1.4 繼電器

繼電器是一種常用的控制電器，當繼電器的輸入量（如電流、電壓、時間或其他物理量）變化到預定值時，使被控量發生預定的突變（如接通或斷開），起控制、保護、調節及傳遞信息等作用。

繼電器種類較多，按用途分為控制和保護繼電器；按動作原理分為電磁式、感應式、電動式、電子式、機械式和熱繼電器；按輸入量分為電流、電壓、時間、速度及壓力繼電器；按動作時間分為瞬時、延時繼電器。下面介紹幾種常用繼電器。

1.4.1 電磁式繼電器

電磁式繼電器廣泛用于電力拖動系統中，起控制、放大、聯鎖、保護和調節作用。電磁式繼電器的結構和工作原理與接觸器基本相同，也由電磁機構和觸點系統組成。但接觸器只對電壓變化作出反應，而繼電器可對相應的各種電量或非電量作出反應。接觸器一般用于控制大電流電路，其主觸點額定電流不小于5A，而繼電器一般控制小電流電路，其觸點額定電流不大于5A。電磁式繼電器按動作原理分為電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器和時間繼電器。

1.電流繼電器

反映輸入量為電流的繼電器稱為電流繼電器。使用時，將電流繼電器的線圈串聯在被測電路中，根據通過線圈電流值的大小而動作。電流繼電器線圈的導線粗、匝數少、線圈阻抗小。電流繼電器分為過電流繼電器和欠電流繼電器。當繼電器中的電流高于某整定值時動作的繼電器為過電流繼電器，通過正常工作電流時，銜鐵釋放，用于頻繁和重載起動場合，作為電動機和主電路的短路和過載保護。當繼電器中的電流低于某整定值釋放的繼電器為欠電流繼電器，通過正常工作電流時，銜鐵吸合，觸點動作，一般用于直流電動機欠勵磁保護。

過電流繼電器和欠電流繼電器的結構和動作原理相似，故只介紹過電流繼電器。其結構如圖1-11所示。電磁系統為拍合式，圖1-11中7所示的鐵心和鐵軛為一整體，減少了非工作氣隙；圖中8所示極靴為一圓環套在鐵心端部；圖中6所示銜鐵被制成板狀，繞棱角轉動；當線圈不通電時，銜鐵靠反作用（圖中所示2）彈簧作用而打開。過電流繼電器在正常工作時，電磁吸力不足以克服反力彈簧的吸力，銜鐵處于釋放狀態；當線圈電流超過某一整定值時，銜鐵吸合，觸點動作。而欠電流繼電器在線圈電流正常時銜鐵是吸合的，當電流低于某一整定值時釋放，觸點復位。

圖1-11 過電流繼電器結構圖

1—底座 2—反作用彈簧 3、4—調節螺釘 5—非磁性墊片 6—銜鐵 7—鐵心 8—極靴 9—電磁線圈 10—觸點系統

圖1-12所示為電流繼電器的符號。電流繼電器的技術參數如下。

1）動作電流I_q。使電流繼電器開始動作所需的電流值。

圖1-12 電流繼電器的符號

a）過電流繼電器 b）欠電流繼電器

2）返回電流I_f。電流繼電器動作后返回原狀態時的電流值。

3）返回系數K_f。返回值與動作值之比，即K_f=I_f/I_q。

2.電壓繼電器

反映輸入量為電壓的繼電器稱為電壓繼電器。使用時，將電壓繼電器的線圈并聯在被測電路中，根據線圈兩端電壓的大小接通或斷開電路。電壓繼電器線圈的匝數多、導線細。電壓繼電器分為過電壓繼電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器，常用于交流電路中作過電壓、欠電壓和失電壓保護。電壓繼電器的結構、原理和內部接線與電流繼電器類同，不同之處在于它反映的是電路中的電壓。

圖1-13所示為電壓繼電器的符號。

3.中間繼電器

中間繼電器是用來增加控制電路中的信號數量或將信號放大的繼電器。其實質是一種電壓繼電器，結構和工作原理與接觸器相同。中間繼電器觸點數量較多，沒有主輔之分，各對觸點允許通過的電流大小相同，多數為5A。因此，對于工作電流小于5A的電氣控制電路，可用中間繼電器代替接觸器實施控制。

圖1-13 電壓繼電器的符號

a）過電壓繼電器 b）欠電壓繼電器

常用的中間繼電器有JZ8系列。JZ8為交直流兩用，其觸點的額定電流為5A，可用于直接起動小型電動機或接通電磁閥、氣閥線圈等。

1.4.2 熱繼電器

熱繼電器是利用流過繼電器的電流所產生的熱效應而反時限動作的繼電器，主要用于電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡運行保護和對其他電氣設備發熱狀態的控制。熱繼電器有多種型式，其中常用的熱繼電器如下所述。

