有效控制继电器的方法技巧

控制继电器，也可简称为继电器，是在某种输入量的作用下，得到某种输出量，实现信号的转换、传输、放大，以控制电路执行某种功能的电气元件。其输入量可以是电流、电压、功率等电量，也可以是时间、速度、温度、压力等非电量，而输出则都为触点的动作。继电器在控制电路中一般起控制、放大和保护等作用。

继电器种类繁多，广泛应用于供电系统、电力拖动系统以及电控系统中。在这里我们仅介绍用于电力拖动系统中，实现过程控制自动化和提供某种保护的继电器。按继电器在电路中所起作用的不同，可分两大类：一类是在电路中主要起控制、放大作用的控制继电器，另一类是在电路中主要起保护作用的保护继电器。

控制继电器主要有：中间继电器、时间继电器、速度继电器等。保护继电器主要有：过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器、热继电器等。

下面先介绍常用控制继电器，保护继电器放于下一节中介绍。

3.3.3.1　中间继电器

中间继电器是在控制电路中起到传输或转换信号等作用的一种电器元件，其作用主要是扩展控制触点数量或增加触点容量。中间继电器种类很多，除专门的中间继电器之外，额定电流较小（一般不大于5A）的接触器，也常被用作中间继电器。

中间继电器属接触式继电器，其工作原理与接触器相同，但其一般仅用于控制电路中。中间继电器的图形符号，如图3.16所示，其文字符号为KA。

图3.16　中间继电器图形符号

目前，国内常用中间继电器有JZ7、JZ8（交流）及JZ14、JZ15、JZ17（交流、直流）等系列。国外引进产品有德国西门子公司的3TH 系列和瑞士ABB公司的K 系列等。

JZ15系列中间继电器型号的含义，如图3.17 所示。图中，电源类型代码，可以填入“J”，表示“交流电”；或“Z”，表示“直流电”。

图3.17　中间继电器的型号含义

3.3.3.2　时间继电器

时间继电器是一种定时元件，在电路中用来实现延时控制，即时间继电器接收到输入信号以后，需经一段时间延时，才能有输出信号来控制电路。时间继电器的应用范围很广，特别是用在电力拖动系统和各种自动控制系统中，要求各项操作之间有必要的时间间隔或按一定的时间顺序接通或断开设备。

时间继电器按其延时原理来分，有电磁式、空气阻尼式、同步电动机式和电子式时间继电器等类型。

电磁式时间继电器是利用电磁阻尼原理而产生延时的。其特点是延时时间短（例如JT3通用继电器只有0.3～5.5 s），延时精度差，稳定性不高，而且只能用直流供电，断电延时；但其结构简单，价格低廉，寿命长，继电器本身适应能力较强，输出触点容量往往较大。在一些要求不太高，工作条件又较为恶劣的场合（如起重机控制系统），可采用这种时间继电器。

同步电动机式时间继电器是利用微型同步电动机拖动减速齿轮以获得延时的。其特点是延时范围宽，可以从几秒到几十个小时，延时过程能通过指针直观地表示出来，延时误差仅受电源频率影响；但机械结构复杂，体积较大，寿命短，价格较贵，适用于自动或半自动生产过程中的程序控制。目前，国内常用的同步电动机式时间继电器有JS10、JS11系列以及引进德国西门子公司生产的TPR 系列等。

下面主要介绍空气阻尼式时间继电器。空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而达到延时目标的，它是应用较广泛的一种时间继电器。空气阻尼式时间继电器有通电延时型和断电延时型两种。在此以通电延时型为例，介绍时间继电器的工作原理。

如图3.18（a）所示，当电磁铁线圈（1）通电后，衔铁（3）与静铁心（2）吸合；主弹簧（4）缩回，于是推板（5）上升，驱动带有瞬时动作触点的微动开关（15）动作。

