1.1.5 電磁式繼電器

繼電器是根據某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現自動控制和保護電力裝置的自動電器。被轉化或施加于繼電器的量稱為繼電器的激勵量（輸入量），繼電器的激勵量可以是電量，如交流或直流的電流、電壓，也可以是非電量，如位置、時間、溫度、速度和壓力等。當輸入量高于繼電器的吸合值或低于繼電器的釋放值時，繼電器動作，對于有觸頭式繼電器是其觸頭閉合或斷開，對于無觸頭式繼電器是其輸出發生階躍變化，繼電器以此提供一定的邏輯變量，實現相應的控制。

繼電器的種類很多，按輸入信號的性質分為電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器、中間繼電器和壓力繼電器等；按工作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等；按輸出形式可分為有觸點繼電器和無觸點繼電器；按用途可分為控制用繼電器與保護用繼電器等。

1.電磁式繼電器的構成

電磁式繼電器是應用得最早、最多的一種繼電器。其結構及工作原理與接觸器大體相同，由電磁機構、觸點系統和調節裝置等組成。電磁式繼電器的典型結構如圖1-23所示。由于繼電器用于控制電路，流過觸頭的電流比較小（一般為5A以下），故不需要滅弧裝置，但繼電器為滿足控制要求，需調節動作參數，故有調節裝置。

（1）電磁機構 直流繼電器的電磁機構均為U形拍合式的，鐵心和銜鐵均由電工軟鐵制成，為了改變銜鐵閉合后的氣隙，在銜鐵的內側面上裝有非磁性墊片，鐵心則裝在鋁底座上。

（2）觸頭系統 繼電器的觸頭一般都為橋式觸頭，有常開和常閉兩種形式，沒有滅弧裝置。

（3）調節裝置 為改變繼電器的動作參數，繼電器設有可以改變繼電器釋放彈簧松緊程度的調節裝置和改變銜鐵初始狀態磁路氣隙大小的調節裝置，如調節螺母和非磁性墊片。

2.電壓繼電器

電壓繼電器用于電力拖動系統的電壓保護和控制。其線圈并聯接入主電路，用以感測主電路的線路電壓；觸頭接入控制電路，為執行元件。按吸合電壓的大小，電壓繼電器可分為過電壓繼電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器。

（1）過電壓繼電器 過電壓繼電器用于電路的過電壓保護，其吸合整定值為被保護電路額定電壓的1.05～1.2倍。當被保護電路的電壓正常時，銜鐵不動作；當被保護電路的電壓高于額定值，達到過電壓繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸頭動作，使控制電路失電，此時接觸器即可及時分斷被保護電路。

（2）欠電壓繼電器 欠電壓繼電器用于電路的欠電壓保護，其釋放整定值為電路額定電壓的10%～60%。當被保護電路電壓正常時，銜鐵可靠吸合；當被保護電路電壓降至欠電壓繼電器的釋放整定值時，銜鐵釋放，觸頭復位，此時接觸器即可及時分斷被保護電路。

（3）零電壓繼電器 當被保護電路電壓降低到電路額定電壓的5%～25%時，零電壓繼電器銜鐵釋放，對電路實現零電壓保護。這種繼電器用于電路的失電壓保護。

電壓繼電器的符號如圖1-24所示。

3.中間繼電器

中間繼電器實質上是一種電磁式電壓繼電器，其特點是觸頭數量較多（一般有4常開、4常閉，共8對），在電路中起增加觸頭數量和中間放大的作用。由于中間繼電器只要求線圈電壓為零時能可靠釋放，對動作參數無要求，故中間繼電器沒有調節裝置。JZ7系列中間繼電器實物與結構如圖1-25所示，中間繼電器的符號如圖1-26所示。

中間繼電器的線圈屬于電壓線圈，但它的觸頭數量較多，觸頭容量較大（額定電流為5～10A）且動作靈敏。其主要用途是：當其他繼電器的觸頭數量或觸頭容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大觸頭數量或觸頭容量，起到中間轉換作用。

電磁式中間繼電器常用的有JZ7、JDZ2和JZ14等系列。引進產品則有MA406N系列、3TH系列（國內型號為JZC）。JZ14系列中間繼電器型號、規格和技術數據見表1-3。

