1.3　继电器

继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控制和保护的自动控制电器。其输入量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电量；输出量则是触头的动作或者是电路参数的变化。继电器一般由输入感测机构和输出执行机构两部分组成。前者反映输入量的变化，后者完成触点分、合动作（对有触点继电器）或半导体元件的通、断（对无触点继电器）。

继电器的种类很多，按输入信号的性质分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器等，按工作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等，按输出形式分为有触点和无触点两类，按用途分为控制用和保护用继电器等。本节介绍几种常用的继电器。

1.3.1　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做电压继电器。它用于电力拖动系统的电压保护和控制。使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈的匝数多而线径细。按通过线圈电流的种类分为交流电压继电器和直流电压继电器；按吸合电压的大小分为过电压继电器和欠电压继电器。

对于过电压继电器，当线圈电压为额定电压时，衔铁不产生吸合动作；只有当线圈电压高于其额定电压的某一值时，衔铁才产生吸合动作。因为直流电路不会产生波动较大的过电压现象，所以没有直流过电压继电器产品。交流过电压继电器在电路中起电压保护作用。

对于欠电压继电器，当线圈的承受电压低于其额定电压时，衔铁产生释放动作。它的特点是释放电压很低，在电路中用做低电压保护。

电压继电器的图形和文字符号如图1-12所示。

选用电压继电器时，首先要注意线圈电压的种类和电压等级应与控制电路一致。另外，根据在控制电路中的作用（是过电压还是欠电压）选型。最后，要按控制电路的要求选择触点的类型（是常开还是常闭）和数量。

1.3.2　电流继电器

触点的动作与线圈电流大小有关的继电器称做电流继电器。使用时，电流继电器的线圈与负载串联，其线圈的匝数少而线径粗。根据线圈的电流种类，分为交流电流继电器和直流电流继电器；按吸合电流大小，分为过电流继电器和欠电流继电器。

对于过电流继电器，正常工作时，线圈中流过负载电流，但不产生吸合动作。当出现比负载工作电流大的吸合电流时，衔铁才产生吸合动作，带动触点动作。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。

对于欠电流继电器，正常工作时，由于电路的负载电流大于吸合电流，使衔铁处于吸合状态。当电路的负载电流降低至释放电流时，衔铁释放。在直流电路中，由于某种原因引起负载电流降低或消失，往往导致严重的后果（如直流电动机的励磁回路断线），因此有直流欠电流继电器产品，而没有交流欠电流继电器产品。

电流继电器的图形和文字符号如图1-13所示。

选用电流继电器时，首先要注意线圈电压的种类和等级应与负载电路一致。另外，根据对负载的保护作用（是过电流还是低电流）来选用电流继电器的类型。最后，要根据控制电路的要求选择触点的类型（是常开还是常闭）和数量。

1.3.3　中间继电器

在控制电路中起信号传递、放大、切换和逻辑控制等作用的继电器称做中间继电器。它属于电压继电器的一种，主要用于扩展触点数量，实现逻辑控制。中间继电器也有交、直流之分，分别用于交流控制电路和直流控制电路。中间继电器的图形和文字符号如图1-14所示。

中间继电器的主要技术参数有额定电压、额定电流、触点对数以及线圈电压种类和规格等。选用时，要注意线圈的电压种类和电压等级应与控制电路一致。另外，要根据控制电路的需求来确定触点的形式和数量。当一个中间继电器的触点数量不够用时，可以将两个中间继电器并联使用，以增加触点的数量。

1.3.4　时间继电器

从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（触点的闭合或断开）的继电器，称做时间继电器。在工业自动化控制系统中，基于时间原则的控制要求非常常见，所以时间继电器是一种最常用的低压控制器件之一。

时间继电器的延时方式有两种，即通电延时和断电延时。

通电延时是指接收输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。

断电延时是指接收输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。

时间继电器的图形和文字符号如图1-15所示。

时间继电器按工作原理分类，有电磁式、电动式、空气阻尼式、电子式等。其中，电子式时间继电器最为常用，而电磁式和电动式时间继电器已基本被淘汰，空气阻尼式定时器在对定时精度要求不高和定时长度较短的场合还有一些使用。

