第四章 继电器

第四章继电器,继电器是铁路信号技术中的重要部件，无论作为继电式信号系统的核心部件，还是作为电子式或计算机式信号系统的接口部件，都发挥着重要的作用。信号继电器概述安全型继电器继电器的应用,第一节信号继电器概述,一、继电器的基本原理1、组成：由接点系统和电磁系统两大部分组成，电磁系统由线圈、固定的铁心、轭铁以及可动的衔铁。接点系统由动接点、静接点构成。,2、动作原理线圈通电产生磁通（衔铁、铁心）产生吸引力克服衔铁阻力衔铁吸向铁心衔铁带动动接点动作前接点闭合、后接点断开。,电流减少吸引力下降衔铁依靠重力落下动接点与前接点断开，后接点闭合。可见，继电器具有开关特性，利用其接点的通、断电路，从而构成各种控制表示电路。,二、继电器的继电特性,回差特点：吸起值、释放值不一样。吸起值释放值,三、继电器的作用能够以极小的电信号控制执行电路中相当大的对象，能够控制数个对象和数个回路，也能控制远距离的对象。有着良好的开关性能：闭合阻抗小、断开阻抗大，有故障安全性能，能控制多回路、抗雷击性能强、无噪声、温度影响小等。在以继电技术构成的系统中，大量使用，在以电子元件和微机构成的系统中，作为接口部件，将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。,四、铁路信号对继电器的要求,1、安全、可靠2、动作可靠、准确3、使用寿命长4、有足够的闭合和断开电路的能力5、有稳定的电气特性和时间特性6、保持良好的电气绝缘强度。,五、信号继电器的分类1、按动作原理分：电磁、感应继电器2、按动作电流分：直流（无极、偏极、有极）、交流继电器直流继电器由直流电源供电的，它所通电流的极性，又可分为无极、偏极有极继电器。直流继电器都是电磁继电器。交流继电器由交流电源供电的。DJ,3、按输入物理量：电流、电压继电器电流继电器反映电流的变化，它的线圈必须串联在所反映的电路中。电压继电器反映电压的变化，它的线圈励磁电路单独构成。4、按动作速度：正常、缓动继电器正常动作继电器衔铁动作时间为0.10.3s，缓动继电器衔铁动作时间超过0.3s，又分为缓吸，缓放。时间继电器是利用脉冲延时电路或软件设定使之缓吸。,5、按接点结构：普通接点、加强接点继电器普通接点继电器具有开断功率较小的接点的能力，以满足一般信号电路的要求。加强接点继电器具有开断功率较大的接点的能力，以满足电压较高、电流较大的信号电路的要求。6、按工作可靠度：安全型、非安全型（前者称为N，重力式继电器，后者称为C型弹力式继电器）,六、继电器的参数1额定值继电器在运用状态时的电压值或电流值；2吸起值使继电器动作（动接点与前接点接触）所需要的最小电流或电压值；3工作值使继电器动作，前接点全部闭合，井满足规定的接点压力所需的最小电流或电压值；4.释放值继电器从规定值降低到前接点断开时的电压或电流值；5转极值有极继电器的动接点由定位转换到反位或由反位转换到定位所需要的电压或电流值；,6过负载值继电器允许接入的最大电压或电流值（一般为工作值的四倍），接入过负载值后，线圈不受损伤，电气特性亦不变化；7吸起时间从继电器线圈接通规定的电压或电流时起至全部前接点闭合的时间；8释放时间切断供以规定的电压或电流的电源时起至全部动接点与后接点闭合的时间；9安全系数额定值与工作值之比；10返还系数释放值与工作值之比称为返还系数,第二节安全型继电器,一、安全型继电器概述AX系列安全型继电器是直流24V系列的重弹力式直流电磁继电器，其典型结构为无极继电器，其它各型号都是由其派生而成。因此，绝大部分零件都能通用。1、插入式和非插入式外观上是否有防尘罩，前者单独使用，后者装于匣内使用。