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继电器

1.3继电器

1.3.1继电器的用途、组成

继电器是一种根据电气量（如电压、电流等）或非电气量（如热量、时间、压力、转速等）的变化来接通或断开控制电路，以实现对电力系统及电力拖动装置的的自动控制、检测、保护及调节为目的的自动电器。

它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

继电器是一种小容量电器（一般小于5A），一般没有灭弧装置，不能用来接通和分断负载电路；接触器可以用于控制大容量的电路或电气设备，有良好的灭弧措施，完全可以分断负载电路。

继电器的输入量可以是电气量也可以是非电气量；而接触器的输入量只能是电压。

继电器的定义为：

当输入量（或激励量）满足某些规定的条件时，能在一个或多个电器输出电路中产生跃变的一种器件。

它一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。

感测机构把感测到的电气量或非电气量传递给中间机构，将它与设定的整定值进行比较，当达到整定值（过量或欠量）时，中间机构便使执行机构动作，从而接通或断开被控电路。

1.3.2继电器的分类

继电器种类繁多，分类方法也很多。

1.3.2.1按继电器的工作原理或结构特征分

电磁继电器、固体继电器、温度继电器、舌簧继电器、时间继电器、高频继电器、极化继电器、其他类型的继电器:

如光继电器,声继电器,热继电器,仪表式继电器,霍尔效应继电器,差动继电器等；

1.3.2.2按继电器的外形尺寸可分

微型继电器（最长边尺寸不大于10mm的继电器）、超小型微型继电器（最长边尺寸大于10mm,但不大于25mm的继电器）、小型微型继电器（最长边尺寸大于25mm,但不大于50mm的继电器）；

1.3.2.3按继电器的负载分类

微功率继电器（当触点开路电压为直流28V时,触点额定负载电流（阻性）为0.1A;0.2A的继电器）、弱功率继电器（当触点开路电压为直流28V时,触点额定负载电流（阻性）为0.5A;1A的继电器）、中功率继电器（当触点开路电压为直流28V时,触点额定负载电流（阻性）为2A;5A的继电器）、大功率继电器（当触点开路电压为直流28V时,触点额定负载电流（阻性）为10A;15A;20A;25A;40A……的继电器）

1.3.2.4按继电器的防护特征分类

密封继电器（采用焊接或其它方法,将触点和线圈等密封在罩子内,与围介质相隔离,其泄漏率较低的继电器）、封闭式继电器（用罩壳将触点和线圈等密封（非密封）加以防护的继电器）、敞开式继电器（不用防护罩来保护触电和线圈等的继电器）。

1.3.2.5按用途分

通讯继电器、机床继电器、家电用继电器、汽车继电器、SF6气体密度继电器。

1.3.3热继电器

热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，具有反时限保护特性。

热继电器主要用于电动机的过载保护和断相保护。

1.3.3.1热继电器结构及工作原理

热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。

热继电器工作原理示意图如图：

1——热元件，

2——双金属片

3——导板

4——触点

图热继电器工作原理示意图

热继电器的结构如图所示。

图热继电器结构示意图

图中：

1——电流调节凸轮，2——片簧（2a，2b），3——手动复位按钮，4——弓簧片，5——主金属片，6——外导板，7——内导板，8——常闭静触点，9——动触点，10——杠杆，11——常开静触点（复位调节螺钉），12——补偿双金属片，13——推杆，14——连杆，15——压簧

使用热继电器对电动机进行过载保护时，将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。

当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。

常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。

若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。

1.3.3.2热继电器的分类

　热继电器的型式有许多种，可按下述方法分类：

（1）按是否带有断相保护功能分：

a：

带断相保护。

　b：

不带断相保护。

（2）按整定电流是否可以调节分：

a：

整定电流可以调节。

b：

整定电流不可以调节。

（3）按辅助触头形式分：

a：

常闭触头。

b：

电气不绝缘的常闭触头和常开触头。

　c：

电气绝缘的常闭触头和常开触头。

（4）按复位方式分：

　a：

手动复位。

　b：

手动复位和自动复位兼有（可以选用）。

c：

自动复位。

（5）按周围环境温度有无温度补偿分：

a：

有周围环境温度补偿。

b：

无周围环境温度补偿。

（6）按与配套交流接触器接线安装方式分：

a：

组合接线安装方式。

　b：

分立接线安装方式。

（7）按有无动作指示分：

　a：

有动作指示。

　b：

无动作指示。

（8）按有无测试功能分：

a：

有测试功能。

b：

无测试功能。

（9）按能否手动断开常闭触头分：

　a：

能手动断开常闭触头。

b：

不能手动断开常闭触头。

（10）按辅助触头的使用类别分：

　a：

交流电路。

　b：

交流电路或直流电路。

1.3.3.3热继电器符号、型号及典型产品

热继电器的文字符号为FR，图形符号如下图所示。

FR

FR

热元件常闭触头

热继电器图形符号

热继电器型号含义

常用典型产品有：

（1）JR20系列、NR2（JR28） 系列热继电器适用于交流50Hz/60Hz、电压至660V，电流0.1-630A的长期工作或间断长期工作的交流电动机的过载与断相保护。

