第八節(jié)　繼電器的應(yīng)用

應(yīng)用繼電器可構(gòu)成各種控制和表示電路，統(tǒng)稱繼電電路。在具體的應(yīng)用過程中，涉及如何選用繼電器、如何識讀繼電電路、如何分析繼電電路以及如何判斷繼電器故障等方面。掌握這些知識和技能，有利于正確運(yùn)用繼電器。

一、電路中選擇繼電器的一般原則

根據(jù)電路要求，按繼電器的主要參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行選擇。具體如下：

（1）繼電器類型、線圈電阻，應(yīng)滿足各種電路的具體要求。

（2）電路中串聯(lián)使用繼電器時，串聯(lián)的繼電器的數(shù)量應(yīng)滿足各繼電器正常工作電壓的要求。

（3）繼電器的接點(diǎn)最大允許電流不應(yīng)小于電路的工作電流，必要時可采用接點(diǎn)并聯(lián)的方法。

（4）繼電器的接點(diǎn)數(shù)量不能滿足電路要求時，應(yīng)設(shè)復(fù)示繼電器，復(fù)示繼電器應(yīng)能及時反映主繼電器的動作狀態(tài)。

（5）電路中串聯(lián)繼電器接點(diǎn)時，要使串聯(lián)繼電器接點(diǎn)的接觸電阻不影響電路的正常工作。

二、繼電器的表述

1.繼電器的名稱符號

繼電器一般是根據(jù)它的主要用途和功能來命名的，例如反映按鈕動作的繼電器稱為按鈕繼電器，控制信號的繼電器稱為信號繼電器。為了便于標(biāo)記，繼電器符號用漢語拼音字頭來表示，例如按鈕繼電器表示為AJ，信號繼電器表示為XJ。在一個控制系統(tǒng)中會用到許多繼電器，同一作用和功能的繼電器也不止一個，它們的名稱必須有所區(qū)別。例如以XLAJ代表下行進(jìn)站信號機(jī)的列車進(jìn)路按鈕繼電器，STAJ代表上行通過按鈕繼電器。

同一個繼電器的線圈和接點(diǎn)必須用該繼電器的名稱符號來標(biāo)記，以免互相混淆。同一個繼電器的各接點(diǎn)組還需用其編號注明，以防重復(fù)使用。

2.繼電器的定位

繼電器有兩個狀態(tài)：吸起狀態(tài)和落下狀態(tài)。在電路圖中只能表達(dá)這兩種狀態(tài)中的一種，應(yīng)有所規(guī)定。電路圖中繼電器呈現(xiàn)的狀態(tài)稱為通常狀態(tài)（簡稱常態(tài)），或稱為定位狀態(tài)。在鐵路信號系統(tǒng)中遵循以下原則來規(guī)定定位狀態(tài)。

（1）繼電器的定位狀態(tài)應(yīng)與設(shè)備的定位狀態(tài)相一致，信號布置圖中所反映的設(shè)備狀態(tài)約定為設(shè)備的定位狀態(tài)。例如一般信號機(jī)以關(guān)閉為定位狀態(tài)，道岔以開通定位為定位狀態(tài)，軌道電路以空閑為定位狀態(tài)。

（2）根據(jù)故障—安全原則，繼電器的落下狀態(tài)必須與設(shè)備的安全側(cè)相一致。例如，信號繼電器的落下應(yīng)與信號關(guān)閉相一致，軌道繼電器落下應(yīng)與軌道電路占用相一致。這樣，才能實(shí)現(xiàn)電路發(fā)生斷線故障時導(dǎo)向安全側(cè)。

根據(jù)以上兩條原則就可確定繼電器的定位狀態(tài)了。例如，信號繼電器XJ落下與信號關(guān)閉相對應(yīng)，規(guī)定XJ落下為定位狀態(tài)；道岔定位表示繼電器DBJ吸起與道岔處于定位相對應(yīng)，規(guī)定DBJ吸起為定位狀態(tài)，而道岔反位表示繼電器FBJ吸起應(yīng)與道岔處于反位相對應(yīng)，故規(guī)定FBJ落下為定位狀態(tài)。軌道繼電器GJ吸起與軌道電路空閑相對應(yīng)，規(guī)定GJ吸起為定位狀態(tài)。

