- 鐵路信號基礎設備維護
- 張仕雄 薄宜勇
- 19670字
- 2019-11-04 10:31:07
1.2.2 知識鏈接
1.安全型繼電器認知
在鐵路信號系統中,凡是涉及行車安全的繼電電路都必須采用安全型繼電器。所謂安全型繼電器是指它的結構必須符合故障—安全原則。它是一種故障不對稱器件,在故障情況下使前接點閉合的概率遠小于后接點閉合的概率。這樣,就可以用前接點代表危險側信息,用后接點代表安全側信息。
安全型繼電器為直流24V系列的重彈力式直流電磁繼電器,其典型結構為無極繼電器,其他各型繼電器均由無極繼電器派生而出,絕大部分零件均可通用。
1)插入式和非插入式安全型繼電器
安全型繼電器分為插入式(型號內帶有C字)和非插入式兩種。在信號設備中,插入式多單個使用,而非插入式安裝在有防塵外殼的組匣中。
兩者的區別僅是插入式繼電器帶有透明性能很好的外罩,可以密封防塵,同時,為了與插座配合使用,插入式繼電器安裝在膠木底座上。插入式無極繼電器如圖1.3所示。在實際使用中,為了便于維修,多采用插入式繼電器。

圖1.3 插入式無極繼電器(單位:mm)
2)安全型繼電器的型號表示法
安全型繼電器型號用漢字拼音字母和數字表示,字母表示繼電器種類,數字表示線圈的電阻值(單位:Ω),例如JWJXC-H125/80的解釋如下所示。繼電器代號意義見表1.1。

表1.1繼電器代號意義表

3)安全型繼電器的品種及用途
安全型繼電器具有無極、無極加強接點、無極緩放、無極加強接點緩放、整流式、有極、有極加強、偏極、單閉磁5種9類,安全型繼電器基本情況見表1.2。它們的特性和線圈電阻值各不相同,在信號電路中有不同的作用。
表1.2 安全型繼電器基本情況

續上表

續上表

注:1.JZXC-H142、JZXC-H138、JZXC-H60用于LED發光管為光源的信號點燈電路。
2.JZXC-H18F1代替JJXC-15。
3.Q表示前接點;H表示后接點;D表示定位接點;F表示反位接點;J表示加強接點。
4)繼電器插座
安全型繼電器組成插入式,需加裝繼電器插座板,安全型繼電器插座結構如圖1.4所示。

圖1.4 安全型繼電器插座結構(單位:mm)
插座插孔旁所注的編號依據是無極繼電器,其他各型繼電器的接點系統的位置及使用編號與之不同,而實際使用的插座僅此一種,所以必須按圖1.5所示的編號對照來使用。圖中,插座板內部所標的數字為插座板配線端子的編號,只有1位數和2位數兩種,1位數是無極繼電器的電源片端子;2位數是無極繼電器接點片端子,而插座板外部所標的數字是所屬繼電器的對應插片編號,有1位數、2位數和3位數三種,分別是對應繼電器的電源片端子、接點片端子和有極繼電器的接點片端子。在一些帶磁熄弧器的加強接點上還規定了直流電流在接點中的流向,“+”號代表由繼電器插片流入,“-”號代表由繼電器插片流出,符號“J”則代表加強接點。

圖1.5 插座接點編號對照
安全型繼電器的有多種類型,而插座只有一種,為防止不同類型的繼電器錯誤插接,在插座下部鑒別孔內鉚以鑒別銷。
不同類型的繼電器由型別蓋上的鑒別孔不同進行鑒別,鑒別孔根據規定的鑒別孔逐個鉆成,以與鑒別銷相吻合。圖1.6是一些繼電器的型別蓋外形及鑒別孔位置,其余的可在表1.2中查到。

圖1.6 型別蓋外形及鑒別孔位置圖(單位:mm)
5)安全型繼電器的特點
為了達到故障—安全的要求,安全型繼電器在結構上有以下特點:①前接點采用熔點高不會因熔化而使前接點粘連的導電性能良好的材料;②增加銜鐵重量,采用“重力恒定”原理在線圈斷電時強制將前接點斷開;③采用剩磁極小的鐵磁材料構成磁路系統,并在銜鐵與極靴之間設有一定厚度的非磁性止片,當銜鐵吸起時仍有一定的氣隙以防剩磁吸力將銜鐵吸住;④銜鐵不致因機械故障而卡在吸起狀態。
6)安全型繼電器的壽命
繼電器的壽命指的是接點的壽命,包括電壽命和機械壽命。繼電器的電壽命,規定為普通接點2×106次,加強接點2×105次,有極繼電器的加強定位、反位接點接通1×105次,斷開1×103次。機械壽命10×106次。
2.安全型繼電器的結構和動作原理
1)無極繼電器
無極繼電器有JWXC-2000、JWXC-1700、JWXC-1000、JWXC-7、JWXC-2.3、JWXC-370/480型及緩放的JWXC-H600、JWXC-H850、JWXC-H340、JWXC-1200、JWXC-500/H300型等,還有帶加強接點的JWJXC-H125/0.44、JWJXC-H125/80、JWJXC-440、JWJXC-135/135型等。
這種繼電器通入線圈的電流都是直流,只要線圈電壓(或電流)達到工作值,繼電器銜鐵便勵磁吸起,因此稱這種繼電器為直流無極繼電器,它可以做成電壓型或電流型的。電壓型繼電器,其線圈與回路并聯,線圈的匝數較多,線徑較細,線圈的電阻也較大,如JWXC-1000和JWXC-1700等AX型繼電器就屬于電壓型繼電器;電流型繼電器,其線圈與回路串聯,線圈的匝數少,線徑較粗,線圈的電阻也較小,如JWXC-2.3型繼電器就屬于電流型繼電器。
(1)直流無極繼電器的結構
直流無極繼電器,簡稱無極繼電器。它由電磁系統和接點系統兩大部分組成。
①無極繼電器電磁系統
無極繼電器電磁系統包括線圈、鐵芯、軛鐵和銜鐵,其結構如圖1.7所示。

圖1.7 無極繼電器的電磁系統結構
a.線圈
線圈分為前圈和后圈,水平安裝在鐵芯上。采用雙線圈,可根據電路需要單線圈控制、雙線圈串聯控制或雙線圈并聯控制,增強了控制電路的適應性和靈活性。
線圈繞在線圈架上。緩放型無極繼電器為了增加緩放時間,采用銅質阻尼線圈架。線圈用高強度漆包線密排繞制,抽頭焊有引線片,線圈及其與電源片的連接如圖1.8所示。

圖1.8 線圈及其與電源片的連接
b.鐵芯
鐵芯由電工純鐵制成,其為軟磁材料,具有較高的磁通密度和較小的剩磁,以利于繼電器的工作,鐵芯結構如圖1.9所示。鐵芯尺寸的大小,根據繼電器的規格不同而有區別。緩放型繼電器、靈敏繼電器(如JWXC-370/480)尺寸大些,以加大緩放時間或減小工作值。

