1.1.2　知识链接

1.信号继电器的基本原理

继电器是一种电励开关，可接通和断开电路，用以发布控制命令和反映设备状态。各个领域的自动控制系统均采用继电器。铁路信号技术中广泛采用的各类继电器，统称为信号继电器，简称继电器。

信号继电器是用于闭合或断开信号电路的低压电磁开关，主要由电磁系统、接点系统两大部分构成。其中电磁系统由线圈、固定的铁芯和轭铁及可动的衔铁构成，接点系统由动接点和静接点构成。

最简单的电磁继电器实质上就是一个带接点的电磁铁，其动作原理也与电磁铁相似，电磁继电器基本原理如图1.1所示。

当给线圈中通以一定数值的电流后，在衔铁和铁芯之间就产生一定数量的磁通，该磁通经铁芯、衔铁、轭铁和气隙形成一个闭合磁路，铁芯对衔铁就产生了吸引力。吸引力的大小取决于所通电流的大小。当电流增大到一定值时，吸引力增大到能克服衔铁向铁芯运动的阻力时（主要是衔铁自重），衔铁就被吸向铁芯。由衔铁带动的动接点（随衔铁一起动作的接点）也随之动作，与动合接点（又称前接点）接通。此状态称为继电器励磁吸起，简称吸起。

吸引力随电流的减小而减小，当吸引力减小到不足以克服衔铁重力时衔铁靠自重落下（称为释放），衔铁带动动接点与前接点断开，与动断接点（又称后接点）接通。此状态称为继电器失磁落下，简称落下。

通过上述分析可知，继电器具有开关特性，可利用它的接点通、断电路，构成各种控制和表示电路。图1.1（b）是信号点灯电路，前接点接通时点亮绿灯，后接点接通时点亮红灯。

2.继电器的继电特性

继电器的继电特性是当输入量达到一定值时，输出量发生突变，也叫做继电器的输入—输出特性，如图1.2所示。

继电器线圈回路为输入回路，继电器接点所在回路为输出电路。当线圈中电流Ix从0增加到某一定值时，继电器衔铁被吸引，接点闭合，接点回路中的电流Iy从0突然增大到。此后，若Ix继续增大，由于接点回路中阻值不变，Iy保持不变。当线圈中电流Ix减小到时，继电器衔铁释放，输出电流Iy突然从减小到0。此后，Ix再减小，Iy保持为0不变。

3.信号继电器的作用

作为控制元件，继电器通常应用于自动控制电路中，实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，简单地说，继电器在铁路信号中主要有以下几个作用：

（1）逻辑运算功能。自动控制装置上的一个或多个继电器与其他电器一起，可以组成逻辑程序控制电路，从而实现逻辑运算。

（2）控制功能。利用继电器的继电特性，能把一个很微小的控制量，来控制很大功率的电路，实现自控、遥控等。

（3）表示功能。信号继电器可以用来实时监督设备的状态。

4.铁路信号对继电器的要求

（1）继电器的动作必须可靠和准确。

（2）使用寿命长。

（3）有足够的吸合和断开电路的能力。

（4）有较高的电气绝缘强度。

（5）有稳定的时间和电气参数。

5.信号继电器分类

1）按动作原理分类

（1）电磁继电器。它是通过继电器线圈中的电流在磁路的气隙（铁芯与衔铁之间）中产生电磁力，吸引衔铁，带动接点动作的。

（2）感应继电器。它是利用电流通过线圈产生的交变磁场与另一交变磁场在翼板中所感应的电流相互作用产生电磁力，使翼板转动而动作的。

2）按动作电流分类

（1）直流继电器。它是由直流电源供电的，它按所通电流的极性，又可分为无极、偏极和有极继电器。直流继电器都是电磁继电器。

（2）交流继电器。它是由交流电源供电的，它按动作原理，有电磁继电器，也有感应继电器。整流式继电器虽然用于交流电路中，但它用整流元件将交流电整流为直流电，所以其实质上是直流继电器。

