继电器的结构、原理和检验方法

继电器是一种根据输入量的变化来控制电路“通”与“断”的自动切换电器。这种输入量可以是电压、电流等电量，也可以是温度、速度、时间及压力等非电量。

继电器种类繁多，按用途不同可分为控制继电器和保护继电器两大类，按原理可分为电磁式、感应式和热继电器。常用的保护继电器有电流继电器、电压继电器、过电流继电器、中间继电器、信号继电器、时间继电器、重合闸继电器、差动继电器、冲击继电器等。

1.电流继电器

如图3-1所示，电流继电器主要由电磁铁、线圈、动触点、静触点、反作用弹簧、调整把手及刻度盘等组成。

电磁型电流继电器的工作原理是，当线圈中通以一定电流时，产生的电磁力吸引可动衔铁连同轴一起转动，轴再带动动触点和静触点接触。常用的电磁型电流继电器有DL—10、DL—20C、DL—30系列。

DL—10系列电流继电器有两组电流线圈，通过切换片可将电流线圈改接成并联或串联形式以变换电流的倍数；另外还可以拨动调整把手，调整弹簧的拉力，从而实现平滑调节动作电流的目的。其主要技术说明如下：

（1）触点数目 详见有关技术手册。

图3-1 电流继电器的结构

1—电磁铁 2—线圈 3—可动衔铁 4—反作用弹簧 5—静触点 6—动触点 7—调整把手 8—刻度盘

（2）触点容量 220V/2A以下的具有电感性负载的直流回路为50W；220V/2A以下的交流回路为250V·A。

（3）动作时间 在1.2倍整定电流时，t=0.15s；在2倍整定电流时，t=0.02～0.03s。

DL—20C、DL—30系列电流继电器的主要技术说明如下：

（1）触点数目 详见有关技术手册。

（2）触点容量 DL—20C系列直流为40W，交流为200V·A；DL—30系列同DL—10系列。

（3）动作时间 DL—20C和DL—30系列均同DL—10系列。

电磁型电流继电器检验的基本要求是：

1）重复3次动作电流试验，每次测量值与整定值之间的误差不应大于±3%。

2）一般电流继电器的返回系数约为0.8。

3）以10倍的动作电流冲击5次，继电器触点应无晃动、卡阻现象。

2.电压继电器

电压继电器与电流继电器的结构基本相同，主要区别在于前者为电压线圈，后者为电流线圈。

电压继电器有过电压和欠电压两种。过电压继电器只在线圈电压超过一定数值时才动作；欠电压继电器只在线圈电压低于一定数值时才动作，且其线圈是长期带电的。常用的电磁型电压继电器有DJ—100、DY—20C和DY—30系列。LY—30系列整流型电压继电器将交流电压经电阻降压、二极管整流后加在线圈两端，解决了DJ—100、DY—20C型欠电压继电器因可动系统本身振动引起的轴承磨损问题。

电压继电器技术说明如下：

（1）触点数目 详见有关技术手册。

（2）触点容量 与DL—10系列电流继电器相同。

（3）返回系数 过电压继电器的返回系数为0.80，欠电压继电器的返回系数为1.25。

电压继电器检验的基本要求是：

1）过电压继电器的返回系数应为0.85～0.90，即返回系数通常小于0.9。

2）欠电压继电器的返回系数不大于1.2，具有强行励磁装置的其返回系数不大于1.06。

3）动作值与返回值重复测量3次，每次测量值与整定值之间的误差不大于±3%。

3.过电流继电器

过电流继电器分为感应型和整流型两种。

（1）感应型过电流继电器 如图3-2所示，它主要由带抽头的线圈、铝盘、蜗杆、扇形齿轮、衔铁、电磁铁、触点等组成。其中，插销的作用是通过改变线圈的抽头接入来实现粗调、改变弹簧的拉力实现细调；时限螺钉的作用是通过改变衔铁与电磁铁之间的间隙来调节速断电流；时限螺杆的作用是通过改变挡板的位置来改变扇形齿轮顶杆行程的起点，从而改变继电器的动作特性。

图3-2 感应型过电流继电器的结构

1—衔铁 2—时限螺钉 3—触点 4—时限螺杆 5—凸柄 6—可动框架 7—蜗杆 8—扇形齿轮 9—永久磁铁 10—铝盘 11—弹簧 12—止挡 13—薄钢片 14—动作时间指示器 15—短路环 16—电磁铁 17—线圈 18—插销