圖1.9 鐵芯的結構(單位:mm)
極靴在鐵芯頭部,用冷鐓法加粗。在極靴正面,鉆有兩個圓孔,便于組裝和檢修時,緊固和拆裝鐵芯。
c.軛鐵
軛鐵由電工純鐵板沖壓成型,呈L形,外表鍍多層鉻防護。
d.銜鐵
銜鐵為角形,靠蝶形鋼絲卡固定在軛鐵的刀刃上。銜鐵由電工純鐵沖壓成型,銜鐵上鉚有重錘片,以保證銜鐵靠重力返回。銜鐵重錘片由薄鋼板制成,其片數由接點組的多少決定,使銜鐵的重量基本上滿足后接點壓力的需要。一般8組后接點用三片,6組用兩片,4組用一片,2組不用。
銜鐵上有止片,止片由黃銅制成,安裝在銜鐵與鐵芯閉合處。止片有6種厚度,因繼電器規格不同而異,可取下按規格更換。止片用以增大繼電器在吸起狀態的磁阻,減小剩磁影響,保證繼電器可靠落下。
在電磁系統中,除銜鐵和鐵芯間工作氣隙δ外,在軛鐵的刀口處尚有第二工作氣隙δ′,以減小磁路的磁勢降,從而提高繼電器的靈敏度。
②接點系統
接點系統處于電磁系統上方,通過接點架、螺釘緊固在軛鐵上,兩者成為一個整體,無極繼電器的接點系統如圖1.10所示。用螺釘將下止片、電源片單元、銀接點單元、動接點單元及壓片按順序組裝在接點架上。在緊固螺釘前,應將拉桿、絕緣軸、動接點軸與動接點組裝好。
無極繼電器接點系統采用兩排縱列式聯動結構,因此,接點組數只能成偶數增減。拉桿傳動中心線與接點中心線一致,以減少不必要的傳動損失。為減少接點組組裝時的積累公差,將接點片與托片組合壓在酚醛塑料內以形成單元塊。單元塊之間為平面接觸,易于控制公差,同時提高了接點組之間的絕緣強度。
銀接點單元由錫磷青銅帶制成的接點片與由黃銅制成的托片兩組對稱地壓制在膠木內。在接點簧片的端部焊有銀接點。
接點接觸時碰撞會產生顫動,顫動將形成電弧,對接點有較大的破壞作用,為消除這種顫動必須設置托片。在調整繼電器時,可在接點片和托片間加一個初壓力,保證接點剛接觸時可動部分的動能被接點片吸收,這樣既可消除顫動,又可縮短接點的完全閉合時間,大大減輕了接點的燒損。
動接點單元由錫磷青銅帶制成的動接點簧片與黃銅板制成的補助片壓制在酚醛塑料膠木內。動接點簧片端部焊有動接點,動接點由銀氧化鎘制成。

圖1.10 無極繼電器的接點系統(單位:mm)
電源片單元由黃銅制成的電源片壓在膠木內。拉桿有鐵制的和塑料制的,銜鐵通過拉桿帶動接點組。絕緣軸用凍石瓷料制成,抗沖擊強度足夠。動接點軸由錫磷青銅線制成。壓片由彈簧鋼板沖壓成弓形,分上、下兩片,其作用是保證接點組的穩固性。下止片由錫磷青銅板制成,外層鍍鎳。它在銜鐵落下時起限位作用。接點架由鋼板制成,用穩釘與軛鐵固定,保證接點架不變位。接點架的安裝尺寸是否標準,角度是否準確,對繼電器的調整有很大影響。無極繼電器均為普通接點。
(2)無極繼電器的動作原理
無極繼電器的磁系統為無分支磁路,無極繼電器磁路如圖1.11所示。在線圈上加上直流電壓后,線圈中的電流I使鐵芯磁化,在鐵芯內產生工作磁通Φ,它由鐵芯極靴處經過主工作氣隙δ進入銜鐵,又經過第二工作氣隙δ′進入軛鐵,然后回到鐵芯,形成一閉合磁路。在工作氣隙δ處,由于磁通Φ的作用,鐵芯與銜鐵間產生電磁吸引力FD,當FD大到足以克服機械負載的阻力Fj(主要是銜鐵自重)時,銜鐵即與鐵芯吸合。此時銜鐵通過拉桿帶動動接點運動,使后接點斷開,前接點閉合。
當線圈中的電流減小時,鐵芯中的磁通按一定規律隨之減小,吸引力也隨著減小。當電流小到一定值,它所產生的吸引力小于機械力時,銜鐵離開鐵芯,被釋放。此時拉桿帶動動接點運動,使前接點斷開,后接點閉合。

圖1.11 無極繼電器磁路
2)無極加強接點繼電器
加強接點繼電器是為通斷功率較大的信號電路而設計的,無極加強接點的繼電器有JWJXC-480型、緩放的JWJXC-H125/0.44和JWJXC-H125/0.13型和JWJXC-160、JWJXC-135/135、JWJXC-300/370、JWJXC-H125/80、JWJXC-H80/0.06、JWXC-H120/0.17等品種。
JWJXC-480型繼電器,其磁系統具有加大尺寸的無極磁路,接點系統由兩組普通接點和兩組加強接點組成,表示為2QH和2QHJ。普通接點與無極繼電器相同,加強接點則具有特殊設計的大功率接點和磁熄弧器。
JWJXC-H125/0.44和JWJXC-H125/0.13型無極加強接點緩放繼電器,其電磁系統和無極緩放繼電器(JWXC-H340)相同。接點系統由兩組帶磁熄弧器的加強前接點、兩組不帶磁熄弧器的加強后接點和兩組普通接點組成,即2QJ、2H、2QH。前圈為主線圈,后線圈為電流保持線圈。
JWJXC-H125/80型繼電器則是專為交流轉轍機設計的緩放繼電器,其后線圈為電壓保持線圈。
JWJXC-H125/0.17型繼電器主要用于駝峰調車場五線制道岔電路,其電壓線圈(120)的緩放時間不小于0.55s,電流線圈(0.17Ω)的緩放時間不小于0.4s,由于延長了緩放時間,較好地解決了道岔四開的問題。
JWJXC-480型繼電器主要用于復示其他繼電器的動作。
無極加強接點繼電器電磁系統雖與無極繼電器相同,但由于接點系統結構的改變,引起磁系統的結構參數有較大變化。無極加強接點繼電器的線圈與電源片連接方式與無極繼電器相同。
無極加強接點繼電器的接點系統如圖1.12所示,它的普通接點與無極繼電器相同。加強接點組由加強動接點單元和帶磁熄弧器的加強接點單元組成。為了防止接點組間的飛弧短路,在兩組加強接點間安裝既耐高溫、又具有良好絕緣性能的云母隔弧片。隔弧片鉚在拉桿上。為保證加強接點的安裝空間,增加了空白單元。圖中用虛線表示的熄弧磁鋼,說明只有帶熄弧器的加強后接點才有。

圖1.12 無極加強接點繼電器的接點系統(單位:mm)
由錫磷青銅片沖壓成型的加強動接點片頭部,鉚有由銀氧化鎘制成的動接點。而加強靜接點片頭部,同樣鉚接銀氧化鎘接點,在接點的同一位置點焊了安裝磁鋼的熄弧器夾。
熄弧磁鋼由鋁鎳鈷合金或鐵鎳鋁合金制成。其熄弧原理是利用電弧在磁場中受力運動而產生吹弧作用,使電弧迅速冷卻而熄滅。為避免電弧燒損接點及對磁鋼去磁,加強接點端部設有導弧角,使電弧迅速移到接點及磁鋼的前部位置。
由于磁鋼吹弧方向與極性有關,因此,熄弧磁鋼極性的安裝有特定的要求。無極加強繼電器磁熄弧器的安裝與接點電流方向如圖1.13所示。

