淺析繼電器的基本知識技術參數原理

一、繼電器的作用、特點及分類

1、控制繼電器的作用

控制繼電器是一種自動電器，適用于遠距離接通和分斷交、直流小容量控制電路，并在電力拖動系統(tǒng)中用于控制、保護及信號轉換?？刂评^電器的輸入量通常是電流、電壓等電量，也可以是溫度、壓力、速度等非電量，輸出量則是觸點動作時發(fā)出的電信號或輸出電路的參數變化。

2、控制繼電器的特點

控制繼電器的特點是當輸入量的變化達到一定程度時，輸出量才會發(fā)生跳躍性的變化，即繼電器的觸點發(fā)生分、合動作，通過觸點的分、合動作去操作控制回路。

3、控制繼電器的分類

控制繼電器按反映不同信號可分為：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器、溫度繼電器和壓力繼電器等。

二、通用繼電器的結構

大多數控制繼電器采用電磁式結構，電磁式繼電器的一個重要特點是在同一個電磁系統(tǒng)中配上不同的線圈或阻尼線圈，即能分別做成電壓繼電器、電流繼電器和時間繼電器，這類繼電器從結構上看具有通用性，故又稱通用繼電器。電磁式繼電器由電磁系統(tǒng)和觸點系統(tǒng)組成?？刂评^電器一般不采用滅弧裝置，觸點的結構也比較簡單。

1、電磁系統(tǒng)

電磁系統(tǒng)是反映輸入量的，包括鐵芯、銜鐵、線圈和反力彈簧等。

1）直流磁系統(tǒng)用整塊鋼材制造，為U形拍合式結構，銜鐵制成板狀，繞棱角轉動，線圈不通電時銜鐵靠反力彈簧的作用打開。

2）交流磁系統(tǒng)用硅鋼片疊成雙E結構，并加短路環(huán)。

2、觸點系統(tǒng)

觸點系統(tǒng)是反映輸出量的，大多繼電器觸點采用橋式雙斷點結構，額定電流不大，一般為5~10A。由于繼電器的觸點用于控制回路中，控制回路的功率一般不大，所以對繼電器的觸點額定電流及轉換的能力要求不高。

三、通用繼電器的原理

在繼電器線圈兩端加上電壓，線圈中流過電流產生電磁效應，銜鐵在電磁力的吸引作用下克服彈簧的反作用力被吸向鐵芯，帶動銜鐵的動觸點動作，使常開觸點吸合，常閉觸點斷開；當線圈斷電后，電磁的吸引力隨之消失，銜鐵在反力彈簧作用下帶動觸點返回到原來的位置，使常閉觸點吸合，常開觸點斷開。從而達到了導通、切斷控制電路的目的。

四、常用的控制繼電器

1、電壓繼電器

電壓繼電器的線圈稱為電壓線圈，用來接受輸入的電壓信號，當電壓達到動作值時，電壓繼電器動作，電壓線圈在電路中與信號電壓并聯(lián)。為了在繼電器磁路中產生一定的磁通勢，又不影響其他電路的正常工作，要求流過電壓線圈的電流盡可能小，故電壓線圈具有較大的電阻和較多的匝數，所用的導線較細。電壓繼電器按吸合電壓大小不同可分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。

1）過電壓繼電器

線圈在額定電壓時銜鐵不吸合，當線圈電壓高于額定電壓時銜鐵動作吸合，之后當電路電壓降低到繼電器釋放電壓時，銜鐵返回釋放狀態(tài)。過電壓繼電器的電壓釋放值低于動作值，吸合電壓的調節(jié)范圍為1.05～1.2U N 。

2）欠電壓繼電器

線圈電壓低于額定電壓時銜鐵產生吸合動作，而當線圈電壓很低時，銜鐵才釋放。一般直流欠壓繼電器吸合電壓U 0 =0.3～0.5U N ，釋放電壓Ux=0.07～0.2U~N~；交流電壓繼電器吸合電壓U~0~=0.6～0.85U~N~，釋放電壓Ux=0.1～0.35U~N~。

