激光设备控制技术教材第二章第三节讲解.docx
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激光设备控制技术教材第二章第三节讲解
第三节 电磁式继电器
一、电磁式继电器的基本结构和分类
1.电磁式继电器的基本结构
电磁式继电器广泛应用于电力拖动控制系统中，其结构及工作原理与接触器类似，也是由电磁机构和触头系统等组成。
与接触器的区别主要表现在继电器只能用于切换电流较小的控制电路或保护电路（各触头允许通过的电流最多为5A），而不能控制主电路；继电器可对多种输入信号量的变化作出反应，而接触器只能对电压信号作出反应；由于通断的电流较小，继电器不设专门的灭弧装置且触头无主、辅之分。
另外，为了改变继电器的动作参数，继电器一般还具有改变释放弹簧松紧和改变衔铁打开后磁路气隙大小的调节装置。
2.电磁式继电器的种类
电磁式继电器的种类很多，按用途分有控制继电器、保护继电器等。
按输入量分有电压继电器、电流继电器、时间继电器和中间继电器。
按通入电磁线圈电流种类不同有交流继电器和直流继电器。
二、电磁式继电器的特性和主要参数
1.电磁式继电器的特性
继电器的特性是用输入—输出特性来表示的，当改变继电器输入量大小时，对于输出量的触头只有“通”与“断”两个状态，所以继电器的输出量也只有“有”和“无”两个量。
图1-22为继电器的继电特性。
当输入量X从零开始增加时，在X＜X0的过程中，输出量Y为零；当X=X0时，衔铁吸合，通过其触头的输出量由零跃变为Y1；再增加X时，Y1值不变。
而当输入量减小时，在X＞Xr的过程中，Y仍保持Y1值不变，当X减小到Xr时，衔铁打开，输出量由Y1突降为零；X再减小，Y值保持为零。
图中X0为继电器的吸合值，Xr为继电器的释放值。
图2-22继电器的输入-输出特性
2.电磁式继电器的主要参数
（1）额定电压或额定电流 电压继电器的额定电压指的是线圈的额定电压；电流继电器的额定电流指的是其线圈的额定电流。
（2）动作电压或动作电流 电压继电器的动作电压指的是使其衔铁开始运动时线圈两端的电压；电流继电器的动作电流则是指使电流继电器衔铁开始运动时通过其线圈的电流。
（3）返回电压或返回电流 返回电压是指电压继电器衔铁开始返回动作时线圈两端的电压；返回电流是指电流继电器衔铁开始返回动作时流过线圈的电流。
（4）返回系数 是指继电器的释放值与吸合值的比值，以K表示。
对于电压继电器，电压返回系数KV为：
KV=Ur/U0 （2-1）
式中：
Ur为释放电压（V）；U0为吸合电压（V）。
对于电流继电器，电流返回系数KI为：
KI=Ir/I0 （2-2）
式中：
Ir为释放电流（Ａ）；I0为动作电流（Ａ）。
返回系数实际上反映了继电器吸力特性和反力特性配合的紧密程度，是电压和电流继电器的重要参数，不同场合要求不同的Ｋ值，因此，继电器的返回系数是可以调节的。
（5）整定值 按控制需要，预先给继电器设置并能达到的一个动作值或返回值。
三、电压继电器
用来反映电压变化的继电器叫电压继电器。
电压继电器的线圈为电压线圈，在使用时并联在电路中，其匝数多、导线细、阻抗大。
1.过电压、欠电压和零电压继电器
根据实际应用的要求，电压继电器分为过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器。
过电压继电器是在电压为额定电压的105%~120%以上时动作（正常电压时处于释放状态），常用的过电压继电器为JT4-A系列。
零电压继电器是欠电压继电器的一种特殊形式，是指当继电器的端电压降至或接近零时方动作的电压继电器。
欠电压继电器和零电压继电器在电路正常工作时，衔铁与铁心是吸合的，当电压降到额定电压的40%~70%时，欠电压继电器的衔铁释放；当电压降低至额定电压的10~25%时，零电压继电器动作。
