电磁式中间继电器：选型和应用

继电器是一种根据电量（电压、电流）或非电量（热量、时间、转速、压力等）的变化使触点动作，接通或断开控制电路，以实现自动控制和保护电气设备的电器。其种类很多，有电磁式继电器、热继电器、时间继电器、速度继电器等类型。

1.电磁式继电器

电磁式继电器是以电磁力为驱动力的继电器，是控制电路中用得最多的继电器。电磁式继电器具有结构简单、价格低廉、使用维护方便、触点容量小（一般在2A 以下）、触点数量多且无主辅之分、无灭弧装置、体积小、动作迅速准确、控制灵敏可靠等特点，广泛应用于低压控制系统中。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器以及各种小型通用继电器等。

电磁式继电器的结构与接触器的大体相似，它也由电磁机构和触头系统两个主要部分组成，如图4.27所示。电磁机构由线圈、铁芯、衔铁组成。触头系统的触头接在控制电路中，且电流小，故没有灭弧装置。触头一般为桥式触头，有常开和常闭两种形式。

尽管电磁式继电器与接触器都是用来自动接通和断开电路的，但也有不同之处。继电器可对多种输入量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；继电器用于切换小电流的控制电路和保护电路，而接触器用于来控制大电流的主电路；继电器没有灭弧装置也无主辅触点之分。

电磁式继电器型号的表示方法及含义如下：

图4.27　电磁式继电器的典型结构

1—线圈；2—铁芯；3—磁轭；4—弹簧；5—调节螺母；6—调节螺钉；7—衔铁；8—非磁性垫片；9—常闭触点；10—常开触点

电磁式继电器的图形符号和文字符号如图4.28所示。

图4.28　电磁式继电器的图形符号和文字符号

1）中间继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可用来直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。中间继电器的结构和工作原理与交流接触器的基本相同，与交流接触器的主要区别是触点数目多，且触点容量小，只允许通过小电流。在选用中间继电器时，主要考虑电压等级和触点数目。常用的中间继电器有JZ7、JZ14、JZ15、JZ17、JZC1、JZC4、JTX、3TH 等系列。

2）电压继电器

电压继电器的动作与线圈所加电压大小有关，使用时与负载并联。电压继电器的线圈匝数多、导线细、阻抗大。电压继电器又分为过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器。

（1）过电压继电器。

过电压继电器在电路中用于过电压保护，当其线圈为额定电压值时，衔铁不产生吸合动作，只有当电压高于额定电压105%～115%时才产生吸合动作，当电压降低到释放电压时触点复位。

（2）欠电压继电器。

欠电压继电器在电路中用于欠电压保护，当线圈在额定电压下工作时，欠电压继电器的衔铁处于吸合状态。如果电路出现电压降低，并且低于欠电压继电器的线圈释放电压，则其衔铁打开，触点复位，从而控制接触器及时切断电气设备的电源。

（3）零电压继电器。

通常，欠电压继电器吸合电压的整定范围是额定电压的30%～50%，释放电压的整定范围是额定电压的10%～35%。

零电压继电器实质就是欠电压继电器，不同的是释放电压值更低。

3）电流继电器

电流继电器的动作与线圈通过电流的大小有关，使用时与负载串联。电流继电器的线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器又分为过电流继电器和欠电流继电器。

（1）过电流继电器。

过电流继电器线圈在额定电流值时，衔铁不产生吸合动作，只有当负载电流超过一定值时才产生吸合动作。过电流继电器常用于电力拖动系统，起保护作用。

通常，交流过电流继电器的吸合电流整定范围为额定电流的1.1～4倍，直流过电流继电器的吸合电流整定范围为额定电流的0.7～3.5倍。

（2）欠电流继电器。

欠电流继电器是当线圈电流低于整定值时动作的一种继电器。欠电流继电器一般将动合触点串接到接触器的线圈电路中。

欠电流继电器的吸引电流为额定电流的30%～65%，释放电流为额定电流的10%～20%。因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放，输出信号去控制接触器失电，从而控制设备脱离电源，起到保护作用。

2.热继电器

热继电器是利用感温元件受热而动作的一种继电器，它主要用来保护电动机或其他负载免于过载。热继电器的外形如图4.29（a）所示，结构如图4.29（b）所示，图形符号和文字符号如图4.29（c）所示。

图4.29　热继电器的外形、结构原理和符号

1—补偿双金属片；2—轴1；3—轴2；4—杠杆；5—压簧；6—凸轮；7、12—簧片；8—推杆；9—复位调节螺母；10—动断触点；11—弓形弹簧片；13—手动复位按钮；14—双金属片；15—热元件；16—绝缘导板

