1.4 繼電器

繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號(hào)的變化而接通或斷開控制電路實(shí)現(xiàn)控制目的的電器。繼電器的輸入信號(hào)可以是電流、電壓等電量，也可以是溫度、速度、時(shí)間、壓力等非電量，而輸出通常是觸點(diǎn)的接通或斷開。繼電器一般不用來(lái)直接控制有較大電流的主電路，而是通過(guò)接觸器或其他電器對(duì)主電路進(jìn)行控制。因此，同接觸器相比較，繼電器的觸點(diǎn)斷流容量較小，一般不需滅弧裝置，但對(duì)繼電器動(dòng)作的準(zhǔn)確性則要求較高。

繼電器的種類很多，按其用途可分為控制繼電器、保護(hù)繼電器、中間繼電器；按動(dòng)作時(shí)間可分為瞬時(shí)繼電器、延時(shí)繼電器；按輸入信號(hào)的性質(zhì)可分為電壓繼電器、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；按工作原理可分為電磁式繼電器、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；按輸出形式可分為有觸點(diǎn)繼電器、無(wú)觸點(diǎn)繼電器。下面介紹幾種常用的繼電器。

1.4.1 熱繼電器

電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常常遇到過(guò)載的情況。若過(guò)載電流不太大且過(guò)載時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)繞組溫升不超過(guò)允許值，這種過(guò)載是允許的。但若過(guò)載電流大且過(guò)載時(shí)間長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)繞組溫升就會(huì)超過(guò)允許值，這將會(huì)加劇繞組絕緣的老化，縮短電動(dòng)機(jī)的使用年限，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組燒毀，這種過(guò)載是電動(dòng)機(jī)不能承受的。因此，常用熱繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。

1.結(jié)構(gòu)

熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點(diǎn)三部分組成，其外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖1-15所示。

2.工作原理

熱繼電器的工作原理如圖1-16所示。圖中熱元件是一段電阻不大的電阻絲，接在電動(dòng)機(jī)的主電路中。雙金屬片是由兩種受熱后有不同熱膨脹系數(shù)的金屬碾壓而成的，其中下層金屬的熱膨脹系數(shù)大，上層的小。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，流過(guò)熱元件的電流增大，熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片中的下層金屬的膨脹變長(zhǎng)速度大于上層金屬的膨脹速度，從而使雙金屬片向上彎曲。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，彎曲位移增大，使雙金屬片與扣扳分離（脫扣）。扣扳在彈簧的拉力作用下，將常閉觸點(diǎn)斷開。常閉觸點(diǎn)是串接在電動(dòng)機(jī)的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動(dòng)機(jī)的主電路。若要使熱繼電器復(fù)位，則按下復(fù)位按鈕即可。熱繼電器就是利用電流的熱效應(yīng)原理，當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)不能承受的過(guò)載時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)電源電路，是為電動(dòng)機(jī)提供過(guò)載保護(hù)的保護(hù)電器。

由于熱慣性，當(dāng)電路短路時(shí)，熱繼電器不能立即動(dòng)作使電路立即斷開。因此，在控制系統(tǒng)主電路中，熱繼電器只能用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，而不能起到短路保護(hù)的作用。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或短時(shí)過(guò)載時(shí)，熱繼電器也不會(huì)動(dòng)作，這可避免電動(dòng)機(jī)不必要的停車。

3.選用

熱繼電器型號(hào)的選用應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的接法和工作環(huán)境決定。當(dāng)定子繞組采用星形接法時(shí)，選擇通用的熱繼電器即可；如果繞組為三角形接法，則應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。在一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；在電網(wǎng)電壓的均衡性較差、工作環(huán)境惡劣或維護(hù)較少的場(chǎng)所，可選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。

4.整定

熱繼電器動(dòng)作電流的整定主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)確定。熱繼電器的整定電流是指熱繼電器長(zhǎng)期不動(dòng)作的最大電流，超過(guò)此值即開始動(dòng)作。熱繼電器可以根據(jù)過(guò)載電流的大小自動(dòng)調(diào)整動(dòng)作時(shí)間，具有反時(shí)限保護(hù)特性。一般過(guò)載電流是整定電流的1.2倍時(shí)，熱繼電器動(dòng)作時(shí)間小于20 min；過(guò)載電流是整定電流的1.5倍時(shí)，動(dòng)作時(shí)間小于2 min；過(guò)載電流是整定電流的6倍時(shí)，動(dòng)作時(shí)間小于5 s。熱繼電器的整定電流通常與電動(dòng)機(jī)的額定電流相等或是額定電流的0.95～1.05倍。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是沖擊性負(fù)載或電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，熱繼電器整定電流要比電動(dòng)機(jī)額定電流高一些。但對(duì)于過(guò)載能力較差的電動(dòng)機(jī)，則熱繼電器的整定電流應(yīng)適當(dāng)小些。

1.4.2 時(shí)間繼電器

時(shí)間繼電器是電路中控制動(dòng)作時(shí)間的繼電器，它是一種利用電磁原理或機(jī)械動(dòng)作原理來(lái)實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)延時(shí)接通或斷開的控制電器。按其動(dòng)作原理與構(gòu)造的不同可分為電磁式、電動(dòng)式、空氣阻尼式和晶體管式等類型。

