第八节 继电器的应用
应用继电器可构成各种控制和表示电路，统称继电电路。在具体的应用过程中，涉及如何选用继电器、如何识读继电电路、如何分析继电电路以及如何判断继电器故障等方面。掌握这些知识和技能，有利于正确运用继电器。
一、电路中选择继电器的一般原则
根据电路要求，按继电器的主要参数和指标进行选择。具体如下：
（1）继电器类型、线圈电阻，应满足各种电路的具体要求。
（2）电路中串联使用继电器时，串联的继电器的数量应满足各继电器正常工作电压的要求。
（3）继电器的接点最大允许电流不应小于电路的工作电流，必要时可采用接点并联的方法。
（4）继电器的接点数量不能满足电路要求时，应设复示继电器，复示继电器应能及时反映主继电器的动作状态。
（5）电路中串联继电器接点时，要使串联继电器接点的接触电阻不影响电路的正常工作。
二、继电器的表述
1.继电器的名称符号
继电器一般是根据它的主要用途和功能来命名的，例如反映按钮动作的继电器称为按钮继电器，控制信号的继电器称为信号继电器。为了便于标记，继电器符号用汉语拼音字头来表示，例如按钮继电器表示为AJ，信号继电器表示为XJ。在一个控制系统中会用到许多继电器，同一作用和功能的继电器也不止一个，它们的名称必须有所区别。例如以XLAJ代表下行进站信号机的列车进路按钮继电器，STAJ代表上行通过按钮继电器。
同一个继电器的线圈和接点必须用该继电器的名称符号来标记，以免互相混淆。同一个继电器的各接点组还需用其编号注明，以防重复使用。
2.继电器的定位
继电器有两个状态：吸起状态和落下状态。在电路图中只能表达这两种状态中的一种，应有所规定。电路图中继电器呈现的状态称为通常状态（简称常态），或称为定位状态。在铁路信号系统中遵循以下原则来规定定位状态。
（1）继电器的定位状态应与设备的定位状态相一致，信号布置图中所反映的设备状态约定为设备的定位状态。例如一般信号机以关闭为定位状态，道岔以开通定位为定位状态，轨道电路以空闲为定位状态。
（2）根据故障—安全原则，继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致。例如，信号继电器的落下应与信号关闭相一致，轨道继电器落下应与轨道电路占用相一致。这样，才能实现电路发生断线故障时导向安全侧。
根据以上两条原则就可确定继电器的定位状态了。例如，信号继电器XJ落下与信号关闭相对应，规定XJ落下为定位状态；道岔定位表示继电器DBJ吸起与道岔处于定位相对应，规定DBJ吸起为定位状态，而道岔反位表示继电器FBJ吸起应与道岔处于反位相对应，故规定FBJ落下为定位状态。轨道继电器GJ吸起与轨道电路空闲相对应，规定GJ吸起为定位状态。
在电路图中，凡以吸起为定位状态的继电器，其线圈和接点处均以“↑”符号标记之；凡以落下为定位状态的继电器，其线圈和接点处均以“↓”符号标记之。
3.继电器图形符号
在继电电路中，涉及继电器线圈和继电器接点，它们的图形符号分别见表1-12和表1-13，这些图形符号反映了继电器的某些特性，因此绘图时必须正确选用，以免混淆。表中的接点图形符号有工程图用和原理图用两种。工程图用的符号略为复杂，但能准确表达接点的状态，且不致因笔误而造成误解，所以工程图必须采用工程图用符号。原理图用的接点符号比较简单，但稍有笔误即易造成误认，仅限于设计草图和教学中使用。
表1-12 继电器线圈的图形符号
续上表
表1-13 继电器接点的图形符号
续上表
对于初学者要注意的是，为绘图方便，一个继电器的线圈符号和它的接点符号可以分别画在电路图的不同位置，也可以画在不同的图纸上，当然它们的名称符号要标记清楚。
在继电器线圈符号上要注明其定位状态的箭头和线圈端子号。
对于继电器的前接点和后接点，只标出其接点组号，而不必详细表明动接点、前接点、后接点号。但从电路图中可看出，例如第一组接点，其动接点片为11，前接点为11-12，后接点为11-13。
而对于有极继电器，因无法用箭头表示其状态，所以必须表明其接点号，如111-112表示定位接点，111—113表示反位接点，百分数1是为了区别于其他继电器而增加的。
三、继电器线圈的使用
对于有两个线圈参数相同的继电器，它的线圈有多种使用方法：可以两个线圈串联使用，连接2—3电源片，使用1—4电源片；可以两个线圈并联使用，电源片1—3连接，2—4连接，使用1—2或3—4电源片；也可以两个线圈分别使用或单线圈使用。
无论哪一种使用方法，都要保证继电器的工作安匝和释放安匝，才能使继电器可靠工作。