2、電流繼電器

電流繼電器的線圈稱為電流線圈，用來接收輸入的電流信號，當電流達到動作值時，電流繼電器動作，電流線圈在電路中與信號電流串聯(lián)。流過電流線圈的電流較大，又要求電流線圈產生的壓降盡可能小，所以電流線圈的匝數很少，一般幾匝到幾十匝，導線較粗，電阻很小。電流繼電器按吸合電流大小不同可分為過電流繼電器和欠電流繼電器。

1）過電流繼電器

正常工作時繼電器線圈中流過負載電流，即使是額定負載電流，銜鐵也不吸合。當負載電流比額定電流大一定值時，銜鐵吸合帶動觸點動作。常用過電流繼電器做電路的過流保護，交流過電流繼電器吸合電流I 0 =1.1～3.5I N ，直流過電流繼電器吸合電流I 0 =0.75～3I N 。

2）欠電流繼電器

正常工作時流過電磁線圈的負載電流大于繼電器的吸合電流，銜鐵處于吸合狀態(tài)。當負載電流降低到繼電器釋放電流時，銜鐵釋放帶動觸點動作。在直流電路中，如果直流電動機勵磁回路斷線，將會發(fā)生直流電動機飛車的嚴重后果，因此必須用欠電流繼電器進行保護，而交流回路中沒有欠電流繼電器。

3、中間繼電器

1）中間繼電器其實就是電磁式電壓繼電器，一般用來控制各種電磁線圈，所不同的是觸點的數量較多，結構小巧，反應靈敏。中間繼電器主要用來擴大觸頭數量及觸頭容量。

2）中間繼電器的電磁系統(tǒng)采用螺管式電磁鐵，線圈通電時，動鐵芯被吸向錐形擋鐵并帶動橫梁，使兩側的動觸頭支架向上運動，使觸點進行轉換。線圈斷電后，在反力彈簧作用下，動鐵芯和動觸點支架均恢復原位。

五、時間繼電器基本知識

當接受部分在接受外部信號后，經過一段時間延時才能使執(zhí)行部分動作的繼電器，叫做時間繼電器。時間繼電器主要有空氣式、電動式、晶體管式及直流電磁式等幾大類，延時方式有通電延時型和斷電延時型兩類。

1、時間繼電器的符號表示方法

2、電磁阻尼式時間繼電器

常用的電磁阻尼式時間繼電器是JT18系列時間繼電器，適用于直流電路。

1）結構

在直流電磁式電壓繼電器的鐵芯柱上套裝上一個銅或鋁的套筒，便成為電磁阻尼式時間繼電器。

2）原理

按電磁感應定律分析，在線圈接通電源時，將在銅或鋁的套筒內產生感應電動勢和感應電流，并產生感應磁通，在感應磁通作用下使磁通緩慢增加，從而延長了達到吸合磁通值的時間，銜鐵延時吸合，觸點也延時動作。當線圈斷開電源時，由于銅或鋁套筒的作用使磁通緩慢減少，從而延長了達到釋放磁通值的時間，銜鐵延時打開，帶動觸點延時動作。

當銜鐵處于打開位置時，由于氣隙大，磁阻大，磁通小，阻尼套筒的作用不明顯，因此觸點的延時動作不明顯。而當銜鐵處于閉合位置時，磁通大，阻尼套筒的作用明顯，因此線圈斷電獲得的釋放延時明顯，可達0.3~0.5s。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，常采用線圈斷電延時型。其延時長短可用非磁性墊片改變銜鐵吸合后的氣隙大小，或改變釋放彈簧的松緊程度來調節(jié)。

