2.4　继电器

继电器是一种根据外界输入信号(电的或非电的)控制电路中电流“通”与“断”的自动切换电器。它主要用来反映各种控制信号，其触点通常接在控制电路中。

继电器的种类很多，分类方法也较多。按用途分，可分为控制继电器和保护继电器;按反映的信号不同来分，可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器、温度继电器、速度继电器和压力继电器等;按动作原理分，可分为电磁式、感应式、电动式、电子式等。

本节主要介绍常用的电磁式(电压、电流、中间)继电器、时间继电器和热继电器等。

2.4.1　电流继电器、电压继电器和中间继电器

1.工作原理

电磁式继电器的结构和动作原理与接触器大致相同，但后者在结构上体积较小、动作灵敏，没有庞大的灭弧装置，触点的种类和数量较多。

2.电流、电压和中间继电器

(1)电流继电器　反映线路中电流变化的继电器称为电流继电器，使用时线圈串在线路中。为了不影响线路正常工作，电流线圈应阻抗小、导线粗、匝数少，能通过大电流。随着使用场合和用途的不同，电流继电器分欠电流继电器和过电流继电器。欠电流继电器是在正常工作时动作，一旦电流低于某一整定电流时，欠电流继电器将释放，触头复位。而过电流继电器则是当线圈通以额定电流时，它所产生的电磁吸力不足以克服反作用弹簧的反弹力，触头不动作，只有当通过线圈的电流超过整定值后，电磁吸力大于反作用弹簧拉力，铁心吸引衔铁使触头动作，适用于做过电流保护。调节反作用弹簧力的大小，可以整定继电器的动作电流值。一般交流过电流继电器调整在110%～350%额定电流时动作，而直流过电流继电器调整在70%～300%额定电流时动作。

欠电流继电器属于长期工作的电器，故应考虑其振动和噪音，应在铁心中装有短路环，而过电流继电器属于短时工作的电器不需装短路环。

有的过电流继电器带有手动复位机构。当过电流时，继电器动作，衔铁动作。衔铁动作后，即使线圈中电流减小到零，衔铁也不会返回。只有当操作人员检查故障并处理后，采用手动复位，松掉锁扣机构，这时衔铁才会在复位弹簧作用下返回原位，从而避免重复过电流事故的发生。

(2)电压继电器　用以反映线路中电压变化的继电器称为电压继电器。在应用时，电压线圈并联在线路中。为减少分流，电压线圈导线细、匝数多、电阻大。随着应用场所不同，电压继电器有欠(零)电压及过电压继电器之分。其区别在于:欠(零)电压继电器在正常电压时动作，而当电压过低或消失时，触头复位;过电压继电器则是在正常电压时不动作，只有当其线圈两端电压超过其整定值后触头才动作，以实现过电压保护。与电流继电器原理相同，欠(零)压继电器装有短路环，而过电压继电器则不需短路环。

欠电压继电器是在电压为40%～70%额定电压时才动作，对电路实现欠压保护;零电压继电器是当电压降至0%～25%额定电压时动作，进行零压保护;过电压继电器是在电压为110%～150%额定电压以上时动作，具体动作电压的调整根据需要决定。

(3)中间继电器　中间继电器是将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器。它的输入信号为线圈的通电或断电。它的输出是触头的动作，将信号同时传给几个控制元件或回路。

中间继电器的特点是触头数目多(6对以上)，可实现对多回路的控制;触头电流较大(5A以上);动作灵敏(动作时间不大于0.05s)。与接触器不同的是触头无主、辅之分，当电动机功率较小时，也可用它代替接触器使用，可以认为中间继电器是小容量的接触器。

中间继电器的选择主要是根据被控电路的电压等级，同时还应考虑触点的数量、种类及容量，以满足控制线路的要求。

3.主要技术参数及常用型号

电流、电压和中间继电器的主要技术参数与接触器类似。所不同的是动作电压或动作电流、返回系数、动作时间及释放时间等。动作电压和动作电流是指继电器线圈中通过的电压、电流，其中动作时间是指继电器从线圈通电开始到常开触点闭合所需的时间;释放时间是指从线圈断电开始到常开触点断开所需的时间。如中间继电器的动作及释放时间约为几十毫秒。

机床上常用的电磁式继电器型号有:

JZ14，JZ15，JZ17(交、直流)及JZ7(交流)等系列，用作中间继电器;

JT17系列用作交流过电流继电器;

JT18系列用作直流电压、欠电流和延时继电器(取代JT3);

JL18系列交、直流过电流继电器(取代JL14，JL15)。

其中，JZ17是从日本立石电机公司引进的产品。引进的电磁式继电器还有德国西门子的3TH系列、BBC公司的K系列等。

型号含义:

