1.4 继电器

继电器是一种常用的控制电器，当继电器的输入量（如电流、电压、时间或其他物理量）变化到预定值时，使被控量发生预定的突变（如接通或断开），起控制、保护、调节及传递信息等作用。

继电器种类较多，按用途分为控制和保护继电器；按动作原理分为电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式和热继电器；按输入量分为电流、电压、时间、速度及压力继电器；按动作时间分为瞬时、延时继电器。下面介绍几种常用继电器。

1.4.1 电磁式继电器

电磁式继电器广泛用于电力拖动系统中，起控制、放大、联锁、保护和调节作用。电磁式继电器的结构和工作原理与接触器基本相同，也由电磁机构和触点系统组成。但接触器只对电压变化作出反应，而继电器可对相应的各种电量或非电量作出反应。接触器一般用于控制大电流电路，其主触点额定电流不小于5A，而继电器一般控制小电流电路，其触点额定电流不大于5A。电磁式继电器按动作原理分为电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。

1.电流继电器

反映输入量为电流的继电器称为电流继电器。使用时，将电流继电器的线圈串联在被测电路中，根据通过线圈电流值的大小而动作。电流继电器线圈的导线粗、匝数少、线圈阻抗小。电流继电器分为过电流继电器和欠电流继电器。当继电器中的电流高于某整定值时动作的继电器为过电流继电器，通过正常工作电流时，衔铁释放，用于频繁和重载起动场合，作为电动机和主电路的短路和过载保护。当继电器中的电流低于某整定值释放的继电器为欠电流继电器，通过正常工作电流时，衔铁吸合，触点动作，一般用于直流电动机欠励磁保护。

过电流继电器和欠电流继电器的结构和动作原理相似，故只介绍过电流继电器。其结构如图1-11所示。电磁系统为拍合式，图1-11中7所示的铁心和铁轭为一整体，减少了非工作气隙；图中8所示极靴为一圆环套在铁心端部；图中6所示衔铁被制成板状，绕棱角转动；当线圈不通电时，衔铁靠反作用（图中所示2）弹簧作用而打开。过电流继电器在正常工作时，电磁吸力不足以克服反力弹簧的吸力，衔铁处于释放状态；当线圈电流超过某一整定值时，衔铁吸合，触点动作。而欠电流继电器在线圈电流正常时衔铁是吸合的，当电流低于某一整定值时释放，触点复位。

图1-11 过电流继电器结构图

1—底座 2—反作用弹簧 3、4—调节螺钉 5—非磁性垫片 6—衔铁 7—铁心 8—极靴 9—电磁线圈 10—触点系统

图1-12所示为电流继电器的符号。电流继电器的技术参数如下。

1）动作电流I_q。使电流继电器开始动作所需的电流值。

图1-12 电流继电器的符号

a）过电流继电器 b）欠电流继电器

2）返回电流I_f。电流继电器动作后返回原状态时的电流值。

3）返回系数K_f。返回值与动作值之比，即K_f=I_f/I_q。

2.电压继电器

反映输入量为电压的继电器称为电压继电器。使用时，将电压继电器的线圈并联在被测电路中，根据线圈两端电压的大小接通或断开电路。电压继电器线圈的匝数多、导线细。电压继电器分为过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器，常用于交流电路中作过电压、欠电压和失电压保护。电压继电器的结构、原理和内部接线与电流继电器类同，不同之处在于它反映的是电路中的电压。

图1-13所示为电压继电器的符号。

3.中间继电器

中间继电器是用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大的继电器。其实质是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。中间继电器触点数量较多，没有主辅之分，各对触点允许通过的电流大小相同，多数为5A。因此，对于工作电流小于5A的电气控制电路，可用中间继电器代替接触器实施控制。

图1-13 电压继电器的符号

a）过电压继电器 b）欠电压继电器

常用的中间继电器有JZ8系列。JZ8为交直流两用，其触点的额定电流为5A，可用于直接起动小型电动机或接通电磁阀、气阀线圈等。

1.4.2 热继电器

热继电器是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的继电器，主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行保护和对其他电气设备发热状态的控制。热继电器有多种型式，其中常用的热继电器如下所述。