3）優(yōu)缺點

（1）優(yōu)點

優(yōu)點是結構簡單、運行可靠、壽命長、允許通電次數多。

（2）缺點

僅適用于直流電路，若用于交流電路，需增加整流裝置；僅能在斷電時獲得延時，且延時時間短。

3、空氣阻尼式時間繼電器

1）型號及含義

2）結構

空氣阻尼式時間繼電器是在交流電磁式通用繼電器基礎上，附加空氣阻尼裝置組成。常用的空氣阻尼時間繼電器為JS7-口A型，它主要由電磁系統(tǒng)、工作觸點、空氣室及傳動機構等部分組成。

（1）電磁系統(tǒng)

電磁系統(tǒng)由線圈、鐵芯、銜鐵、反力彈簧和彈簧片等組成。

（2）工作觸點

繼電器的觸點通常稱為接點，由瞬時動作觸點和延時動作觸點組成。

（3）空氣室

空氣室內有一塊橡皮薄膜固定在活塞上，利用空氣的阻尼作用來阻尼活塞運動達到延時目的，空氣室上有一只調節(jié)螺釘可調節(jié)進氣量的大小，從而控制延時時間的長短。

（4）傳動結構

由推板、推桿、杠桿及寶塔彈簧等組成。

3）原理

空氣阻尼時間繼電器的內部結構如上圖所示，繞組線圈通電后鐵芯產生吸力，銜鐵克服復位反力彈簧的作用與鐵芯吸合，帶動推板動作，壓合微動開關2使常閉觸頭瞬時分斷，常開觸頭瞬時閉合；同時活塞桿在寶塔釋放彈簧的作用下向下移動，帶動與活塞相連的橡皮膜向下運動，運動的速度受進氣孔進氣速度的限制，這時橡皮膜上面形成空氣較稀薄的空間，與橡皮膜下面的空氣形成壓力差，對活塞的移動產生阻尼作用，活塞帶動杠桿只能緩慢移動，經過一段時間，活塞才能完成全部運動，壓動微動開關1使常閉頭分斷，常開觸頭閉合。延時時間的長短取決于進氣的快慢，旋轉調節(jié)螺釘可調節(jié)進氣孔的大小，從而達到調節(jié)延時時間長短的目的。

當繞組線圈斷電時，銜鐵在反力彈簧的作用下，通過活塞桿將活塞推向上端，這時橡皮膜上方腔內的空氣，通過橡皮膜，弱彈簧和小活塞局部所形成的單向閥迅速從橡皮膜上方出氣孔中排掉，使微動開關1、開關2的各對觸頭均瞬時復位。

將通電延時型時間繼電器的電磁機構翻轉180°安裝，即成為斷電延時型時間繼電器。

4、電動式時間繼電器

電動式時間繼電器可分為通電延時和斷電延時兩種。這種時間繼電器有一個同步電動機，接通電源后恒速旋轉。若要觸頭延時動作，只要接通離合電磁鐵的線圈吸引銜鐵，延時觸頭動作，同步電動機便停轉。這種時間繼電器調節(jié)范圍寬，最長延時可達數十小時。常用型號為JS系列。

5、電子式時間繼電器

電子式時間繼電器按原理分為阻容式和數字式兩種；按延時方式分為通電延時型、斷電延時型、帶瞬動觸點的通電延時型三種。常用電子式時間繼電器的型號為KT系列。

六、熱繼電器基本知識

熱繼電器是利用電流通過發(fā)熱元件產生的熱量，使檢測元件受熱彎曲，推動執(zhí)行機構動作的電器，主要用于三相電動機的過載保護、斷相保護或三相電流不平衡及其他電氣設備發(fā)熱狀態(tài)的控制。由于熱繼電器中的發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能用作瞬時過載保護，更不能作為短路保護。

1、熱繼電器的型號及含義

1）JR0 、JR1、JR2 和 JR15 系列的熱繼電器均為兩相結構，是雙熱元件的熱繼電器。

2）JR16 和 JR20 系列的熱繼電器均帶斷相保護，具有差動式斷相保護機構。

2、熱繼電器的結構

雙金屬片熱繼電器由熱元件、動作機構、觸點、復位按鈕和整定電流裝置五部分組成。

1）熱元件

熱元件是熱繼電器的主要部分，由雙金屬片及圍繞在雙金屬片外的電阻絲組成。使用時將電阻絲直接串聯(lián)在異步電動機的主回路中，電阻絲中通過的電流是電動機的線電流。