2、型号的表示法采用汉字拼音字母和数字表示，字母表示继电器种类，数字表示线圈的阻值。,3、安全型继电器的品种及用途无极、无极加强接点、无极缓放、无极加强接点缓放、整流式、有极、有极加强、偏极、单闭磁等5种9类20品种及3个派生品种。4、安全型继电器的特点：前接点代表危险侧信息后接点代表安全侧信息接点符合:故障安全原则：处于禁止运行的状态的故障有利于行车的安全称为安全侧，处于允许运行状态的故障可能危及行车安全，称为危险侧故障。发生安全侧故障的可能性远远大于发生危险侧故障的可能性，由于其在故障情况下，使前接点闭合的概率远远小于后接点闭合的概率。,二、无极继电器的结构和动作原理,（1）结构：电磁系统（线圈、铁心、轭铁、衔铁）接点系统（拉杆、动静接点组）（2）动作原理：电磁力动作拉杆，F吸引力F重力为吸起状态。线圈通电产生磁通（衔铁、铁心）产生吸引力克服衔铁阻力衔铁吸向铁心衔铁带动动接点动作前接点闭合、后接点断开。,（3）F吸引力F重力为落下状态。电流减少吸引力下降衔铁依靠重力落下动接点与前接点断开，后接点闭合。（4）无极特性。不能辨别输入物理量的特征，1+4-，1-4+继电器都会吸起，断电就会落下。,（5）无极继电器释放值小于吸起值，返还系数小于1,1）工作气隙在吸起状态与释放状态不同。2）磁滞影响。,继电器的工作值一般大于吸起值，所以工作值大于释放值。返还系数小于1。安全型最高0.5，一般0.3,0.4。,二、直流有极电磁继电器,偏极继电器JPX极性保持继电器JYX特点：1）磁路结构中加入永久磁铁或起永久磁铁作用的线圈。2）衔铁动作受两种磁路的作用。3）灵敏度高，只需要较少的安匝就能动作。4）动作较快。,1.偏极继电器JPX,具有反应电流极性的性能，一般用在道岔表示电路及单复线自动闭塞电路中。结构与无极继电器基本相同，不同之处在于铁芯极靴为方形，极靴下装有L型永久磁铁。继电器只有在通以规定方向的电流时才吸起，不通电时处于打落状态：动接点与后接点闭合原因：永久磁铁产生两路极化磁通,通正电时：1+4-,通负电时：1-4+,不通电时：,动作上：能反映电流的极性。1+4-时，中接点与前接点闭合吸起状态1-4+时，中接点与后接点闭合落下状态不通电时，中接点与后接点闭合落下状态鉴别电流的极性，只有线圈中的电源极性1+、4-，继电器才励磁。,能反映电流极性，并能保持其极性状态。特殊：用刀形永久磁铁代替了无极继电器的部分轭铁，产生两路极化磁通。特点：1）在磁路结构中有永久磁铁或线圈2）衔铁受两种独立磁路控制：控制磁通和极化磁通3）灵敏度提高，只要较少的安匝就可以动作4）动作时间较快。,2.极性保持继电器JYX,通正电时：1+4-,通负电时：1-4+,动作上：能反映电流的极性。1+4-时，中接点与前接点闭合定位吸起状态断电后，保持定位吸起状态。1-4+时，中接点与后接点闭合反位打落状态断电后，保持反位打落状态。,三、JZX型整流式继电器,结构上：与无极继电器相同，只是为了能使用于交流电路中，在继电器中安装有半导体半波或全波整流器，在线圈上佳的是半波或全波的脉动直流电，使电磁吸力产生脉动，工作时发出响声，对继电器正常工作带来不利影响。使用中注意其电源端子1、4短接。,第三节安全型继电器特性,一、机械特性当线圈中通入一定数值的电流后，由于电磁作用或感应方法产生电磁吸引力，吸引衔铁，由衔铁带动接点系统，改变其状态，以完成接通、断开或转接电路的任务。衔铁受两种作用力：牵引力和机械力机械力由接点簧片的弹性力和衔铁上重锤片重力等组成，随着衔铁与铁心磁极间的气隙的变化而变化机械特性,继电器释放时:（1）线段ab:衔铁运动，气隙减小，机械力增大。