在電路圖中，凡以吸起為定位狀態(tài)的繼電器，其線圈和接點(diǎn)處均以“↑”符號標(biāo)記之；凡以落下為定位狀態(tài)的繼電器，其線圈和接點(diǎn)處均以“↓”符號標(biāo)記之。

3.繼電器圖形符號

在繼電電路中，涉及繼電器線圈和繼電器接點(diǎn)，它們的圖形符號分別見表1-12和表1-13，這些圖形符號反映了繼電器的某些特性，因此繪圖時必須正確選用，以免混淆。表中的接點(diǎn)圖形符號有工程圖用和原理圖用兩種。工程圖用的符號略為復(fù)雜，但能準(zhǔn)確表達(dá)接點(diǎn)的狀態(tài)，且不致因筆誤而造成誤解，所以工程圖必須采用工程圖用符號。原理圖用的接點(diǎn)符號比較簡單，但稍有筆誤即易造成誤認(rèn)，僅限于設(shè)計(jì)草圖和教學(xué)中使用。

續(xù)上表

續(xù)上表

對于初學(xué)者要注意的是，為繪圖方便，一個繼電器的線圈符號和它的接點(diǎn)符號可以分別畫在電路圖的不同位置，也可以畫在不同的圖紙上，當(dāng)然它們的名稱符號要標(biāo)記清楚。

在繼電器線圈符號上要注明其定位狀態(tài)的箭頭和線圈端子號。

對于繼電器的前接點(diǎn)和后接點(diǎn)，只標(biāo)出其接點(diǎn)組號，而不必詳細(xì)表明動接點(diǎn)、前接點(diǎn)、后接點(diǎn)號。但從電路圖中可看出，例如第一組接點(diǎn)，其動接點(diǎn)片為11，前接點(diǎn)為11-12，后接點(diǎn)為11-13。

而對于有極繼電器，因無法用箭頭表示其狀態(tài)，所以必須表明其接點(diǎn)號，如111-112表示定位接點(diǎn)，111—113表示反位接點(diǎn)，百分?jǐn)?shù)1是為了區(qū)別于其他繼電器而增加的。

三、繼電器線圈的使用

對于有兩個線圈參數(shù)相同的繼電器，它的線圈有多種使用方法：可以兩個線圈串聯(lián)使用，連接2—3電源片，使用1—4電源片；可以兩個線圈并聯(lián)使用，電源片1—3連接，2—4連接，使用1—2或3—4電源片；也可以兩個線圈分別使用或單線圈使用。

無論哪一種使用方法，都要保證繼電器的工作安匝和釋放安匝，才能使繼電器可靠工作。

例如JWXC-1000型繼電器，它的前后線圈均為8000匝，兩個線圈串聯(lián)使用時，工作電壓不大于14.4V，故工作電流不大于14.4/1000=0.014（A），工作安匝不大于2×8000×0.0144=230.4（安匝）。當(dāng)單線圈使用時，為了得到同樣的安匝，加在兩線圈的工作電壓應(yīng)分別為230.4/8000×500=14.4（V）。當(dāng)兩線圈并聯(lián)時，為獲得同樣的安匝，所需工作電壓為115.2/8000×2×250=7.2（V）。

可見，單線圈使用時，為了保證得到與兩線圈串聯(lián)使用時同樣的工作安匝，通過線圈的電流必須比串聯(lián)時大一倍，所消耗功率也大一倍。此時，電源容量要大，線圈易發(fā)熱。因此，繼電器大多采用兩線圈串聯(lián)使用的方法。但當(dāng)電路需要時，也采用分線圈使用的方法。兩線圈并聯(lián)使用時，所需電壓比串聯(lián)時低一半，一般使用在較低電壓的電路中。

