浅析继电器的基本知识技术参数原理

一、继电器的作用、特点及分类

1、控制继电器的作用

控制继电器是一种自动电器，适用于远距离接通和分断交、直流小容量控制电路，并在电力拖动系统中用于控制、保护及信号转换。控制继电器的输入量通常是电流、电压等电量，也可以是温度、压力、速度等非电量，输出量则是触点动作时发出的电信号或输出电路的参数变化。

2、控制继电器的特点

控制继电器的特点是当输入量的变化达到一定程度时，输出量才会发生跳跃性的变化，即继电器的触点发生分、合动作，通过触点的分、合动作去操作控制回路。

3、控制继电器的分类

控制继电器按反映不同信号可分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器、温度继电器和压力继电器等。

二、通用继电器的结构

大多数控制继电器采用电磁式结构，电磁式继电器的一个重要特点是在同一个电磁系统中配上不同的线圈或阻尼线圈，即能分别做成电压继电器、电流继电器和时间继电器，这类继电器从结构上看具有通用性，故又称通用继电器。电磁式继电器由电磁系统和触点系统组成。控制继电器一般不采用灭弧装置，触点的结构也比较简单。

1、电磁系统

电磁系统是反映输入量的，包括铁芯、衔铁、线圈和反力弹簧等。

1）直流磁系统用整块钢材制造，为U形拍合式结构，衔铁制成板状，绕棱角转动，线圈不通电时衔铁靠反力弹簧的作用打开。

2）交流磁系统用硅钢片叠成双E结构，并加短路环。

2、触点系统

触点系统是反映输出量的，大多继电器触点采用桥式双断点结构，额定电流不大，一般为5~10A。由于继电器的触点用于控制回路中，控制回路的功率一般不大，所以对继电器的触点额定电流及转换的能力要求不高。

三、通用继电器的原理

在继电器线圈两端加上电压，线圈中流过电流产生电磁效应，衔铁在电磁力的吸引作用下克服弹簧的反作用力被吸向铁芯，带动衔铁的动触点动作，使常开触点吸合，常闭触点断开；当线圈断电后，电磁的吸引力随之消失，衔铁在反力弹簧作用下带动触点返回到原来的位置，使常闭触点吸合，常开触点断开。从而达到了导通、切断控制电路的目的。

四、常用的控制继电器

1、电压继电器

电压继电器的线圈称为电压线圈，用来接受输入的电压信号，当电压达到动作值时，电压继电器动作，电压线圈在电路中与信号电压并联。为了在继电器磁路中产生一定的磁通势，又不影响其他电路的正常工作，要求流过电压线圈的电流尽可能小，故电压线圈具有较大的电阻和较多的匝数，所用的导线较细。电压继电器按吸合电压大小不同可分为过电压继电器和欠电压继电器。

1）过电压继电器

线圈在额定电压时衔铁不吸合，当线圈电压高于额定电压时衔铁动作吸合，之后当电路电压降低到继电器释放电压时，衔铁返回释放状态。过电压继电器的电压释放值低于动作值，吸合电压的调节范围为1.05～1.2U N 。

2）欠电压继电器

线圈电压低于额定电压时衔铁产生吸合动作，而当线圈电压很低时，衔铁才释放。一般直流欠压继电器吸合电压U 0 =0.3～0.5U N ，释放电压Ux=0.07～0.2U~N~；交流电压继电器吸合电压U~0~=0.6～0.85U~N~，释放电压Ux=0.1～0.35U~N~。

2、电流继电器

电流继电器的线圈称为电流线圈，用来接收输入的电流信号，当电流达到动作值时，电流继电器动作，电流线圈在电路中与信号电流串联。流过电流线圈的电流较大，又要求电流线圈产生的压降尽可能小，所以电流线圈的匝数很少，一般几匝到几十匝，导线较粗，电阻很小。电流继电器按吸合电流大小不同可分为过电流继电器和欠电流继电器。

1）过电流继电器

正常工作时继电器线圈中流过负载电流，即使是额定负载电流，衔铁也不吸合。当负载电流比额定电流大一定值时，衔铁吸合带动触点动作。常用过电流继电器做电路的过流保护，交流过电流继电器吸合电流I 0 =1.1～3.5I N ，直流过电流继电器吸合电流I 0 =0.75～3I N 。