時(shí)間繼電器有通電延時(shí)和斷電延時(shí)兩種類型。通電延時(shí)型時(shí)間繼電器的動(dòng)作原理是：線圈通電時(shí)使觸點(diǎn)延時(shí)動(dòng)作，線圈斷電時(shí)使觸點(diǎn)瞬時(shí)復(fù)位。斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的動(dòng)作原理是：線圈通電時(shí)使觸點(diǎn)瞬時(shí)動(dòng)作，線圈斷電時(shí)使觸點(diǎn)延時(shí)復(fù)位。時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)如圖1-17所示，文字符號(hào)用KT表示。

1.空氣阻尼式時(shí)間繼電器

空氣阻尼式時(shí)間繼電器是利用空氣的阻尼作用獲得延時(shí)的。此類繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)栺低廉，但是準(zhǔn)確度低，延時(shí)誤差大（±20%），因此在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中已經(jīng)很少使用。

2.電子式時(shí)間繼電器

電子式時(shí)間繼電器的種類很多，最基本的有延時(shí)吸合和延時(shí)釋放兩種，它們大多是利用電容的充放電原理來(lái)達(dá)到延時(shí)的目的。JS20系列電子式時(shí)間繼電器具有延時(shí)長(zhǎng)、線路簡(jiǎn)單、延時(shí)調(diào)節(jié)方便、性能穩(wěn)定、延時(shí)誤差小、觸點(diǎn)容量較大等優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)物圖如圖1-18所示。

1.4.3 電磁式繼電器

電磁式繼電器是應(yīng)用最早同時(shí)也是應(yīng)用最多的一種繼電器，其實(shí)物圖如圖1-19所示。

電磁式繼電器由電磁機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)系統(tǒng)組成，如圖1-20所示。鐵芯和鐵軛的作用是加強(qiáng)工作氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)；銜鐵的作用主要是實(shí)現(xiàn)電磁能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化；極靴的作用是增大工作氣隙的磁導(dǎo)；反作用力彈簧和簧片是用來(lái)提供反作用力。當(dāng)線圈通電后，線圈的勵(lì)磁電流就產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵。一旦磁力大于彈簧反作用力，銜鐵就開始運(yùn)動(dòng)，幵帶動(dòng)與之相連的觸點(diǎn)向下移動(dòng)，使動(dòng)觸點(diǎn)與其上面的動(dòng)斷觸點(diǎn)分開，而與其下面的動(dòng)合觸點(diǎn)吸合。最后，銜鐵被吸合在與極靴相接觸的最終位置上。若在銜鐵處于最終位置時(shí)切斷線圈電源，磁場(chǎng)便逐漸消失，銜鐵會(huì)在彈簧反作用力的作用下脫離極靴，幵再次帶動(dòng)觸點(diǎn)脫離動(dòng)合觸點(diǎn)，返回到初始位置。電磁式繼電器的種類很多，如電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、電磁式時(shí)間繼電器和接觸器式繼電器都屬于這一類。

1.電磁式電壓繼電器

電磁式電壓繼電器的動(dòng)作與線圈所加電壓大小有關(guān)，使用時(shí)和負(fù)載幵聯(lián)。電壓繼電器的線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)、阻抗大。電壓繼電器又分為過(guò)電壓繼電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器。

（1）過(guò)電壓繼電器。在電路中用于過(guò)電壓保護(hù)，當(dāng)其線圈為額定電壓值時(shí)，銜鐵不產(chǎn)生吸合動(dòng)作，只有當(dāng)電壓高于額定電壓105%～115%時(shí)才產(chǎn)生吸合動(dòng)作，當(dāng)電壓降低到釋放電壓時(shí)，觸點(diǎn)復(fù)位。

（2）欠電壓繼電器。在電路中用于欠電壓保護(hù)，當(dāng)其線圈在額定電壓下工作時(shí)，欠電壓繼電器的銜鐵處于吸合狀態(tài)。如果電路出現(xiàn)電壓降低，幵且低于欠電壓繼電器線圈的釋放電壓時(shí)，其銜鐵打開，觸點(diǎn)復(fù)位，從而控制接觸器及時(shí)切斷電氣設(shè)備的電源。

通常，欠電壓繼電器的吸合電壓的整定范圍是額定電壓的30%～50%，釋放電壓的整定范圍是額定電壓的10%～35%。

2.電磁式電流繼電器

電磁式電流繼電器的動(dòng)作與線圈通過(guò)的電流大小有關(guān)，使用時(shí)和負(fù)載串聯(lián)。電流繼電器的線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗、阻抗小。電流繼電器又分為欠電流繼電器和過(guò)電流繼電器。

（1）欠電流繼電器。正常工作時(shí)，欠電流繼電器的銜鐵處于吸合狀態(tài)。如果電路中負(fù)載電流過(guò)低，幵且低于欠電流繼電器線圈的釋放電流時(shí)，其銜鐵打開，觸點(diǎn)復(fù)位，從而切斷電氣設(shè)備的電源。

通常，欠電流繼電器的吸合電流為額定電流值的30%～65%，釋放電流為額定電流值的10%～20%。

（2）過(guò)電流繼電器。過(guò)電流繼電器線圈在額定電流值時(shí)，銜鐵不產(chǎn)生吸合動(dòng)作，只有當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)一定值時(shí)才產(chǎn)生吸合動(dòng)作。過(guò)電流繼電器常用于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中起保護(hù)作用。

通常，交流過(guò)電流繼電器的吸合電流整定范圍為額定電流的1.1～4倍，直流過(guò)電流繼電器的吸合電流整定范圍為額定值的0.7～3.5倍。