四、繼電器基本電路

1.串聯(lián)電路和并聯(lián)電路

根據(jù)繼電器接點(diǎn)在電路中的連接方式，繼電電路可分為串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)三種基本形式。

（1）串聯(lián)電路

串聯(lián)電路指繼電器接點(diǎn)串聯(lián)連接的電路，其實(shí)現(xiàn)邏輯“與”的運(yùn)算。串聯(lián)電路如圖1-55所示，3個接點(diǎn)必須同時閉合才能使繼電器DJ吸起。從邏輯功能來看，接點(diǎn)在電路中的串接順序是任意的，而且動接點(diǎn)是否接向電源也是任意的。但從工程角度出發(fā)，應(yīng)考慮接點(diǎn)的有效使用，如AJ的后接點(diǎn)可用在別的電路中。

（2）并聯(lián)電路

由幾個繼電器接點(diǎn)并聯(lián)連接的電路稱為并聯(lián)電路，它實(shí)現(xiàn)邏輯“或”運(yùn)算。如圖1-56所示為3個接點(diǎn)并聯(lián)的例子，其中任一個接點(diǎn)閉合都會使繼電器DJ吸起。從工程角度看，也要考慮接點(diǎn)組的有效利用。

（3）串并聯(lián)電路

根據(jù)邏輯功能的要求，在電路中有些接點(diǎn)串聯(lián)，有些是并聯(lián)，這類電路稱為串并聯(lián)電路，串并聯(lián)電路如圖1-57所示。

2.自閉電路

在繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，常需要將某一動作記錄下來為以后的過程做準(zhǔn)備。按鈕繼電器電路如圖1-58所示，按下自復(fù)式按鈕A后，繼電器AJ經(jīng)過勵磁電路吸起。但松開按鈕后，繼電器就不能保持吸起。為此，增加由自身前接點(diǎn)構(gòu)成的電路，使按鈕松開后，繼電器不落下。這條由自身前接點(diǎn)構(gòu)成的電路稱為自閉電路。有了自閉電路后繼電器就有了記憶功能。當(dāng)然，當(dāng)它完成任務(wù)后，就必須由表示該任務(wù)完成的繼電器接點(diǎn)使其復(fù)原。

五、繼電電路的分析法

在設(shè)計(jì)和分析繼電電路時，為了便于認(rèn)識和掌握電路的邏輯功能、繼電器動作順序、繼電器動作時機(jī)和繼電器勵磁回路，需采用一些簡便的分析方法，通常有動作程序法、時間圖解法和接通徑路法。

1.動作程序法

動作程序法用來表示繼電器的動作過程，著重反映繼電電路的時序關(guān)系和因果關(guān)系，而不嚴(yán)格地表達(dá)邏輯功能。

用符號表示各繼電器狀態(tài)的變化，“↑”表示繼電器吸起，“↓”表達(dá)繼電器落下，（這里↑、↓表示繼電器的動作，不要和電路圖中表示繼電器定位狀態(tài)的↑、↓相混淆）。“→”表示促使繼電器吸起、落下。“|”表示邏輯“與”。

脈動偶電路（由兩個繼電器組成的脈沖形成電路）如圖1-59所示，可寫出它的動作程序。

2.時間圖解法

有些繼電電路的時間特性要求較嚴(yán)格，整個電路動作過程與繼電器的時間特性（如緩放時間的長短）密切相關(guān)。這時，可用時間圖解法來較準(zhǔn)確地進(jìn)行分析。時間圖解法能很清楚地表示出各繼電器的工作情況、相互關(guān)系和時間特性，能正確地反映整個電路的動作過程。

時間圖解法把繼電器線圈通電、后接點(diǎn)斷開、前接點(diǎn)閉合、線圈斷電、前接點(diǎn)斷開、后接點(diǎn)閉合等都在時間圖上表示出來，脈動偶電路時間圖解如圖1-60所示。繼電器之間的互相關(guān)系，在時間圖上用箭頭表示。