2.电压继电器动作电压的整定方法
（1）吸合电压的整定方法 对于交直流电压继电器均可采用滑线变阻器分压的方法来获取继电器的吸合电压U0，如图2-23所示。
合上电源开关QS，接通电源，移动滑线变阻器，将输出电压调节到电压继电器要求的吸合电压值，并保持滑动端头A不再改变。
这时，改变电压继电器KV释放弹簧的松紧程度，直至衔铁刚好吸合动作为准。
图中指示灯HL用于指示继电器动作。
图2-23电压继电器吸合电压的整定电路
（2）释放电压的整定方法释放电压Ur的整定实验电路与图2-23相同，但整定方法不同。
先将滑线变阻器滑动端点置于吸合电压位置，然后合上电源开关QS，此时继电器衔铁吸合，再移动滑线变阻器滑动端，使变阻器输出电压降低，当线圈电压减小到所要求的释放电压值时若衔铁不释放，则拉开电源开关，移动滑动端点返回吸合电压位置，在继电器衔铁内侧面加装非磁性垫片后，重新合上QS使衔铁吸合，再移动滑动端点使变阻器输出电压减小至所要求的释放电压值。
若衔铁还不释放，则再断开QS，增加非磁性垫片厚度，重复上述实验，直至衔铁在所要求的释放电压值刚好产生释放动作时为止。
这时指示灯HL由亮转为不亮，表示衔铁从吸合状态转为释放状态。
3.电压继电器图形和文字符号
图2-24电压继电器的符号
电压继电器的图形符号如图2-24所示（零电压继电器在表示线圈的方框内标注U=0字样，欠电压继电器和过电压继电器可以在表示线圈的方框内“U<”、“U>”后面标注电压的范围），文字符号用KV。
4.电压继电器的选择
主要依据继电器的触头数目，线圈额定电压及继电器触头种类等进行。
四、电流继电器
用来反映电流变化的继电器叫电流继电器。
电流继电器的线圈为电流线圈，串联在被测电路中，其匝数少、导线粗、阻抗小。
电流继电器可分为过电流继电器和欠电流继电器两种。
1.过电流继电器
过电流继电器主要用于电路的过电流保护。
在电路正常工作时，过电流继电器不动作，当电流超过某一整定值时才动作。
通常，交流过电流继电器的吸合电流I0=（1.1~3.5）IN，直流过电流继电器的吸合电流I0=（0.75~3）ＩN。
常用的过电流继电器有JT4系列交流通用继电器和JL14系列交直流通用继电器。
在JT4系列过电流继电器的电磁系统上安装不同的线圈，便可制成过电流、欠电流、过电压或欠电压等继电器。
JT4系列通用继电器的技术数据见表2-6，其结构及工作原理如图2-25所示。
（a）外形图（b）结构图
图2-25JT4系列过电流继电器
1-铁心2-磁轭3-反作用弹簧4-衔铁5-线圈6-触头
表2-6JT4系列通用继电器的主要技术数据
型号
可调参数
调整范围
标称
误差
返回
系数
接点
数量
吸引线圈
复位
方式
机械寿命/万次
电寿命/万次
质量/kg
额定电压（或电流）
消耗功率
JT4—□□A过电压继电器
吸合电压（1.05~1.20）
UN
±10％
0.1~0.3
1常开
1常闭
110、220、380V
75W
自动
1.5
1.5
2.1
JT4—□□P零电压（或中间继电器）
吸合电压（0.60~0.85）UN释放电压（0.10~0.35）UN
0.2~0.4
1常开
1常闭或2常开或2常闭
110、127、220、380V
100
10
1.8
JT4—□□L过电流继电器
吸合电流（1.10~3.50）IN
0.1~0.3
5、10、15、20、40、80、150、300、600A
5W
1.5
1.5
1.7
JT4—□□S手动过电流继电器
手动
2.欠电流继电器
当通过继电器的电流减小到低于其整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。