热元件用镍铬合金丝等电阻材料做成，直接串联在被保护的电动机主电路内，它随电流的大小和时间的长短而发出不同的热量，这些热量加热双金属片。双金属片由两种膨胀系数不同的金属片碾压而成，右层采用高膨胀系数的材料，如铜或铜镍合金，左层采用低膨胀系数的材料，如因瓦合金。双金属片的一端为固定端，另一端为自由端。当电动机正常运行时，热元件产生的热量使双金属片略有弯曲，并与周围环境保持热交换平衡。当电动机过载运行时，热元件产生的热量来不及与周围环境进行热交换，使双金属片进一步弯曲，推动导板向左移动，并推动补偿双金属片绕轴顺时针转动，推杆向右推动片簧到一定位置时，弓形弹簧片作用力方向发生改变，使簧片向左运动，动断触点断开，从而断开电动机的控制电路，从而使电动机得到保护。主电路断电后，随着温度的下降，双金属片恢复原位。可使用手动复位按钮使触点复位。借助凸轮和杠杆可以在额定电流的66%～100%范围内调节动作电流。(www.xing528.com)

缺相运行是三相交流电动机烧坏的主要原因之一。热继电器是串联在电动机主电路中的，所以其通过的电流就是线电流。对于Y 接法，当电路发生缺相运行时，另两相电流明显增大，流过热继电器的电流等于电动机的相（绕组）电流，热继电器可以起到保护作用。而对于△接法，线电流是相电流的1.73倍，当电源一相断路时，流过三相绕组的电流是不平衡的。其中两相做串联接法的绕组中的电流是另一相的一半，这时线电流仅是另一相绕组中电流的1.5倍左右，如果此时处于严重过载状态，热继电器热元件产生的热量不足以使触点动作，则时间一长，电动机就可能被烧毁。可见若电动机为△接法，一般的热继电器无法实现断相后电动机的过载保护。这时必须采用带有断相保护的热继电器。

带断相保护的热继电器是三相热继电器，即有三个热元件，分别接于三相电路中，导板采用差动式断相保护机构，如图4.30所示。差动式断相保护机构由上导板1、下导板2及装有顶头4的杠杆3组成，其间均用转轴连接。图4.30（a）所示为通电前机构各部件的位置。图4.30（b）所示为小于整定电流下工作时，三相双金属片均匀受热同时向左弯曲，上、下导板同时向左平行移动一小段距离，但顶头4尚未碰到补偿双金属片，继电器不动作。图4.30（c）所示为三相同时均匀过载，此时，三相双金属片同时向左弯曲，推动下导板，也同时带动上导板左移，顶头碰到补偿双金属片端部，使常闭触头动作。图4.30（d）所示为W 相发生短路时的情况，此时W 相的双金属片逐渐冷却，W 相双金属片的端部推动上导板右移，而另外两相双金属片在电流作用下向左弯曲，带动下导板左移，由于上、下导板一右一左地移动，产生了差动作用，再通过杠杆放大，迅速推动补偿双金属片，使常闭触头断开，起断相保护作用。

图4.30　差动式断相保护机构的工作原理

1—上导板；2—下导板；3—杠杆2；4—顶头；5—补偿双金属片；6—主双金属片

使用热继电器时要注意以下几个问题。

（1）为了正确地反映电动机的发热，在选择热继电器时应采用适当的热元件，若热元件的额定电流与电动机的额定电流值相等，则继电器便能准确地反映电动机的发热。同一种热继电器有许多种规模的热元件。

（2）注意热继电器所处的周围环境温度，应保证它与电动机有相同的散热条件，特别是有温度补偿装置的热继电器。

（3）由于热继电器有热惯性，大电流出现时它不能立即动作，故热继电器不能用于短路保护。

（4）用热继电器保护三相异步电动机时，至少需要采用有两个热元件的热继电器，以便在不正常的工作状态下，也可对电动机进行过载保护，例如，电动机单相运行时，至少有一个热元件能起作用。当然，最好采用有三个热元件带缺相保护的热继电器。

热继电器主要的产品型号有JRS1、JR0、JR10、JR14和JR15等系列；引进产品有T 系列、3UA 系列和LR1-D 系列等。JR15系列为两相结构，其余大多为三相结构，并可带断相保护装置。JR20系列为更新换代产品，用来与CJ20系列交流接触器配套使用。

3.时间继电器

时间继电器是电路中控制动作时间的设备，它利用电磁原理或机械动作原理来实现触头的延时接通和断开。按其动作原理与构造不同，时间继电器可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等时间继电器。图4.31所示为时间继电器的外形，图4.32所示的时间继电器的符号。