电子式时间继电器除执行器件继电器外，均由电子元件组成，没有机械部件，因而具有寿命长、精度高、体积小、延时范围大、控制功率小等优点，应用广泛。

电子式时间继电器的品种和类型很多，主要有通电延时型、断电延时型、带瞬动触点的通电延时型等类型。有些电子式时间继电器采用拨码开关整定延时时间，采用显示器件直接显示定时时间和工作状态，具有直观、准确、使用方便等特点。

数字式时间继电器较之晶体管式时间继电器来说，延时范围成倍增加，调节精度提高两个数量级以上，可控制功率，体积更小，适用于各种需要精确延时的场合以及各种自动控制电路中。这类时间继电器的功能特别强，有通电延时、断电延时、定时吸合、循环延时等多种延时形式和十几种延时范围供用户选择，这是晶体管式时间继电器不可比拟的。

1.3.5　热继电器

热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器，主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。热继电器还常和交流接触器配合组成电磁启动器。

（1）热继电器的结构和工作原理

热继电器主要由热元件、双金属片、触点、复位弹簧和电流调节装置等部分组成。图1-16所示为热继电器的工作原理示意图。双金属片是热继电器的感测元件，它由两种不同线膨胀系数的金属用机械碾压而成。线膨胀系数大的称为主动层，常用线膨胀系数高的铜或铜镍铬合金制成；膨胀系数小的称为被动层，常用线膨胀系数低的铁镍合金制成。在加热之前，两片金属片长度基本一致，热元件串接在电动机定子绕组电路中，电动机定子绕组电流即为热元件上流过的电流。当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但不足以使热继电器动作；当电动机过载时，流过热元件的电流增大，热元件产生的热量增加，使被其缠绕的双金属片受热膨胀，弯曲程度加大，最终使双金属片推动扣板，使热继电器的触点动作，切断电动机的控制电路，使主电路停止工作。通过调节压动螺钉，就可整定热继电器的动作电流值。

热继电器根据拥有热元件的多少，分为单相结构、两相结构和三相结构三种类型。根据复位方式，热继电器分为自动复位和手动复位两种。使用两相结构的热继电器时，将两只热元件分别串接在任意两相电路中；使用三相结构热继电器时，将三只热元件分别串接在三相电路中。三相结构中有三相带断相保护和不带断相保护两种。

热继电器的图形和文字符号如图1-17所示。

（2）热继电器的选用

热继电器只能用作电动机的过载保护，而不能作为短路保护使用。热继电器选用是否得当，直接影响对电动机过载保护的可靠性。选用时，应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合考虑。

①原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流相当，一般取电动机额定电流的95%～105%。

②在不频繁启动场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，电动机启动电流为其额定电流6倍，启动时间不超过6s，且很少连续启动时，可按电动机的额定电流选取热继电器。

③当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的操作频率是很有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果很不理想，有时甚至不能使用。

对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用热继电器保护，必要时可以选用装在电动机内部的温度继电器。

1.3.6　速度继电器

按速度原则动作的继电器，称做速度继电器。它主要应用于三相笼型异步电动机的反接制动，因此又称做反接制动控制器。

感应式速度继电器主要由定子、转子和触点三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁；定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠制而成，并装有笼型绕组。

图1-18所示为感应式速度继电器原理示意图。其转子的轴与被控电动机的轴相连接，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动。到达一定转速时，定子在感应电流和力矩的作用下跟随转动；到达一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片动作，使常闭触点打开，常开触点闭合；当电动机转速低于某一数值时，定子产生的转矩减小，触点在簧片作用下返回到原来位置，使对应的触点恢复到原来状态。

一般感应式速度继电器转轴在120r/min左右时，触点动作；在100r/min以下时，触点复位。速度继电器的图形和文字符号如图1-19所示。