（2）线段bc:动接点与后接点刚刚分离。（3）线段cd：动接点离开后接点，继续运动。（4）线段de：动接点与前接点接触。（5）线段ef：衔铁继续运动，使前接点与动接点一起弯曲。接点压力,继电器的机械特性曲线是一条折线，折线上c、e两个折点向上突出，反映了衔铁运动在这两个位置时机械反作用力变化最大。取c、e两个折点中的一个作为确定电磁吸力所需安匝值的依据，这个点称为临界点。,二、直流继电器的吸力计算,当安匝(IW)一定时随着工作气隙的减小呈双曲线急剧增大，相同的工作气隙在不同的安匝的情况下，牵引力也不同，安(IW)匝大，牵引力也大。,三、牵引特性与机械特性的配合,当线圈中通入一定数值的电流后，由于电磁作用感应产生电磁吸引力，,为要继电器能吸起，必须要求继电器衔铁在整个运动过程中，牵引力处处大于或等于机械力，即牵引特性曲线必须在机械特性曲线之上，至少也要与机械特性曲线相切。临界安匝：临界点：C工作安匝：,四、安全型继电器的电气特性,1额定值：继电器在运用状态时的电压值或电流值。2吸起值：使继电器动作所需要的最小电流或电压值。3工作值：使继电器动作，前接点全部闭合，并满足规定的接点压力所需要的最小电流或电压值。不大于额定值的70%4释放值：继电器从规定值降低到前接点断开时的电压或电流。5转极值：有极继电器的动接点由定位转换到反位或由反位转换到定位所需要的电压或电流。不大于工作值得120%,6过负载值：继电器允许接入的最大电压或电流，接入过负载值后，线圈不会损伤，电气特性亦不变化。7吸起时间：从继电器线圈接通规定的电压或电流时起至全部前接点闭合的时间。8释放时间：切断供以规定的电压或电流的电源起至全部动接点与后接点闭合的时间。9安全系数：额定值与工作值之比。10返还系数：额定值与工作值之比。返还系数高标志着继电器的落下越灵敏。规定普通继电器的返还系数不小于30%，缓放型继电器不小于20%，轨道继电器不小于50%。,(一)继电器的时间特性当线圈通电到衔铁动作，带动后接点断开，前接点接通，需要一定的时间。当线圈衔铁动作，带动前接点断开，后接点接通，也需要一定的时间。即吸合需要时间，释放也需要时间。,五、继电器的时间特性,电磁继电器的电磁系统是具有铁心的大电感，在接通电源或切断电源时，由于电磁感应的作用，在铁心中产生涡流，在线圈中产生感应电流。这些电流产生的磁通对铁心中原来磁通的变化起了一定程度的影响。即原磁通增大时反对增大，减小时反对减小，使原磁通变化缓慢。因此，电磁继电器或多或少地都有一些缓动的时间特性。,（1）直流无极电磁继电器的时间特性,分析吸起和落下时间的电路,吸起与落下时过渡过程,继电器衔铁的运动时间，对于吸起运动时间，与衔铁的动程、质量、吸力、机械力等有关，其时间一般较吸起启动时间小的多，所以吸起时间主要取决于吸起启动时间。对于落下运动时间，与衔铁的动程、质量、机械力等有关，对于结构一定的继电器来说，落下运动时间是一个常数。继电器的动作时间主要是继电器的启动时间。,（2）改变继电器时间参数的方法改变继电器结构的方法a.改变衔铁与铁心磁吸间止片的厚度，以改变继电器的落下时间，止片增厚，落下时间减小，止片减薄，落下时间增大。b.磁路系统选用电阻率较高的铁磁性材料，使涡流影响减小从而缩短继电器的动作时间。,c.在保证工作安匝的前提下增大线圈导线的线径，以此来提高电流的储备系数，使额定电流提高，加速电流的增长速度使其减小吸起时间。d.在铁心上套铜套（铜环）使继电器达到缓动（缓吸和缓放）。,改变电路的方法a.提高继电器的端电压使继电器快吸b.在继电器线圈电路中串联一个灯泡使继电器快吸,继电器与灯泡串联后的时间特性,c.