电磁式继电器的工作原理及应用

在低压控制系统中，采用最多的继电器是电磁式继电器。电磁式继电器中电压继电器反应的是电压信号，有欠电压继电器和过电压继电器。电流继电器反应的是电流信号，有欠电流继电器和过电流继电器之分。中间继电器实质上是电压继电器的一种，具有触点数目多、电流容量大等特点。

1.电磁式继电器的结构和工作原理

电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似，由电磁机构、触点系统和调节装置组成。调节装置主要是为了改变继电器的动作参数，满足继电器的控制要求，如调节螺母和非磁性垫片。电磁式继电器的典型结构如图1-20所示。

电磁式继电器与接触器的主要区别有两点。一是继电器触点容量小，一般在5A以下，适合控制小电流电路。触点容量均匀，无主触点、辅助触点之分，无灭弧装置。而接触器适合控制电动机等大功率、大电流的电路或主电路。有主触点和辅助触点之分，有灭弧装置。二是继电器的输入信号可以是各种物理量，而接触器的输入信号只能是电压信号。

图1-20 电磁式继电器的典型结构

1—底座 2—阻尼铜套 3—反力弹簧 4—调整螺母 5—调整螺钉 6—非磁性垫片 7—衔铁 8—铁心 9—极靴 10—电磁线圈 11—触点系统

2.继电特性

继电特性又称电磁机构的输入-输出特性。它是继电器的一个共性，特性曲线如图1-21所示。输入量是电磁机构中励磁线圈中电压（或电流）的值。输出量是衔铁的位置。励磁线圈中电压（或电流）与衔铁位置的关系称为输入-输出特性。

图1-21 电磁机构的输入-输出特性

这里用x代表电磁机构的输入量，y代表输出量。当衔铁处于吸合位置时，输出量y=1；当衔铁处于释放位置时，输出量y=0。

电磁机构具有吸力特性和反力特性。当吸力特性处于反力特性上方时，衔铁被吸合；当吸力特性处于反力特性下方时，衔铁被释放。

输入量x由零增至X₁之前，继电器输出y=0。衔铁处在释放位置，吸力特性处于反力特性下方。当x增加到X₂时，衔铁被吸合，继电器输出y=1。若要继电器继续吸合，输入量必须大于或等于X₂。X₂称为继电器的吸合值或动作值。

输入量x逐渐减小至X₂，衔铁处于吸合状态，继电器输出y=1。继续减小，当x大于X₁而小于X₂的时候，由于衔铁处在吸合状态，吸力特性仍大于反力特性，衔铁仍能够吸合，继电器输出y=1。直到x减小到X₁，此时反力特性大于吸力特性，衔铁被释放，继电器输出y=0。若要继电器继续释放，x必须等于或小于X₁。X₁称为继电器释放值或返回值。

继电器有两个重要的参数，一个参数是继电器返回系数K，返回系数K是继电器的释放值与吸合值的比值，即K=X₁/X₂。不同的使用场合，对K的要求也不同，返回系数K的值是可调的。可以通过调节释放弹簧或调节铁心与衔铁之间的非磁性垫片的厚度来达到所要求的值。一般继电器要求较小的返回系数，K值在0.1～0.4之间。继电器吸合时，不会因为输入量波动较大而引起误操作。欠电压继电器要求较高的返回系数，一般大于0.6，继电器释放时，起欠电压保护作用。

另一个重要参数是吸合时间和释放时间。吸合时间是指励磁线圈接收电信号到衔铁完全吸合所需的时间。释放时间是指励磁线圈从失电到衔铁完全释放所需的时间。吸合时间和释放时间的大小直接影响到继电器允许的操作频率。

3.电压继电器

触点的动作与线圈的电压大小有关的继电器称为电压继电器，主要用于电力拖动系统的电压保护和控制。使用时，电压继电器的线圈并联在被测电路中，感测主电路的线路电压，线圈的匝数多、导线细、阻抗大。触点接于控制电路，为执行元器件。

继电器根据所接线路电压值的变化，处于吸合或释放状态。根据动作电压值的不同，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

用于线路的过电压保护，交流过电压继电器的吸合整定值为线圈额定电压的1.05～1.2倍。当被保护的线路正常工作时，衔铁不产生吸合动作。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。直流电路中不会产生较大的过电压现象，所以没有直流过电压继电器产品。电气图中的图形符号和文字符号如图1-22所示。

（2）欠电压继电器

用于线路的欠电压保护，直流欠电压继电器的吸合电压和释放电压的整定值分别为线圈额定电压的30%～50%和7%～20%倍。交流欠电压继电器的吸合电压和释放电压的整定值分别为线圈额定电压的60%～85%和10%～35%倍。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。电气图中的图形符号和文字符号如图1-23所示。

图1-22 过电压继电器的图形符号和文字符号

图1-23 欠电压继电器图形符号和文字符号

4.电流继电器

触点的动作与线圈电流大小有关的继电器称为电流继电器。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，其线圈匝数少而导线粗、线圈阻抗小，这样通过电流时的压降很小，不会影响负载电路的电流。触点接于控制电路，为执行元器件。电流继电器反应的是电流信号。按吸合电流大小可分为过电流继电器和欠电流继电器两种。