它的工作原理是：当线圈中通过的电流为动作电流的20%～30%时，铝盘开始转动；上升到动作电流时，蜗杆与扇形齿轮啮合，扇形齿轮开始上升；经一段时间后，扇形齿轮的杆臂碰到衔铁左边的突柄，凸柄随即上升，带动衔铁吸向电磁铁，触点动作；当线圈电流很大时，衔铁便被直接吸下，触点速动。速断特性动作电流为整定动作电流的2～15倍。

常用的感应型过电流继电器有GL—10、GL—20等系列。GL—11、GL—12、GL—13、GL—14、GL—21、GL—22、GL—23、GL—24型过电流继电器主触点能接通5A，断开2A（220以下）；GL—15、GL—16、GL—25、GL—26型过电流继电器主触点由变流器供电，且当电流为3.5A时，总电阻不大于4.5Ω，可接通或断开电流达到150A。

感应型过电流继电器检验的基本要求是：

1）感应型过电流继电器返回系数应为0.80～0.90。

2）10倍动作电流冲击3～5次，冲击前后的动作电流和返回电流通常应在额定电流的5%～10%。

（2）整流型过电流继电器 这种继电器一般由变流器及其可动部分、单结晶体管驱动电路和执行继电器三部分组成。图3-3所示为LL—13A型过电流继电器的工作原理。

图3-3 LL—13A型过电流继电器的工作原理

它的工作原理是：变流器T一次绕组的抽头用以改变过电流继电器的动作整定值；二次绕组输出端接整流电路UR；R₄、VD2、VD3组成稳压电路；R₂、RP1、RP3、R₅、C₂及VT1组成中间继电器KC1的延时控制电路；R₃、RP2及VT2组成KC1的速动控制电路；发光二极管VD4用作过电流继电器动作指示。

正常情况下，K短接C₂，单结晶体管VT1、VT2的发射极因无峰值电压而截止，中间继电器KC1不工作，执行继电器KC2也不工作，对断路器无影响。

当电流达到过电流继电器的动作值时，通过起动元件带动K断开，C₂经延时控制电路充电，充电时间常数（=RC）决定VT1到达峰值的时间；当达到峰值电压时，VT1导通，KC1得电经R₈自锁并接通KC2，最终由KC2的触点接通断路器的跳闸回路。很明显，调整电位器RP1即可改变继电器动作时间的整定值。同样，调整电位器RP2，即可改变VT2对速断电压的要求，从而改变速动回路的动作电流倍数。

LL—13A系列过电流继电器的技术说明：常开主触点由变流器供电，能接通5A和断开2A的直流或交流电路（220V以下）；大于220V时，常开信号触点能接通和断开0.2A的直流无感电路或电流为0.5A的交流电路。

整流型过电流继电器检验的基本要求是：

1）KC2的动作电压不大于20V，返回电压不小于1V。

2）起动元件动作电流与整定值的误差不大于±5%，返回系数不小于0.85。

4.中间继电器

中间继电器主要由线圈、电磁铁、动触点、静触点等部件组成，电压继电器。图3-4所示为DZ—15型中间继电器的结构。

中间继电器的主要作用是扩展触点数目和增大触点容量。常用的中间继电器有DZ型、带交流操作的DZJ型、带自保线圈的DZB型和带快速动作的DZK型等。

中间继电器检验的基本要求是：

1）带自保线圈的中间继电器，新安装时必须进行极性试验。

2）动作电压和保持电压不大于额定电压的70%，动作电流和保持电流不应大于额定电流的80%，返回电压不小于额定电压的5%，返回电流不小于额定电流的2%。

图3-4 DZ—15型中间继电器的结构

1—线圈 2—电磁铁 3—弹簧 4—衔铁 5—动触点 6—静触点 7—接线 8—接线端 9—底座

3）当中间继电器的电压为额定电压的70%～100%时，其动作时间几乎相等。

5.信号继电器

信号继电器是一种专门用于判明某种保护继电器动作情况的信号装置，主要由线圈、电磁铁、触点、信号牌、复位手柄等组成，如图3-5所示。

信号继电器的工作原理是，当电流通过线圈时，衔铁动作，信号牌落下，触点接通外面的被控信号回路，转动手柄即可复位。(www.xing528.com)