如圖1-59所示的脈動偶電路，它的動作過程的時間圖如圖1-60所示。

3.接通徑路法

接通徑路法用來描述繼電器勵磁電流的徑路，即由電源正極經(jīng)繼電器接點(diǎn)、線圈及其他器件（按鈕接點(diǎn)、二極管等）流向電源負(fù)極的回路，它是在分析繼電器電路中常用的方法（俗稱跑電路，不一定寫下來）。

例如，對于脈動偶電路，其勵磁電路如下：

KZ—K11-12—BJ11-13—AJ1-4—KF

KZ—K11-12—AJ11-12—BJ1-4—KF

式中各接點(diǎn)及器件的下標(biāo)是它們在電路中具體連接的接點(diǎn)號或端子號，接點(diǎn)之間用“—”聯(lián)系，它表示經(jīng)由，而不用“→”，沒有促使的含義，以避免和動作程序法中的“→”相混淆。

一個繼電器可能有多條勵磁電路，需分別寫出接通徑路予以描述。

接通徑路法僅表達(dá)了繼電電路的導(dǎo)通路徑，而不能反映電路的邏輯功能。對于復(fù)雜的繼電電路，在對其邏輯功能不熟悉的情況下，可先用接通徑路來加以描述。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常將動作程序法和接通徑路法結(jié)合起來使用，一方面，在掌握繼電電路動作程序的情況下，能方便地跑通電路；另一方面，在跑通電路的過程中，加深對動作程序的理解。

六、繼電器電路安全措施

在繼電器電路中常見故障有：斷路器脫扣、斷線、脫焊、螺絲松脫、線圈燒壞、接點(diǎn)接觸不良、器件失效、插接件接觸不良、線間絕緣不良、線路混入電源等，故障種類很多。但就其對電路的影響可以歸納為兩大類：一類使電路開路，稱為斷線故障；另一類使電路混線，稱為混線故障。斷線故障會導(dǎo)致吸起的繼電器錯誤落下或使應(yīng)吸起的繼電器不能吸起。混線故障可能使不應(yīng)吸起的繼電器錯誤吸起或使已吸起的繼電器不能及時落下，繼電器電路的安全性主要是解決斷線防護(hù)和混線防護(hù)問題。

1.斷線防護(hù)電路

電路的斷線故障遠(yuǎn)多于混線故障，據(jù)此必須按閉合電路法（以電路斷開對應(yīng)安全側(cè)，以電路閉合對應(yīng)危險(xiǎn)側(cè)）設(shè)計(jì)繼電電路，即發(fā)生斷線故障時使繼電器落下以滿足故障—安全的要求。斷線防護(hù)電路如圖1-61所示，圖中的兩個電路是等效的。即AJF是AJ的復(fù)示繼電器，但兩者結(jié)構(gòu)不一樣，圖（a）符合閉合電路原理，無論何處發(fā)生斷線故障都導(dǎo)致AJF在落下狀態(tài)，具有故障—安全性能。圖（b）是利用AJ的后接點(diǎn)構(gòu)成AJF線圈的旁路而使AJF落下，稱為旁路控制電路，其發(fā)生斷線故障時AJF反而錯誤吸起而導(dǎo)向危險(xiǎn)側(cè)，所以安全電路不能采用旁路控制電路。

按閉合電路原理設(shè)計(jì)的電路是斷線保護(hù)的基本方法，它能對任何斷線故障有反映，故可認(rèn)為它具有斷線故障自檢能力。

2.混線防護(hù)電路

繼電電路按閉合電路原理設(shè)計(jì)，在混線故障情況下就有可能使繼電器錯誤吸起而導(dǎo)向危險(xiǎn)側(cè)。因此盡管混線故障遠(yuǎn)少于斷線故障，也必須慎重地采取防護(hù)措施。實(shí)際上，要使電路的各點(diǎn)都進(jìn)行混線防護(hù)，是困難的，也是不可能的。室內(nèi)環(huán)境較好，只要采取嚴(yán)格的施工工藝，電路極少發(fā)生混線故障，一般不采取防護(hù)措施。