1）双金属片式。利用双金属片受热弯曲，以推动杠杆使触点动作。

2）热敏电阻式。它是利用电阻值随温度变化的特性制成的热继电器。

3）易熔合金式。它利用过载电流发热使易熔合金熔化（当易熔合金达到某一温度时）而使继电器动作。

上述3种热继电器以双金属片式用得最多。

1.热继电器的结构及工作原理

热继电器主要由发热元件、双金属片、触点及动作机构等部分组成。双金属片是热继电器的感测元件，由两种不同热膨胀系数的金属片压焊而成，其结构原理如图1-14a所示。将两个（或3个）主双金属片上绕电阻丝作为发热元件串联在电动机主电路中，常闭触点串联在控制电路的接触器线圈回路中。当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但不足以使继电器动作。当电动机过载时，热元件流过大于正常的工作电流，温度增高，使双金属片弯曲加剧，经过一定时间后，双金属片推动导板，带动继电器常闭触点断开，切断电动机控制电路，使电动机停转，达到过载保护的目的。只有待双金属片冷却后，才能使触点复位。复位有手动复位（2min）和自动复位（5min）两种。

热继电器还具有补偿双金属片，其弯曲方向与主双金属片的弯曲方向一致，使热继电器的动作性能在-30～40℃基本不受周围介质温度变化的影响。图1-14b所示是具有断相保护的差动导板结构图。当电动机发生一相断线故障时，与该相串联的补偿双金属片逐渐冷却后移，带动图中所示7内导板向右移，而外导板仍在未断相的双金属片推动下向左移，这样通过杠杆产生了差动作用，使热继电器在断相故障时加速动作，以保护电动机。

图1-14 热继电器结构原理图和符号

a）结构原理图 b）差动导板结构图 c）符号 1—电流调节凸轮 2a、2b—片簧 3—手动复位按钮 4—弓簧片 5—主双金属片 6—外导板 7—内导板 8—常闭静触点 9—动触点 10—杠杆 11—常开静触点（复位调节螺钉） 12—补偿金属片 13—推杆 14—连杆 15—压簧

图1-14c所示为热继电器的符号。

2.热继电器的使用与选择

热继电器和熔断器在电动机电路中的保护作用是不同的。热继电器只作长期过载保护，熔断器作短路保护，而一个较完整的保护电路，应该两种保护都具有。

热继电器的整定电流为长期流过热元件而不致引起热继电器动作的最大电流。整定电流靠凸轮调节，以便与控制的电动机相配合，一般调节范围是热元件额定电流值的66%～100%。例如，热元件的额定电流为16A的热继电器，整定电流在10～16A可调。

热继电器的选择应满足： I_eR≥I_ed （1-2）

式中，I_eR为热继电器热元件的额定电流，I_ed为电动机的额定电流。

常用热继电器有JR0、JR10和JR20等系列。一般情况下选两相结构的热继电器，当电网均衡性较差时，可选三相结构的热继电器。对△联结的电动机，应选择带断相保护的热继电器。

1.4.3 时间继电器

时间继电器按照所需时间间隔，接通或断开被控制的电路，以协调和控制生产机械的各种动作，它是按整定时间长短进行动作的控制电器，用在需要按时间顺序进行控制的电气控制电路中。

时间继电器种类很多，按构成原理分为电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式和数字式等。按延时方式分为通电延时型和断电延时型。电动式时间继电器（JS10、JS11、JS17系列）精确度高，且延时时间可以调整得很长（几分钟到数个小时），但价格较贵，结构复杂，寿命短；电磁式时间继电器（JT3系列）结构简单，价格便宜，但延时时间较短（0.3～5.5s），且体积和重量较大；晶体管式时间继电器（JS20系列）精度高、延时长、体积小和调节方便，可集成化、模块化，广泛用于各种场合；数字式以时钟脉冲为基准，其精度高、设定方便、体积小和读数直观。而空气阻尼式时间继电器（JS7系列），具有结构简单、延时范围较大（0.4～180s）、寿命长和价格低等优点。下面仅介绍空气阻尼式时间继电器。