2）動作結構

動作機構由導板、補償雙金屬片（補償環(huán)境溫度的影響）、推桿、動觸片等組成。

3）觸點

常開觸點和常閉觸點都串聯(lián)在控制回路中。

4）復位按鈕

復位按鈕是熱繼電器動作后進行手動復位的按鈕。

5）整定電流裝置

整定電流裝置是通過整定旋鈕調節(jié)整定電流值。

3、熱繼電器的動作原理

1）如上圖所示，當電動機過載時，過載電流通過串聯(lián)在電動機定子回路中的熱元件（電熱絲）產生熱量，使有不同膨脹系數的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，推桿繞軸轉動使動觸片受力，將串聯(lián)在控制電路中的常閉觸點斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。

2）要使電動機再次啟動，必須先查明故障原因，在排除故障之后，使雙金屬片冷卻1min，再按手動復位按鈕，使熱繼電器的常閉觸點閉合，接通控制回路。

3）如果熱繼電器所保護的電動機是丫形接法，當線路上發(fā)生一相斷路時，另外兩相電流升高，此時流過熱元件的電流就是電動機繞組的電流，因此用普通的兩相或三相結構的熱繼電器都可以起到保護作用。如果熱繼電器所保護的電動機是△接法，當發(fā)生斷相時，電動機中有的相繞組電流將增加較多，而電動機線電流卻變化不大，熱繼電器不會動作，但電流較大的那相繞組卻已超過其額定值而發(fā)熱，故用普通的兩相或三相結構的熱繼電器都不能起到斷相保護作用，必須采用帶斷相保護裝置的熱繼電器。

4、熱繼電器的選用

熱繼電器的選用主要以電動機的額定電流為依據，同時也要考慮到電動機的型式、動作特性和工作制等因素。

1）原則上熱繼電器的額定電流按電動機額定電流的90%~110%選擇，并要校驗動作特性。但是要注意電動機的絕緣材料等級，因為不同的絕緣材料有不同的允許溫度和過載能力。熱繼電器的整定電流是指熱元件能夠長期通過而不引起熱繼電器動作的電流值，可手動調節(jié)整定電流的范圍。整定熱元件的額定電流應略大于電動機的額定電流。當電動機啟動電流為其額定電流6倍以下及啟動時間不超過5s時，熱元件的整定電流調節(jié)到等于電動機的額定電流；當電動機啟動時間較長，拖動沖擊性負載或不允許停車時，熱元件整定電流調節(jié)到電動機額定電流的1.1至1.15倍。

2）要保證熱繼電器在電動機的正常啟動過程中不誤動作。如果電動機啟動不頻繁，且啟動時間又不長，一般可按電動機的額定電流選擇；如果啟動時間超長，則不宜采用熱繼電器，應選用電子過流繼電器產品。

3）由于熱繼電器有熱慣性，不能做短路保護，應考慮與斷路器或熔斷器的短路保護配合問題。

4）要注意電動機的工作制。如果操作頻率高，則不宜采用熱繼電器，而應采取其他保護措施，例如在電機中預埋熱電阻或電偶測溫做溫度保護。

5）注意熱繼電器的正常工作溫度，熱繼電器的正常工作范圍是-15℃~+55℃，超過范圍后，環(huán)境溫度補償失效，有可能存在熱繼電器誤動作或不動作問題。

6）一般輕載啟動，長期工作或間斷長期工作的電動機，應選擇兩相保護的熱繼電器；當電源電壓均衡較差，工作環(huán)境惡劣或很少有人管理的電動機，應選用三相結構的熱繼電器。