例如JWXC-1000型继电器，它的前后线圈均为8000匝，两个线圈串联使用时，工作电压不大于14.4V，故工作电流不大于14.4/1000=0.014（A），工作安匝不大于2×8000×0.0144=230.4（安匝）。当单线圈使用时，为了得到同样的安匝，加在两线圈的工作电压应分别为230.4/8000×500=14.4（V）。当两线圈并联时，为获得同样的安匝，所需工作电压为115.2/8000×2×250=7.2（V）。
可见，单线圈使用时，为了保证得到与两线圈串联使用时同样的工作安匝，通过线圈的电流必须比串联时大一倍，所消耗功率也大一倍。此时，电源容量要大，线圈易发热。因此，继电器大多采用两线圈串联使用的方法。但当电路需要时，也采用分线圈使用的方法。两线圈并联使用时，所需电压比串联时低一半，一般使用在较低电压的电路中。
四、继电器基本电路
1.串联电路和并联电路
根据继电器接点在电路中的连接方式，继电电路可分为串联、并联和串并联三种基本形式。
（1）串联电路
串联电路指继电器接点串联连接的电路，其实现逻辑“与”的运算。串联电路如图1-55所示，3个接点必须同时闭合才能使继电器DJ吸起。从逻辑功能来看，接点在电路中的串接顺序是任意的，而且动接点是否接向电源也是任意的。但从工程角度出发，应考虑接点的有效使用，如AJ的后接点可用在别的电路中。
（2）并联电路
由几个继电器接点并联连接的电路称为并联电路，它实现逻辑“或”运算。如图1-56所示为3个接点并联的例子，其中任一个接点闭合都会使继电器DJ吸起。从工程角度看，也要考虑接点组的有效利用。
图1-55 串联电路
图1-56 并联电路
（3）串并联电路
根据逻辑功能的要求，在电路中有些接点串联，有些是并联，这类电路称为串并联电路，串并联电路如图1-57所示。
2.自闭电路
在继电器构成的控制系统中，常需要将某一动作记录下来为以后的过程做准备。按钮继电器电路如图1-58所示，按下自复式按钮A后，继电器AJ经过励磁电路吸起。但松开按钮后，继电器就不能保持吸起。为此，增加由自身前接点构成的电路，使按钮松开后，继电器不落下。这条由自身前接点构成的电路称为自闭电路。有了自闭电路后继电器就有了记忆功能。当然，当它完成任务后，就必须由表示该任务完成的继电器接点使其复原。
图1-57 串并联电路
图1-58 按钮继电器电路
五、继电电路的分析法
在设计和分析继电电路时，为了便于认识和掌握电路的逻辑功能、继电器动作顺序、继电器动作时机和继电器励磁回路，需采用一些简便的分析方法，通常有动作程序法、时间图解法和接通径路法。
1.动作程序法
动作程序法用来表示继电器的动作过程，着重反映继电电路的时序关系和因果关系，而不严格地表达逻辑功能。
用符号表示各继电器状态的变化，“↑”表示继电器吸起，“↓”表达继电器落下，（这里↑、↓表示继电器的动作，不要和电路图中表示继电器定位状态的↑、↓相混淆）。“→”表示促使继电器吸起、落下。“|”表示逻辑“与”。
脉动偶电路（由两个继电器组成的脉冲形成电路）如图1-59所示，可写出它的动作程序。
2.时间图解法
有些继电电路的时间特性要求较严格，整个电路动作过程与继电器的时间特性（如缓放时间的长短）密切相关。这时，可用时间图解法来较准确地进行分析。时间图解法能很清楚地表示出各继电器的工作情况、相互关系和时间特性，能正确地反映整个电路的动作过程。
时间图解法把继电器线圈通电、后接点断开、前接点闭合、线圈断电、前接点断开、后接点闭合等都在时间图上表示出来，脉动偶电路时间图解如图1-60所示。继电器之间的互相关系，在时间图上用箭头表示。
如图1-59所示的脉动偶电路，它的动作过程的时间图如图1-60所示。
图1-59 脉动偶电路
图1-60 脉动偶电路时间图解
3.接通径路法
接通径路法用来描述继电器励磁电流的径路，即由电源正极经继电器接点、线圈及其他器件（按钮接点、二极管等）流向电源负极的回路，它是在分析继电器电路中常用的方法（俗称跑电路，不一定写下来）。
例如，对于脉动偶电路，其励磁电路如下：
KZ—K11-12—BJ11-13—AJ1-4—KF
KZ—K11-12—AJ11-12—BJ1-4—KF
式中各接点及器件的下标是它们在电路中具体连接的接点号或端子号，接点之间用“—”联系，它表示经由，而不用“→”，没有促使的含义，以避免和动作程序法中的“→”相混淆。
一个继电器可能有多条励磁电路，需分别写出接通径路予以描述。
接通径路法仅表达了继电电路的导通路径，而不能反映电路的逻辑功能。对于复杂的继电电路，在对其逻辑功能不熟悉的情况下，可先用接通径路来加以描述。