JZ14系列中間繼電器型號含義如下：

4.電流繼電器

電流繼電器用于電力拖動系統的電流保護和控制。其線圈串聯接入主電路，用來感測主電路的電流；觸頭接入控制電路，為執行元件。電流繼電器反映的是電流信號。常用的電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。

（1）欠電流繼電器 欠電流繼電器在電路中起欠電流保護作用。其吸引電流為電路額定電流的30%～65%，釋放電流為電路額定電流的10%～20%。因此，在電路正常工作時，銜鐵是吸合的，當電流降低到某一整定值時，電流繼電器釋放，控制電路失電，此時接觸器即可及時分斷電路。

（2）過電流繼電器 過電流繼電器在電路正常工作時不動作，其整定范圍通常為電路額定電流的1.1～4倍，當被保護電路的電流高于額定值，達到過電流繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸頭動作，控制電路失電，此時接觸器即可及時分斷電路，對電路起過電流保護作用。

電流繼電器的符號如圖1-27所示。

常見的電磁式繼電器有JT3系列直流電磁式繼電器和JT4系列交流電磁式繼電器，更新一些的產品有JT9、JT10、JL12、JL14和J27等系列，其中JL14系列為交直流電流繼電器，J27系列為交流中間繼電器。

5.其他繼電器

（1）時間繼電器 在電力拖動控制系統中，不僅需要動作迅速的繼電器，而且需要當線圈通電或斷電以后其觸頭經過一定延時再動作的繼電器，這種繼電器稱為時間繼電器，是利用電磁原理或機械動作原理實現觸頭延時接通或斷開的自動控制電器，其種類很多，常用的有電磁式、空氣阻尼式、電動式和電子式等時間繼電器。

時間繼電器按延時方式可分為通電延時型和斷電延時型。通電延時型在接收輸入信號后延遲一定時間，輸出信號才發生變化；當輸入信號消失后，輸出信號瞬時復原。斷電延時型在接收輸入信號后，瞬時產生相應的輸出信號，當輸入信號消失后，延遲一定時間，輸出信號才復原。時間繼電器的符號如圖1-28所示。

1）直流電磁式時間繼電器。在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上增加一個阻尼銅套，即可構成直流電磁式時間繼電器，如圖1-29所示。它是利用電磁阻尼原理產生延時的。由電磁感應定律可知，在繼電器線圈通斷電過程中，銅套內將產生感應電動勢，并流過感應電流，此電流產生的磁通總是阻礙原磁通變化。繼電器通電時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大，磁阻大，磁通小，銅套阻尼作用相對也小，因此銜鐵吸合時延時不顯著（一般忽略不計）。當繼電器斷電時，磁通變化量大，銅套阻尼作用也大，使銜鐵延時釋放而起到延時作用。因此，這種繼電器僅用作斷電延時。

2）空氣阻尼式時間繼電器。空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的。延時方式有通電延時型和斷電延時型兩種。其外觀區別在于：當銜鐵位于鐵心和延時機構之間時為通電延時型；當鐵心位于銜鐵和延時機構之間時為斷電延時型。空氣阻尼式時間繼電器由電磁機構、延時機構和觸頭系統三部分組成，電磁機構為直動式雙E型，觸頭系統借用LX5型微動開關，延時機構采用氣囊式阻尼器。

圖1-30所示為JS7-A系列空氣阻尼式時間繼電器實物與結構，圖1-31所示為其結構原理圖。現以通電延時型為例說明其工作原理。當線圈1通電后，銜鐵3吸合，活塞桿6在塔形彈簧7作用下帶動活塞13及橡膠膜9向上移動，橡膠膜下方空氣室的空氣變得稀薄，形成負壓，活塞桿只能緩慢移動，其移動速度由進氣孔氣隙大小來決定。經一段延時后，活塞桿6通過杠桿15壓動微動開關14，使其觸頭動作，起到通電延時作用。

當線圈斷電時，銜鐵3釋放，橡膠膜9下方空氣室內的空氣通過活塞13肩部所形成的單向閥迅速排出，使活塞桿6、杠桿15、微動開關14和16迅速復位。由線圈1通電至觸頭動作的一段時間即為時間繼電器的延時時間，延時長短可通過調節螺釘11調節進氣孔氣隙大小而改變。

