1.3　繼電器

繼電器是根據(jù)某種輸入信號(hào)來接通或斷開小電流控制電路，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和保護(hù)的自動(dòng)控制電器。其輸入量可以是電流、電壓等電量，也可以是溫度、時(shí)間、速度、壓力等非電量；輸出量則是觸頭的動(dòng)作或者是電路參數(shù)的變化。繼電器一般由輸入感測(cè)機(jī)構(gòu)和輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。前者反映輸入量的變化，后者完成觸點(diǎn)分、合動(dòng)作（對(duì)有觸點(diǎn)繼電器）或半導(dǎo)體元件的通、斷（對(duì)無觸點(diǎn)繼電器）。

繼電器的種類很多，按輸入信號(hào)的性質(zhì)分為電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等，按工作原理分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動(dòng)式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等，按輸出形式分為有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)兩類，按用途分為控制用和保護(hù)用繼電器等。本節(jié)介紹幾種常用的繼電器。

1.3.1　電壓繼電器

觸點(diǎn)的動(dòng)作與線圈的電壓大小有關(guān)的繼電器稱做電壓繼電器。它用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的電壓保護(hù)和控制。使用時(shí)，電壓繼電器的線圈與負(fù)載并聯(lián)，其線圈的匝數(shù)多而線徑細(xì)。按通過線圈電流的種類分為交流電壓繼電器和直流電壓繼電器；按吸合電壓的大小分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。

對(duì)于過電壓繼電器，當(dāng)線圈電壓為額定電壓時(shí)，銜鐵不產(chǎn)生吸合動(dòng)作；只有當(dāng)線圈電壓高于其額定電壓的某一值時(shí)，銜鐵才產(chǎn)生吸合動(dòng)作。因?yàn)橹绷麟娐凡粫?huì)產(chǎn)生波動(dòng)較大的過電壓現(xiàn)象，所以沒有直流過電壓繼電器產(chǎn)品。交流過電壓繼電器在電路中起電壓保護(hù)作用。

對(duì)于欠電壓繼電器，當(dāng)線圈的承受電壓低于其額定電壓時(shí)，銜鐵產(chǎn)生釋放動(dòng)作。它的特點(diǎn)是釋放電壓很低，在電路中用做低電壓保護(hù)。

電壓繼電器的圖形和文字符號(hào)如圖1-12所示。

選用電壓繼電器時(shí)，首先要注意線圈電壓的種類和電壓等級(jí)應(yīng)與控制電路一致。另外，根據(jù)在控制電路中的作用（是過電壓還是欠電壓）選型。最后，要按控制電路的要求選擇觸點(diǎn)的類型（是常開還是常閉）和數(shù)量。

1.3.2　電流繼電器

觸點(diǎn)的動(dòng)作與線圈電流大小有關(guān)的繼電器稱做電流繼電器。使用時(shí)，電流繼電器的線圈與負(fù)載串聯(lián)，其線圈的匝數(shù)少而線徑粗。根據(jù)線圈的電流種類，分為交流電流繼電器和直流電流繼電器；按吸合電流大小，分為過電流繼電器和欠電流繼電器。

對(duì)于過電流繼電器，正常工作時(shí)，線圈中流過負(fù)載電流，但不產(chǎn)生吸合動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)比負(fù)載工作電流大的吸合電流時(shí)，銜鐵才產(chǎn)生吸合動(dòng)作，帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，沖擊性的過電流故障時(shí)有發(fā)生，常采用過電流繼電器做電路的過電流保護(hù)。

對(duì)于欠電流繼電器，正常工作時(shí)，由于電路的負(fù)載電流大于吸合電流，使銜鐵處于吸合狀態(tài)。當(dāng)電路的負(fù)載電流降低至釋放電流時(shí)，銜鐵釋放。在直流電路中，由于某種原因引起負(fù)載電流降低或消失，往往導(dǎo)致嚴(yán)重的后果（如直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁回路斷線），因此有直流欠電流繼電器產(chǎn)品，而沒有交流欠電流繼電器產(chǎn)品。