圖1.13 無極加強繼電器磁熄弧器的安裝與接點電流方向
3)整流式繼電器
整流式繼電器用于交流電路中,它通過內部的半波或全波整流電路將交流電變為直流電而動作。
整流式繼電器的電磁系統與無極繼電器相同,只是磁路,但結構參數有所不同。更主要的是,在接點組上方安裝由二極管組成的半波或全波整流電路。
整流式繼電器有JZXC-480、JZXC-0.14、JZXC-H156、JZXC-H62、JZXC-H142、JZXC-H138、JZXC-60、JZXC-H0.14/0.14、JZXC16/16、JZXC-H18型及派生的JZXC-H18F型JZXC-H18F1、JZXC-480F等品種。
JZXC-480型繼電器的磁路具有加大的尺寸(加大止片厚度),目的是為了增大返還系數而不使工作值增加很多。它具有不規則的4QH與2Q接點組。在接點組上,安裝有二極管2CP25組成的橋式全波整流電路。
JZXC-0.14型繼電器磁系統與JZXC-480相同。兩線圈并聯連接,有4QH接點組,接點組上方安裝由2CZ-1型二極管組成的半波整流電路。
JZXC-H156與JZXC-H18型繼電器為具有緩放特性的整流式繼電器,其采用銅線圈架,接點系統為4QH接點組。在接點組上方,安裝由二極管2CP25組成的橋式全波整流電路。
JZXC-H18F是JZXC-H18的派生型號,具有防雷性能,以保護整流二極管免遭擊穿。
JZXC-H142、JZXC-H138和JZXC-H60型整流式繼電器用于LED為光源的信號點燈電路。JZXC-16/16型整流式繼電器具有較高的返還系數,用于自動閉塞區間信號點燈電路,可解決長距離供電電纜漏泄電流大、燈絲斷電器釋放不可靠的問題。其前圈為二極管封閉的短路線圈,無整流單元與電源線直接連接,具有一定的防雷功能。
JZXC-H18F1可代替交流燈絲轉換繼電器JJXC-15。
整流式繼電器的線圈、整流器與電源片連接如圖1.14所示。
整流式繼電器的線圈、整流器與電源片連接的結構與無極繼電器相同,零部件全部通用,只是接點的編號有區別。
整流式繼電器動作原理與無極繼電器相同,但由于交流電源通過整流后動作繼電器,在線圈上加上的是全波或半波的脈動直流電,其中存在交變成分,使電磁吸引力產生脈動,工作時發出響聲,對繼電器正常工作帶來不利影響。
4)有極繼電器
有極繼電器根據線圈中電流極性不同而具有定位和反位兩種穩定狀態,這兩種穩定狀態在線圈中電流消失后,仍能繼續保持,故又稱極性保持繼電器。它的特點是磁系統中增加了永久磁鋼。在線圈中通以規定極性的電流時,繼電器吸起,斷電后仍保持在吸起位置;通以反方向電流時,繼電器打落,斷電后保持在打落位置。

圖1.14 整流式繼電器的線圈、整流器與電源片連接
有極繼電器有JYXC-660、JYXC-270和加強接點的JYJXC-J3000和JYJXC-135/220、JYJXC-220/220、JYJXC-3000、JYJXC-X135/220、JYJXC-160/260等型號。
(1)有極繼電器的結構
有極繼電器的磁路結構與無極繼電器基本相同,不同的只是用一塊端部呈刃形的長條形永久磁鋼代替無極繼電器的部分軛鐵,磁鋼與軛鐵間用螺釘聯結。
在與軛鐵聯結的部位有兩個大于螺釘的圓孔,便于與軛鐵安裝時適當地調節磁鋼的前后位置。磁鋼上部的中間位置有一臺面,以形成均勻的第二工作氣隙。臺面的中間有一凹槽,使拉桿下部不致與磁鋼抵觸而影響第二工作氣隙的調整。
有極繼電器的角形銜鐵的尾部加裝兩個青銅螺釘,用來調節第二工作氣隙的大小。在鐵芯部位沒有加裝止片。
有極繼電器的線圈引線與電源片的連接與無極繼電器相同。
有極繼電器銜鐵位置的定位、反位規定為:銜鐵與鐵芯極靴之間的間隙最小時(即吸起狀態)的位置規定為定位,此時閉合的接點叫做定位接點(符號為D,相當于前接點);銜鐵與鐵芯極靴之間的間隙最大時(即打落狀態)的位置規定為反位,此時閉合的接點叫做反位接點(符號為F,相當于后接點)。
對于兩線圈串聯使用的有極繼電器,如JYXC-660、JYXC-270、JYJXC-J3000,電源片1接電源正極,4接電源負極,為定位吸起,反之為反位打落。
對于分線圈使用的有極繼電器JYJXC-135/220,則規定前圈的電源片3接電源正極,4接電源負極時為定位吸起;而后圈的電源片2接電源正極,1接電源負極時,為反位打落。
有極繼電器的接點系統與無極繼電器相同。改進型的有極繼電器JYJXC-135/220和JYJXC-J3000的接點系統有較大改變,加強接點片加厚,取消接點托片,動接點片改為面接觸以增大接觸面積。JYJXC-J3000還取消了普通前接點。
有極加強繼電器磁熄弧器的極性安裝如圖1.15所示。

圖1.15 有極加強繼電器磁熄弧器的極性安裝
(2)有極繼電器的工作原理
有極繼電器的磁路系統由兩部分組成,一是永磁鐵產生的磁路,一是線圈產生的磁路,有極繼電器的磁路如圖1.16所示。
永久磁鋼的磁通分為和
兩條并聯支路。
從N極出發,經銜鐵、第一工作氣隙δ1、鐵芯、軛鐵,到S極
從N極出發,經銜鐵上部、重錘片、第二工作氣隙δ2,到S極。這兩條支路不對稱,磁路的不平衡就形成有極繼電器的正向轉極值與反向轉極值的較大差別。
當銜鐵處于定位狀態(吸合)時,由于δ1?δ2,因此,?
,由
產生的吸引力將克服由
產生的吸引力、銜鐵重力及接點的反作用力等力之合力,使銜鐵處于穩定的吸合位置。反之,當銜鐵處于反位狀態時(打落),由于δ2?δ1,因此
?
。由
產生的吸引力與銜鐵重力、動接點預壓力之和大于由
產生的吸引力與后接點壓力之和,使銜鐵保持在穩定的打落位置。
顯然,有極繼電器要改變其位置只有依靠線圈產生的電磁通的電磁力的作用。圖1.16中線圈產生的電磁通ΦX是一個無分支的磁路,即鐵芯、極靴、δ1、銜鐵、重錘片、δ2、軛鐵。磁通的方向由線圈中的電流極性決定。對于線圈產生的電磁通來說,永久磁鋼是一個很大的磁阻,如同氣隙一般。

