSZ3，其外壳上有图1-24所示的示意图，指出其含义，并说明如何实现延时30s后闭合的功能。

【解】　图1-24（a）的含义是：接线端子2和7是由线圈引出的；接线端子1、3和4是“单刀双掷”触点，其中，1和4是常闭触点端子，1和3是常开触点端子；同理，接线端子5、6和8是“单刀双掷”触点，其中，5和8是常闭触点端子，6和8是常开触点端子。图1-24（b）的含义是：当时间继电器上的开关指向2和4时，量程为1s；当时间继电器上的开关指向1和4时，量程为10s；当时间继电器上的开关指向2和3时，量程为60s；当时间继电器上的开关指向1和3时，量程为6min，图中的黑色表示被开关选中。

显然，触点的接线端子可以选择1和4或者5和8，线圈接线端子只能选择2和7，拨指开关最好选择指向2和3。

1.3.3　计数继电器

计数继电器（Counting Relay），简称计数器，适用于交流50Hz、额定工作电压380V及以下或直流工作电压24V的控制电路中作计数元件，按预置的数字接通和分断电路。计数器采用单片机电路和高性能的计数芯片，具有计数范围宽、正/倒计数、多种计数方式和计数信号输入、计数性能稳定可靠等优点，广泛应用于工业自动化控制中。

计数继电器的功能：当计数继电器每收到一个计数信号时，其当前值增加1（对于减计数继电器为减少1），当当前值等于设定值时，计数继电器的常闭触点断开，常开触点闭合，而且计数继电器能显示当前计数值。

计数继电器的种类较多，但最为常见的是机械式计数继电器和电子式计数继电器。电子式计数继电器如图1-25所示。

【例1-10】　有一个七段码数显计数继电器，型号是JDM9-6，其接线如图1-26所示，指出其含义，并说明如何实现计数30次后闭合常开触点的功能。

【解】　1号端子接+24V，2号端子接0V；6号是公共端子，5号和6号组成常闭触点，6号和7号组成常开触点；8号是0V，当其与11号端子接通时，计数继电器复位（当前值变成初始值，一般为0），12号是+12V，当其和10号端子接通一次，当前值增加1（计数一次）。

显然，要实现计数30次后，闭合常开触点的功能，先要把1号和2号端子接上电源，再把9号和12号接到计数信号端子上，但计数继电器接收到30次信号后，6号和7号组成常开触点闭合。任何时候8号与11号端子接通时，计数继电器复位。

1.3.4　电热继电器

在解释电热继电器前，先介绍度量继电器，即在规定准确度下，当其特性量达到其动作值时进行动作的电气继电器。电热继电器（Thermal Electrical Relay），通过测量出现在被保护设备的电流，使该设备免受电热危害的它定时限量度继电器。电热继电器是一种用电流热效应来切断电路的保护电器，常与接触器配合使用，具有结构简单、体积小、价格低、保护性能好等优点。

（1）电热继电器的功能

为了充分发挥电动机的潜力，电动机短时过载是允许的，但无论过载量的大小如何，时间长了总会使绕组的温升超过允许值，从而加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的寿命，严重过载会很快烧毁电动机。为了防止电动机长期过载运行，可在线路中串入按照预定发热程度进行动作的电热继电器，以有效监视电动机是否长期过载或短时严重过载，并在超额过载预定值时有效切断控制回路中相应接触器的电源，进而切断电动机的电源，确保电动机的安全。总之，电热继电器具有过载保护、断相保护及电流不平衡运行保护和其他电气设备发热状态的控制。电热继电器的外形如图1-27所示，其图形和文字符号如图1-28所示。

（2）双金属片式电热继电器的结构和工作原理

按照动作方式分类，电热继电器可分为双金属片式、热敏电阻式和易熔合金式，其中，双金属片式电热继电器最为常见。按照极数分类，电热继电器可分为单极、双极和三极，其中，三极最为常见。按照复位方式分类，电热继电器可分为自动复位式和手动复位式。按照受热方式分类，电热继电器可分为直接加热式、复合加热式、间接加热式和电流电感加热式（主要是大容量以及重载启动的电热继电器）4种。

电力拖动系统中应用最为广泛的是双金属片式电热继电器，其主要由热元件、双金属片、导板和触点系统组成，如图1-29所示，其热元件由发热电阻丝构成（这种电热继电器是间接加热方式），双金属片由两种热膨胀系数不同的金属碾压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲变形，推动导板，进而使常闭触点断开，起到保护作用。在使用时，把热元件串接于电动机的主电路中，而常闭触点串接于电动机启停接触器的线圈回路中。