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成的，根据触点延时的特点，分为通电延时型和断电延时型两种。图1-15a所示为空气阻尼通电延时型时间继电器的结构原理图，主要由电磁系统、工作触点、气室和传动机构4部分组成。当线圈通电时，动铁心和固定在动铁心上的托板被铁心电磁引力吸引而下移。这时固定在活塞杆上的撞块因失去托板的支托在弹簧作用下也要下移，但由于当与活塞杆相连的橡皮膜也跟着向下移动时，受进气孔进气速度的限制，橡皮膜上方形成空气稀薄的空间，与下方的空气形成压力差，对活塞杆下移产生阻尼作用，所以活塞杆和撞块只能缓慢地下移。经过一段时间后，撞块才触及微动开关的推杆，使常闭触点断开、常开触点闭合，起通电延时作用。从线圈通电开始到触点完成动作为止的时间间隔就是继电器的延时时间。延时时间的长短可通过延时调节螺钉来调节空气室进气孔的大小来改变，延时范围有0.4～60s和0.4～180s两种。

图1-15 空气阻尼通电延时型时间继电器的结构原理图

a）通电延时型 b）断电延时型 1—铁心 2—线圈 3—衔铁 4—反力弹簧 5—推杆1 6—活塞杆 7—宝塔型弹簧 8—弱弹簧 9—橡皮膜 10—螺旋 11—调节螺钉 12—进气口 13—活塞 14、16—微动开关 15—杠杆 17—推杆2

当线圈断电时，电磁吸力消失，动铁心在反力弹簧作用下释放。带动托板和活塞杆向上移，橡皮膜上方气室内的空气通过单向阀的出气孔迅速排掉，使微动开关迅速复位。以上原理为通电延时型，当将电磁系统翻转180°安装时，即为断电延时型，如图1-15b所示。

时间继电器的触点系统有瞬时触点和延时触点，都有常开、常闭各一对。其文字符号为KT，时间继电器的图形符号如图1-16所示。

空气阻尼式时间继电器的缺点是，延时误差大（±10%～±20%），无调节刻度指示，难以精确地设定延时值。在对延时精度要求高的场合，不宜使用这种时间继电器。

图1-16 时间继电器的图形符号

a）线圈一般符号 b）通电延时线圈 c）断电延时线圈 d）通电延时闭合动合（常开）触点 e）通电延时断开动断（常闭）触点 f）断电延时断开动合（常开）触点 g）断电延时闭合动断（常闭）触点 h）瞬动触点

时间继电器的选择主要依据延时方式（通电延时或断电延时）、延时时间和精度要求以及吸引线圈的电压等级几项。

1.4.4 速度继电器

速度继电器用于把转速的快慢转换成电路通断信号，与接触器配合完成对电动机的反接制动控制，也称为反接制动继电器。速度继电器的外形、结构和符号如图1-17所示。它主要由转子、定子和触点3部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，固定在转轴上，转子轴与电动机轴直接相连，随电动机轴一起转动。定子结构与笼型异步电动机的转子相似，由硅钢片叠成一笼型空心圆环，并装有笼型短路绕组。触点由两组转换触点组成，一组在转子正转时动作，另一组在转子反转时动作。当电动机旋转时，带动速度继电器的转子转动，在空间产生一个旋转磁场，在定子笼型短路绕组上产生感应电流，并在旋转磁场作用下产生电磁转矩，使定子随转子转动的方向偏转。当定子偏转到一定角度时（实际上受簧片的限制，定子只能转过一个不大的角度），带动摆锤，推动簧片和动触点，使常闭触点断开，常开触点闭合。当转子的转速低于某一值时，定子产生的转矩减小，定子摆幅减小，触点在簧片作用下复位。

一般速度继电器的动作转速为120r/min，复位转速为100r/min以下。

图1-17 速度继电器的外形、结构和符号图

a）外形 b）结构 c）符号 1—螺钉 2—反力弹簧 3—常闭触点 4—动触点 5—常开触点 6—返回杠杆 7—摆杆 8—定子导体 9—定子圆环 10—转轴 11—转子

常见速度继电器的故障是电动机停车时不能制动停转，可能原因有触点接触不良，摆锤断裂，若发生此故障，则无论转子怎样转动触点都不动作，此时只需更换一摆锤或触点即可。