圖1.16 有極繼電器的磁路
圖1.16(a)表示有極繼電器由定位轉換到反位的磁路。繼電器原處于定位狀態,現在線圈中通以正極性電流,產生ΦX電磁通的方向是極靴處為N極。這時在δ1處ΦX與方向相反,磁通是削弱的,等于
-ΦX)。而在δ2處ΦX與
方向一致,磁通是加強的,等于(
+ΦX),當ΦX增到足夠大時,在δ2處產生的吸力和機械力之和大于在δ1處產生的吸力時,銜鐵返回到打落位置,變成圖1.16(b)所示的狀態。
如果改變線圈電流極性,如圖1.16(b)所示,則在鐵芯中電磁通ΦX的方向隨之改變,極靴處為S極,這時在δ1處ΦX與方向一致,磁通是加強的,等于
+ΦX)。而在δ2處ΦX與
方向相反,磁通是削弱的,等于
-ΦX),當ΦX增到足夠大時,在δ1處產生的吸力大于在δ2處產生的吸力和機械力之和時,銜鐵由打落位置返回到定位吸起位置,變成圖1.16(a)所示的狀態。
5)偏極繼電器
JPXC-1000型偏極繼電器是為了滿足信號電路中鑒別電流極性的需要而設計的。它與無極繼電器不同,銜鐵的吸起與線圈中電流的極性有關,只有通過規定方向的電流時,銜鐵才吸起,而電流方向相反時,銜鐵不動作。但它又不同于有極繼電器,只有一種穩態,即銜鐵靠電磁力吸起后,斷電就落下,落下是穩定狀態。
(1)偏極繼電器的結構
偏極繼電器的接點系統與無極繼電器基本相同,電磁系統有所不同。偏極繼電器的磁路及工作原理如圖1.17所示。鐵芯的極靴是方形的,在方極靴下方用兩個螺釘固定一個L形的永久磁鋼,使銜鐵處于極靴和永久磁鋼之間,受永久磁鋼的作用力處于落下位置。由于永磁力的存在,銜鐵只安裝一塊重錘片,后接點的壓力由永磁力和重錘片共同作用產生。
鐵芯由電工純鐵制成,方形極靴是先沖壓成型后再與鐵芯焊接成整體的。
由于鐵芯端部為方形極靴,銜鐵也由半圓形改為方形,以增加受磁面積,降低氣隙磁阻。永久磁鋼由鋁鎳鈷合金材料制成,其上部為N極,下部為S極。
接點線圈串聯使用,接線方式同無極繼電器。
接點系統與無極繼電器完全相同,具有8QH接點組。
(2)偏極繼電器的工作原理
偏極繼電器的磁路系統由永磁磁路與電磁磁路兩部分組合而成。偏極繼電器的磁路及工作原理如圖1.17所示。
永久磁鐵產生的極化磁通有兩條路徑:一是從N極出發經δ2、銜鐵、δ3、軛鐵、鐵芯回到S極;二是
從N極出發經δ2、銜鐵、δ1、方形極靴回到S極。
的大小隨氣隙δ2和δ3的大小變化而變化,由于(δ2+δ1)不隨銜鐵位置變化而變,所以基本
是一個常數。
氣隙δ2中的極化磁通為,而氣隙δ1中的極化磁通為
,因此,銜鐵左邊永久磁鐵N極對銜鐵的吸力大于右邊極靴對銜鐵的吸力,氣隙δ3中的
對銜鐵也有吸力,但由于力臂小,其力矩遠小于銜鐵下端的力矩。所以,線圈無電時銜鐵無論在什么位置(裝有止片的情況下),在極化磁通的作用下,總是使銜鐵吸向左邊,再加上銜鐵上的機械力更確保了在斷電時銜鐵可靠落下和無電時保持在落下狀態。
當線圈通以正方向電流(1正4負)時,在鐵芯中產生如圖1.17(a)所示的ΦX磁通,在δ1處ΦX和方向相同,總磁通為兩者之和,相應的總電磁吸引力增大,在δ3處ΦX和
方向相反,總磁通為兩者之差,相應的總電磁吸引力減小。由于力臂相差較大,在δ1處增大的總電磁吸引力較在δ3處減小的作用要大得多,因此,對銜鐵的總吸引力增大。當δ1處(ΦX+
)產生的吸力大于δ2處磁通產生的吸力和機械力的總和時,繼電器的銜鐵就被吸合。
斷開線圈電源時,銜鐵靠重力和接點的反作用力返回。在銜鐵返回的過程中,δ1增大,δ2減小,永磁磁通ΦT迅速增加,加速銜鐵的返回,直到銜鐵被下止片阻擋為止。
當線圈通以反極性電流時,如圖1.17(b)所示,由于電磁通ΦX改變了方向在δ1處,與相減。而在δ3處與
相加,但總的電磁吸引力的力矩反而下降,因此銜鐵不會吸合,從而具有鑒別電流極性的功能。

圖1.17 偏極繼電器的磁路及工作原理圖
但是,反極性不吸起是有條件的,如果不斷增大反極性電流,使電磁磁通足以克服永磁的作用,則銜鐵可在反極性電流作用下吸合,這是不允許的。因此,在偏極繼電器的電氣特性上加上一條特殊的標準,即反向加200V電壓,銜鐵不能吸起,這個電壓也就是反向不吸起值,以保證其工作的可靠性。
6)單閉磁繼電器
JDBXC-1100、JDBXC-A550/550和JDBXC-1500型單閉磁繼電器在信號電路中常作為雙命令控制繼電器使用。它的外觀與無極繼電器完全一樣,但磁系統有較大差別,單閉磁繼電器磁路如圖1.18所示。磁系統由L形軛鐵、U形鐵芯及T形軛根組成。裝配時先在U形鐵芯上套上兩個方形線圈,再用螺釘緊固在T形扼根上。L形軛鐵與軛根鉚成一個整體。
單閉磁繼電器的線圈為扁平形,是專為配合U形鐵芯而設計的,單閉磁繼電器線圈與電源片的連接如圖1.19所示。

圖1.18 單閉磁繼電器磁路

圖1.19 單閉磁繼電器線圈與電源片的連接
單閉磁繼電器的接點系統同無極繼電器。單閉磁繼電器的磁路工作原理如圖1.20所示。U形鐵芯與軛根組成一個閉合磁路,鐵芯的兩個芯柱上各繞一個線圈。當兩個線圈中一個通電時,它產生的磁通被封閉在閉合磁路中,工作氣隙δⅠ、δⅡ已沒有磁通存在,銜鐵不受電磁力的作用。當兩個線圈同時通電且它們產生的磁通在U形鐵芯內方向一致(兩線圈電流方向相反)時,仍被封閉在閉合磁路中,工作氣隙δⅠ、δⅡ中仍然沒有磁通,銜鐵不會動作。只有當兩線圈同時通電且在U形鐵芯中產生的磁通方向相反(兩線圈中電流方向相同)時,磁通通過氣隙δⅠ、銜鐵、氣隙δⅡ、軛鐵、軛根、鐵芯構成閉合回路,磁通在氣隙處產生吸引力,使銜鐵吸合。當一個線圈斷電時,則另一個線圈的磁通又立即回到U形鐵芯的閉合磁路中,銜鐵不能保持而釋放。

圖1.20 單閉磁繼電器的磁路工作原理
如果使單閉磁繼電器的一個線圈(稱其為局部線圈)通以固定極性電流,而另一個線圈的電流極性是正負變化的,它就成為一個不帶永久磁鋼的偏極繼電器,具有反映外加信號極性的功能,以此來檢查兩個控制命令之間的極性關系。如果將單閉磁繼電器的一個線圈通以固定方向的電流,作為局部線圈,則可當線路繼電器使用。此外,還作為與門繼電器使用。
3.安全型繼電器的特性
安全型繼電器的特性包括電氣特性、時間特性和機械特性。這些特性用來表征繼電器的性能,是使用和檢修繼電器的重要依據。
1)電氣特性
電氣特性是安全型繼電器的基本參數,也是在設計和實現信號邏輯電路時選用繼電器的依據。電氣特性包括額定值、工作值、反向工作值、釋放值、充磁值、轉極值、反向不工作值。
2)時間特性
電磁繼電器的電磁系統主要是具有鐵芯的電感線圈,它的電感量大,而且是非線性的電感,在接通或斷開電源時,在電磁感應作用下,鐵芯中會產生電渦流,在線路中產生感應電流。由楞次定律可知,這些電流產生的磁通阻礙鐵芯中原有磁通的變化,所以電磁繼電器或多或少地都具有一些緩動的時間特性。
在各種繼電器控制的電路中,由于它們完成的作用不一樣,對繼電器的時間特性要求也不一樣,如果不能滿足對時間特性的要求,控制電路便不能正常工作。因此,不僅要了解繼電器固有的時間特性,而且還要按電路的要求,設法改變繼電器的時間特性。
(1)繼電器的時間特性
當線圈通電到銜鐵動作帶動動接點與后接點斷開與前接點接通,需要一定的時間。當線圈斷電到銜鐵動作帶動動接點與前接點斷開與后接點接通,也需要一定的時間。即吸合時間、返回時間。
雖然繼電器都是緩動的,但其緩吸、緩放時間都非常短。如JWXC-1000型繼電器的吸合時間為0.15s,返回時間為0.015~0.02s,如需長時間的吸合和返回時間,就要對繼電器本身或控制電路進行處理。
(2)改變繼電器時間特性的方法
繼電器用于控制電路中,要滿足不同控制對象對時間特性的要求,光依靠繼電器的固有時間特性是不行的,必須根據需要改變繼電器的時間特性。改變繼電器時間特性的方法,一是改變繼電器的結構,二是通過電路來實現。
①用改變繼電器結構的方法來改變繼電器的時間特性
在繼電器鐵芯上套短路銅環,利用其電磁感應可使繼電器緩動,構成緩放型繼電器。安全型繼電器多采用銅線圈架作為銅環,緩放型繼電器的銅套及銅線圈架如圖1.21所示。