与继电器线圈串联RC并联电路使继电器快吸,d.并联电阻或二极管使继电器缓放,e.并联RC串联电路使继电器缓放，并联RC串联电路又串联电阻R0，使继电器缓吸又缓放。,缓吸过程曲线,第四节其他类型的继电器,一、时间继电器借助电子电路实现不同时间的缓动，可以满足信号电路的需要。由时间控制单元与JWXC无极继电器组合而成。,在单结晶体管BT的发射极e和第一基极b1的放电回路中接入继电器J的前线圈(3-4,370)，后线圈(1-2,480)通过电阻R1直接与电源相连。接电源，后线圈有电流：+24电源(73端子)D1-R3R1J1-2负电源（62端子）但R1很大，电流很小，继电器不会吸起。同时电容C1充电：+24电源(73端子)D1-R3R6R7C1D4J4-3R2负电源（62端子）电流流过线圈的方向相反，更不吸起。,当电容C1充电电压上升使得BT击穿时，发射极e和第一基极b1导通，C1放电：C1（+）BTe-b1R2J3-4C1（-）电流流过线圈的方向相同，当达到工作值时，继电器吸起，前节点11-12构成自闭电路：+24电源(73端子)D1R3R1、J11-12J1-2负电源（62端子）由于接入，电阻降低一半，电流大于落下值，继电器可靠吸起。,BT和C1组成脉冲延时电路，使继电器缓吸，改变52、61、63、83接入端子可得到不同延时时间。D2D3R3构成稳压电路，D1防止电源极性接错，D4构成继电器断电时产生的反电势的回路，以免击穿单结晶体管，C2平滑电容，滤波。,二、动态继电器,用于双机热备计算机联锁的接口电路，由计算机输出的动态脉冲信号控制。1、JAC-1000型动态继电器单门驱动，泵电源,静态时，H1处于截止，电容器C1充电，C1两端电压充至电源电压，充电结束，继电器J中没有电流，落下。7383端有控制脉冲输入时，高电平，H1导通，C1通过H1向C2放电，同时向继电器放电；当为低电平时，H1截止，C1恢复充电。随着控制信号高、低电平的变化H1不断的导通、截止，C1C2不断充电放电。至少2个脉冲输入，能量不断积累，使得C2两端电压达到继电器工作值，继电器吸起。,2、JARC-1000型动态继电器双门驱动AB两路驱动，控制权由52、62端电源的极性来决定。52正、62负，A路控制；52负、62正，B路控制；,三、交流电磁继电器原理与直流电磁继电器基本相同，当交流电流通过线圈时，在铁心产生交变磁通，但是牵引力正比于磁通的平方，所以牵引力的方向不变。,特殊之处:,牵引力的方向不变，但是大小改变，在结构上要采取除颤动装置。交变磁通产生磁滞损失和涡流损失。在稳定情况下存在反电势，其线圈电流主要是由线圈的感抗决定。,继电器型号所代表的含义：JRJC170/240局部线圈电阻轨道线圈电阻设计序号插入交流二元继电器,二元二位继电器型号所代表的含义,1、电磁系统局部电磁系统：是由局部铁心和局部线圈组成。轨道电磁系统：是由轨道铁心和轨道线圈组成。2、翼板将电磁系统的能量转换为机械能的关键部件1.2mm厚的铝板冲裁而成。在翼板一侧的主轴上还安装一块2.0mm厚由钢板制成的止挡片，与轴成一整体，使翼板转至上下极端位置时受到限制。3、接点组具有常闭和常开各两组。,继电器插座编号,JRJC型交流二元感应继电器有两个独立的电磁系统，一个是局部磁路接交流电源屏，电压较高，为220V或110V；另一个是轨道电磁系统，线圈上接收来自钢轨传送的电压，只有14V、15V。这两个线圈产生两个相位差为90度的磁通，穿过翼片，在上面感应出两个涡流,如果仅在任一线圈通电，或两个线圈通以同一电源，翼板均不能产生转矩而动作具有相位选择性。