正常工作时，由于流过电磁线圈的负载电流大于继电器的吸合电流，所以衔铁处于吸合状态。
当负载电流降低至继电器释放电流时，则衔铁释放，使触头动作。
一般认为欠电流不需要保护，这是错误的。
如直流电动机励磁回路断路或励磁电流过小，将会造成直流电动机飞车等事故。
交流电路的欠电流一般不需要保护才是正确的。
因此，在电器产品中有直流欠电流继电器而无交流欠电流继电器。
欠电流继电器的动作电流为线圈额定电流的30~65%，释放电流为线圈额定电流的10~20%。
3.电流继电器动作电流的整定方法
（1）吸合电流I0的整定方法对于直流电流继电器，在其线圈中通入直流电并逐渐增大，直到达到所要求的吸合电流值，最后调节电流继电器释放弹簧的松紧，直到衔铁刚好产生吸合动作将衔铁吸合。
至此，吸合电流整定完成。
对于交流电流继电器，可采用大电流发生器来进行整定，如图2-26所示。
单相交流电源经单相调压器供给大电流发生器的原边，大电流发生器的副边串接交流电流继电器线圈。
整定方法是：
先将单相调压器滑动端点置于调压器输出电压为零的位置，合上电源开关QS，移动调压器滑动触头，使调压器输出电压由零逐渐增加，这时，大电流发生器的副边电流也逐渐增加，直至增加到所要求的吸合电流值为止。
调节释放弹簧的松紧，直至衔铁刚产生吸合动作为止。
图2-26交流电流继电器吸合电流的整定电路
T1-单相调压器T2-大电流发生器KA-交流电流继电器
（2）释放电流Ir的整定方法 交、直流电流继电器释放电流整定的电路与相应的吸合整定电路相同，但具体的释放电流整定方法类似于电压继电器释放电压的整定，故此不再重复。
由于过电流继电器对释放电流无固定要求，可不需整定；但对于欠电流继电器，释放电流是一个重要参数，必须进行整定。
4.电流继电器的图形和文字符号
电流继电器有时使用中间继电器的图形符号和文字符号，也可使用如图2-27所示的图形符号（欠电流继电器和过电流继电器可以在表示线圈的方框内“I<”、“I>”后面标注电流的范围），文字符号为KA。
5.电流继电器的选择
电流继电器的触头种类、数量、额定电流及复位方式应满足控制电路的要求，其中过电流继电器的整定值一般取电动机额定电流的1.7~2倍，对于频繁起动场合可取2.25~2.5倍。
图2-27电流继电器的符号
五、中间继电器
中间继电器的结构及工作原理与接触器基本相同，因此又叫接触器式继电器。
但中间继电器的触头对数多，且没有主辅之分，各对触头允许通过的电流大小相同（多为5A）。
常用的中间继电器有JZ7、JZ14等系列。
其主要用途是用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大，对于工作电流小于5A的电气控制电路，可用中间继电器取代接触器来控制。
中间继电器的图形符号如图2-28所示，文字符号为KA。
图2-28中间继电器的符号
中间继电器的主要技术数据见表2-7。
表2-7中间继电器的主要技术数据
型号
电压种类
触头额定电压/V
触头额定电流/A
触头
组合
额定操作频率（次/h）
通电持续率（％）
吸引线圈电压/V
吸引线圈消耗功率
常开
常闭
JZ7-44
JZ7-62
JZ7-80
交流
380
5
4
4
1200
40
12、24、36、48、110、127、380、420、440、500
12VA
6
2
8
0
JZ11-□□J/□
JZ11-□□JS/□
JZ11-□□JP/□
JZ11-□□Z/□
JZ11-□□ZS/□
JZ11-□□ZP/□
交流
交流
交流
直流
直流
直流
380
380
380
220
220
220
5
6
2
2000
60
110、127、220、380
10VA