電流繼電器的圖形和文字符號(hào)如圖1-13所示。

選用電流繼電器時(shí)，首先要注意線圈電壓的種類和等級(jí)應(yīng)與負(fù)載電路一致。另外，根據(jù)對(duì)負(fù)載的保護(hù)作用（是過電流還是低電流）來選用電流繼電器的類型。最后，要根據(jù)控制電路的要求選擇觸點(diǎn)的類型（是常開還是常閉）和數(shù)量。

1.3.3　中間繼電器

在控制電路中起信號(hào)傳遞、放大、切換和邏輯控制等作用的繼電器稱做中間繼電器。它屬于電壓繼電器的一種，主要用于擴(kuò)展觸點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。中間繼電器也有交、直流之分，分別用于交流控制電路和直流控制電路。中間繼電器的圖形和文字符號(hào)如圖1-14所示。

中間繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、觸點(diǎn)對(duì)數(shù)以及線圈電壓種類和規(guī)格等。選用時(shí)，要注意線圈的電壓種類和電壓等級(jí)應(yīng)與控制電路一致。另外，要根據(jù)控制電路的需求來確定觸點(diǎn)的形式和數(shù)量。當(dāng)一個(gè)中間繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量不夠用時(shí)，可以將兩個(gè)中間繼電器并聯(lián)使用，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量。

1.3.4　時(shí)間繼電器

從得到輸入信號(hào)（線圈的通電或斷電）開始，經(jīng)過一定的延時(shí)后才輸出信號(hào)（觸點(diǎn)的閉合或斷開）的繼電器，稱做時(shí)間繼電器。在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，基于時(shí)間原則的控制要求非常常見，所以時(shí)間繼電器是一種最常用的低壓控制器件之一。

時(shí)間繼電器的延時(shí)方式有兩種，即通電延時(shí)和斷電延時(shí)。

通電延時(shí)是指接收輸入信號(hào)后延遲一定的時(shí)間，輸出信號(hào)才發(fā)生變化；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，輸出瞬時(shí)復(fù)原。

斷電延時(shí)是指接收輸入信號(hào)時(shí)，瞬時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，延遲一定的時(shí)間，輸出才復(fù)原。

時(shí)間繼電器的圖形和文字符號(hào)如圖1-15所示。

時(shí)間繼電器按工作原理分類，有電磁式、電動(dòng)式、空氣阻尼式、電子式等。其中，電子式時(shí)間繼電器最為常用，而電磁式和電動(dòng)式時(shí)間繼電器已基本被淘汰，空氣阻尼式定時(shí)器在對(duì)定時(shí)精度要求不高和定時(shí)長(zhǎng)度較短的場(chǎng)合還有一些使用。

電子式時(shí)間繼電器除執(zhí)行器件繼電器外，均由電子元件組成，沒有機(jī)械部件，因而具有壽命長(zhǎng)、精度高、體積小、延時(shí)范圍大、控制功率小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。

電子式時(shí)間繼電器的品種和類型很多，主要有通電延時(shí)型、斷電延時(shí)型、帶瞬動(dòng)觸點(diǎn)的通電延時(shí)型等類型。有些電子式時(shí)間繼電器采用撥碼開關(guān)整定延時(shí)時(shí)間，采用顯示器件直接顯示定時(shí)時(shí)間和工作狀態(tài)，具有直觀、準(zhǔn)確、使用方便等特點(diǎn)。

數(shù)字式時(shí)間繼電器較之晶體管式時(shí)間繼電器來說，延時(shí)范圍成倍增加，調(diào)節(jié)精度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，可控制功率，體積更小，適用于各種需要精確延時(shí)的場(chǎng)合以及各種自動(dòng)控制電路中。這類時(shí)間繼電器的功能特別強(qiáng)，有通電延時(shí)、斷電延時(shí)、定時(shí)吸合、循環(huán)延時(shí)等多種延時(shí)形式和十幾種延時(shí)范圍供用戶選擇，這是晶體管式時(shí)間繼電器不可比擬的。

1.3.5　熱繼電器

熱繼電器是利用電流流過熱元件時(shí)產(chǎn)生的熱量，使雙金屬片發(fā)生彎曲而推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的一種保護(hù)電器，主要用于交流電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。熱繼電器還常和交流接觸器配合組成電磁啟動(dòng)器。