常用的信号继电器有DX—10、DX—30等系列，均采用直流操作电源。以DX—30为例说明其主要技术数据：

图3-5 电磁型信号继电器的结构

1—电磁铁 2—线圈 3—静触点 4—动触点 5—观察孔 6—复位手柄 7—信号牌 8—衔铁 9—弹簧

（1）额定值 线圈电压有直流220V、110V、48V、24V和12V五种，电流额定值为0.01～4A共17挡。

（2）触点容量 220V直流电感性负载中，不大于30W；220V交流电路中，不大于200VA。

（3）功率消耗 电流线圈不大于0.3W，电压线圈不大于3W。DX—32A型电压保持回路在220V时不大于10W，110V时不大于5W，48V时不大于3W；DX—32B型电压保持回路在220V时不大于20W，110V时不大于10W，47V时不大于4W。

信号继电器检验的基本要求是：

1）信号继电器动作电压不大于额定电压的70%，动作电流不大于额定电流的90%。

2）信号继电器保持值不大于额定保持电压的80%。

3）返回值不小于额定值的2%。

6.时间继电器

时间继电器广泛应用于继电保护和自动控制电路中，使被保护或控制的元件获得所需延时而接通或断开。常用的时间继电器有机电型、电磁型和晶体管型三种。机电型时间继电器延时范围宽、触点组数多，但不适合10s以内的延时；电磁型时间继电器延时准确、可靠性较高，断电延时达0.2～10s，但通电延时仅为0.1s，故电磁型时间继电器常用作断电延时；晶体管时间继电器具有体积小、精度高、延时范围宽、功耗小、调节方便等优点，因而在许多领域得到广泛应用。

图3-6所示为DS—30系列时间继电器的结构，它主要由线圈、磁导体、衔铁、触点以及一套类似机械式钟表机构的装置组成。

图3-6 DS—30系列时间继电器的结构

1—弹簧 2—衔铁 3—线圈 4—磁导体 5—瞬时静触点 6—顺时动触点 7—绝缘垫 8—固定支架 9—摆轴 10—摆轮 11—游丝 12—传动齿轮 13—擒纵叉 14—擒纵轮 15—主传动齿轮 16、17—传动齿轮 18—钟表弹簧 19—滑动静触点 20—延时动触点 21—延时静触点 22—凸轮 23—扇形齿轮 24—主轮 25—棘轮 26—启动器弹簧 27—摆轮启动器 28—轴套曲臂

DS—30系列时间继电器技术数据说明：

（1）触点容量 继电器触点可长期接通电流5A；断开220V/3A以下的电感性负载时为50W。

（2）线圈电压 交直流短时工作时线圈可承受的电压为110%的额定电压。

DS—30系列时间继电器检验的基本要求是：

1）按规定进行一般性检查。

2）直流继电器动作电压不大于额定电压的70%；交流继电器动作电压不大于额定电压的85%；返回电压不小于额定电压的5%。

3）刻度盘的每点都必须进行测定，且测定值与盘示值相同。

7.重合闸继电器

DH型重合闸继电器的结构如图3-7中点划线框所示，主要由时间继电器KT、中间继电器（电压线圈KU和电流线圈KI），以及电容器C、充电电阻R₁、放电电阻R₃、信号灯HL、电阻R₄等组成。时间继电器KT的作用是调整重合闸装置从起动到发出合闸脉冲信号的时间，型号为DS—112C；中间继电器用来发出接通断路器合闸回路的脉冲信号，电压线圈KU在电容放电时起动，电流线圈KI在合闸回路时串联，使继电器保持动作状态一直到断路器合闸过程结束，继电器复位；电容器C保证重合闸只动作一次；放电电阻R₃当不需要重合闸时为电容放电提供回路；信号灯HL用来监视中间继电器和控制开关接触是否良好，R₄是其限流电阻。

图3-7 DH型重合闸继电器及其装置的工作原理

重合闸继电器及其装置动作过程如下：

1）断路器处于合闸状态（图示状态）时，控制开关SA的1、3接通，2、4断开，电源经SA的1、3和R₁给C充电，左正右负，重合闸继电器处于准备动作状态。

2）断路器跳闸时，辅助常闭触点闭合，KT线圈得电，延时常开触点闭合，电容C通过闭合的KT经中间继电器的电压线圈放电，KU吸合，辅助常开开关K1、K2闭合，接通中间继电器的电流线圈KI，并自锁到断路器，完成合闸动作。