当牵引电流不平衡时，将有50hz电压加在轨道线圈上，这时所产生的转矩在一个周期内平均为0，即轨道线圈混入干扰电流与固定的25hz局部电流相作用时，不能使继电器误动具有频率选择性。,第五节继电器的接点,继电器接点是继电器的执行机构，通过接点来反映继电器的状态，进行电路的控制。对于继电器接点有较高的要求，从接点材料到接点结构，从接点组数到接点容量。对频繁通断大电流的接点，还必须采取灭火花措施。(1)接点闭合时，接触可靠，接触电阻小而稳定。(2)接点断开时，可靠分开，接点间电阻无穷大，有一定的间隙。(3)接点在闭合断开的过程中没有颤动。(4)不发生熔接。(5)不发生腐蚀。(6)热导率和电导率要高。(7)使用寿命长。,一、接点的工作状态分析,接点闭合状态接点断开过程接点断开状态接点闭合过程,（一）继电器接点闭合状态,继电器接点的接触面有凹凸部分，使得接点闭合时在接触处有一定的接触电阻存在，接触的电阻由接点本身电阻和接触电阻两部分组成。接通电路希望接触电阻小而稳定。1、接点材料的影响一般继电器要求接点材料的电阻系数小，抗压强度低，而且选用不宜氧化或其氧化物电阻率小。银2、接点压力的影响压力越大，接触面越大，接触电阻也越小，但接触压力不能过大，一方面到一定程度再增大压力，接触电阻也不会改变，另外会降低继电器的灵敏度。,3、接点接触形式的影响,分为点接触、面接触、线接触三种。如JWXC型无极继电器的接点采用点接触方式。JYJXC-135/220型加强接点有极继电器，其接点采用面接触方式。,4、接点间电压降和温度的影响,接触电阻压降温度升高接触电阻增大压降增大温度进一步升高接触电阻增大直到温升和扩散达到动态平衡特殊的当压降达到一定值后，接触电阻随压降的增大而下降直到最后等于零。,5、化学腐蚀的影响,接点表面氧化，氧化膜或硫化膜，增大接触电阻。选择不易氧化或氧化后导电性能不受影响的金属做接点。银，银化物,6、电腐蚀的影响,接点断开过程中液态桥，接点电压超过270330V发生火花放电，有大电流时发生电弧放电，出现接点材料的熔化、蒸发、溅射，引起电腐蚀，导致接点变形和损坏，甚至熔接，影响正常工作。银氧化镉金属陶瓷,（二）接点的断开过程,液态桥：电流10mA火花放电：电感电路，电压达到270330V电弧：II0当电路中电流较大时（大于产生电弧的临界电流I0）时，接点断开过程中，由于在强大电场作用下从负极发出的电子具有足够大的能量使气体气子发生强烈游离，就在接点间产生电弧，电弧温度很高，会引起接点材料的蒸发与喷溅，更增加了接点的电腐蚀，同时还引起接点的表面氧化。（三）接点的闭合过程电火花，闭合瞬间完成，不会形成电弧。要求不能颤动，如果颤动，可能出现电弧。,二、熄灭接点电弧和接点灭火花的方法,（一）熄灭接点电弧熄灭接点电弧的条件：接点断开时电路中的电流值必须在的情况下，负载的伏安特性必须在电弧的伏安特性曲线之下。(1)降低负载的伏安特性直线。(2)抬高电弧伏安特性曲线。,(1)降低负载的伏安特性直线降低电源电压；增大电路电阻。通过限制电路功率来实现，将电路功率限制在临界功率的三分之一到五分之一。(2)抬高电弧伏安特性曲线单纯增大接点间距离几个接点串联磁吹弧,（二）接点灭火花电路：,采用灭火花电阻与接点并联是最常用的方法，在接点断开瞬间，电感负载所产生的感应电流流经并联在接点上的电容和电阻串联电路，使接点上的电压降至击穿空气隙电压之下，而避免发生火花。此时，磁场能量消耗在回路电阻上。灭火花电阻与电路电感元件并联灭火花二极管与电路电感元件并联灭火花电阻与接点并联灭火花电阻、电容串联电路与接点并联,第六节继电器电路的设计及应用一、继电器的图形符号应用继电器构成的各种控制表示电路，统称继电电路。