（1）熱繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理

熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片、觸點(diǎn)、復(fù)位彈簧和電流調(diào)節(jié)裝置等部分組成。圖1-16所示為熱繼電器的工作原理示意圖。雙金屬片是熱繼電器的感測(cè)元件，它由兩種不同線膨脹系數(shù)的金屬用機(jī)械碾壓而成。線膨脹系數(shù)大的稱為主動(dòng)層，常用線膨脹系數(shù)高的銅或銅鎳鉻合金制成；膨脹系數(shù)小的稱為被動(dòng)層，常用線膨脹系數(shù)低的鐵鎳合金制成。在加熱之前，兩片金屬片長(zhǎng)度基本一致，熱元件串接在電動(dòng)機(jī)定子繞組電路中，電動(dòng)機(jī)定子繞組電流即為熱元件上流過的電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但不足以使熱繼電器動(dòng)作；當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，流過熱元件的電流增大，熱元件產(chǎn)生的熱量增加，使被其纏繞的雙金屬片受熱膨脹，彎曲程度加大，最終使雙金屬片推動(dòng)扣板，使熱繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作，切斷電動(dòng)機(jī)的控制電路，使主電路停止工作。通過調(diào)節(jié)壓動(dòng)螺釘，就可整定熱繼電器的動(dòng)作電流值。

熱繼電器根據(jù)擁有熱元件的多少，分為單相結(jié)構(gòu)、兩相結(jié)構(gòu)和三相結(jié)構(gòu)三種類型。根據(jù)復(fù)位方式，熱繼電器分為自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。使用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器時(shí)，將兩只熱元件分別串接在任意兩相電路中；使用三相結(jié)構(gòu)熱繼電器時(shí)，將三只熱元件分別串接在三相電路中。三相結(jié)構(gòu)中有三相帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種。

熱繼電器的圖形和文字符號(hào)如圖1-17所示。

（2）熱繼電器的選用

熱繼電器只能用作電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，而不能作為短路保護(hù)使用。熱繼電器選用是否得當(dāng)，直接影響對(duì)電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)的可靠性。選用時(shí)，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)形式、工作環(huán)境、啟動(dòng)情況及負(fù)荷情況等幾方面綜合考慮。

①原則上熱繼電器的額定電流應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定電流相當(dāng)，一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的95%～105%。

②在不頻繁啟動(dòng)場(chǎng)合，要保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程中不產(chǎn)生誤動(dòng)作。通常，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流6倍，啟動(dòng)時(shí)間不超過6s，且很少連續(xù)啟動(dòng)時(shí)，可按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器。

③當(dāng)電動(dòng)機(jī)為重復(fù)且短時(shí)工作制時(shí)，要注意確定熱繼電器的允許操作頻率。因?yàn)闊崂^電器的操作頻率是很有限的，如果用它保護(hù)操作頻率較高的電動(dòng)機(jī)，效果很不理想，有時(shí)甚至不能使用。

對(duì)于可逆運(yùn)行和頻繁通斷的電動(dòng)機(jī)，不宜采用熱繼電器保護(hù)，必要時(shí)可以選用裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度繼電器。

1.3.6　速度繼電器

按速度原則動(dòng)作的繼電器，稱做速度繼電器。它主要應(yīng)用于三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)，因此又稱做反接制動(dòng)控制器。

感應(yīng)式速度繼電器主要由定子、轉(zhuǎn)子和觸點(diǎn)三部分組成。轉(zhuǎn)子是一個(gè)圓柱形永久磁鐵；定子是一個(gè)籠型空心圓環(huán)，由硅鋼片疊制而成，并裝有籠型繞組。

圖1-18所示為感應(yīng)式速度繼電器原理示意圖。其轉(zhuǎn)子的軸與被控電動(dòng)機(jī)的軸相連接，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。到達(dá)一定轉(zhuǎn)速時(shí)，定子在感應(yīng)電流和力矩的作用下跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)；到達(dá)一定角度時(shí)，裝在定子軸上的擺錘推動(dòng)簧片動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于某一數(shù)值時(shí)，定子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，觸點(diǎn)在簧片作用下返回到原來位置，使對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)恢復(fù)到原來狀態(tài)。

一般感應(yīng)式速度繼電器轉(zhuǎn)軸在120r/min左右時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作；在100r/min以下時(shí)，觸點(diǎn)復(fù)位。速度繼電器的圖形和文字符號(hào)如圖1-19所示。