与此同时，顶杆（6）在顶杆弹簧（7）的驱动下也要向上移动，但由于顶杆下端连接着柱塞（12），柱塞（12）又连接着橡胶膜片（9），橡胶膜片（9）向上移动的过程中，将引起橡胶膜片（9）上下腔室的气压变化，该气压合力将试图阻止由橡胶膜片（9）、柱塞（12）和顶杆（6）所组成的组件（可简称为延时动作组件）的向上移动，而由于从进气孔调节螺钉（10）的位置，可以有调定好流量的微量空气流入，将部分地抵消掉对橡胶膜片（9）的阻滞气压，就这样延时动作组件在橡胶膜片（9）的阻滞下，缓慢地向上运动，同时也带动杠杆（14）缓慢地接近带有延时动作触点的微动开关（13）。当带有延时动作触点的微动开关（13）动作的时候，表示延时的时间已到；该时间继电器的延时时间，可以通过进气孔调节螺钉（10）的旋入深度，来进行调节。

当电磁铁线圈（1）失电后，释放衔铁（3）；主弹簧（4）伸长，带有瞬时动作触点的微动开关（15）复位；由推板（5）驱动延时动作组件向下运动过程中，气压打开了单向阀（11），所以延时动作组件的运动，没有受到橡胶膜片（9）气压的阻滞作用，可以快速驱动杠杆（14）回程运动到位，因此带有延时动作触点的微动开关（13）也迅速复位。

断电延时型时间继电器的工作原理，如图3.18（b）所示，其延时工作原理与通电延时型时间继电器基本相同，具体的内部零件动作过程，请同学们自行分析。

图3.18　时间继电器工作原理

1—线圈；2—静铁心；3—衔铁；4—主弹簧；5—推板；6—顶杆；7—顶杆弹簧；8—柱塞弹簧；9—橡皮膜；10—进气孔调节螺钉；11—排气孔单向阀；12—柱塞；13—微动开关（带延时动作触点）；14—杠杆；15—微动开关（带瞬时动作触点）

时间继电器的图形符号，如图3.19所示，文字符号为KT。

空气阻尼式时间继电器的优点是：延时范围大，且不受电压和频率波动的影响；结构较简单，寿命长，并且价格低廉；可以做成通电延时型及断电延时型两种类型的产品。

图3.19　时间继电器图形符号

其缺点是延时误差大（±10%～±20%），延时值易受周围环境温度的影响。在延时精度要求不是很高的场合（如普通机床控制电路中），常采用这种时间继电器。

目前，国内常用的空气阻尼式时间继电器有JS7、JS16、JS23等系列，其中JS23系列时间继电器是国内20世纪80年代开发的换代产品。国外引进产品有法国TE公司的JSS系列时间继电器等。

JSS1系列时间继电器的型号含义，如图3.20 所示。图中，显示方式代码，可以填入“A”，表示“2位递增数显示”；或“C”，表示“3位递增数显示”；或“E”，表示“4位递增数显示”；或不作标注，表示“发光二极管显示”。动作方式代码，可以填入“W”，表示“往复循环延时”；或“D”，表示“断电延时”；或不作标注，表示“通电延时”。安装方式代码，可以填入“M”，表示“面板式”；或不作标注，表示“装置式”。

图3.20　时间继电器的型号含义

时间继电器的技术数据和输出触点形式及组合代号可查阅相关电气工程手册。时间继电器的外观，如图3.21所示。

3.3.3.3　速度继电器

速度继电器是用来反映转速和转向变化的继电器。速度继电器常与接触器配合实现对电动机的反接制动控制，有时也称之为反接制动继电器。

速度继电器的结构原理，如图3.22左图所示。速度继电器主体部分主要由转子（6）、定子（7）和触点（9）、（10）、（11）等部分组成。速度继电器的转子（6）是一个圆柱形永久磁铁，定子（7）是一个笼形空心圆环，由矽钢片叠成并装有笼形绕组，转子中的转轴（5）与被控电动机的转轴相连，而定子（7）空套在转子（6）上。