（1）过电流继电器

在电路过电流时起保护作用，交流过电流继电器的吸合电流整定范围通常为线圈额定电流的1.1～4倍，直流过电流继电器的吸合电流整定范围为线圈额定电流的0.7～3.5倍。当被保护线路的电流高于额定值，达到过电流继电器的整定值时，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。在电力拖动系统中，冲击性的过电流故障时有发生，常采用过电流继电器做电路的过电流保护。电气图中的图形符号和文字符号如图1-24所示。

（2）欠电流继电器

用于电路起欠电流保护，吸引电流为线圈额定电流的30%～65%倍，释放电流为线圈额定电流的10%～20%倍。因此，正常工作时，线圈流过额定电流，衔铁处于吸合状态；当负载电流减小至继电器释放电流时，衔铁释放，触点恢复到原始状态。欠电流继电器只用于直流电路中，当负载电流降低或消失时，会产生飞车现象，造成严重的后果。电气图中的图形符号和文字符号如图1-25所示。

图1-24 过电流继电器的图形符号和文字符号

图1-25 欠电流继电器的图形符号和文字符号

5.中间继电器(www.xing528.com)

中间继电器实质上是电压继电器，只是触点对数多，触点容量较大（额定电流5～10A）。其主要用途为：当其他继电器的触点对数或触点容量不够时，可以借助中间继电器来扩展它们的触点数或触点容量，起到信号中继作用；也可用作信号传递、联锁、转换及隔离。中间继电器体积小，动作灵敏度高，并在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。电气图中的图形符号和文字符号如图1-26所示。

图1-26 中间继电器的图形符号和文字符号

6.典型产品及主要技术参数

（1）典型产品

1）直流电磁式通用继电器。常用的典型产品有JT3、JT9、JT10及JT18等系列。以JT3为代表介绍直流电磁式通用继电器的型号见表1-7。

2）电磁式交直流继电器。常用的典型产品有JL3、JL4及JL15等系列，JL15系列的型号如图1-27所示。

3）中间继电器。常用的典型产品有JZ7、JZ14等系列。JZ7系列型号如图1-28所示。

图1-27 JL15系列型号

图1-28 JZ7系列型号

（2）主要技术参数

表1-7、表1-8和表1-9分别为直流电磁式通用继电器JT3系列、电磁式交直流继电器JL15系列以及中间继电器JZ7系列的技术参数表。电磁式继电器的主要技术参数有以下几点。

表1-7 JT3系列主要技术参数

表1-8 JL15系列主要技术参数

表1-9 JZ7系列主要技术参数

1）额定工作电压或额定工作电流。额定工作电压或额定工作电流指继电器工作时，线圈在正常工作情况下允许的电压值或电流值。对于电压继电器，它的线圈额定电压为该继电器的额定电压。对于电流继电器，它的线圈额定电流为该继电器的额定电流。

一种型号的继电器的构造大体是相同的，通常有多种额定工作电压或额定工作电流，并用规格型号加以区别。

2）触点额定电压和电流。指继电器允许加载的电压和电流，即继电器控制电压和电流的大小。使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。

3）吸合电压或吸合电流。电磁继电器能够产生吸合动作的最小线圈电压（电压继电器）或电流（电流继电器）值，称为吸合电压或吸合电流。在正常使用时，给定的电压或电流必须略大于吸合电压或电流，这样继电器才能稳定的工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

4）吸合时间。从线圈上电到触点开始闭合的时间，不包括触点反弹。

5）释放时间。从线圈掉电到最后触点断开的时间，不包括触点反弹。

6）整定值。根据控制系统的要求，预先使继电器达到某一吸合值或释放值，这个预先设定的吸合值（电压或电流）或释放值（电压或电流）就叫整定值。

7）灵敏度。使继电器动作的最小功率称为继电器的灵敏度。

7.选用原则

选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。

（1）过电压继电器

主要用来保护设备不受电源系统过电压危害，常用于发电机的电动机机组系统中。选择的主要参数是额定电压和动作电压。动作值按系统额定电压的1.1～1.2倍整定。过电压继电器的吸合电压可在其线圈额定电压的一定范围内调整。

（2）欠电压继电器

主要用于线路中做欠电压保护，防止电源故障后恢复供电时系统的自起动。选用时只要满足一般要求即可，没有特殊要求。

（3）过电流继电器

主要用于电动机的短路保护，选择的主要参数是额定电流和动作电流。其额定电流应大于或等于被保护电动机额定电流，动作电流根据电动机工作情况按起动电流的1.1～1.3倍整定。绕线转子异步电动机的起动电流按2.5倍额定电流选取，笼型三相异步电动机的起动电流按额定电流的5～8倍选取。动作电流的选取要留有一定的余量。

（4）欠电流继电器

主要用于直流电动机的弱磁超速保护或励磁电路与其他电路之间的联锁保护。选择的主要参数是额定电流和释放电流。额定电流大于或等于额定励磁电流，释放电流整定值要低于励磁电路正常工作时的最小励磁电流。选用时可取最小励磁电流的85%，留有调节余量。