1.4 继电器

继电器是一种根据某种输入信号的变化而接通或断开控制电路实现控制目的的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、时间、压力等非电量，而输出通常是触点的接通或断开。继电器一般不用来直接控制有较大电流的主电路，而是通过接触器或其他电器对主电路进行控制。因此，同接触器相比较，继电器的触点断流容量较小，一般不需灭弧装置，但对继电器动作的准确性则要求较高。

继电器的种类很多，按其用途可分为控制继电器、保护继电器、中间继电器；按动作时间可分为瞬时继电器、延时继电器；按输入信号的性质可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等；按输出形式可分为有触点继电器、无触点继电器。下面介绍几种常用的继电器。

1.4.1 热继电器

电动机在实际运行中，常常遇到过载的情况。若过载电流不太大且过载时间较短，电动机绕组温升不超过允许值，这种过载是允许的。但若过载电流大且过载时间长，电动机绕组温升就会超过允许值，这将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会使电动机绕组烧毁，这种过载是电动机不能承受的。因此，常用热继电器作为电动机的过载保护。

1.结构

热继电器主要由热元件、双金属片和触点三部分组成，其外形、结构及图形符号如图1-15所示。

2.工作原理

热继电器的工作原理如图1-16所示。图中热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中。双金属片是由两种受热后有不同热膨胀系数的金属碾压而成的，其中下层金属的热膨胀系数大，上层的小。当电动机过载时，流过热元件的电流增大，热元件产生的热量使双金属片中的下层金属的膨胀变长速度大于上层金属的膨胀速度，从而使双金属片向上弯曲。经过一定时间后，弯曲位移增大，使双金属片与扣扳分离（脱扣）。扣扳在弹簧的拉力作用下，将常闭触点断开。常闭触点是串接在电动机的控制电路中的，控制电路断开使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。若要使热继电器复位，则按下复位按钮即可。热继电器就是利用电流的热效应原理，当电动机出现不能承受的过载时切断电动机电源电路，是为电动机提供过载保护的保护电器。

由于热惯性，当电路短路时，热继电器不能立即动作使电路立即断开。因此，在控制系统主电路中，热继电器只能用作电动机的过载保护，而不能起到短路保护的作用。在电动机启动或短时过载时，热继电器也不会动作，这可避免电动机不必要的停车。

3.选用

热继电器型号的选用应根据电动机的接法和工作环境决定。当定子绕组采用星形接法时，选择通用的热继电器即可；如果绕组为三角形接法，则应选用带断相保护装置的热继电器。在一般情况下，可选用两相结构的热继电器；在电网电压的均衡性较差、工作环境恶劣或维护较少的场所，可选用三相结构的热继电器。

4.整定

热继电器动作电流的整定主要根据电动机的额定电流来确定。热继电器的整定电流是指热继电器长期不动作的最大电流，超过此值即开始动作。热继电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间，具有反时限保护特性。一般过载电流是整定电流的1.2倍时，热继电器动作时间小于20 min；过载电流是整定电流的1.5倍时，动作时间小于2 min；过载电流是整定电流的6倍时，动作时间小于5 s。热继电器的整定电流通常与电动机的额定电流相等或是额定电流的0.95～1.05倍。如果电动机拖动的是冲击性负载或电动机的启动时间较长时，热继电器整定电流要比电动机额定电流高一些。但对于过载能力较差的电动机，则热继电器的整定电流应适当小些。

1.4.2 时间继电器

时间继电器是电路中控制动作时间的继电器，它是一种利用电磁原理或机械动作原理来实现触点延时接通或断开的控制电器。按其动作原理与构造的不同可分为电磁式、电动式、空气阻尼式和晶体管式等类型。

时间继电器有通电延时和断电延时两种类型。通电延时型时间继电器的动作原理是：线圈通电时使触点延时动作，线圈断电时使触点瞬时复位。断电延时型时间继电器的动作原理是：线圈通电时使触点瞬时动作，线圈断电时使触点延时复位。时间继电器的图形符号如图1-17所示，文字符号用KT表示。

1.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的阻尼作用获得延时的。此类继电器结构简单，价栺低廉，但是准确度低，延时误差大（±20%），因此在现代控制系统中已经很少使用。

2.电子式时间继电器

电子式时间继电器的种类很多，最基本的有延时吸合和延时释放两种，它们大多是利用电容的充放电原理来达到延时的目的。JS20系列电子式时间继电器具有延时长、线路简单、延时调节方便、性能稳定、延时误差小、触点容量较大等优点，其实物图如图1-18所示。

1.4.3 电磁式继电器

电磁式继电器是应用最早同时也是应用最多的一种继电器，其实物图如图1-19所示。

电磁式继电器由电磁机构和触点系统组成，如图1-20所示。铁芯和铁轭的作用是加强工作气隙内的磁场；衔铁的作用主要是实现电磁能与机械能的转化；极靴的作用是增大工作气隙的磁导；反作用力弹簧和簧片是用来提供反作用力。当线圈通电后，线圈的励磁电流就产生磁场，从而产生电磁吸力吸引衔铁。一旦磁力大于弹簧反作用力，衔铁就开始运动，幵带动与之相连的触点向下移动，使动触点与其上面的动断触点分开，而与其下面的动合触点吸合。最后，衔铁被吸合在与极靴相接触的最终位置上。若在衔铁处于最终位置时切断线圈电源，磁场便逐渐消失，衔铁会在弹簧反作用力的作用下脱离极靴，幵再次带动触点脱离动合触点，返回到初始位置。电磁式继电器的种类很多，如电压继电器、中间继电器、电流继电器、电磁式时间继电器和接触器式继电器都属于这一类。

1.电磁式电压继电器

电磁式电压继电器的动作与线圈所加电压大小有关，使用时和负载幵联。电压继电器的线圈匝数多、导线细、阻抗大。电压继电器又分为过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器。

（1）过电压继电器。在电路中用于过电压保护，当其线圈为额定电压值时，衔铁不产生吸合动作，只有当电压高于额定电压105%～115%时才产生吸合动作，当电压降低到释放电压时，触点复位。

（2）欠电压继电器。在电路中用于欠电压保护，当其线圈在额定电压下工作时，欠电压继电器的衔铁处于吸合状态。如果电路出现电压降低，幵且低于欠电压继电器线圈的释放电压时，其衔铁打开，触点复位，从而控制接触器及时切断电气设备的电源。

通常，欠电压继电器的吸合电压的整定范围是额定电压的30%～50%，释放电压的整定范围是额定电压的10%～35%。

2.电磁式电流继电器

电磁式电流继电器的动作与线圈通过的电流大小有关，使用时和负载串联。电流继电器的线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器又分为欠电流继电器和过电流继电器。

（1）欠电流继电器。正常工作时，欠电流继电器的衔铁处于吸合状态。如果电路中负载电流过低，幵且低于欠电流继电器线圈的释放电流时，其衔铁打开，触点复位，从而切断电气设备的电源。

通常，欠电流继电器的吸合电流为额定电流值的30%～65%，释放电流为额定电流值的10%～20%。

（2）过电流继电器。过电流继电器线圈在额定电流值时，衔铁不产生吸合动作，只有当负载电流超过一定值时才产生吸合动作。过电流继电器常用于电力拖动控制系统中起保护作用。

通常，交流过电流继电器的吸合电流整定范围为额定电流的1.1～4倍，直流过电流继电器的吸合电流整定范围为额定值的0.7～3.5倍。