4
4
12、24、48、110、220
7.5W
2
6
JZ14-□□J/□
JZ14-□□Z/□
交流
直流
380
220
5
6
4
2
2
4
6
2000
40
110、127、220、380、
10VA
24、48、110、220
7W
JZ15-□□J/□
交流
380
10
6
2
1200
40
36、127、220、380、
起动65VA吸持11VA
JZ15-□□Z/□
直流
220
10
4
2
4
6
1200
40
24、48、110、220
11W
六、时间继电器
自得到动作信号起至触头动作或输出电路发生改变经过一定时间，且该时间符合其准确度要求的继电器叫时间继电器。
它的种类很多，按动作原理分有电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式等；按延时方式分有通电延时型和断电延时型两种。
1.电磁式时间继电器
电磁式时间继电器结构简单、价格低廉、寿命长，但体积较大、延时时间较短、且只能用于直流断电延时，常用产品有JT3和JT18系列。
2.电动式时间继电器
电动式时间继电器的延时精度高、延时可调范围大（由几分钟到几小时），但结构复杂、价格高。
常用的产品有JS11系列。
有通电延时型和断电延时型两种。
图2-29为JS11系列通电延时型时间继电器的结构及工作原理图。
图2-29JS11型电动式时间继电器原理图
1-延时整定处2-指针定位3-指针4-刻度盘5-复位游丝6-差动轮系7-减速齿轮
8-同步电动机9-凸轮10-脱扣机构11-延时触头12-瞬时触头13-离合电磁铁14-插头
当只接通同步电动机电源时，齿轮Z2和Z3绕轴空转而转轴本身不转。
如需要延时时，接通离合电磁铁线圈回路，使离合电磁铁的衔铁吸合，从而将齿轮Z3刹住。
齿轮Z2继续转动并带动轴一起转动，当固定在轴上的凸轮转动到适当位置时，推动脱扣机构使延时触头组作相应的动作，同时切断同步电动机的电源。
需要复位时，只需将离合电磁铁线圈电源切断，所有的机构都将在复位游丝的作用下，立即回到动作前的位置，并为下一次动作作好准备。
改变整定装置中定位指针的位置即改变凸轮的初始位置，可改变延时设定时间。
整定时要求离合电磁铁的线圈断电。
目前，电动式时间继电器除JS11系列外，还有高精度电动式时间继电器3PR系列和3PX系列，其中3PX系列为密封型，安装方式有卡轨式、螺钉式和板面式三种。
3.空气阻尼式时间继电器
空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，是利用空气阻尼的原理获得延时的。
根据触头延时的特点，可分为通电延时动作型和断电延时复位型两种。
现以JS7-A系列为例介绍其工作原理，其结构如图2-30所示，其中图2-30（a）所示为通电延时型，图2-30（b）为断电延时型。
（a）通电延时型（b）断电延时型
图2-30JS7-A系列时间继电器原理示意图
1-线圈2-铁心3-衔铁4-反力弹簧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
当线圈通电后，铁心产生吸力，衔铁吸合，带动推板立即动作，使微动开关受压，其触头瞬时动作，同时活塞杆在宝塔形弹簧的作用下向上移动，带动活塞及橡皮膜向上移动，运动速度受进气孔进气速度的限制，这时橡皮膜下方气室的空气稀薄，与橡皮膜上方的空气形成压力差（负压），对活塞的移动产生阻尼作用，所以活塞杆只能缓慢地向上移动，经过一段时间后，活塞才能完成全部行程而压动行程开关，使其常闭触头断开，常开触头闭合，达到通电延时的目的。
这种时间继电器延时时间的长短取决于进气孔的大小，可通过调节螺杆进行调整。
