1.4 继电器

1.4.1 继电器的继电特性

继电器是一种小信号自动控制电器，它利用电流、电压、速度、时间、温度等物理量的预定值作为控制信号来接通和分断电路。实质上，继电器是一种传递信号的电器。它根据特定形式的输入信号动作，从而达到控制信号的目的。

继电器由感应机构、中间机构和执行机构三部分组成。感应机构反映的是继电器的输入量，并将输入量传递给中间机构，中间机构将它与预定量（即整定值）进行比较，当达到整定值时，就使执行机构产生输出量，从而接通或分断电路。

继电器的工作特点是具有跳跃式的输入输出特性，其特性曲线如图1-10所示。在继电器输入量X由零增至一定值之前，即在X＜X₀时，继电器输出量Y=Y_min。当输入量X增加到X₀时，继电器吸合，输出量Y突变为Y_max；若X继续增大，Y保持不变（Y=Y_max）。当输入X减小，在X＞X_c时，输出量Y保持不变（Y=Y_max）。当输入量降低至X_c时，继电器释放，输出量Y由Y_max突变为Y_min；若X继续减小，Y保持不变（Y=Y_min）。

继电器的种类很多，按用途分类，有控制继电器和保护继电器；按动作原理分类，有电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器等；按输入信号的不同分类，有电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等。下面主要介绍常用的电磁式继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器。

1.4.2 电磁式继电器

电磁式继电器是应用最多的一种继电器，主要由电磁机构和触点系统组成，其原理如图1-11所示。由于继电器用于控制电路，故流过触点的电流比较小，不需要灭弧装置。电磁式继电器的电磁机构由线圈1、铁心2和衔铁7组成。它的触点一般为桥式触点，有常开和常闭两种形式。另外，为了实现继电器动作参数的改变，继电器一般还具有调节弹簧松紧和改变衔铁打开后气隙大小的装置，如通过调节螺钉6来调节弹簧4的反作用力的大小，即可调节继电器的动作参数值。当电路正常工作时，弹簧4的反作用力大于电磁吸力，衔铁7不动作，若通过线圈1的电流超过某一定值时，弹簧4的反作用力小于电磁吸力，衔铁7吸合，这时常闭触点9断开，常开触点10闭合，从而实现电路控制。

电磁式继电器电气符号如图1-12所示。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器和中间继电器。

1.电磁式电流继电器

电磁式电流继电器主要用于过载及短路保护，它反映的是电流信号。在使用时，电磁式电流继电器的线圈和负载串联，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。由于线圈上的压降很小，不会影响负载电路的电流。常用的电磁式电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。

电路正常工作时，欠电流继电器的衔铁是吸合的，其常开触点闭合，常闭触点断开。当电路电流减小到某一整定值以下时，欠电流继电器衔铁释放，控制电路失电，对电路起欠电流保护作用。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%。

电路正常工作时，过电流继电器不动作，当电路中电流超过某一整定值时，过电流继电器衔铁吸合，触点系统动作，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路，对电路起过电流保护作用。整定范围通常为1.1～1.4倍额定电流。

2.电磁式电压继电器

电磁式电压继电器的结构与电磁式电流继电器相似，不同的是电磁式电压继电器反映的是电压信号。它的线圈为并联的电压线圈，因此匝数多、导线细、阻抗大。按吸合电压的大小，电磁式电压继电器可分为过电压继电器和欠电压继电器。

过电压继电器用于电路的过电压保护，当被保护电路的电压正常工作时，衔铁释放；当被保护电路的电压达到过电压继电器的整定值（额定电压的110%～115%）时，衔铁吸合，触点系统动作，控制电路失电，从而保护电路。

欠电压继电器用于电路的欠电压保护，当被保护电路的电压正常工作时，衔铁吸合；当被保护电路的电压降至欠电压继电器的释放整定值时，衔铁释放，触点系统复位，控制接触器及时分断被保护电路。欠电压继电器在电路电压为额定电压的40%～70%时释放。

3.电磁式中间继电器

电磁式中间继电器实质上也是一种电压继电器。它触点对数多且容量较大（额定电流为5～10A），可以将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触头容量）。电磁式中间继电器的主要用途是当其他继电器的触点数量或触点容量不够时，可借助电磁式中间继电器扩大它们的触点数量或触点容量，起到信号中转的作用。

电磁式中间继电器体积小，动作灵敏度高，并在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。通常依据被控电路的电压等级和触点的数目、种类及容量选用中间继电器。

1.4.3 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实现触点延时接通或断开的电器。时间继电器主要作为辅助电气组件用于各种电气保护及自动装置中，使被控组件达到所需要的延时效果，应用十分广泛。时间继电器种类很多，按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式、电子式等几种类型。按延时方式可分为通电延时型与断电延时型两种。

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，它利用空气阻尼作用来达到延时的目的，由电磁机构、延时机构和触点系统三部分组成。空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流和直流两种，延时方式有通电延时型和断电延时型（改变电磁机构位置，将电磁铁翻转180°安装）。当动铁心（衔铁）位于静铁心和延时机构之间时为通电延时型；当静铁心位于动铁心和延时机构之间时为断电延时型。空气阻尼式时间继电器动作原理如图1-13所示。