热继电器具有断相保护、温度补偿、动作指示、自动与手动复位、动作可靠。

    热继电器可与接触器接插安装，也可独立安装。

JR20-□L中“L”表示独立安装。

JR20系列NR2（JR28）

（2）3UA系列热继电器。

该系列热继电器是引进西门子公司技术生产的产品，适用于AC50Hz或60Hz,电压值690V至1000V，电流范围在0.1~400A的电路中，作为电动机电力线路和所配用的接触器的过载保护及断相保护。

1.3.3.4热继电器选型原则

 热继电器的正确选用．与电动机的工作制有密切关系。

当热继电器用以保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。

例如，热继电器的整定值可等于0.95—1.05倍电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。

   当热继电器用以保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。

如果每小时操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。

   对于正反转相通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

具体原则如下：

1．热继电器类型选择：

热继电器从结构型式上可分为两极式和三极式。

三极式中又分为带断相保护和不带断相保护，主要应根据被保护电动机的定子接线情况选择。

当电动机定子绕组为三角形接法时，必须采用三极式带断相保护的热继电器（原因详见本文一、2之3））；对于星形接法的电动机，一般采用不带断相保护的热继电器。

由于一般电动机采用星形接法时都不带中线，热继电器用两极式或三极式都可以。

但若电动机定于绕组采用带中线的星形接法时，热继电器一定要选用三极式。

另外，一般轻载起动、长期工作的电动机或间断长期工作的电动机，宜选择二相结构的热继电器；当电动机的电流电压均衡性较差、工作环境恶劣或较少有人看管时，可选用三相结构的热继电器。

2．热继电器额定电流的选择：

1）保证电动机正常运行及起动：

在正常起动的起动电流和起动时间、非频繁起动的场合，必须保证电动机的起动不致使热继电器误动。

当电动机起动电流为额定电流的6倍、起动时间不超过6s、很少连续起动的条件下，一般可按电动机的额定电流来选择热继电器。

（实际中热继电器的额定电流可略大于电动机的额定电流）

2）考虑保护对象--电动机的特性：

电动机的型号、规格和特性 电动机的绝缘材料等级有A级、E级、B级等，它们的允许温升各不相同，因而其承受过载的能力也不相同。

在选择热继电器时是应引起注意的。

另外，开启式电动机散热比较容易，而封闭式电动机散热就困难得多，稍有过载，其温升就可能超过限值。

虽然热继电器的选择从原则上讲是按电动机的额定电流来考虑，但对于过载能力较差的电动机，它所配的热继电器（或热元件）的额定电流就应适当小些。

在这种场合，也可以取热继电器（或热元件）的额定电流为电动机额定电流的60％-80％。

 3）考虑负载因素：

如负载性质不允许停车、即便过载会使电动机寿命缩短，也不应让电动机冒然脱扣，以免生产遭受比电动机价格高许多倍的巨大损失。

这时继电器的额定电流可选择较大值（当然此工况下电动机的选择一般也会有较强的过载能力）。

这种场合最好采用由热继电器和其它保护电器有机地组合起来的保护措施，只有在发生非常危险的过载时方考虑脱扣。

总之，这不是一个教条的公式，应综合考虑。

3．热元件整定电流选择：

根据热继电器型号和热元件额定电流，即可查出热元件整定电流的调节范围。

通常将热继电器的整定电流调整到电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的0．6-0．8倍；当电动机起动时间较长、拖动冲击负载或不允许停车时，可将热元件整定电流调节到电动机额定电流的1．1-1．15倍。

4.热继电器应具有既可靠又合理的保护特性，具体而言应具有一条与电动机容许过载特性相似的反时限特性，且应在电动机容许过载特性之下，而且应有较高的精确度，以保证保护动作的可靠性。