微動開關16在線圈1通電或斷電時，在推板5的作用下都能瞬時動作，其觸頭為時間繼電器的瞬動觸頭。

JS7-A系列空氣阻尼式時間繼電器主要技術參數見表1-4。

3）電子式時間繼電器。電子式時間繼電器在時間繼電器中已成為主流產品，電子式時間繼電器是采用晶體管或集成電路和電子器件等構成的，按其構成可分為晶體管式時間繼電器和數字式時間繼電器，多用于電力傳動、自動順序控制及各種過程控制系統中，并以其延時范圍寬、精度高、體積小、動作可靠的優勢逐步取代傳統的電磁式、空氣阻尼式等時間繼電器。

①晶體管式時間繼電器。晶體管式時間繼電器是以RC電路電容充電時，電容兩端的電壓逐步上升的原理為延時基礎制成的。常用的晶體管式時間繼電器有JS14A、JS15、JS20、JSJ、JSB和JS14P等系列。其中，JS20系列晶體管式時間繼電器是全國統一設計產品，延時范圍有0.1～180s、0.1～300s、0.1～3600s三種，電氣壽命達10萬次，適用于交流50Hz、電壓380V及以下或直流110V及以下的控制電路中。JS20系列晶體管式時間繼電器主要技術參數見表1-5。

②數字式時間繼電器。晶體管式時間繼電器是利用RC電路充放電原理制成的。由于受延時原理的限制，不容易實現長延時，且延時精度易受電壓、溫度的影響，精度較低，延時過程也不能顯示，因而影響了它的使用。隨著半導體技術，特別是集成電路技術的進一步發展，采用新延時原理的時間繼電器——數字式時間繼電器便應運而生，其各種性能指標也得到大幅度提高。目前最先進的數字式時間繼電器內部裝有微處理器。

目前市場上的數字式時間繼電器型號很多，有HUZS-S、DH48S、DH14S、DH11S、JSS1和JS14S等系列。其中，JS14S系列與JS14、JS14P和JS20系列時間繼電器兼容，取代方便。HUZS-S系列數字式時間繼電器（圖1-32）為引進技術及工藝制造的，可替代進口產品，延時范圍為0.01s～99h99min，并可任意預置。另外，還有從日本富士公司引進生產的ST系列等。

JS20系列晶體管式時間繼電器型號含義如下：

4）時間繼電器的選用。選用時間繼電器時應注意：線圈（或電源）的電流種類和電壓等級應與控制電路相同；按控制要求選擇延時方式和觸頭形式；校核觸頭數量和容量，若不夠，可用中間繼電器進行擴展。對于電源電壓波動大的場合，選用空氣阻尼式比選用晶體管式好。環境溫度變化較大的場合，不宜采用晶體管式時間繼電器。

（2）熱繼電器 電動機在實際運行中，常會遇到過載情況，但只要過載不嚴重、時間短，繞組溫升不超過允許溫升，這種過載就是允許的。如果過載情況嚴重、時間長，則會加速電動機絕緣的老化，縮短電動機的使用年限，甚至燒毀電動機，因此必須對電動機進行過載保護。

熱繼電器（FR）主要用于電力拖動系統中電動機負載的過載保護，是一種具有反時限（延時）過載保護特性的過電流繼電器，也可以用于其他電氣設備的過載保護。

1）熱繼電器結構與工作原理。熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸頭組成，如圖1-33所示，熱元件由發熱電阻絲做成。雙金屬片由兩種熱膨脹系數不同的金屬碾壓而成，當雙金屬片受熱時，會出現彎曲變形。使用時，把熱元件串聯于電動機的主電路中，而常閉觸頭串聯于電動機的控制電路中。

當電動機正常運行時，熱元件產生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使熱繼電器的觸頭動作。當電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動導板使常閉觸頭斷開，從而切斷電動機控制電路以起保護作用。熱繼電器動作后一般不能自動復位，要等雙金屬片冷卻后按下復位按鈕復位。熱繼電器動作電流的調節可以借助旋轉凸輪使其處于不同位置的方式來實現。熱繼電器的符號如圖1-34所示。

2）熱繼電器的型號及選用。我國目前生產的熱繼電器主要有JR0、JR1、JR2、JR9、R10、JR15和JR16等系列。

JR1、JR2系列熱繼電器采用間接受熱方式，其主要缺點是雙金屬片靠熱元件間接加熱，熱耦合較差；雙金屬片的彎曲程度受環境溫度影響較大，不能正確反映負載的過電流情況。