2）欠电流继电器

正常工作时流过电磁线圈的负载电流大于继电器的吸合电流，衔铁处于吸合状态。当负载电流降低到继电器释放电流时，衔铁释放带动触点动作。在直流电路中，如果直流电动机励磁回路断线，将会发生直流电动机飞车的严重后果，因此必须用欠电流继电器进行保护，而交流回路中没有欠电流继电器。

3、中间继电器

1）中间继电器其实就是电磁式电压继电器，一般用来控制各种电磁线圈，所不同的是触点的数量较多，结构小巧，反应灵敏。中间继电器主要用来扩大触头数量及触头容量。

2）中间继电器的电磁系统采用螺管式电磁铁，线圈通电时，动铁芯被吸向锥形挡铁并带动横梁，使两侧的动触头支架向上运动，使触点进行转换。线圈断电后，在反力弹簧作用下，动铁芯和动触点支架均恢复原位。

五、时间继电器基本知识

当接受部分在接受外部信号后，经过一段时间延时才能使执行部分动作的继电器，叫做时间继电器。时间继电器主要有空气式、电动式、晶体管式及直流电磁式等几大类，延时方式有通电延时型和断电延时型两类。

1、时间继电器的符号表示方法

2、电磁阻尼式时间继电器

常用的电磁阻尼式时间继电器是JT18系列时间继电器，适用于直流电路。

1）结构

在直流电磁式电压继电器的铁芯柱上套装上一个铜或铝的套筒，便成为电磁阻尼式时间继电器。

2）原理

按电磁感应定律分析，在线圈接通电源时，将在铜或铝的套筒内产生感应电动势和感应电流，并产生感应磁通，在感应磁通作用下使磁通缓慢增加，从而延长了达到吸合磁通值的时间，衔铁延时吸合，触点也延时动作。当线圈断开电源时，由于铜或铝套筒的作用使磁通缓慢减少，从而延长了达到释放磁通值的时间，衔铁延时打开，带动触点延时动作。

当衔铁处于打开位置时，由于气隙大，磁阻大，磁通小，阻尼套筒的作用不明显，因此触点的延时动作不明显。而当衔铁处于闭合位置时，磁通大，阻尼套筒的作用明显，因此线圈断电获得的释放延时明显，可达0.3~0.5s。在电力拖动自动控制系统中，常采用线圈断电延时型。其延时长短可用非磁性垫片改变衔铁吸合后的气隙大小，或改变释放弹簧的松紧程度来调节。

3）优缺点

（1）优点

优点是结构简单、运行可靠、寿命长、允许通电次数多。

（2）缺点

仅适用于直流电路，若用于交流电路，需增加整流装置；仅能在断电时获得延时，且延时时间短。

3、空气阻尼式时间继电器

1）型号及含义

2）结构

空气阻尼式时间继电器是在交流电磁式通用继电器基础上，附加空气阻尼装置组成。常用的空气阻尼时间继电器为JS7-口A型，它主要由电磁系统、工作触点、空气室及传动机构等部分组成。

（1）电磁系统

电磁系统由线圈、铁芯、衔铁、反力弹簧和弹簧片等组成。

（2）工作触点

继电器的触点通常称为接点，由瞬时动作触点和延时动作触点组成。

（3）空气室

空气室内有一块橡皮薄膜固定在活塞上，利用空气的阻尼作用来阻尼活塞运动达到延时目的，空气室上有一只调节螺钉可调节进气量的大小，从而控制延时时间的长短。

（4）传动结构

由推板、推杆、杠杆及宝塔弹簧等组成。

3）原理

空气阻尼时间继电器的内部结构如上图所示，绕组线圈通电后铁芯产生吸力，衔铁克服复位反力弹簧的作用与铁芯吸合，带动推板动作，压合微动开关2使常闭触头瞬时分断，常开触头瞬时闭合；同时活塞杆在宝塔释放弹簧的作用下向下移动，带动与活塞相连的橡皮膜向下运动，运动的速度受进气孔进气速度的限制，这时橡皮膜上面形成空气较稀薄的空间，与橡皮膜下面的空气形成压力差，对活塞的移动产生阻尼作用，活塞带动杠杆只能缓慢移动，经过一段时间，活塞才能完成全部运动，压动微动开关1使常闭头分断，常开触头闭合。延时时间的长短取决于进气的快慢，旋转调节螺钉可调节进气孔的大小，从而达到调节延时时间长短的目的。