图4.31　时间继电器的外形

图4.32　时间继电器的符号

1）空气阻尼式时间继电器

图4.33所示为空气阻尼式时间继电器的结构示意图，它分为通电延时型和断电延时型两种类型。图4.33（a）所示为通电延时型时间继电器。在线圈通电后，铁芯将衔铁吸合，同时推板使微动开关立即动作。活塞杆在塔形弹簧的作用下，带动活塞及橡皮膜向上移动，由于橡皮膜下方气室的空气稀薄，形成负压，因此活塞杆不能迅速上移。当空气由进气孔进入时，活塞杆才逐渐上移。移到最上端时，杠杆才使微动开关动作。延时时间即为自电磁铁吸引线圈通电时刻到微动开关动作的这段时间。通过调节螺杆来改变进气孔的大小，就可以调节延时时间。当线圈断电时，衔铁在复位弹簧的作用下将活塞推向最下端。因活塞被往下推时，橡皮膜下方气室内的空气，都通过橡皮膜、弱弹簧和活塞所形成的单向阀，经上气室缝隙顺利排掉，因此，延时与不延时的微动开关都能迅速复位。

将电磁机构翻转180°安装，可得到图4.33（b）所示的断电延时型时间继电器。它的工作原理与通电延时型时间继电器的相似，微动开关是在吸引线圈断电后延时动作的。

空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、寿命长、价格低，还附有不延时的触点，所以应用较为广泛；缺点是准确度低，延时误差大（±10%～±20%），在要求延时精度高的场合不宜采用。空气阻尼式时间继电器主要型号有JS7、JS16和JS23等系列。

图4.33　空气阻尼式时间继电器的结构示意图

1—线圈；2—铁芯；3—衔铁；4—复位弹簧；5—推板；6—活塞杆；7—杠杆；8—塔形弹簧；9—弱弹簧；10—橡皮膜；11—空气室壁；12—活塞；13—调节螺杆；14—进气孔；15、16—微动开关

2）电子式时间继电器

电子式时间继电器的种类很多，最基本的有延时吸合型和延时释放型两种。它们大多利用电容充放电原理来达到延时目的。JS20系列电子式时间继电器具有延时长、电路简单、延时调节方便、性能稳定、延时误差小、触点容量较大等优点，得到广泛的应用。

图4.34所示为JS20系列电子式时间继电器原理图。刚接通电源时，电容器C2 尚未充电，此时UG=0，场效应晶体管VT1 的栅极与源极之间电压UGS=-US，此后直流电源经电阻R10、RP1、R2 向C2 充电，电容C2 上电压逐渐上升，直至UG上升至（Up为场效应晶体管的夹断电压）时，VT1 开始导通。由于ID在R3 上产生压降，D 点电位开始下降，一旦D 点电压降到VT2 的发射极电位以下时，VT2 开始导通，VT2 的集电极电流IC在R4 上产生压降，使场效应晶体管的US降低。R4 起正反馈作用，VT2 迅速地由截止变为导通，并触发晶闸管VT 导通，继电器KA 动作。由上可知，从时间继电器接通电源开始至C2 被充电到KA 动作为止的这段时间为通电延时动作时间。KA 动作后，C2 经KA 常开触点对电阻R9 放电，同时氖泡Ne起辉，并使场效应晶体管VT1 和晶体管VT2 都截止，为下次工作做准备。此时晶闸管VT 仍保持导通，除非切断电源，使电路恢复到初始状态，继电器KA 才释放。

图4.34　JS20系列电子式时间继电器原理图

常用电子式时间继电器的型号有JS20、JS13、JS14和JS15等系列。国外引进生产的产品有ST、HH、AR 等系列。

4.速度继电器

速度继电器主要用于鼠笼式异步电动机的反接制动控制，故又称为反接制动继电器。它主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一个圆形永久磁铁，定子是一个鼠笼式空心圆杯，由硅钢片叠成，并装有鼠笼式绕组。

速度继电器的外形如图4.35（a）所示，结构如图4.35（b）所示，图形符号和文字符号如图4.35（c）所示。工作时，速度继电器转子的轴与被控制电动机的轴相连接，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，在空间上产生旋转磁场，切割定子绕组并产生感应电流。当达到一定转速时，定子在感应电流和力矩的作用下跟随转动，转到一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片（动触片）动作，使常闭触头分断、常开触头闭合。当电动机转速低于某一数值时，定子产生的转矩减小，所有触头在簧片作用下复位。

图4.35　速度继电器的外形、结构和符号

1—转轴；2—转子；3—定子；4—定子绕组；5—摆锤；6、9—簧片；7、8—静触点；10—转子符号；8—常开触点符号；9—常闭触点符号

常用的速度继电器有YJ1系列和JF20系列。JF20系列有两对动合、动断触头。通常速度继电器转轴在转速为120r/min以上即能动作，在转速100r/min以下触点复位。