图3.21　时间继电器外观

图3.22　速度继电器的工作原理及其图形符号

1—调节螺钉；2—反力弹簧；3—杠杆；4—定子导体；5—转轴；6—转子；7—定子；8—反力杠杆；9—常开静触点（动合静触点）；10—常闭静触点（动断静触点）；11—动触点

当电动机转轴顺时针转动时，速度继电器的转子（6）与电动机转轴相连，并随之转动。由此一来，继电器中转子永久磁铁的静磁场就变成了旋转磁场。继电器定子内的短路导体（4）因切割磁力线而产生感应电势并形成感生电流，于是定子导体（4）在旋转磁场作用下产生电磁转矩，推动定子（7）向跟随转子（6）的旋转方向转动，但由于有反力杠杆（8）挡位，故定子（7）只能随转子（6）转动一定角度，定子（7）的转动经杠杆（3）的作用使相应的动触点（11）动作。在杠杆（3）推动触点（11）动作的同时，压缩反力弹簧（2），其反作用力将阻止定子（7）进一步转动。

当被控电动机转速下降时，速度继电器转子（6）速度也随之同步下降，于是作用于定子（7）上的电磁转矩减小，当电磁转矩小于反力弹簧（2）的反作用力矩时，定子（7）返回原来位置，对应触点也复位，即恢复到初始状态。

同理，当电动机转轴向相反方向逆时针转动时，经电磁转矩作用，继电器中定子（7）也作反方向转动，使速度继电器另外一侧的动触点动作。速度继电器在实际应用时，靠定子的正转和反转来切换触点的动作，并指示出电动机实际的旋转方向及转速的变化。

调节螺钉（1）可以调节反力弹簧（2）反作用力的大小，从而可以调节动触点（11）动作时所需转子（6）的转速。一般速度继电器的动作转速不低于120 r/min，复位转速约为100 r/min以下。速度继电器的图形符号，如图3.22右图所示，文字符号为KS。目前，国内常用速度继电器有永磁型JY1和JFZ0系列。速度继电器的主要技术参数可查阅相关电气工程手册。速度继电器的外观，如图3.23所示。

图3.23　速度继电器的外观

3.3.3.4　主令电器

主令电器主要是用来接通和分断控制电路，用以发出信号或命令，达到对电气传动系统控制的目的。主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、位置开关（包括行程开关、微动开关、接近开关、万能转换开关等）。

1.控制按钮

控制按钮是一种短时接通或分断小电流电路的电器，它不直接去控制主电路的通断，而是在控制电路中用于手动发出控制信号，去控制继电器、接触器或其他电气联锁电路，以实现对各种设备运动的控制。(www.xing528.com)

控制按钮是一种结构相对简单的手动电器。控制按钮的工作原理与图形符号，如图3.24所示，文字符号为SB，其典型结构由按钮帽（1）、复位弹簧（2）、桥式动触点（3）、静触点（4）组成。常态时，控制按钮的桥式动触点（3）将静触点A-B接通，静触点C-D 断开；当按下按钮帽（1）时，带动桥式动触点（3）向下移动，将静触点A-B先断开，然后再将静触点C-D 接通；当松开按钮帽（1）时，在复位弹簧（2）作用下，先是静触点C-D 断开，然后再将静触点AB接通，控制按钮恢复原来状态。

图3.24　控制按钮的工作原理及其图形符号

常用的控制按钮，可分为起动按钮（一般为常开触点按钮、动合触点按钮）、停止按钮（一般为常闭触点按钮、动断触点按钮）、复合按钮（即常开触点与常闭触点的复合按钮、动合与动断触点复合的按钮）三种。

控制按钮的使用非常广泛。为了适应电气控制系统的要求，控制按钮具有多种结构形式，如表3.1所示。

表3.1　控制按钮主要结构型式

为了标明各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成不同颜色以示区别，其颜色有红、绿、黑、黄、蓝、白、灰等，颜色使用必须符合国家标准 《人-机界面标志标识的基本和安全规则 指示器和操作器的编码规则》（GB/T 4025—2003/IEC 60073：1996）中关于“指示灯和按钮颜色” 的相关规定。例如：“停止”和“急停”按钮必须是红色，“起动”按钮是绿色等。现代新型按钮不但要求动作精度高、电气性能良好、通断绝对可靠，还要求造型新颖美观、手感好、功能齐全、安装使用方便。