当绕组线圈断电时，衔铁在反力弹簧的作用下，通过活塞杆将活塞推向上端，这时橡皮膜上方腔内的空气，通过橡皮膜，弱弹簧和小活塞局部所形成的单向阀迅速从橡皮膜上方出气孔中排掉，使微动开关1、开关2的各对触头均瞬时复位。

将通电延时型时间继电器的电磁机构翻转180°安装，即成为断电延时型时间继电器。

4、电动式时间继电器

电动式时间继电器可分为通电延时和断电延时两种。这种时间继电器有一个同步电动机，接通电源后恒速旋转。若要触头延时动作，只要接通离合电磁铁的线圈吸引衔铁，延时触头动作，同步电动机便停转。这种时间继电器调节范围宽，最长延时可达数十小时。常用型号为JS系列。

5、电子式时间继电器

电子式时间继电器按原理分为阻容式和数字式两种；按延时方式分为通电延时型、断电延时型、带瞬动触点的通电延时型三种。常用电子式时间继电器的型号为KT系列。

六、热继电器基本知识

热继电器是利用电流通过发热元件产生的热量，使检测元件受热弯曲，推动执行机构动作的电器，主要用于三相电动机的过载保护、断相保护或三相电流不平衡及其他电气设备发热状态的控制。由于热继电器中的发热元件有热惯性，在电路中不能用作瞬时过载保护，更不能作为短路保护。

1、热继电器的型号及含义

1）JR0 、JR1、JR2 和 JR15 系列的热继电器均为两相结构，是双热元件的热继电器。

2）JR16 和 JR20 系列的热继电器均带断相保护，具有差动式断相保护机构。

2、热继电器的结构

双金属片热继电器由热元件、动作机构、触点、复位按钮和整定电流装置五部分组成。

1）热元件

热元件是热继电器的主要部分，由双金属片及围绕在双金属片外的电阻丝组成。使用时将电阻丝直接串联在异步电动机的主回路中，电阻丝中通过的电流是电动机的线电流。

2）动作结构

动作机构由导板、补偿双金属片（补偿环境温度的影响）、推杆、动触片等组成。

3）触点

常开触点和常闭触点都串联在控制回路中。

4）复位按钮

复位按钮是热继电器动作后进行手动复位的按钮。

5）整定电流装置

整定电流装置是通过整定旋钮调节整定电流值。

3、热继电器的动作原理

1）如上图所示，当电动机过载时，过载电流通过串联在电动机定子回路中的热元件（电热丝）产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，推杆绕轴转动使动触片受力，将串联在控制电路中的常闭触点断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。

2）要使电动机再次启动，必须先查明故障原因，在排除故障之后，使双金属片冷却1min，再按手动复位按钮，使热继电器的常闭触点闭合，接通控制回路。

3）如果热继电器所保护的电动机是丫形接法，当线路上发生一相断路时，另外两相电流升高，此时流过热元件的电流就是电动机绕组的电流，因此用普通的两相或三相结构的热继电器都可以起到保护作用。如果热继电器所保护的电动机是△接法，当发生断相时，电动机中有的相绕组电流将增加较多，而电动机线电流却变化不大，热继电器不会动作，但电流较大的那相绕组却已超过其额定值而发热，故用普通的两相或三相结构的热继电器都不能起到断相保护作用，必须采用带断相保护装置的热继电器。

4、热继电器的选用

热继电器的选用主要以电动机的额定电流为依据，同时也要考虑到电动机的型式、动作特性和工作制等因素。

1）原则上热继电器的额定电流按电动机额定电流的90%~110%选择，并要校验动作特性。但是要注意电动机的绝缘材料等级，因为不同的绝缘材料有不同的允许温度和过载能力。热继电器的整定电流是指热元件能够长期通过而不引起热继电器动作的电流值，可手动调节整定电流的范围。整定热元件的额定电流应略大于电动机的额定电流。当电动机启动电流为其额定电流6倍以下及启动时间不超过5s时，热元件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机启动时间较长，拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.1至1.15倍。