（1）位置法

位置法也稱遠(yuǎn)端供電法，是針對室外電路之間混線而采取的措施。例如，在圖1-58中兩電路的邏輯功能是等同的，但電路結(jié)構(gòu)不同，混線防護(hù)電路如圖1-62所示，圖1-62（a）的繼電器和電源均在電路的同一側(cè)，發(fā)生混線故障時繼電器將無條件地錯誤吸起，這十分危險(xiǎn)。而在圖1-62（b）中，繼電器和電源分設(shè)在電路兩側(cè)，發(fā)生混線故障時，一方面使繼電器短路，另一方面在接點(diǎn)DB（轉(zhuǎn)轍機(jī)接點(diǎn)）閉合的情況下使電源處的斷路器脫扣，從而使繼電器落下，導(dǎo)向了安全側(cè)。所以，位置法的關(guān)鍵是繼電器和電源必須分別設(shè)在可能混線位置的兩側(cè)。

（2）極性法

極性法是針對室外電路混入電源而采取的措施。極性法混線防護(hù)電路。如圖1-63所示，電路中采用偏極繼電器。當(dāng)Q線上混入正電時，與電源極性一致，則繼電器1JGJ仍保持吸起，Q線上混入負(fù)電時，則斷路器脫扣，使繼電器1JGJ落下導(dǎo)向安全側(cè)。在H線上混入電源情況同樣如此。如果在列車占用1JG時，1GJ↓，此時若在Q上混入負(fù)電，H線上混入正電，則1JGJ因極性不符，不吸起，而如果采用無極繼電器就不能達(dá)到此目的。

（3）雙斷法

雙斷法是在電路的Q線和H線上都接入同樣的控制接點(diǎn)，來防止混線混電故障。雙斷法混線防護(hù)（1）如圖1-64所示，如不采用雙斷，則當(dāng)a、b兩點(diǎn)同時發(fā)生接地或控制接點(diǎn)引出端子間發(fā)生短路等故障時，盡管控制接點(diǎn)未閉合，也能使繼電器錯誤吸起。但若采用雙斷法，這種可能性就大大減小。Q線或H線混入電源，也可防護(hù)。

雙斷法混線防護(hù)（2）如圖1-65所示，若不采用雙斷法[圖1-65（a）]，繼電器1DBJ和1FBJ的Q線之間發(fā)生混線故障，則1FBJ將錯誤吸起，若采用雙斷法[圖1-65（b）]，則Q線間發(fā)生混線故障時也不會使1FBJ錯誤吸起。

（4）獨(dú)立電源法

獨(dú)立電源法也稱為電源隔離法。從上述雙斷法分析中可以看出，在混線故障情況下導(dǎo)致繼電器錯誤吸起的原因在于繼電器未采用獨(dú)立電源或多個繼電器共用一個電源所致。如果每個繼電器有各自的電源且沒有公共回線，那么任何兩條線路混線都不會構(gòu)成錯誤的閉合電路使繼電器吸起。但為每個繼電器設(shè)直流電源很不經(jīng)濟(jì)，故在直流電路中未采用，然而在交流電源中可以很方便地利用變壓器實(shí)現(xiàn)電源隔離，例如軌道電路、信號點(diǎn)燈電路和道岔表示電路都采用變壓器隔離。獨(dú)立電源防護(hù)法如圖1-66所示，其中的BB就是專用的隔離變壓器。以上幾種措施也可能同時采用。

此外還有分路法（當(dāng)繼電器處于落下狀態(tài)時接通繼電器線圈的分路線，以防止因混入電源而錯誤吸起）、分線法（重要的繼電器電路不與其他繼電器共用回線）等。