我国目前生产的电热继电器主要有T、JR0、JR1、JR2、JR9、JR10、JR15、JR16、JR20、JRS1、JRS2、JRS3等系列。其中，JRS2和JRS3系列可与西门子的3UA系列互换使用。T系列电热继电器是引进瑞典ABB公司的产品。JR1和JR2系列的电热继电器采用间接受热方式，其主要缺点是双金属片靠发热元件间接加热，热耦合较差；双金属片的弯曲程度受环境温度影响较大，不能正确地反映负载的过流情况。JR15、JR16等系列电热继电器采用复合加热方式并采用了温度补偿元件，因此能较正确地反映负载的工作情况。JRS2系列电热继电器的主要技术参数见表1-10。电热继电器型号的含义如图1-30所示。

（3）电热继电器的选用

电热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行过载保护的可靠性。选用时通常应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合考虑。

① 原则上，电热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的电热继电器（主要是发热元件）的额定电流可适当小些。通常，选取电热继电器的额定电流（实际上是选取发热元件的额定电流）为电动机额定电流的60%～80%。当负载的启动时间较长，或者负载是冲击负载，如机床电动机的保护，电热继电器的整定电流数值应该略大于电动机的额定电流。对于三角形连接的电动机，三相电热继电器同时具备过载保护和断相保护。

② 在不频繁启动场合，要保证电热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，当电动机启动电流为其额定电流的6倍，以及启动时间不超过6s时，若很少连续启动，就可按电动机的额定电流选取电热继电器。

③ 当电动机用于重复的短时工作时，首先注意确定电热继电器的允许操作频率。因为电热继电器的操作频率是有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果会很不理想，有时甚至不能使用。对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用电热继电器保护，必要时可采用装入电动机内部的温度继电器。

④ 对于工作时间很短、间歇时间较长的电动机（如摇臂的钻床电动机、某些机床的快速移动电动机）和虽然长时间工作，但过载可能性很小的电动机（如排风扇的电动机）可以不设计过载保护。

⑤ 双金属片式电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，可以采用过电流继电器（延时动作型）作它的过载和短路保护。

（4）注意事项

① 电热继电器只对长期过载或短时严重过载起保护作用，对瞬时过载和短路不起保护作用。

② JR1、JR2、JR0和JR15系列的电热继电器均为两相结构，是双热元件的电热继电器，可以用作三相异步电动机的均衡过载保护和星形连接定子绕组的三相异步电动机的断相保护，但不能用作定子绕组为三角形连接的三相异步电动机的断相保护。

③ 电热继电器在出厂时，其触点一般为手动复位，若需自动复位，可将复位调整螺钉顺时针方向转动，用手拨动几次，若动触点没有处在断开位置，可将螺钉紧固。

④ 为了使电热继电器的整定电流和负载工作电流相符，可旋转调节旋钮，将其对准刻度定位标识，若整定值在两者之间，可按照比例在实际使用时适当调整。

【例1-11】　有一个型号为JR36-20的电热继电器，共有5对接线端子：1/L1和2/T1，3/L2和4/T2，5/L3和6/T3，这3对接线端子比较粗大；95和96，97和98，这两对接线端子比较细小，有如图1-31所示的控制回路接线图，应该如何接线？

【解】　1/L1和2/T1，3/L2和4/T2，5/L3和6/T3接线端子都比较粗大，说明用在主回路中，其中，1/L1、3/L2、5/L3是输入端，2/T1、4/T2、6/T3是输出端。95和96，97和98，这两对比较细小，说明是辅助触点，用在控制回路中，97和98是常开触点的接线端子，95和96是常闭触点的接线端子。注意：继电器接触器控制系统多用常闭触点，而PLC控制的系统多用常开触点。

【例1-12】　CA6140A车床的主电动机的额定电压为380V，额定功率为7.5kW，请选用合适的热过载继电器。

【解】　电路中的额定电流为。可选3UA（JRS2） -12.5/Z12.5-20A电热继电器，再将电热继电器的热元件的整定电流数值整定到15.4A即可。

1.3.5　其他继电器

继电器的种类繁多，除了上述介绍的继电器外，还有些继电器在控制系统中有着特殊的功能，如干簧继电器、压力继电器、温度继电器、过电流继电器、欠电压继电器、速度继电器和固态继电器等。限于篇幅在此不介绍。