圖1.21 緩放型繼電器的銅套及銅線圈架
另外,也可以采用改變銜鐵與鐵芯間止片厚度,來改變繼電器的返回時間;選用磁導率較高的鐵磁材料,以縮短繼電器的動作時間;增大線圈導線的線徑來減小繼電器的吸合時間等方法來微調繼電器的時間特性。
在圖1.22所示的繼電器中,當其線圈接通或斷開電源時,鐵芯中的磁通發生變化,在銅線圈架中產生比較大的感應電流(渦流),感應電流所產生的磁通阻止原磁通的變化,使鐵芯中的磁通變化減慢,從而使繼電器緩吸緩放。在具體電路中,最多利用的是它的緩放特性。值得注意的是,同樣的繼電器在不同的工作電壓下,緩放時間是不同的,如JWXC-H340型繼電器在18V時緩放時間為0.45s,而在24V時為0.5s。
②構成緩放電路以獲得繼電器的緩放
構成緩放電路以獲得繼電器的緩放的方法有:提高繼電器端電壓使其快吸;與繼電器線圈串聯RC并聯電路使其快吸[圖1.22(a)];在繼電器線圈兩端并聯電阻或二極管使其緩放[圖1.22(b)、(c)];短路繼電器一個線圈使其緩放等。采用最廣的方法是在繼電器線圈兩端并聯RC串聯電路,使繼電器緩吸緩放[圖1.22(d)]。在繼電器斷電時,依靠電容器C的放電,使繼電器緩放。
緩放時間長短與電容器的容量、放電回路中的電阻值及繼電器的釋放值有關,可通過改變C的電容量和R的電阻值來獲得所需要的緩放時間。

圖1.22 構成繼電器的緩放電路圖
AX系列常用繼電器的電氣特性及時間特性見表1.3。
表1.3 AX系列常用繼電器的電氣特性和時間特性

續上表

續上表

注:1.JWXC-H340型繼電器緩吸時間當電壓18V時不大于0.35s、24V時不大于0.3。
2.JWJXC-160型繼電器在24V時緩放時間不大于0.03s,緩吸時間不大于0.07s。
3.JWXC-H310型繼電器在24V時,緩放時間為(0.8±0.1)s,緩吸時間為(0.4±0.1)s。
4.JWXC-H1200型繼電器在24V時,緩吸時間不小于0.6s。
5.JWJXC-H125/80型繼電器是專為交流道岔改進設計的全電壓緩放繼電器。
6.JZXC-0.14型繼電器測試時應串聯12V、25W燈泡。
7.JZXC-H0.14/0.14型繼電器緩放時間的測試:外加AC220V電源,配合BX-34變壓器,負載為12V、25W燈泡及燈絲轉換繼電器,燈泡斷絲時測試緩放時間。
8.JYJXC-3000型繼電器臨界不轉極電壓應大于120V。
9.JYJXC-J3000型繼電器臨界不轉極電壓應大于160V。
10.JYJXC-X135/220型繼電器是在JYJXC-135/220型的加強接點上罩一個專用的熄電弧裝置。
11.JPXC-1000型繼電器反向不吸起電壓應大于200V。
12.JDBXC-A550/550與JDBXC-1500單閉磁繼電器局部線圈加20V電壓。
13.JDBXC-1500緩放時間t≤0.025s。
3)安全型繼電器的機械特性與牽引特性
在繼電器銜鐵的動作過程中,銜鐵上受到電磁吸引力和反作用力及接點在不同情況下的受力。電磁吸引力又稱牽引力。反作用力與之方向相反,對于安全型繼電器來說是由銜鐵(及重錘片)的重力和接點簧片的彈力組成的,所以稱為機械力。要使繼電器可靠工作,牽引力必須大于機械力,因此牽引力的大小要根據機械力來確定。
(1)機械特性
AX系列繼電器機械力的大小與接點片的數量、重錘片的數量、銜鐵的動程等有關,在銜鐵的整個運動過程中所受到的機械力不是固定不變的,而是在一個很大的范圍內變化的。也就是說,繼電器的機械力FJ是隨著銜鐵與鐵芯間的氣隙δ的變化而變化的。FJ=f(δ)的變化關系稱為繼電器的機械特性。表示這種變化關系的曲線,稱為機械特性曲線。不同類型的繼電器,其結構不同,機械特性也不同。
無極繼電器的機械特性曲線如圖1.23所示,圖中縱坐標表示銜鐵運動時所克服的機械力FJ(單位:N),橫坐標表示銜鐵與鐵芯間的工作氣隙δ(單位:mm),橫軸上線段oa代表最大氣隙δ值,oδ0代表止片厚度,aδ0代表銜鐵動程值(δa-δ0)。

圖1.23 無極繼電器的機械特性曲線
繼電器銜鐵釋放時氣隙最大,這時在銜鐵重力和動接點片的預壓力(動接點片預先向下彎曲變形所產生的彈力)的作用下,使動接,點片與后接點片間保持一定的壓力,以保證接觸良好。后接點片的預壓力與銜鐵重力及動接點片預壓力之和相平衡,銜鐵上的機械力FJ為零,在機械特性曲線上用a點表示。
當銜鐵開始運動,工作氣隙從δ0逐漸減小時,后接點片的撓度隨之逐漸減小,使得后接點片與動接點片之間的壓力逐漸減小。這時后接點片給予動接點片的作用力也逐漸減小,動接點片的撓度逐漸增大。因此,隨著氣隙的減小,機械力FJ逐漸增大,如線段ab所示。該線段的陡度由后接點片和動接點片的彈性變形決定。
當動接點與后接點剛分離時,動接點片失去了后接點片對它的作用力,使機械力突然增大,如線段bc所示。其值決定于銜鐵重量和動接點片的預壓力之和。
銜鐵繼續運動,使動接點片逐漸向上彎曲,由于動接點片的撓度加大,使動接點片對銜鐵的壓力逐漸上升,如線段cd所示。上升的陡度由動接點片的彈性變形決定。
當動接點片與前接點片接觸并使前接點片剛離開上托片時,動接點片上增加了前接點的預壓力,使機械力突然加大,如線段de所示。其值決定于動接點片的彎曲撓度所產生的彈力及前接點的預壓力之和。
為使動接點片與前接點片間接觸良好,必須要求它們之間有一定的壓力,所以銜鐵仍需運動,直至銜鐵運動完畢。在這一過程中由于動接點片和前接點片共同彈性變形,彈力增大,所以機械力較快上升,如線段ef所示。
可見,繼電器的機械特性曲線是一條折線,它表示了銜鐵運動在不同位置時的機械反作用力FJ。折線上c、e兩個折點突出向上,它們反映了銜鐵運動在這兩個位置的機械反作用力變化最大。如果繼電器的牽引力在這兩個位置均能大于機械反作用力,該繼電器就能吸起。所以c、e兩個點中的一個,一般作為確定牽引力的依據,稱為臨界點。
機械特性曲線可根據材料力學計算求得,也可通過實驗求得。
(2)牽引特性
當無極繼電器線圈上加上直流電源后,鐵芯中就產生磁通,磁通經過鐵芯與銜鐵間的氣隙δ時,對銜鐵產生電磁吸引力,稱為牽引力FQ。牽引力FQ與線圈的磁勢(線圈的匝數和所加電流的乘積IW,通常稱安匝)及氣隙大小有關。當δ一定時,FQ與安匝(IW)的平方成正比;當安匝一定時,FQ與δ的平方成反比,即FQ隨δ呈雙曲線規律而變化。牽引力FQ隨工作氣隙δ變化的關系FQ=f(δ),稱為牽引特性。牽引特性曲線如圖1.24所示。從圖中可看出,當安匝一定時,牽引力FQ隨δ的減小呈雙曲線規律急劇增大,而相同的工作氣隙,在不同的安匝下,牽引力FQ也不同,安匝大,牽引力也大。因此,不同的安匝值牽引力FQ與工作氣隙δ的牽引特性曲線也不同,安匝大,曲線FQ=f(δ)位置就高。