1）雙金屬片式。利用雙金屬片受熱彎曲，以推動杠桿使觸點動作。

2）熱敏電阻式。它是利用電阻值隨溫度變化的特性制成的熱繼電器。

3）易熔合金式。它利用過載電流發熱使易熔合金熔化（當易熔合金達到某一溫度時）而使繼電器動作。

上述3種熱繼電器以雙金屬片式用得最多。

1.熱繼電器的結構及工作原理

熱繼電器主要由發熱元件、雙金屬片、觸點及動作機構等部分組成。雙金屬片是熱繼電器的感測元件，由兩種不同熱膨脹系數的金屬片壓焊而成，其結構原理如圖1-14a所示。將兩個（或3個）主雙金屬片上繞電阻絲作為發熱元件串聯在電動機主電路中，常閉觸點串聯在控制電路的接觸器線圈回路中。當電動機正常運行時，熱元件產生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但不足以使繼電器動作。當電動機過載時，熱元件流過大于正常的工作電流，溫度增高，使雙金屬片彎曲加劇，經過一定時間后，雙金屬片推動導板，帶動繼電器常閉觸點斷開，切斷電動機控制電路，使電動機停轉，達到過載保護的目的。只有待雙金屬片冷卻后，才能使觸點復位。復位有手動復位（2min）和自動復位（5min）兩種。

熱繼電器還具有補償雙金屬片，其彎曲方向與主雙金屬片的彎曲方向一致，使熱繼電器的動作性能在-30～40℃基本不受周圍介質溫度變化的影響。圖1-14b所示是具有斷相保護的差動導板結構圖。當電動機發生一相斷線故障時，與該相串聯的補償雙金屬片逐漸冷卻后移，帶動圖中所示7內導板向右移，而外導板仍在未斷相的雙金屬片推動下向左移，這樣通過杠桿產生了差動作用，使熱繼電器在斷相故障時加速動作，以保護電動機。

圖1-14 熱繼電器結構原理圖和符號

a）結構原理圖 b）差動導板結構圖 c）符號 1—電流調節凸輪 2a、2b—片簧 3—手動復位按鈕 4—弓簧片 5—主雙金屬片 6—外導板 7—內導板 8—常閉靜觸點 9—動觸點 10—杠桿 11—常開靜觸點（復位調節螺釘） 12—補償金屬片 13—推桿 14—連桿 15—壓簧

圖1-14c所示為熱繼電器的符號。

2.熱繼電器的使用與選擇

熱繼電器和熔斷器在電動機電路中的保護作用是不同的。熱繼電器只作長期過載保護，熔斷器作短路保護，而一個較完整的保護電路，應該兩種保護都具有。

熱繼電器的整定電流為長期流過熱元件而不致引起熱繼電器動作的最大電流。整定電流靠凸輪調節，以便與控制的電動機相配合，一般調節范圍是熱元件額定電流值的66%～100%。例如，熱元件的額定電流為16A的熱繼電器，整定電流在10～16A可調。

熱繼電器的選擇應滿足： I_eR≥I_ed （1-2）

式中，I_eR為熱繼電器熱元件的額定電流，I_ed為電動機的額定電流。

常用熱繼電器有JR0、JR10和JR20等系列。一般情況下選兩相結構的熱繼電器，當電網均衡性較差時，可選三相結構的熱繼電器。對△聯結的電動機，應選擇帶斷相保護的熱繼電器。

1.4.3 時間繼電器

時間繼電器按照所需時間間隔，接通或斷開被控制的電路，以協調和控制生產機械的各種動作，它是按整定時間長短進行動作的控制電器，用在需要按時間順序進行控制的電氣控制電路中。

時間繼電器種類很多，按構成原理分為電磁式、電動式、空氣阻尼式、晶體管式和數字式等。按延時方式分為通電延時型和斷電延時型。電動式時間繼電器（JS10、JS11、JS17系列）精確度高，且延時時間可以調整得很長（幾分鐘到數個小時），但價格較貴，結構復雜，壽命短；電磁式時間繼電器（JT3系列）結構簡單，價格便宜，但延時時間較短（0.3～5.5s），且體積和重量較大；晶體管式時間繼電器（JS20系列）精度高、延時長、體積小和調節方便，可集成化、模塊化，廣泛用于各種場合；數字式以時鐘脈沖為基準，其精度高、設定方便、體積小和讀數直觀。而空氣阻尼式時間繼電器（JS7系列），具有結構簡單、延時范圍較大（0.4～180s）、壽命長和價格低等優點。下面僅介紹空氣阻尼式時間繼電器。

