电磁式继电器

1.1.5　电磁式继电器

继电器是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力拖动装置的自动切换电器。

继电器的种类很多，按输入信号的性质分为：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：有触点和无触点继电器两类。按用途可分为：控制用与保护用继电器等。

1）电磁式继电器的结构与工作原理

电磁式继电器是应用得最早、最多的一种型式。其结构及工作原理与接触器大体相同。由电磁系统、触点系统和释放弹簧等组成，电磁式继电器原理如图1-10所示。由于继电器用于控制电路，流过触点的电流比较小（一般在5A以下），故不需要灭弧装置。电磁式继电器的图形及文字符号如图1-11所示。

图1-10　电磁式继电器原理图

1—铁心；2—旋转棱角；3—释放弹簧；4—调节螺母；5—衔铁；6—动触点；7—静触点；8—非磁性垫片；9—线圈

图1-11　电磁式继电器图形及文字符号

图1-12　继电特性曲线

常用的电磁式继电器有电压继电器、电流继电器和时间继电器等。

2）电磁式继电器的特性

继电器的主要特性是输入输出特性，又称继电特性，继电特性曲线如图1-12所示。当继电器输入量X由零增至X₁以前，继电器输出量Y为零。当输入量增加到X₂时，继电器吸合，输出量为Y₁。若继续增大X，Y保持Y₁不变。若X减小到X₁，继电器释放，输出量由Y₁减小到零；若X继续减小，Y值均为零。

图1-12中，X₂称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于或大于X₂；X₁称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于X₁。

K_f＝X₁/X₂称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一。K_f值是可以调节的，可通过调节释放弹簧的松紧程度（拧紧时，X₁与X₂同时增大，K_f也随之增大；放松时，K_f减小）或调整铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄（增厚时，X₁增大，K_f增大；减薄时，X₁减小，K_f减小）来达到。不同场合要求不同的K_f值。例如，一般继电器要求低的返回系数，K_f值应在0.1～0.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作；欠电压继电器则要求高的返回系数，K_f值在0.6以上。设某继电器K_f＝0.66，吸合电压为额定电压的90%，则电压低于额定电压的50%时，继电器释放，起到欠电压保护作用。

另一个重要参数是吸合时间和释放时间。吸合时间是指从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05～0.15s，快速继电器为0.005～0.05s，它的大小影响继电器的操作频率。

3）电磁式继电器的类型

（1）电压继电器

电压继电器用于电力拖动系统的电压保护和控制。其线圈并联接入主电路，感测主电路的线路电压；触点接于控制电路，为执行元件。

按吸合电压的大小，电压继电器可分为过电压继电器和欠电压继电器。

①过电压继电器　过电压继电器（FV）用于线路的过电压保护，其吸合整定值为被保护线路额定电压的1.05～1.2倍。当被保护的线路电压正常时，衔铁不动作；当被保护线路的电压高于额定值，达到过电压继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机构动作，控制电路失电，控制接触器及时分断被保护电路。

②欠电压继电器　欠电压继电器（FV）用于线路的欠电压保护，其释放整定值为被保护线路额定电压的0.1～0.6。当被保护线路电压正常时，衔铁可靠吸合；当被保护线路电压降至欠电压继电器的释放整定值时，衔铁释放，触点机构复位，控制接触器及时分断被保护电路。

零电压继电器是当电路电压降低到5%～25%UN时释放，对电路实现零电压保护。用于线路的失压保护。

中间继电器实质上是一种电压继电器。它的特点是触点数目较多，电流容量可增大，起到中间放大（触点数目和电流容量）的作用。

（2）电流继电器

电流继电器用于电力拖动系统的电流保护和控制。其线圈串联接入主电路，用来感测主电路的线路电流；触点接于控制电路，为执行元件。电流继电器反映的是电流信号。

常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。

①欠电流继电器　欠电流继电器（FA）用于对电路起欠电流保护，吸引电流为线圈额定电流的30%～65%，释放电流为额定电流的10%～20%，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路。

②过电流继电器　过电流继电器（FA）在电路正常工作时不动作，整定范围通常为额定电流的1.1～4倍，当被保护线路的电压高于额定值，达到过电压继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机构动作，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路。对电路起过电流保护作用。

电磁式继电器的整定继电器的吸引值和释放值可通过以下方法来调整：

a．调整释放弹簧的松紧程度　释放弹簧调得越紧，反作用力增大，则吸引电流（电压）和释放电流（电压）就越大，反之就越小。

b．改变非磁性垫片的厚度　非磁性垫片越厚，衔铁吸合后磁路的气隙和磁阻就越大，释放电流（电压）也就越大，反之就越小，而吸引值不变。

c．改变初始气隙的大小　在反作用弹簧弹力和非磁性垫片厚度一定时，初始气隙越大，吸引电流（电压）就越大，反之就越小，而释放值不变。

（3）时间继电器

时间继电器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自动控制电器，其种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式时间继电器等。

时间继电器的图形符号及文字符号如图1-13所示。

图1-13　时间继电器的图形及文字符号

①直流电磁式时间继电器　在直流电磁式电压继电器的铁心上增加一个阻尼铜套，即可构成直流电磁式时间继电器，其结构示意图如图1-14所示。它是利用电磁阻尼原理产生延时的，由电磁感应定律可知，在继电器线圈通断电过程中铜套内将产生感应电势，并流过感应电流，此电流产生的磁通总是抵抗原磁通变化。

电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁阻大，磁通小，铜套阻尼作用相对也小，因此衔铁吸合时延时不显著（一般忽略不计）。而当继电器断电时，磁通变化量大，铜套阻尼作用也大，使衔铁延时释放而起到延时作用。因此，该继电器仅用作断电延时。

图1-14　带有阻尼铜套的铁心示意图

1—铁心；2—阻尼铜套；3—绝缘层；4—线圈

直流电磁式时间继电器延时较短，JT3系列最长不超过5s，而且准确度较低，一般用于要求不高的场合。

②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原理获得延时的。它由电磁机构、延时机构和触点系统三部分组成，电磁机构为直动式双E型，触点系统是借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。

空气阻尼式时间继电器既具有由空气室中的气动机构带动的延时触点，也具有由电磁机构直接带动的瞬动触点，可以做成通电延时型，也可做成断电延时型。电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。

③电子式时间继电器　电子式时间继电器在时间继电器中已成为主流产品，电子式时间继电器是采用晶体管或集成电路和电子元件等构成。目前已有采用单片机控制的时间继电器。电子式时间继电器具有延时范围广、精度高、体积小、耐冲击和耐振动、调节方便及寿命长等优点，所以发展很快且应用广泛。