图1-13a为断电延时型时间继电器。当线圈1通电后，衔铁4连同推板5被静铁心2吸合，微动开关15推上，从而使触点迅速转换。同时在空气室内与橡皮膜9相连的顶杆6也迅速向上移动，带动杠杆14左端迅速上移，微动开关13的常开触点闭合，常闭触点断开。当线圈断电时，微动开关13迅速复位，在空气室内与橡皮膜9相连的顶杆6在弹簧8作用下也向下移动，由于橡皮膜9下方的空气稀薄形成负压，起到空气阻尼的作用，故而顶杆6只能缓慢地向下移动，移动速度由进气孔11的大小而定，可通过调节螺钉10调整顶杆6的移动速度。经过一段延时后，活塞12才能移到最下端，并通过杠杆14压动微动开关13，使其常开触点断开，常闭触头闭合，起到延时闭合的作用。

图1-13b为通电延时型时间继电器。当线圈1通电时，其延时常开触点要延时一段时间才闭合，常闭触点要延时一段时间才断开；当线圈1失电时，其延时常开触点迅速断开，延时常闭触点迅速闭合。

空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、延时范围大、寿命长、价格低廉；缺点是准确度低、延时误差大，在延时精度要求高的场合不宜采用。

2.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增加阻尼铜套，即可构成一个时间继电器。当线圈通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁场大，磁通小，铜套的阻尼作用相对就小，因此衔铁吸合时延时不显著；而当线圈断电时，磁通变化量大，铜套的阻尼作用也大，使衔铁延时释放，从而起到延时作用。带有阻尼铜套的铁心结构如图1-14所示。

直流电磁式时间继电器结构简单，可靠性高，寿命长。这种时间继电器仅用作断电延时，其延时时间较短，最长不超过5s，而且准确度较低，一般只用于延时精度要求不高的场合。

3.电子式时间继电器

电子式时间继电器也称为半导体式时间继电器，常用的有阻容式时间继电器。电子式时间继电器是利用RC电路电容器充电时，电容器上的电压逐渐上升的原理作为延时基础的。因此，改变充电电路的时间常数（改变电阻值），即可整定其延时时间。电子式时间继电器工作原理如图1-15所示。

电子式时间继电器具有延时范围广、精度高、体积小、耐冲击、耐振动、调节方便及寿命长等优点。

4.时间继电器的型号选用及电气符号

时间继电器形式多样，各具特点，选择时应从以下几方面考虑：根据控制电路对延时触点的要求选择延时方式，即通电延时型或断电延时型；根据延时范围和精度、使用场合、工作环境等选择时间继电器的类型。

时间继电器的电气符号如图1-16所示。

1.4.4 热继电器

热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，主要用于电动机的过载保护及对其他电气设备发热状态的控制。

1.热继电器的工作原理

热继电器的测量组件通常采用双金属片，由两种具有不同线膨胀系数的金属片以机械碾压方法形成一体。主动层采用膨胀系数较高的铁镍铬合金，被动层采用膨胀系数很低的铁镍合金。当双金属片受热后将向被动层方向弯曲，当弯曲到一定程度时，通过动作机构使触点动作。图1-17为热继电器动作原理示意图，发热元件2通电发热后，双金属片1受热向左弯曲，使推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作，从而切断主电路。

2.热继电器的常用型号及电气符号

热继电器是专门用于对连续运行的电动机实现过载及断相保护，以防电动机因过热而烧毁的一种保护电器。在三相异步电动机电路中，热继电器有两相和三相两种结构，三相结构中又分为带断相保护装置和不带断相保护装置两种。

热继电器实物图形及电气符号如图1-18所示。

3.热继电器的选择

在使用热继电器时应考虑电动机的特性、负载性质、起动情况、工作环境等因素，具体应按以下几个方面选择。

1）热继电器的型号及热元件的额定电流等级应根据电动机的额定电流确定。热元件的额定电流应大于或略大于被保护电动机的额定电流。

2）三角形联结的电动机应选用带断相保护装置的三相结构形式的热继电器；星形联结的电动机可选用两相或三相结构形式的热继电器。

3）双金属片热继电器一般用于轻载或不频繁起动的过载保护。对于重载或频繁起动的电动机，应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器进行保护，不宜选用双金属片热继电器，因为电动机在运行过程中不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，所以电动机将得不到可靠的过载保护。

1.4.5 速度继电器

速度继电器是根据电磁感应原理制成的，主要用于笼型异步电动机的反接制动，也称为反接制动继电器。

速度继电器主要由定子、转子和触点三部分组成。定子的结构与笼型异步电动机相似，是由硅钢片叠成的，并在其中装有笼型绕组，转子是一个圆柱形永久磁铁，图1-19为速度继电器的结构原理图。

速度继电器的转子与电动机同轴相连，用以接收转动信号。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，在气隙中形成一个旋转磁场，绕组1切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向转动的方向偏摆，通过定子推动触点动作，使常闭触点断开、常开触点闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，摆锤2在簧片3、6力的作用下恢复原位，触点也会复位。

速度继电器的动作转速为120r/min，触点的复位转速在100r/min以下，转速在3000～3600r/min以下能可靠地工作。应根据被控电动机的控制要求、额定转速等合理选择速度继电器。

速度继电器的图形符号和文字符号如图1-20所示。