圖1.24 牽引特性曲線
(3)牽引特性曲線與機械特性曲線的配合圖
將機械特性曲線和一族牽引特性曲線用同一比例尺繪在同一坐標上,牽引特性曲線與機械特性曲線配合如圖1.25所示,這一族牽引特性曲線對應于不同的繼電器安匝。顯然,要使繼電器吸起,就必須要求繼電器銜鐵在整個運動過程中,牽引力處處大于或等于機械力。也就是說,牽引特性曲線必須在機械特性曲線之上,至少也要與機械特性曲線相切。如前述,機械特性曲線上的c和e點是兩個突出的折點,如果銜鐵運動到這兩點時牽引力都大于或等于機械力,那么在其他點的牽引力都能滿足要求。因此,只要根據這兩點中的任一點相切在另一點之上的牽引特性曲線,就能確定該繼電器的吸起安匝。在圖1.25中,(IW)3的牽引特性曲線不能滿足要求,因它雖與e點相切,上部分處于機械特性曲線之上,但下部分處于機械特性曲線之下,說明下部分的牽引力小于機械力,繼電器不能吸起。而與c點相切的(IW)2牽引特性曲線,除c點牽引力等于機械力外,其余都大于機械力,所以能使繼電器吸起,(IW)2就是吸起安匝。又因為c點的牽引力等于機械力,所以這個吸起安匝稱為臨界安匝,切點c稱為臨界點。為使繼電器可靠吸起動作,繼電器的安匝應大于臨界安匝,在臨界安匝上再加上一個儲備量,即乘以儲備系數K,就成為工作安匝(IW)G。
儲備系數K越大,牽引力越大,吸起時間越短。但K不能過大,K過大不但造成不必要的功率消耗,而且因吸引力過大會造成點在閉合時發生劇烈振動,影響接點穩定工作,甚至產生強烈的電弧或火花使接點損壞。K值一般為1.1~1.3。

圖1.25 牽引特性曲線與機械特性曲線配合圖
4.安全型繼電器接點
繼電器接點是繼電器的執行機構,通過接點來反映繼電器的狀態,進行電路的控制。對于繼電器接點有較高的要求,從接點材質到接點結構,從接點組數到接點容量。對頻繁通斷大電流的接點,還必須采取滅火花措施。安全型繼電器的機械特性見表1.4。
1)對接點系統的要求
在實際應用過程中,繼電器的大部分故障發生在接點系統上,因此繼電電路的可靠性在很大程度上決定于接點系統工作的可靠性。為保證繼電器的可靠工作,必須對接點系統有一定的要求,這些要求包括:
(1)接點閉合時,接觸可靠,接觸電阻小且穩定。
(2)接點斷開時,要可靠分開,接點間電阻為無窮大,即有一定的間隙。
(3)接點在閉合和斷開過程中沒有顫動。
(4)不發生熔接。
(5)耐各種腐蝕。
(6)熱導率和電導率要高。
(7)使用壽命長。
2)接點參數
(1)接點材質
對接點材質的基本要求是機械強度高、電導率和熱導率高、耐腐蝕、沸點較高、加工容易、價格適宜。
表1.4 安全型繼電器的機械特性

續上表

(2)接點電阻
接點接觸時兩導體間的連接是接觸表面間若干個接觸過渡段的結合,因此它的電阻比同樣形狀、尺寸的整個導體要大得多,這種接觸連接所形成的電阻叫做接觸電阻。接點電阻與接點材料、接點間壓力、接點的接觸形式、接點間電壓降、溫度及化學腐蝕、電腐蝕等因素有關。
接點電阻由接觸電阻及接點本身的電阻兩部分組成。
由于接觸電阻的存在,使通過接點的電流在接觸過渡區產生功率損失,使得接點發熱。接點發熱后增大了材料的電阻率,減低了機械強度。由于發熱和散熱是同時進行且取得平衡的,所以接點通電后,能產生一定的溫升(接點溫度與周圍環境溫度之差),使接點電阻和機械強度保持在一定范圍內。
總的要求是盡量減小接點電阻,以避免過高的接點溫升與電壓降,因此對接點電阻均要提出不允許超過的電阻值。
(3)接點壓力
接觸點之間的壓力和材質,在很大程度上決定著接點電阻的大小。開始接觸的瞬間,接點壓力加在為數不多的接觸點上,這些接觸點被壓平,使兩接觸表面更加接近一些,產生一些新的接觸點,總的接觸電阻就會降低。但當壓力達到某數值時,再增大壓力,也不會使接點電阻有明顯減小。
接點間存在壓力,接點支撐件(接點彈片等,一般采用彈性元件)能產生彈性變形,避免因振動等因素造成接觸分離,所以對接點壓力有明確的最低值。
(4)接點齊度
同一繼電器的所有接點用于電路中,理論上要求同時接觸。但在接點系統的生產過程中,從工藝上不可能做到沒有誤差,因而接點很難做到完全同時接觸。繼電器各組接點同時接觸的誤差稱為接點不齊度,要求其越小越好。
(5)接點間隙
在動接點和靜接點開始分離的瞬間,接點間產生很高的電場,在接點間隙中的自由電子在此電場力的作用下從陰極向陽極高速移動,這樣就產生了接點間的電弧。另外,這些電子與氣體中的自由電子撞擊,使氣體電離,進一步使電弧加劇。電弧的產生使接點迅速氧化和點燃,加速接點的損耗,縮短使用壽命。但當接點間隔增大后,拉長了電弧,可使電弧熄滅。此外,接點間隙小,雷電效應亦可能使接點間產生放電現象,故要求接點間有足夠大的間隙。
(6)接點滑程
接點表面的腐蝕、氧化和灰塵等對接觸電阻有很大影響,為了保證接點的可靠工作,當接點開始接觸后,要求接點相互之間有一定程度的位移,該位移叫做接點滑程。
3)接點容量
繼電器接點所允許通過的最大電流稱為接點容量,繼電器使用時嚴禁超出接點允許容量,以保證各類接點達到規定的接點壽命動作次數。超出接點容量使用時,而造成接點接觸面拉弧燒損,使接點接觸電阻增大,壽命縮短,嚴重時造成器材或設備燒損。
安全型繼電器的接點容量見表1.5。
4)接點材料
一般繼電器要求接點材料的電阻率小,抗壓強度低,而且選用不易氧化或其氧化物電阻率小的材料。因為,接觸材料電阻率越小,接點本身的電阻越小,接觸電阻越小;材料的抗壓強度越小,在一定的接點壓力下,接觸面積就越大,接觸電阻越小。
表1.5 安全型繼電器的接點容量