表2－4－1和表2－4－2列出了JZ15和JL18系列电磁式继电器的型号规格技术数据。

表2－4－1　JZ15系列中间继电器型号规格技术数据

表2－4－2　JL18系列过电流继电器型号规格技术数据

2.4.2　时间继电器

时间继电器在电路中起着控制动作时间的作用。当它的感测机构接收输入信号以后，需经过一定的时间，执行系统才会动作并输出信号，进而操纵控制电路。所以说时间继电器具有延时功能，被广泛用于控制生产过程中按时间原则制定的工艺程序，如鼠笼式异步电动机的几种降压启动均可由时间继电器发出自动转换信号。

时间继电器种类繁多，主要有直流电磁式、空气阻尼式(又称气囊式)、电动式及晶体管式等几种。其中，电动式时间继电器的延时精度高，且延时时间可以调整得很长(由几分钟到几小时)，但价格较高;晶体管式应用越来越广泛，精确度高、延时时间长且价格低廉;电磁式时间继电器结构简单、价格便宜，但延时时间较短(0.3～1.6s)，而且只适用于直流电路，体积和重量又较大。目前在交流电路中得到较广泛应用的是空气阻尼式时间继电器，它结构简单、延时范围较大(0.4～180s)，更换电磁机构还可用于直流电路。时间继电器延时方式又有通电延时和断电延时两种。

1.空气式时间继电器

空气式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成。由于空气式时间继电器结构简单、易构成通电延时型和断电延时型、调整简便、价格较低，使用较为广泛，但延时精度较低，一般使用在要求不高的场合。

目前全国统一设计的空气式时间继电器有JS23系列，用于取代JS7，JS16系列。表2－4－3列出了它的主要技术数据。

表2－4－3　JS23系列空气式时间继电器型号规格数据

型号含义:

2.电动式时间继电器

电动式时间继电器通常由带减速器的同步电动机、离合电磁铁和能带动触点的凸轮三部分组成。电动式时间继电器具有下列优点:延时值不受电源电压波动及环境温度变化的影响，重复精度高、延时范围宽，可长达数十小时，延时过程能通过指针直观地表示出来。主要缺点是:结构复杂、成本高、寿命短，不适于频繁操作，延时误差受电源频率的影响较大。

在机床电路中常用JS11系列电动式时间继电器。表2－4－4列出了它的主要技术数据。

表2－4－4　JS11系列电动式时间继电器主要技术数据

型号含义:

3.直流电磁式时间继电器

直流电磁式时间继电器利用阻尼的方法来延缓磁通变化的速度，以达到延时的目的。一般通电延时仅0.1～0.5s，而断电延时可达0.2～10s。可见，直流电磁式时间继电器主要用于断电延时。

延时时间的调整方法有两种。

①利用非磁性垫片(磷铜片)改变衔铁与铁心间的气隙来粗调。增厚垫片时，由于气隙增大，电感减小，磁通衰减速度加快，延时缩短。同时气隙增大，剩磁变小，也会使延时缩短。反之减薄垫片，延时加长，但是垫片的厚度不能太薄，可能造成衔铁粘住不放。

②调节反作用弹簧的松紧，可使衔铁释放的磁通值发生变化，延时时间可得到平滑的调节。弹簧越紧，释放磁通值越大，延时越短。反之弹簧越松，延时越长。但不可太松，因为弹簧过松，衔铁会因剩磁作用而粘住不放。

电磁式时间继电器的延时整定精度和稳定性不是很高，但继电器本身适应能力较强。

4.电子式时间继电器

电子式时间继电器具有体积小、精度高、延时范围大、调节方便、消耗功率小、寿命长等优点。延时方式有闭合延时，也有断开延时。它又分阻容式和数字式，阻容式利用RC电路充放电原理构成延时电路。它主要适用于中等延时时间(0.05s～1h)的场合。数字式时间继电器采用计算机控制，由脉冲频率决定延时长短。它不但延时长，而且精度更高，但线路复杂。主要用于长时间延时(可达几小时到十几小时)场合。

常用的电子式时间继电器有JS20系列以及JS13，JS14，JS15系列。此外，从日本富士公司引进生产了ST，HH，AR，RT等系列。JS20系列的主要技术数据列于表2－4－5中。

表2－4－5　JS20系列时间继电器主要技术数据

型号含义:

2.4.3　热继电器

热继电器是当电流通过电器的发热元件双金属片时，使双金属片弯曲而推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其他负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护。