3）线路上的故障仍未消失，重合闸失败，断路器二次跳闸，但C尚未充电到KC起动所必须的电压值，故重合闸继电器只动作一次。

重合闸继电器检验的基本要求是：

1）70%的额定电压下，重合闸继电器及其装置应可靠动作。

2）中间继电器吸合后，在电流线圈中流过额定电流时，断开电压线圈的电压，衔铁应保持吸合。

3）时间继电器KT的线圈串联附加电阻后，应能长期耐受110%的额定电压。

8.差动继电器

差动继电器主要由电流继电器和速饱和变流器等组成。电力系统中常用的差动继电器有BCH—1、BCH—2、BCH—4和DCD—5等型号。BCH—1型差动继电器带有一组制动线圈，可用于带负荷调压；BCH—2型差动继电器能较好地躲避励磁涌流和外部短路暂态不平衡电流，其基本接线如图3-8所示。

图3-8 BCH—2型差动继电器纵差保护原理

BCH—2型差动继电器的工作原理是：当外部短路时，差动回路中通过速饱和变流器一次线圈不平衡电流中含有很大的非周期分量，使铁心很快饱和，不平衡电流无法变换到二次侧，因此保护不会动作。而当发电机或变压器内部短路时，不平衡电流中的非周期分量迅速衰减，速饱和变流器一次线圈中周期性的稳态短路电流顺利地变换到二次线圈中，驱动继电器KA动作。

BCH—1、DCD—5型差动继电器主要技术数据是：

1）额定电流为5A，动作电流为1.5～12A。

2）有一对常开触点。

3）电压小于220V、电流小于2A、时间常数不大于5ms。

BCH—2型差动继电器检验的基本要求是：

1）动作电流为0.22～0.26A，以2.5倍动作电流进行冲击试验时，触点应接触良好，无振动、火花。

2）动作电压为（15±0.06）V。

3）返回系数为0.75～0.85。

4）平衡线圈与差动线圈的伏安特性曲线应基本相同，误差不大于±10%。

9.冲击继电器

冲击继电器是变配电所常规中央信号系统中的核心元件。JC—2型冲击继电器是利用电容的充放电来起动极化继电器的。

图3-9所示为极化继电器的基本结构，它主要由工作线圈、返回线圈、电磁铁、可动衔铁、永久磁铁和触点等组成。若工作线圈的上端通入图示方向的电流，电磁铁被磁化，其上端为N，下端为S，可动衔铁上端为N，与永久磁铁的S端相吸，使触点接通。若返回线圈的同名端通入正极性的电流，则可动衔铁的上端变为S；与永久磁铁的N端相吸，使触点断开。

JC—2型冲击继电器的电路原理如图3-10所示，主要由极化继电器KP、电阻R₁和R₂、电容C等组成。启动回路动作时，产生的脉冲电流从端子5流入，流经电阻R₁时产生的压降通过线圈L1、L2给电容C充电，充电电流使极化继电器动作。充电电流消失后，极化继电器保持在动作位置。

图3-9 极化继电器的基本结构

1—工作线圈 2—返回线圈 3—电磁铁 4—可动衔铁 5—永久磁铁 6—触点

极化继电器的复归有两种方式，图3-10a所示为负电源复归，冲击继电器的端子5接电源正，端子4、6短接，于是电流自端子5流入经电阻R₁、返回线圈L2、端子4、端子6、电阻R₂、端子2回到电源的负端。

图3-10 JC—2型冲击继电器的电路原理

a）负电源复归 b）正电源复归

图3-10b所示为正电源复归，冲击继电器的端子2接通正电源，端子6、8短接，于是电流自端子2流入经电阻R₂、端子6和8、线圈L1、电阻R₁、端子7回到电源的负端。

冲击继电器的试验内容主要有起始动作冲击电流校验、电源复归校验两项。试验时，将冲击继电器通过可调电阻外接直流电源，带信号灯进行。读者可就具体型号的冲击继电器查阅相关技术资料，在专人指导下完成本项试验，这里不再赘述。