（一）选择继电器的一般原则1、继电器的类型、线圈电阻，应满足各种电路的基本要求。2、电路中串联使用继电器时，串联继电器的数量满足电压的要求。3、继电器接点通过的电流不应小于电路的工作电流，必要时采用并联。4、继电器接点数量不够时（不能满足电路要求时），设置复示继电器反映主继电器工作状态。5、电路中串联继电器接点时，接点的接触电阻满足电路要求（不影响电路正常工作）,（二）继电器的表述1、继电器的名称符号根据主要用途和功能命名。如：按钮继电器为AJ，信号继电器XJ等。同一个继电器的线圈和接点必须用该继电器的名称符号来标记，同一个继电器的各接点还需要用其注明编号，采用右下角标，如按钮继电器第一组接点为AJ1，信号继电器的第五组接点为XJ5。,2、继电器的定位（1）、继电器的定位状态必须和设备的定位状态一致。如：信号机以关闭为定位状态；道岔以开通定位为定位状态，轨道电路以空闲为定位状态。（2）、继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致，满足故障安全原则。如：信号继电器落下-信号机的关闭，轨道继电器的落下-轨道电路被占用。在电路中，凡是以吸起为定位状态的继电器，其接点和线圈均以“”符号表示，凡是以落下为定位状态的继电器，其接点和线圈以“”表示。,（三）继电器的符号对于线圈必须注明其定位状态箭头和线圈端子号。对于其接点只须标出其接点组号，而不必详细标明动、前、后接点号。但必须标出箭头方向。总体原则：继电器吸起-（动）中接点与前接点闭合，与后接点断开。继电器落下-（动）中接点与前接点断开，与后接点闭合。,继电器的接点图形符号,继电器吸起：前接点（1-2）闭合，后接点（1-3）断开继电器落下：后接点（1-3）闭合，前接点（1-2）断开,说明：无极继电器接点表示：111213个位的1，2，3分别表示中，前，后接点。十位的1，2，3表示接点组的编号。为了与无极继电器的接点分开，极性保持继电器的编号多加一个百位数1。,继电器在电路图中表示出来的就是继电器的线圈和接点二部分。继电器线圈有电(指通过工作值以上的电流)，继电器吸起则该继电器件的所有前接点都闭合，后接点都离开。线圈断电(无电)，该继电器的所有前接点都离开，后接点都闭合。不能错误的理解为有电流通过接点时，就认为该接点的继电器是吸起的。,继电器吸起，前接点闭合后，不一定有电流通过前接点。因为线圈与接点所构成的电路是两个不同的电的回路，该前接点是否有电流通过，这要看该接点所构成的电路是否连通。如果该接点根本就没有接入电路，那么接点只是象不接入电路的开关扳动一下而已。,（四）继电器线圈的使用必须满足继电器的工作安匝和释放安匝。串联：前后线圈串联23连接，1、4接电源；如：JWXC-1700并联：前后线圈并联13连接，24连接；如：JWXC-850/850,单线圈使用时，为了保证得到与两线圈串联使用同样的工作安匝，通过线圈的电流必须比串联时大一倍，所消耗功率也大一倍。继电器大都采用两线圈串联使用的方法。但当电路需要时，也采用分线圈使用的方法。两线圈并联使用时，所需电压比串联时低一半，一般使用在较低电压的电路中。,二、继电器基本电路1、串联电路。实现“与”的功能2、并联电路。实现“或”功能3、串并联电路。4、自闭电路。当继电器吸合之后，由自身前接点构成，用来继续保持继电器励磁导通的电路。在励磁电路中串联另一继电器的后接点。,5、时序电路具有相互作用且按照一定时间顺序动作的继电电路的总和。,6、极性继电器电路能鉴别继电器激磁电流极性。由偏极继电器或极性保持继电器构成。,DBJ定位表示继电器，FBJ反位表示继电器。当道岔在定位时，半波整流使得