空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼的原理制成的，根據觸點延時的特點，分為通電延時型和斷電延時型兩種。圖1-15a所示為空氣阻尼通電延時型時間繼電器的結構原理圖，主要由電磁系統、工作觸點、氣室和傳動機構4部分組成。當線圈通電時，動鐵心和固定在動鐵心上的托板被鐵心電磁引力吸引而下移。這時固定在活塞桿上的撞塊因失去托板的支托在彈簧作用下也要下移，但由于當與活塞桿相連的橡皮膜也跟著向下移動時，受進氣孔進氣速度的限制，橡皮膜上方形成空氣稀薄的空間，與下方的空氣形成壓力差，對活塞桿下移產生阻尼作用，所以活塞桿和撞塊只能緩慢地下移。經過一段時間后，撞塊才觸及微動開關的推桿，使常閉觸點斷開、常開觸點閉合，起通電延時作用。從線圈通電開始到觸點完成動作為止的時間間隔就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可通過延時調節螺釘來調節空氣室進氣孔的大小來改變，延時范圍有0.4～60s和0.4～180s兩種。

圖1-15 空氣阻尼通電延時型時間繼電器的結構原理圖

a）通電延時型 b）斷電延時型 1—鐵心 2—線圈 3—銜鐵 4—反力彈簧 5—推桿1 6—活塞桿 7—寶塔型彈簧 8—弱彈簧 9—橡皮膜 10—螺旋 11—調節螺釘 12—進氣口 13—活塞 14、16—微動開關 15—杠桿 17—推桿2

當線圈斷電時，電磁吸力消失，動鐵心在反力彈簧作用下釋放。帶動托板和活塞桿向上移，橡皮膜上方氣室內的空氣通過單向閥的出氣孔迅速排掉，使微動開關迅速復位。以上原理為通電延時型，當將電磁系統翻轉180°安裝時，即為斷電延時型，如圖1-15b所示。

時間繼電器的觸點系統有瞬時觸點和延時觸點，都有常開、常閉各一對。其文字符號為KT，時間繼電器的圖形符號如圖1-16所示。

空氣阻尼式時間繼電器的缺點是，延時誤差大（±10%～±20%），無調節刻度指示，難以精確地設定延時值。在對延時精度要求高的場合，不宜使用這種時間繼電器。

圖1-16 時間繼電器的圖形符號

a）線圈一般符號 b）通電延時線圈 c）斷電延時線圈 d）通電延時閉合動合（常開）觸點 e）通電延時斷開動斷（常閉）觸點 f）斷電延時斷開動合（常開）觸點 g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點 h）瞬動觸點

時間繼電器的選擇主要依據延時方式（通電延時或斷電延時）、延時時間和精度要求以及吸引線圈的電壓等級幾項。

1.4.4 速度繼電器

速度繼電器用于把轉速的快慢轉換成電路通斷信號，與接觸器配合完成對電動機的反接制動控制，也稱為反接制動繼電器。速度繼電器的外形、結構和符號如圖1-17所示。它主要由轉子、定子和觸點3部分組成。轉子是一個圓柱形永久磁鐵，固定在轉軸上，轉子軸與電動機軸直接相連，隨電動機軸一起轉動。定子結構與籠型異步電動機的轉子相似，由硅鋼片疊成一籠型空心圓環，并裝有籠型短路繞組。觸點由兩組轉換觸點組成，一組在轉子正轉時動作，另一組在轉子反轉時動作。當電動機旋轉時，帶動速度繼電器的轉子轉動，在空間產生一個旋轉磁場，在定子籠型短路繞組上產生感應電流，并在旋轉磁場作用下產生電磁轉矩，使定子隨轉子轉動的方向偏轉。當定子偏轉到一定角度時（實際上受簧片的限制，定子只能轉過一個不大的角度），帶動擺錘，推動簧片和動觸點，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。當轉子的轉速低于某一值時，定子產生的轉矩減小，定子擺幅減小，觸點在簧片作用下復位。

一般速度繼電器的動作轉速為120r/min，復位轉速為100r/min以下。

圖1-17 速度繼電器的外形、結構和符號圖

a）外形 b）結構 c）符號 1—螺釘 2—反力彈簧 3—常閉觸點 4—動觸點 5—常開觸點 6—返回杠桿 7—擺桿 8—定子導體 9—定子圓環 10—轉軸 11—轉子

常見速度繼電器的故障是電動機停車時不能制動停轉，可能原因有觸點接觸不良，擺錘斷裂，若發生此故障，則無論轉子怎樣轉動觸點都不動作，此時只需更換一擺錘或觸點即可。