目前，国内常用按钮有LA2、LA10、LA18、LA19、LA20、LA25、LA53 等系列，其中LA25系列按钮是国内20世纪80年代研发的通用型更新换代产品，LAY 系列按钮为国外引进产品。LA53系列为防爆控制按钮，其型号含义如图3.25所示。图中，特殊配置代码，可以填入“A”，表示带电流表；或“D”，表示“带指示灯”。特殊配置参数中，如果是带电流表则填入的是电流表量程；如果是带指示灯则填入的是指示灯数量。工作环境代码，可以填入“W”，表示“户外防轻腐蚀”；或“WF1”，表示“户外防中腐蚀”；或“WF2”，表示“户外防强腐蚀”。

图3.25　控制按钮的型号含义

控制按钮的主要技术参数可查阅相关电气工程手册。控制按钮的外观，如图3.26所示。

图3.26　按钮外观照片

2.行程开关

在工业电气控制系统的顺序控制、定位控制和位置状态检测中，位置开关被广泛使用。位置开关按结构分为机械式和电气式两种。机械设备中常用的机械式位置开关有行程开关和微动开关等，电气式位置开关有接近开关、光电开关等。

行程开关是一种常用的位置开关，是依照生产机械的行程发出命令以控制其行程大小或运行顺序的主令电器。行程开关常装在机械设备基座的某个预定位置，被控机械设备的运动部件装有撞块，当撞块碰上行程开关，行程开关就通过可动触点的动作，将机械运动位置信号转换为电信号，对控制电路发出指令以实现对机械系统的自动控制、程序控制或位置保护。行程开关广泛用于各类机床和起重机械等有运动位置要求或顺序动作要求的机械设备中。

行程开关电气通断的工作原理与控制按钮相同，区别仅是行程开关的动作不是靠手指的按压，而是利用生产机械运动部件上撞块的碰压而使开关触点动作。直动式行程开关的结构与图形符号，如图3.27所示，文字符号为ST。

图3.27　直动式行程开关的结构及其图形符号

1—压杆；2—静触点；3—动触点

行程开关种类繁多，按操作形式分为直动式（按压柱塞式）、直动滚动式（滚动柱塞式）、转臂式、万向式、叉式、铰链杠杆式等，按复位方式分为自动复位和非自动复位，按外壳防护形式分为开启式、防护式和防尘式，按运动速度分为瞬动式和慢动式（蠕动式）。

行程开关具有体积小、动作可靠、工作寿命长、调整方便等优点。目前，国内常用行程开关有LX19、LX32、JLXK1等系列，其中LX32系列行程开关是国内20世纪80年代研发的更新换代产品，JLXK1系列为机床用的快速行程开关（瞬动式）。

工程应用时，习惯上把尺寸与工作行程微小的行程开关称为微动开关。微动开关以操作力和行程都很小为主要特点，它还具有体积小、瞬时动作灵敏、重复定位精确等特点，适合在小型机构及定位要求较高的场合。目前，国内常用的微动开关有LXW5、LXW31等系列。另外，我国还引进法国产品，生产了831系列。

行程开关、微动开关的主要参数可查阅相关的电气工程手册。行程开关的外观，如图3.28所示。

图3.28　行程开关外观

3.接近开关

接近开关是一种非接触式开关，当运动物体接近某一带开关信号的机构时，接近开关发出电气控制信号，它不需要像机械式行程开关的动作一样，必须施以机械外力。接近开关的用途已远超出一般行程控制和限位保护等作用，它还可用于检测、计数、测速，以及可直接与计算机或可编程控制器的接口电路连接，作为它们的传感器之用。

无机械动作触点的接近开关与有机械动作触点的行程开关相比，具有动作可靠、反应速度快（即操作频率高）、工作寿命长、灵敏度高、没有机械损耗、能适应恶劣的工作环境等优点，所以在工业生产方面已逐渐得到推广应用。