5其它注意事项：

1）操作频率：

当电动机的操作频率超过热继电器的操作频率时，如电动机的反接制动、可逆运转和密接通断，热继电器就不能提供保护。

这时可考虑选用半导体温度继电器进行保护。

2）对于工作时间较短、间歇时间较长的电动机（例如摇臂钻床的摇臂升降电动机等），以及虽然长期工作但过载的可能性很小的电动机（例如排风机等），可以不设过载保护。

3）对点动、重载起动，连续正反转及反接制动等运行的电动机，一般不宜用热继电器。

4）应当具有一定的温度补偿：

由于周围介质温度的变化，在相同的过载电流下，热继电器的动作将产生误差，为消除这种误差，应当设置温度补偿措施；

5）一般情况下，应遵循热继电器保护动作后即使热继电器自动复位，被保护的电动机都不应自动再起动的原则，否则应将热继电器设定为手动复位状态。

这是为了防止电动机在故障未被消除而多次重复再起动损坏设备。

例如：

一般采用按钮控制的手动起动和手动停止的控制电路，热继电器可设定成自动复位形式；采用自动元件控制的自动起动电路应将热继电器设定为手动复位形式；凡能自动复位的热继电器，动作后应能在5分钟内可靠地自动复位。

而手动复位的在动作后2分钟内用手按下手动复位按钮时，也应可靠地复位。

多数产品一般都有手动与自动复位两种方式，并且可以利用螺钉调节成任一方式，以满足不同场合的需要。

6）动作电流值应当可调 为能满足生产和使用中的需要，减少规格档次，所以某一规格的热继电器应能通过凸轮的调节来实现。

7）因热元件受热变形需要时间，故热继电器只能作为电动机的过载保护，不能作为短路保护用。

因此，在使用热继电器时，应加装熔断器作为短路保护。

对于重载、频繁起动的较大容量的重要电动机，则可用过电流继电器（延时动作型的）作它的过载和短路保护。

3.3.4中间继电器

3.3.4.1中间继电器的原理及用途

中间继电器和电压、电流继电器都属于电磁式继电器。

它的工作原理和交流接触器一样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。

线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位。

由于继电器用于控制电路，流过触头的电流小，故不需要灭弧装置。

中间继电器实质上是电压继电器的一种，它的触点数多，触点电流容量大，动作灵敏。

中间继电器的主要用途是当其它继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，从而起到中间转换的作用。

3.3.4.1中间继电器的图形符号及型号意义

中间继电器的文字符号为KM或K，图形符号如下图：

KM

KM

KM

（a）线圈（b）常开触点（c）常闭触点

中间继电器型号含义见下图：

中间继电器型号含义

3.3.4.2中间继电器选型

1地理位置气候作用要素 

主要指海拔高度、环境温度、湿度、和电磁干扰等要素。

考虑控制系统的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，装置关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型（金属罩密封或塑封型，金属罩密封产品优于塑封产品）中间继电器产品。

因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和切换负载能力（不受外部气候环境影响）。

2机械作用要素 

主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。

对控制系统主要考虑到抗地震应力作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。

3　激励线圈输入参量要素 

主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压（220V）输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰激励等参量要素，这些都是确保电力系统自动化装置可靠运行必须认真考虑的因素。

按小型中间继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。

4　触点输出（换接电路）参量要素 

主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载，电感器、接触器（继电器）线圈负载，阻性负载等；触点负载量值（开路电压量值、闭路电流量值），如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。

3.3.5时间继电器

时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，主要作为辅助电器元件用于各种电气保护及自动装置中，使被控元件达到所需要的延时。

按其动作原理与结构不同，可分为空气阻尼式、电动式、电子式等多种类型。

3.3.5.1时间继电器的文字符号是KT,图形符号如下图所示：

时间继电器的图形和文字符号

（a）线圈；（b）延时闭合的动合触头；（c）延时断开的动断触头；（d）延时闭合的动断触头；（e）延时断开的动合触头

3.3.5.2典型的时间继电器

（1）空气阻尼式时间继电器

JS7-A系列时间继电器（以下简称继电器）主要适用于交流50Hz、额定电压至380V的电路中，通常用在自动或半自动控制系统中，按预定的时间使被控元件动作。

有通电延时和断电延时两种。

它是利用空气阻尼原理获得延时的。

由电磁系统、延时机构和触头三部分组成，电磁机构为直动式双E形，触头系统是借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。

（2）电子式时间继电器

如：

JSZ3系列电子式时间继电器，其具有体积小、重量轻、结构紧凑、延时范围广、延时精度高、可靠性好、寿命长等特点，适用于机床自动控制，成套设备自动控制等要求高精度，高可靠性的自动控制系统作延时控制元件。

电子式时间继电器是采用晶体管或集成电路和电子元件等构成，目前已有采用单片机控制的时间继电器。

由于其优点突出，所以发展很快，应用广泛。

晶体管式时间继电器是利用RC电路电容器充电时，电容器上的电压逐渐上升的原理作为延时基础的，因此改变充电电路的时间常数（改变阻值），即可整定其延时时间。

继电器的输出形式有两种，有触头式，用晶体管驱动小型电磁式继电器；无触头式，采用晶体管或晶闸管输出。