在实际应用过程中，通常将动作程序法和接通径路法结合起来使用，一方面，在掌握继电电路动作程序的情况下，能方便地跑通电路；另一方面，在跑通电路的过程中，加深对动作程序的理解。
六、继电器电路安全措施
在继电器电路中常见故障有：断路器脱扣、断线、脱焊、螺丝松脱、线圈烧坏、接点接触不良、器件失效、插接件接触不良、线间绝缘不良、线路混入电源等，故障种类很多。但就其对电路的影响可以归纳为两大类：一类使电路开路，称为断线故障；另一类使电路混线，称为混线故障。断线故障会导致吸起的继电器错误落下或使应吸起的继电器不能吸起。混线故障可能使不应吸起的继电器错误吸起或使已吸起的继电器不能及时落下，继电器电路的安全性主要是解决断线防护和混线防护问题。
1.断线防护电路
电路的断线故障远多于混线故障，据此必须按闭合电路法（以电路断开对应安全侧，以电路闭合对应危险侧）设计继电电路，即发生断线故障时使继电器落下以满足故障—安全的要求。断线防护电路如图1-61所示，图中的两个电路是等效的。即AJF是AJ的复示继电器，但两者结构不一样，图（a）符合闭合电路原理，无论何处发生断线故障都导致AJF在落下状态，具有故障—安全性能。图（b）是利用AJ的后接点构成AJF线圈的旁路而使AJF落下，称为旁路控制电路，其发生断线故障时AJF反而错误吸起而导向危险侧，所以安全电路不能采用旁路控制电路。
图1-61 断线防护电路
按闭合电路原理设计的电路是断线保护的基本方法，它能对任何断线故障有反映，故可认为它具有断线故障自检能力。
2.混线防护电路
继电电路按闭合电路原理设计，在混线故障情况下就有可能使继电器错误吸起而导向危险侧。因此尽管混线故障远少于断线故障，也必须慎重地采取防护措施。实际上，要使电路的各点都进行混线防护，是困难的，也是不可能的。室内环境较好，只要采取严格的施工工艺，电路极少发生混线故障，一般不采取防护措施。
（1）位置法
位置法也称远端供电法，是针对室外电路之间混线而采取的措施。例如，在图1-58中两电路的逻辑功能是等同的，但电路结构不同，混线防护电路如图1-62所示，图1-62（a）的继电器和电源均在电路的同一侧，发生混线故障时继电器将无条件地错误吸起，这十分危险。而在图1-62（b）中，继电器和电源分设在电路两侧，发生混线故障时，一方面使继电器短路，另一方面在接点DB（转辙机接点）闭合的情况下使电源处的断路器脱扣，从而使继电器落下，导向了安全侧。所以，位置法的关键是继电器和电源必须分别设在可能混线位置的两侧。
（2）极性法
极性法是针对室外电路混入电源而采取的措施。极性法混线防护电路。如图1-63所示，电路中采用偏极继电器。当Q线上混入正电时，与电源极性一致，则继电器1JGJ仍保持吸起，Q线上混入负电时，则断路器脱扣，使继电器1JGJ落下导向安全侧。在H线上混入电源情况同样如此。如果在列车占用1JG时，1GJ↓，此时若在Q上混入负电，H线上混入正电，则1JGJ因极性不符，不吸起，而如果采用无极继电器就不能达到此目的。
图1-62 混线防护电路
图1-63 极性法混线防护电路
（3）双断法
双断法是在电路的Q线和H线上都接入同样的控制接点，来防止混线混电故障。双断法混线防护（1）如图1-64所示，如不采用双断，则当a、b两点同时发生接地或控制接点引出端子间发生短路等故障时，尽管控制接点未闭合，也能使继电器错误吸起。但若采用双断法，这种可能性就大大减小。Q线或H线混入电源，也可防护。
图1-64 双断法混线防护（1）
双断法混线防护（2）如图1-65所示，若不采用双断法[图1-65（a）]，继电器1DBJ和1FBJ的Q线之间发生混线故障，则1FBJ将错误吸起，若采用双断法[图1-65（b）]，则Q线间发生混线故障时也不会使1FBJ错误吸起。
图1-65 双断法混线防护（2）
（4）独立电源法
独立电源法也称为电源隔离法。从上述双断法分析中可以看出，在混线故障情况下导致继电器错误吸起的原因在于继电器未采用独立电源或多个继电器共用一个电源所致。如果每个继电器有各自的电源且没有公共回线，那么任何两条线路混线都不会构成错误的闭合电路使继电器吸起。但为每个继电器设直流电源很不经济，故在直流电路中未采用，然而在交流电源中可以很方便地利用变压器实现电源隔离，例如轨道电路、信号点灯电路和道岔表示电路都采用变压器隔离。独立电源防护法如图1-66所示，其中的BB就是专用的隔离变压器。以上几种措施也可能同时采用。
图1-66 独立电源防护法
此外还有分路法（当继电器处于落下状态时接通继电器线圈的分路线，以防止因混入电源而错误吸起）、分线法（重要的继电器电路不与其他继电器共用回线）等。