銀的電阻率最低,銀的氧化膜的電導率與純銀幾乎相等且抗壓強度不高,因此幾乎所有類型的繼電器,都采用銀和銀合金作為接點材料。對控制大電流和高電壓的接點,應選擇耐電腐蝕和難熔的材料,例如鎢和金屬陶瓷等。鎢熔點高,硬度也很高,不會熔合,幾乎沒有機械磨損,耐電腐蝕能力強,但它在大氣中易氧化。大部分金屬陶瓷是由兩種互相不能熔成合金的成分,用金屬陶制法(粉末冶金法)制成的。它磨損小,熔點非常高,耐電腐蝕能力強,不易熔合,導電導熱性能好,很適宜作為接點材料。銀氧化鎘就是其中的一種,其基本物質為銀(80%~85%),起導電作用,氧化鎘(12%~15%)起導熱作用,獲得了最佳配合。它在高溫下(990℃)還能以爆炸形式分解出氧與鎘的蒸汽,起到對電弧的吹動和消除游離的效應,形成自動吹弧作用,提高了接點的熄弧性能。特別是它與銀接點配合使用時,具有防粘連、接觸電阻小等特點。
安全型繼電器的普通接點、靜接點常用銀或銀氧化錫制成,動接點用銀氧化錫制成。加強接點的靜接點、動接點均用銀氧化鎘制成。
《鐵路信號維修規則技術標準Ⅰ》規定,普通接點的接觸電阻,銀—銀應不大于0.03Ω,銀—銀氧化鎘應不大于0.05Ω,銀—銀碳應不大于0.3Ω,銀氧化鎘—銀氧化鎘應不大于0.1Ω。加強接點的接觸電阻,銀氧化鎘—銀氧化鎘應不大于0.1Ω。
5)接點的接觸形式
接點的接觸形式有面接觸、線接觸和點接觸三種,如圖1.26所示。從表面上看,面接觸的接觸面最大,接觸電阻最小。但實際上并非如此,由于接點的接觸面稍有歪斜,兩個接點的接觸面就不能全面接觸,往往只能在一個點或一個不大的面積上接觸,因此接觸電阻仍然較大。而且接觸的部分每次閉合都有不同,加上接點表面的氧化物層自動凈化不良,所以接觸電阻很不穩定。線接觸的壓力比較集中,在接點閉合和斷開過程中,線接觸的接點表面能沿另一接點表面滑動,表面氧化層和灰塵會自動脫落,起到自動凈化的作用,使接觸電阻減小,而且接觸電阻也較穩定。點接觸壓力最為集中,接觸電阻也最穩定,但接觸電阻大,散熱面積小,溫升高,只適用于小功率的控制電路中。

圖1.26 接點的接觸形式
如JWXC型無極繼電器的接點采用點接觸方式。在接點簧片的端部開一條0.5mm寬的細長槽口,在槽的兩邊各焊一個銀接點(由直徑1.5mm的銀絲制成,銀接點單元如圖1.27所示)。它與動、靜接點一起構成點接觸方式且形成一個簧片上有兩個接觸點的并接接觸方式,大大提高了觸頭接觸的可靠性。
JYJXC-135/220型加強接點有極繼電器,為滿足通斷較大電流的需要,除了加強接點片厚度外,接點采用面接觸方式。

圖1.27 銀接點單元(單位:mm)
6)接點的滅火花電路
為了提高接點的使用壽命,應設法避免接點間發生火花。發生火花的原因,是接點控制電路中有電感元件,電感元件中儲存著磁場能量,當接點斷開時往往以高電壓擊穿空氣隙,將這些能量出現在接點之間,形成火花放電(但此時,因電流未達到電弧臨界電流I0,不會產生電弧)。要消滅接點火花,必須采取措施將這部分磁場能量引出,不使它出現在接點上,使接點間的電壓低于擊穿空氣的電壓,那么接點間的火花即可消滅。具體方法一般采用滅火花電路,總的原理是利用滅火花電路溝通電感負載所產生的感應電流回路,以降低自感電勢,并把磁場能量消耗在回路中的電阻上,這樣接點間的電壓就可能降低到不能擊穿空氣隙,避免接點火花的出現。
滅火花電路如圖1.28所示,分別為滅火花電阻與電路電感元件并聯、滅火花二極管與電路電感元件并聯、滅火花電阻電容與電路電感元件并聯、滅火花電阻與接點并聯、滅火花電阻電容與接點并聯。滅火花電阻電容與接點并聯是最常用的方法,在接點斷開瞬間,電感負載所產生的感應電流流經并聯在接點上的電容和電阻串聯電路,使接點上的電壓降至擊穿空氣隙的電壓之下,而避免發生火花。此時,磁場能量消耗在回路電阻上。

圖1.28 滅火花電路
7)熄滅接點電弧當電路中的電流較大時(大于產生電弧的臨界電流I0)時,接點斷開過程中,由于在強大電場作用下從負極發出的電子具有足夠大的能量使氣體電子發生強烈游離,就在接點間產生電弧。電弧溫度很高,會引起接點材料的蒸發與噴濺,更增加了接點的電腐蝕,同時還引起接點表面的氧化。必須設法熄滅接點電弧。
電弧在接點間燃燒時,對電路來說具有一定的電阻值,使電路繼續保持接通狀態。要使電弧自行熄滅,就必須使電流值的增長率小于零,電流逐漸減小至零。要保證這一點,有兩條途徑:限制電路功率和增大接點間隙距離。限制電路功率,可使電流值達不到臨界電流,但不是任何情況下都能采用的。單純增大接點間距離熄弧效果有限。于是,在接點組數有多余的情況下,可采用幾組接點串聯的方法。串聯幾組接點,增大了接點間距離,也提高了電弧臨界電壓,有較好的熄弧效果。
最常用的則是磁吹弧,這種方法是利用磁場的電磁力把電弧拉長,起到增大接點間距離的作用,使電弧拉長到加在接點間的電壓不足以維持電弧燃燒所需的電壓而自行熄滅。磁吹弧法是在接點上加裝一塊永久磁鋼,永磁磁通經過接點間的氣隙構成磁回路。接點斷開時在接點之間產生電弧,實際上就是電子和離子在接點間的移動。當接點間產生電弧時,電子和離子上就要受到永磁的電磁力,使電弧吹得向外拉長,最后使電弧自行熄滅。磁吹弧示意圖如圖1.29所示。

圖1.29 磁吹弧示意圖
磁吹弧的方向根據左手定則確定,磁吹弧方向示意如圖1.30所示。此時要求通過接點電流的方向,應符合使接點間電弧向外吹的原則。否則,向內吹弧,非但不會熄滅電弧,還會造成接點的損傷。