7）根據電動機定子繞組的聯(lián)結方式來確定熱繼電器的型號，在三相異步電動機電路中，對丫聯(lián)結的電動機可選用兩相或三相結構的熱繼電器，一般采用兩相結構，即在兩相主電路中串接熱元件；對于定子繞組為△聯(lián)結的電動機必須采用帶斷相保護的熱繼電器。

8）熱繼電器安裝時端子接線要牢靠，導線截面的選型要在電流范圍內。否則導致的溫升會抬高雙金屬片溫度，造成誤動作。

5、熱繼電器的運行維護

1）測量線路的負荷電流是否在熱元件的整定范圍內；

2）檢查熱繼電器連接導線有無發(fā)生過熱現(xiàn)象，導線截面是否滿足負荷需要；

3）檢查熱繼電器上的絕緣蓋板是否完整和蓋好，是否能保持熱繼電器中的合理溫度以保證其動作性能；

4）檢查熱元件的發(fā)熱電阻絲外觀是否完好、繼電器內的輔助接點有無燒毛、熔焊現(xiàn)象、機構各部分元件是否正常完好、動作是否靈活可靠；

5）檢查熱繼電器的工作環(huán)境溫度是否與型號的特點相適應；

6）檢查熱繼電器的絕緣體是否完整無損，內部是否清潔。

6、熱繼電器的常見故障及維修

1）熱繼電器誤動作

（1）整定電流值偏小

合理調整電流整定值，如熱繼電器額定電流不符合要求，應予更換。

（2）電動機啟動時間過長

按啟動時間要求，選擇合適的可返回時間級數的熱繼電器。

（3）操作頻率過高

合理選用并限定操作頻率。

（4）強烈的沖擊振動

采取防振措施或選用帶防沖擊振動裝置的專用熱繼電器。

（5）環(huán)境溫度變化太大

改善環(huán)境溫度。

（6）可逆運轉及密接通斷

不適合選用雙金屬片熱元件繼電器，改用其他保護方式。

2）熱繼電器不動作

（1）整定電流值偏大

合理調整整定電流值，如果熱繼電器額定電流不符合要求，應予更換。

（2）觸頭接觸不良

清除觸頭表面灰塵或氧化物。

（3）熱元件燒斷或脫焊

更換熱繼電器。

（4）動作機構卡住

進行維修調整，但應注意維修后不能使熱繼電器特性發(fā)生變化。

（5）導板脫出

重新放入并試驗動作是否靈活。

3）熱元件燒斷

（1）負荷側短路或電流過大

排除短路故障，更換熱繼電器。

（2）操作頻率過高

合理選用并限定操作頻率。

七、速度繼電器基本知識

1、速度繼電器的作用

速度繼電器是反映轉速和轉向的繼電器，其主要作用是以旋轉速度的快慢為指令信號，與接觸器配合實現(xiàn)對電動機的反接制動控制，故又稱為反接制動繼電器。

2、速度繼電器的型號及含義

3、速度繼電器的結構

常用速度繼電器外形、結構和符號如下圖所示，它主要由定子、轉子、可動支架、觸頭系統(tǒng)及端蓋等部分組成。轉子由永久磁鐵制成，固定在轉軸上；定子由硅鋼片疊成并裝有籠型短路繞組，能作小范圍偏轉；觸頭系統(tǒng)由兩組轉換觸頭組成，一組在轉子正轉時動作，另一組在轉子反轉時動作。

4、速度繼電器的工作原理

當電動機旋轉時，帶動與電動機同軸相連的速度繼電器的轉子旋轉，相當于在空間中產生旋轉磁場，從而在定子籠型短路繞組中產生感應電流，感應電流與永久磁鐵的旋轉磁場相互作用產生電磁轉矩，使定子隨永久磁鐵轉動的方向偏轉，與定子相連的膠木擺桿也隨之偏轉。當定子偏轉到一定角度，膠木擺桿推動簧片，使繼電器的觸頭動作。當轉子轉速減小到零時，由于定子的電磁轉矩減小，膠木擺桿復位。