它是一种保护用继电器。电动机在运行中，随负载的不同，常遇到过载情况，而电机本身有一定的过载能力，若过载不大，电机绕组不超过允许的温升，这种过载是允许的。但是过载时间过长，绕组温升超过了允许值，将会加剧绕组绝缘的老化，降低电动机的使用寿命，严重时会使电动机的绕组烧毁。为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常启动及运转，在电动机发生较长时间过载时能自动切断电路，防止电动机因过热而烧毁，为此采用了这种能随过载程度而改变动作时间的热保护装置即热继电器。

热继电器常采用热元件为双金属片式，它的结构简单、体积小、成本低，选择适当的热元件即可得到良好的反时限特性。所谓反时限特性，是指热继电器的动作时间随电流的增大而减小的性能，表2－4－6为热继电器的保护特性。

表2－4－6　热继电器的保护特性

(1)热继电器的主要技术数据及型号　热继电器的主要技术参数为:额定电压、额定电流、相数、热元件的编号、整定电流及刻度电流调节范围等。

热继电器的额定电流是指可能装入的热元件的最大整定(额定)电流值。每种额定电流的热继电器可装入几种不同整定电流的热元件。为了便于选择，某些型号中的不同整定电流值的热元件是用不同的编号表示的。

热继电器的整定电流值是指热元件能够长期通过而不至引起热继电器动作的电流值。手动调节整定电流的范围，即刻度调节范围，可使热继电器具有更好的过载保护特性。

常用的热继电器的型号有JR0，JR10，JR15，JR16等。JR0，JR16系列热继电器技术数据如表2－4－7所示。

表2－4－7　JR0，JR16系列热继电器的型号、规格及技术数据

型号含义:

型号中不带“D”的表示不带断相保护。

例如，JR16－20/3，表示热继电器，设计序号是16，额定电流20A，3极，热元件有12个等级(从0.35～22A)，不带断相保护。

(2)热继电器的选择　热继电器选择得是否得当，往往是决定它能否可靠地对电动机进行过载保护的关键因素，应按电动机的工作环境要求、启动情况、负载性质等方面综合考虑。

①原则上按被保护电动机的额定电流选择热继电器。一般应使热继电器的额定电流接近或略大于电动机的额定电流，即热继电器的额定电流为电动机额定电流的0.95～1.05倍。

②在非频繁启动的场合，必须保证热继电器在电动机启动过程中不致误动作。通常，在电动机启动电流为其额定电流6倍，启动时间不超过6s的情况下，只要很少连续启动，就可按电动机的额定电流来选择热继电器。

③起断相保护的热继电器在选用时，星形接法的电动机一般采用两相结构的热继电器。而三角形接法的电动机，若热继电器的热元件接于电动机的每相绕组中，则选用三相结构的热继电器。若发热元件接于三角形接线电动机的电源进线中，则应选择带断相保护装置的三相结构热继电器。

2.4.4　其他继电器

由于控制对象的多样性，控制电器应能适应不同工作状态下参数的检测要求，例如，电动机反接制动时需要有反映转速的速度继电器，产品的统计、计数及位置检测常需要光电继电器等。几种最常用的继电器简要介绍如下:

(1)压力继电器　压力继电器经常用作气压给水设备、消防系统或用于机床的气压、水压和油压等系统中的保护。压力继电器由微动开关、调节螺母、压缩弹簧、顶杆、橡皮薄膜、缓冲器等组成。

压力继电器装在气路(水路或油路)的分支管路中。当管路压力超过整定值时，通过缓冲器、橡皮薄膜抬起顶杆，使微动开关动作，若管路中压力等于或低于整定值后，顶杆脱离微动开关，使触头复位。

压力继电器调整方便，只需放松或拧紧调整螺母即可改变控制压力。

常用的压力继电器有YJ系列、TE52系列和YT－1226系列压力调节器等。

YJ系列压力继电器的技术数据如表2－4－8所示。

表2－4－8　YJ系列继电器技术数据

(2)温度继电器　温度继电器是利用温度敏感元件(如热敏电阻)阻值随被测温度变化而改变的原理，经电子线路比较放大，驱动小型继电器动作，从而迅速且准确地直接反映某点的温度。

(3)光电继电器　它是将发光头(电光源)和作为感测环节的接收头(如光电管)分别置于被测部位的两侧，当接收头接收到发光头的信号时，继电器就动作，一旦光线被遮断，继电器就释放。

(4)速度继电器　它是根据电磁感应原理制成。套有永久磁铁的轴与被控电动机的轴相联，用以接收转速信号。当继电器的轴由电动机带动旋转时，磁铁磁通就切割圆环内的笼型绕组，绕组感应出电流，此电流与磁铁磁场作用产生电磁转矩，在这个转矩的推动下，圆环带动摆杆克服弹簧力沿电动机旋转方向偏转一定角度，并拨动触点改变其通断状态。调节弹簧松紧程度可调节速度继电器的触点在电动机不同转速时动作，及时地切换电路。