当线圈断电时，衔铁在反力弹簧的作用下释放，并通过活塞杆将活塞推向下端，这时橡皮膜下方气室内的空气通过橡皮膜、弱弹簧和活塞的局部所形成的单向阀迅速从橡皮膜上方的气室缝隙中排掉，使微动开关各对触头迅速复位。
JS7-A系列通电延时型和断电延时型时间继电器的组成元件是通用的。
将通电延时型的电磁机构翻转180°安装即可成为断电延时型时间继电器。
其工作原理可参照图2-30（b）自行分析。
空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、延时范围大（0.4~180S）、寿命长、价格低；其缺点是延时误差大，不能精确地整定延时值。
因此，适合应用于延时精度要求不高的场合。
JS7-A系列空气阻尼式时间继电器的技术数据见表2-8。
表2-8JS7-A系列空气阻尼式时间继电器的主要技术数据
型号
瞬时动作触头对数
有延时的触头对数
线圈额定电压〔V〕
触头额定电压（V）
触头额定电流（A）
延时范围〔s〕
额定操作频率（次/h）
通电延时
断电延时
常开
常闭
常开
常闭
常开
常闭
JS7-1A
—
—
1
1
—
—
24、36、110、127、220、380、420
380
5
0.4~60及0.4~180
600
JS7-2A
1
1
1
1
—
—
JS7-3A
—
—
—
—
1
1
JS7-4A
1
1
—
—
1
1
4.时间继电器的图形和文字符号
时间继电器的图形符号如图2-31所示，其文字符号为KT。
有些情况下，其线圈的画法采用一般线圈的符合，并不区分通电延时和断电延时线圈。
时间继电器的触头常常容易画错，旧标准中触点可以有左右两个方向，常常容易搞错。
新标准只有一种方向，要特别注意。
对于一只时间继电器来讲，它可以具有瞬动触头和延时触头，但不会同时具有通电延时和断电延时触头。
图2-31时间继电器的符号
5.时间继电器的选用
对于延时要求不高的场合，一般选用空气阻尼式时间继电器；对于延时要求较高的场合，可选用电动式或电子式时间继电器。
对于空气阻尼式时间继电器，其线圈电流种类和电压等级应与控制电路相同；对于电动式和电子式时间继电器，其电源的种类和电压等级应与控制电路相同。
按控制电路要求选择通电延时型和断电延时型，以及触头延时形式和触头数量。
同时还要考虑操作频率是否符合要求。
七、电磁式继电器的选择与使用
图2-32继电器实物图
1.使用类别的选择
继电器的典型用途是控制交、直流电路，如用于控制交、直流接触器的线圈等。
由于使用类别决定了继电器所控制的负载性质，因此这是选用继电器的主要依据。
2.额定工作电压、额定工作电流的确定
继电器在相应使用类别下触头的额定工作电压UN和额定工作电流IN，表征了该继电器触头所能切换电路的能力。
选用时，继电器的最高工作电压可为该继电器的额定绝缘电压，继电器的最高工作电流一般小于该继电器的额定发热电流。
对于线圈额定电压的选用则要做到与电源电压相匹配。
3.考虑不同工作制
继电器一般适用于8小时工作制（间断长期工作制）、反复短时工作制和短时工作制等不同工作制的场合，工作制不同对继电器的过载能力要求也不同。
当交流电压（或中间）继电器用于反复短时工作制时，由于吸合时有较大的起动电流，因此它的负担反比长期工作制时要重，选用时要充分考虑到这一点，使用中实际操作频率要低于额定操作频率。
4.返回系数的调节
对于电压和电流继电器，应根据控制要求，进行继电器返回系数的调节。
在实际工作中，通常采用增加衔铁吸合后的气隙、减小衔铁打开后的气隙，以及适当放松释放弹簧等措施来达到增大返回系数的目的。
图2-32为某些继电器的实物图。
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