圖1.30 磁吹弧方向示意圖
因此,加強接點上用磁吹弧的繼電器,如JWJXC-480、JWJXC-H125/0.44、JWJXC-H125/0.13、JYJXC-135/220等都規定了接點的正負極性,使用中要注意磁吹弧的方向。這樣,接點電流產生的磁場方向與磁鋼的磁場方向一致,還保證不會產生對磁鋼的去磁作用。
用永久磁鋼作磁吹弧有許多優點:可節省銅線和絕緣材料,滅弧系統結構簡單;滅弧功能較穩定;沒有電能消耗;可使接點開距縮小。
5.安全型繼電器檢修
1)檢修目的
克服設備缺點,防止因器材不良造成設備故障,確保安全型信號繼電器運用質量符合技術標準。
2)檢修作業內容
(1)外部清掃與檢查,封栓是否完整無缺,外罩有無破損,用毛刷、白布清掃灰塵。
(2)檢修前測試,測試電氣特性,并做好記錄。
(3)內部檢查與擦洗,檢查與擦洗磁路各單元表面及接點系統單元。
(4)磁路與接點按標準進行調整。
(5)檢修中測試電氣特性、時間特性,用安全型繼電器測試臺測試各項參數。
(6)恒溫處理,鞏固調修質量。
(7)動作試驗與微調,檢查調修后的繼電器質量。
(8)檢修后再次檢查,以提高安全性、可靠性,用安全型繼電器綜合測試臺測試各項電氣特性、時間特性參數。
(9)驗收及加封,按《鐵路信號維護規則技術標準》驗收。
3)作業材料、工具
調簧鉗、什錦銼、活口扳手、套筒扳手、各種測力計、小鐵墩子、雙頭扳手、小手錘、接點片調整器全套、接點爪調整器、托片調整器、量角器、塞規、電烙鐵、鑷子、直鋼尺、放大鏡、鐵芯緊固扳手、啟封小螺絲刀、白布帶、白綢帶、金相砂紙、水砂紙、酒精、毛刷、橡皮、螺絲刀、繼電器測試臺。
4)檢修作業程序
(1)準備工作
檢修用工具,測試用表,檢修用料,檢修卡片。
(2)啟封前檢查
①啟封前通過透明罩殼檢查內部有無異物。
②檢查罩殼及底座有無破損、老化、變形。
③封印是否完好。
④繼電器外部是否清掃干凈。
(3)檢修前測試
①釋放值——將線圈接入正向電壓或電流,逐漸升高至充磁值,然后逐漸降低到全部動合接點斷開時的最大電壓或電流值。降時速度不能太快,接近釋放值時更要緩慢。
②工作值——繼續將線圈電壓或電流降至零,斷開電路1s,然后正向閉合電路,從零逐漸升高電壓或電流直到銜鐵止片與鐵芯接觸及全部動合接點閉合,并滿足規定接點壓力時的最小電壓或電流值。升高時不能太快,特別是接近工作值時。完全吸起是指銜鐵止片和鐵芯極靴面完全接觸。
③反向工作值——逐漸升高線圈正向電壓或電流至充磁值,再下降到零,斷開電路1s,改變電源極性,逐漸升高電壓或電流直到銜鐵止片與鐵芯接觸及全部動合接點閉合,并滿足規定接點壓力時的最小電壓或電流值。升高時不能太快,特別是接近工作值時。完全吸起是指銜鐵止片和鐵芯極靴面完全接觸。
④緩放時間——向繼電器線圈通以額定值,從繼電器斷電起至中接點和上接點斷開所需的時間。
⑤吸起時間——向繼電器線圈通以額定值始至中接點和上接點閉合所需時間。
⑥測試線圈電阻——5Ω以下用電橋測試:誤差≤±5%;5Ω以上用1.0級歐姆表測試:誤差≤±10%。測試的電阻值換算為+20℃時允許誤差,可按下列公式換算:
R=Rt/1+a(t-20)
式中 R——線圈在+20℃時的電阻值,Ω;
Rt——室溫下測得線圈電阻值,Ω;
t——測試時的環境溫度,℃;
a——銅的電阻溫度系數,0.0041/℃。
⑦測試接點電阻——用電流電壓法,即通過接點電流0.5A,測接點壓降。普通接點:(銀-銀)不大于0.03Ω;(銀-銀氧化鎘)不大于0.05Ω。加強接點:(銀氧化鎘-銀氧化鎘)不大于0.10Ω。
⑧絕緣電阻——用500V絕緣電阻表測線圈對支架、鐵芯、接點間電阻;接點之間對支架、鐵芯間電阻絕緣電阻均應大于100MΩ。對發現的主要問題進行記錄,不符合質量標準的應在檢修時解決。
(4)繼電器檢修調試
①啟封、打開外罩。
②內部檢查清洗。
a.線圈系統
(a)線圈架要求完整、無破損。
(b)線圈引線及焊片:要求引線無假焊、無斷股、無老化,塑料套管(或防火套管)套設焊片及引線線頭露出部分,套管必須可靠套牢不會松出,焊片無裂紋。
(c)檢查時同時清洗。
b.磁路系統
(a)鋼絲卡應鍍層完好,無裂紋,彈力充足,放置平臺上所有部分應與平臺密貼,起碼三點在一個平面上。
(b)鋼絲卡應無影響銜鐵正常活動的別勁現象。
(c)鐵芯應不松動、安裝正直、鍍層完好、極靴面平整兩孔眼無毛刺。
(d)檢查時同時清洗。
(e)鐵芯的極靴間應無黏性的臟物殘留。
(f)軛鐵應無裂紋、刀刃良好、鍍層完好。
(g)止片應無裂紋、無毛刺,銜鐵組裝不活動;止片與鐵芯接觸面應大于2/3。
(h)銜鐵應鍍層完好,無扭曲變形,拉軸不彎、無過甚磨耗。
(i)銜鐵安裝應使銜鐵動作靈活、不呆滯;與軛鐵軸向游程小于0.2mm;止片與極靴面密貼;銜鐵應全部蓋住極靴。
c.卸下底座,取下防塵墊
(a)檢查接點插片間應無異物。
(b)檢查接點組及各部螺絲應緊固、不松動。
(c)檢查各單元及底座膠木應無裂紋、無破損。
(d)調整插片、防塵墊及底座。
(e)要求插片光潔無污物。
(f)清掃接點插片,插片應平直,排列、間隔應均勻,伸出底座外應不小于8mm。
(g)當插片伸出底座不足8mm時,原因可能是接點組安裝不平行度大,造成插片前后錯位,應松開接點組螺絲校正。
d.接點系統
(a)接點片及托片應無傷痕、硬彎,鍍層完好。
(b)接點觸頭應無裂紋、假焊、漏焊。
(c)接點位置,前、后接點應在動接點的中間,距邊緣應大于1mm;前、后接點伸出動接點應大于1.2mm。
(d)接點拉桿、軸及絕緣軸:拉桿應平直,垂直于銜鐵、距銜鐵槽口邊緣大于0.5mm,無明顯前傾后仰;動接點軸不彎曲,應能自由放進和取出絕緣軸,絕緣軸無破損,與拉桿垂直無縫隙、與拉桿配合動作靈活。
(e)裝好防塵墊及底座,插片伸出底座不少于8mm。
(f)底座螺絲應緊固,型別蓋正確。
(g)檢查繼電器整體動作:手推銜鐵或通電檢查應動作靈活不呆滯。
(h)取下鋼絲卡和裝上鋼絲卡時,下接點壓力無明顯變化;裝上鋼絲卡銜鐵不應晃動。
(i)用酒精和白綢布擦去接點各部的氧化物;接點片、托片應明亮有光澤。
(j)用金相砂紙擦去接點面燒損痕跡;接點面應平整、無氧化物及燒損痕跡。
(5)磁路與接點系統調整
①接點片調整應平直無彎背扭曲、根部無痕跡。
②嚴禁根部調整。
③接點壓力:前接點不小于250mN,后接點不小于150mN,同類接點壓力差小于或等于30mN。
④接點間隙:≥1.3mm。
⑤托片間隙:≥0.35mm。
⑥接點不齊度:≤0.2mm。
⑦銜鐵重錘與下止片之間的間隙在0.3~1mm。
(6)檢修中測試
①測試釋放值、工作值應符合原部頒標準。
②當測試不合格時,應查明原因處理后再測;本項為檢修者調試測試,不需記錄。
(7)恒溫處理
①將繼電器放入恒溫箱內進行恒溫處理。
②恒溫箱溫度置60℃。
③恒溫時間為24h。
5)動作試驗及微調
(1)檢修好的繼電器進行動作試驗。
(2)經恒溫與動作試驗后的繼電器,有可能產生緊固零件的局部松動,接點的微小變化,應進行微調。
(3)緊固各部螺絲,并根據要求點防松磁漆。
(4)微調接點組,以校正恒溫、動作試驗后的微小變形;若變形過甚,應重新調整。
6)自驗、抽驗
(1)檢修后的測試:通過安全型繼電器測試臺,檢查測試繼電器各項機械特性、電氣特性、時間特性參數,確認合格后數據存儲并上傳服務器。
(2)檢查是否使用阻燃外罩,若不是進行更換。
(3)將檢修合格繼電器交付驗收員驗收。
(4)工長對交驗器材進行抽驗。
7)專職驗收,加封入庫
(1)通過智能測試臺驗收,對交驗的繼電器機械特性、電氣特性、時間特性進行驗收,確認各項指標均合格。
(2)經檢驗不合格的繼電器退回檢修者重檢,待克服缺點后重新交付驗收。
(3)檢驗合格的繼電器,確認良好后上罩加封入庫。
(4)底座螺絲應緊固,型別蓋正確。
8)設備定位出所
(1)系統管理員打印出所合格證。
(2)設備復查并粘貼合格證,定位出所。