2）要保证热继电器在电动机的正常启动过程中不误动作。如果电动机启动不频繁，且启动时间又不长，一般可按电动机的额定电流选择；如果启动时间超长，则不宜采用热继电器，应选用电子过流继电器产品。

3）由于热继电器有热惯性，不能做短路保护，应考虑与断路器或熔断器的短路保护配合问题。

4）要注意电动机的工作制。如果操作频率高，则不宜采用热继电器，而应采取其他保护措施，例如在电机中预埋热电阻或电偶测温做温度保护。

5）注意热继电器的正常工作温度，热继电器的正常工作范围是-15℃~+55℃，超过范围后，环境温度补偿失效，有可能存在热继电器误动作或不动作问题。

6）一般轻载启动，长期工作或间断长期工作的电动机，应选择两相保护的热继电器；当电源电压均衡较差，工作环境恶劣或很少有人管理的电动机，应选用三相结构的热继电器。

7）根据电动机定子绕组的联结方式来确定热继电器的型号，在三相异步电动机电路中，对丫联结的电动机可选用两相或三相结构的热继电器，一般采用两相结构，即在两相主电路中串接热元件；对于定子绕组为△联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器。

8）热继电器安装时端子接线要牢靠，导线截面的选型要在电流范围内。否则导致的温升会抬高双金属片温度，造成误动作。

5、热继电器的运行维护

1）测量线路的负荷电流是否在热元件的整定范围内；

2）检查热继电器连接导线有无发生过热现象，导线截面是否满足负荷需要；

3）检查热继电器上的绝缘盖板是否完整和盖好，是否能保持热继电器中的合理温度以保证其动作性能；

4）检查热元件的发热电阻丝外观是否完好、继电器内的辅助接点有无烧毛、熔焊现象、机构各部分元件是否正常完好、动作是否灵活可靠；

5）检查热继电器的工作环境温度是否与型号的特点相适应；

6）检查热继电器的绝缘体是否完整无损，内部是否清洁。

6、热继电器的常见故障及维修

1）热继电器误动作

（1）整定电流值偏小

合理调整电流整定值，如热继电器额定电流不符合要求，应予更换。

（2）电动机启动时间过长

按启动时间要求，选择合适的可返回时间级数的热继电器。

（3）操作频率过高

合理选用并限定操作频率。

（4）强烈的冲击振动

采取防振措施或选用带防冲击振动装置的专用热继电器。

（5）环境温度变化太大

改善环境温度。

（6）可逆运转及密接通断

不适合选用双金属片热元件继电器，改用其他保护方式。

2）热继电器不动作

（1）整定电流值偏大

合理调整整定电流值，如果热继电器额定电流不符合要求，应予更换。

（2）触头接触不良

清除触头表面灰尘或氧化物。

（3）热元件烧断或脱焊

更换热继电器。

（4）动作机构卡住

进行维修调整，但应注意维修后不能使热继电器特性发生变化。

（5）导板脱出

重新放入并试验动作是否灵活。

3）热元件烧断

（1）负荷侧短路或电流过大

排除短路故障，更换热继电器。

（2）操作频率过高

合理选用并限定操作频率。

七、速度继电器基本知识

1、速度继电器的作用

速度继电器是反映转速和转向的继电器，其主要作用是以旋转速度的快慢为指令信号，与接触器配合实现对电动机的反接制动控制，故又称为反接制动继电器。

2、速度继电器的型号及含义

3、速度继电器的结构

常用速度继电器外形、结构和符号如下图所示，它主要由定子、转子、可动支架、触头系统及端盖等部分组成。转子由永久磁铁制成，固定在转轴上；定子由硅钢片叠成并装有笼型短路绕组，能作小范围偏转；触头系统由两组转换触头组成，一组在转子正转时动作，另一组在转子反转时动作。

4、速度继电器的工作原理

当电动机旋转时，带动与电动机同轴相连的速度继电器的转子旋转，相当于在空间中产生旋转磁场，从而在定子笼型短路绕组中产生感应电流，感应电流与永久磁铁的旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使定子随永久磁铁转动的方向偏转，与定子相连的胶木摆杆也随之偏转。当定子偏转到一定角度，胶木摆杆推动簧片，使继电器的触头动作。当转子转速减小到零时，由于定子的电磁转矩减小，胶木摆杆复位。