3）按输入量的物理性质分类

（1）电流继电器。它的线圈必须串联在所反映的电路中。该电路中必有所被反映的器件，如电动机绕组、信号灯泡等。

（2）电压继电器。电压继电器反映电压的变化，它的线圈励磁电路单独构成。

4）按动作速度分类

（1）正常动作继电器。正常动作继电器衔铁动作时间为0.1～0.3s。大部分信号继电器属于此类。一般无需加此称呼。

（2）缓动继电器。衔铁动作时间超过0.3s，又分为缓吸、缓放。时间继电器是利用脉冲延时电路或软件设定使之缓吸。缓放型继电器则利用短路铜环产生磁通使之缓动，主要取其缓放特性。

5）按接点结构分类

（1）普通接点继电器。它具有开断功率较小的接点的能力，以满足一般信号电路的要求，多数继电器为普通接点继电器。一般不加此称呼。

（2）加强接点继电器。它具有开断功率较大的接点的能力，以满足电压较高、电流较大的信号电路的要求。

6）按工作可靠程度分类

（1）安全型继电器（N型）。它是无需借助于其他继电器，亦无需对其接点在电路中的工作状态进行监督检查，其自身结构即能满足一切安全条件的继电器，其特点如下：

①当线圈断电时，衔铁可借助于自身重量释放，从而使前接点可靠断开。

②选用合适的接点材料，构成非熔接性前接点，或采用能防止接点熔接的特殊结构（例如接熔断器、接点串联）。

③当一组不应闭合的后接点仍然闭合时，结构上能防止所有前接点闭合。

（2）非安全型继电器（C型）。它是必须监督检查接点在电路中的工作状态，以保证安全条件的继电器，其特点如下：

①由于继电器在使用时已检查了衔铁的释放，因此不必采用非熔接性接点材料。

②当一组不应闭合的前接点仍然闭合时，结构上能保证所有后接点不闭合。反之亦然。

N型继电器主要依靠衔铁自身释放，故又称重力式继电器；C型继电器主要依靠弹簧弹力释放衔铁，故又称弹力式继电器。一般来讲，N型继电器的安全性、可靠性高于C型继电器。

6.继电器的主要电气特性参数

不同类型继电器的特性，可以用继电器的参数来反映。继电器的种类各异，参数的表达方式必有所不同，信号继电器常用的几种主要参数如下：

（1）额定值。继电器正常工作时所接入的电源系统的电压或电流值。

（2）工作值。向继电器线圈通电，至前接点完全闭合（此时衔铁止片应与铁芯面密贴，并满足规定接点压力）时的电压或电流值。

（3）反向工作值。向继电器线圈供以反极性（与规定正方向相反）电源后所测得的工作值。

（4）充磁值。是为了测试继电器的释放值或转极值，预先使继电器磁系统磁化，向其线圈通以4倍的工作值或转极值。

（5）释放值（又称落下值）。向继电器供给过负载电压或电流值后，再逐渐降低电压或电流值，至前接点刚刚断开时的电压或电流值。

（6）转极值。有极继电器通电，使动接点由定位转换到反位，或由反位转换到定位，并达到规定的接点压力时所需要的电压或电流值。

（7）反向不工作值。向偏极继电器线圈反向通电，继电器不动作的最大电压值。

（8）返还系数。释放电压（电流）与工作电压（电流）的比称为返还系数。

此值一般在0.2～0.99之间，返还系数对铁路信号有特殊的重要意义，返还系数越高，标志着继电器衔铁落下越灵敏，例如轨道继电器的返还系数规定不得小于0.5。返还系数的大小与继电器的结构、牵引特性与机械特性的配合及磁路的磁性材料质量等有关。

（9）安全系数。额定值与工作值之比。此值愈大，在额定电源下继电器工作愈稳定。

（10）缓放时间。向继电器线圈通以规定数值的电压（或电流）后切断电源，从断开电源时起至全部动接点离开前接点的时间止。

（11）缓吸时间。向继电器线圈通以规定数值的电压（或电流）起至全部后接点断开的时间止。

（12）转换时间。有极继电器由电源改变极性时起至动接点转换至另一极性接点的时间止。