接近开关按其激励方式（输入信号）、接收方式可分为电感式、电容式和超声波式三种。其中，以电感式接近开关最为常用。

电感式接近开关的工作原理，如图3.29所示。接近开关由感应开关、高频振荡器和整形放大器组成，高频振荡器开始振荡后，在感应开关的检测面产生交变磁场，当金属体接近检测面时，金属体内将产生涡流电流，吸收了一部分高频振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。通过对“振荡”和“停振”两种不同状态的检测，再由整形放大器转换成“高”和“低”两种不同的电平，从而起到发出“开”和“关”信号的控制作用。

图3.29　接近开关工作原理

目前，国内常用电感式接近开关的产品有LJ1、LJ2、LJ5、LXJ6、LXJ18等系列，其中LJ5系列接近开关是国内20世纪80年代研发的更新换代产品，取代了LJ1、LJ2等老式产品，国外引进产品有德国西门子公司的3SG、LXT3系列等。

电感式接近开关一般是用金属触发，而电容式接近开关可用各种材料触发，无论其是固体、液体或粉末状均可；超声波式接近开关可触发固体、液体或粉末状物体，只要对声音有足够反射能力的物体即可。接近开关的外观，如图3.30所示。

图3.30　接近开关外观

4.万能转换开关

万能转换开关是一种多挡式且能对电路进行多种转换的主令电器。它用于各种控制电路的转换、电气测量仪表的转换以及配电设备的远距离控制，也可用作小容量电动机的起动、制动、调速和换向等控制。

万能转换开关的结构，如图3.31所示，它具有多层结构。万能转换开关的第一层结构，如图3.31左图所示，主要由触点座、操作定位机构、凸轮、手柄等部分组成。万能转换开关的操作位置可以有0～12个，触点底座可以有1～10层叠装而成，每层触点底座里有三对触点和一个装在转轴上的凸轮，每层凸轮可做成不同形状。万能转换开关在操作时，手柄带动转轴和凸轮一起旋转，当手柄转到不同的位置时，可使每层的各触点按照由凸轮形状设置的规律接通或断开，因而这种开关可以组成多种接线方案。

图3.31　万能转换开关结构

1—转动手柄；2—转动轴；3—静触片；4—动触片

万能转换开关的图形及文字符号、触点接线表，如图3.32所示，文字符号为SC。图中“0”表示手柄的中间位置，两侧的数字表示手柄的操作位置，即用虚线代表手柄位置。通过这样的表达，我们知道图中有几条虚线，对应万能转换开关就有几个手柄位置。由左到右的一对带小圆圈实线则表示一路触点，在触点图形符号下方的虚线位置上画“·”（实心点），表示当操作手柄处于该虚线位置时，该路触点是处于接通状态；若在该虚线位置上未画“·”（实心点）时，则表示该路触点在该虚线位置是处于断开状态。

图3.32　万能转换开关的图形、文字符号和触点接线表

目前，国内常用万能转换开关有LW5、LW6等系列。

5.凸轮控制器

凸轮控制器是一种大型的手动控制电器，也是多挡式、多触点的控制电器，是利用人手转动凸轮去接通和分断大电流的转换开关。主要用于起重设备中直接控制中小型绕线转子异步电动机的起动、停止、调速、换向和制动。

凸轮控制器的工作原理，如图3.33所示，其工作原理与万能转换开关相似，当转动操作手柄时，在凸轮转轴（6）上的凸轮（7）随之转动，从而使静触点（1）和动触点（2）按规定的动作顺序接通和分断。由于凸轮控制器的触点容量大并有灭弧装置，所以用它可直接控制电动机工作，与此同时它也具有体积较大、操作时比较费力等特点。

图3.33　凸轮控制器的工作原理

在电路中，凸轮控制器图形符号的表示方法与万能转换开关的相同。目前，国内常用的凸轮控制器有KT10、KT14及KT15等系列产品。