JR15、JR16等系列熱繼電器采用復合加熱方式并采用了溫度補償元件，因此能較正確反映負載的工作情況。

JR1、JR2、JR0和JR15系列熱繼電器均為兩相結構，是雙熱元件的熱繼電器，可以用作三相異步電動機的均衡過載保護和定子繞組星形聯結的三相異步電動機的斷相保護，但不能用作定子繞組為△連接的三相異步電動機的斷相保護。

JR16和JR20系列熱繼電器均為帶有斷相保護的熱繼電器，具有差動式斷相保護機構。

熱繼電器的選擇主要根據電動機定子繞組的連接方式來確定型號，在三相異步電動機電路中，對星形聯結的電動機可選兩相或三相結構的熱繼電器，一般采用兩相結構的熱繼電器，即在兩相主電路中串聯熱元件。對于三相異步電動機，定子繞組為三角形聯結的電動機必須采用帶斷相保護的熱繼電器。

JR20系列型號含義如下：

（3）速度繼電器與干簧繼電器 輸入信號是非電信號，而只有當非電信號達到一定值時，才有信號輸出的電器為信號繼電器，常用的有速度繼電器與干簧繼電器。前者輸入信號為電動機的轉速，后者輸入信號為磁場，輸出信號皆為觸頭的動作。

1）速度繼電器。從結構上看，速度繼電器與交流電機類似，主要由定子、轉子和觸頭三部分組成。定子的結構與籠型異步電動機相似，是一個籠型空心圓環，由硅鋼片沖壓而成，并裝有籠型繞組，轉子是一個圓柱形永久磁鐵。速度繼電器的軸與電動機的軸相連，定子空套在轉子外圍。當電動機轉動時，速度繼電器的轉子（永久磁鐵）隨之轉動，在空間產生旋轉磁場，定子繞組切割磁場產生感應電動勢和電流。此電流和永久磁鐵的磁場作用產生轉矩，使定子向轉子轉動方向旋轉一定的角度，與定子裝在一起的擺錘推動觸頭動作，使常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合。當電動機轉速低于某一值時，定子產生的轉矩減小，在彈簧力的作用下動觸頭復位。速度繼電器實物與結構如圖1-35所示，其符號如圖1-36所示。

速度繼電器型號含義如下：

常用的感應式速度繼電器有JY1和JFZO系列。JY1系列能在3000r/min的轉速下可靠工作。JFZO系列的觸頭動作速度不受定子柄偏轉快慢的影響，觸頭改用微動開關。JFZO系列中的JFZO-1型適用于300～1000r/min轉速，JFZO-2型適用于1000～3000r/min轉速。速度繼電器有兩對常開、常閉觸頭，分別對應于被控電動機的正、反轉運行。一般情況下，速度繼電器的觸頭，在轉速達120r/min時應能動作，100r/min左右時應能恢復正常位置。速度繼電器應根據電動機的額定轉速、控制要求進行選擇。

2）干簧繼電器。干式舌簧繼電器簡稱干簧繼電器，是近年來迅速發展起來的一種新型繼電器，也是一種具有密封觸頭的電磁式繼電器。干簧繼電器可以反映電壓、電流、功率以及電流極性等信號，在檢測、自動控制和計算機控制技術等領域中應用廣泛。干簧繼電器主要由干式舌簧片與勵磁線圈組成。干式舌簧片（觸頭）是密封的，由鐵鎳合金做成，舌簧片的接觸部分通常鍍有貴重金屬（如金、銠、鈀等），以圖接觸良好，具有優良的導電性能。觸頭密封在充有氮氣等不易發生化學反應的氣體的玻璃管中，因而有效地防止了塵埃的污染，減少了觸頭的腐蝕，提高了工作可靠性。其結構原理與實物如圖1-37所示，符號如圖1-38所示。

當線圈通電后，管中兩干簧片的自由端分別被磁化成N極和S極并相互吸引，因而接通被控電路。線圈斷電后，干簧片在本身的彈力作用下分開，將電路切斷。干簧繼電器常用于電梯電氣控制中。目前國產干簧繼電器有JAG2-1A型和JAG2-2A型等。