电气控制技术(讲义) 14继电器 14.1继电器的特性及主要参数 继电器( Relay)是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。一般来说,继电器由承受机构、 中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量,并传递给中间机构,将它与预定的量(即整 定值)进行比较,当达到整定值时(过量或欠量),中间机构就使执行机构产生输出量,用于控制电路的开、 断。继电器通常触点容量较小,接在控制电路中,主要用于反应控制信号,是电气控制系统中的信号检测元 件;而接触器触点容量较大,直接用于开、断主电路,是电气控制系统中的执行元件。 继电器还可以有以下各分类方法:按输入量的物理性质分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时 间继电器、温度继电器、速度继电器等;按动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、电子式继电器等;按动作时间分为快速继电器、延时继电器、一般继电器:按执行环节作用原理分 为有触点继电器、无触点继电器:本节主要介绍控制继电器中的电磁式(电压、电流、中间)继电器、时间 继电器、热继电器等。 继电器的主要特点是具有跳跃式的输入-输出特性,电磁式继电器的特性如图2.5所示,这一矩形曲线统 称为继电器特性曲线 图25继电特性曲线 般,继电器的吸合时间、释放时间为005~0.15s 142电磁式继电器 常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。中间继电器实际上也是一 种电压继电器,只是它具有数量较多、容量较大的触点,起到中间放大(触点数量及容量)作用。电磁式继 电器的结构与原理与接触器类似,是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成客观上,接触器与中 间继电器无截然的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间继电器相比,无论从原理和外观都难以看出 有什么明显的不同。 电磁式继电器种类很多,下面仅介绍几种较典型的电磁式继电器。 (1)电流/电压继电器 电流继电器( Current relay)与电压继电器( Voltage Relay)在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电 器的线圈与负载串联以反映负载电流,故它的线圈匝数少而导线粗,这样通过电流时的压降很少,不会影响 负载电路的电流,而导线粗电流大仍可获得需要的磁势。电压继电器的线圈与负载并联以反映负载电压,其 线圈匝数多而导线细
电 气 控 制 技 术 （讲义） 11 1.4 继电器 1.4.1 继电器的特性及主要参数 继电器（Relay）是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。一般来说，继电器由承受机构、 中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量，并传递给中间机构，将它与预定的量（即整 定值）进行比较，当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使执行机构产生输出量，用于控制电路的开、 断。继电器通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元 件；而接触器触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系统中的执行元件。 继电器还可以有以下各分类方法：按输入量的物理性质分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时 间继电器、温度继电器、速度继电器等；按动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、电子式继电器等；按动作时间分为快速继电器、延时继电器、一般继电器；按执行环节作用原理分 为有触点继电器、无触点继电器；本节主要介绍控制继电器中的电磁式（电压、电流、中间）继电器、时间 继电器、热继电器等。 继电器的主要特点是具有跳跃式的输入-输出特性，电磁式继电器的特性如图 2.5 所示，这一矩形曲线统 称为继电器特性曲线。 一般，继电器的吸合时间、释放时间为 0.05 ~ 0.15 s 。 1.4.2 电磁式继电器 常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。中间继电器实际上也是一 种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大（触点数量及容量）作用。电磁式继 电器的结构与原理与接触器类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成客观上，接触器与中 间继电器无截然的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间继电器相比，无论从原理和外观都难以看出 有什么明显的不同。 电磁式继电器种类很多，下面仅介绍几种较典型的电磁式继电器。 （1） 电流/电压继电器 电流继电器（Current Relay）与电压继电器（Voltage Relay）在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电 器的线圈与负载串联以反映负载电流，故它的线圈匝数少而导线粗，这样通过电流时的压降很少，不会影响 负载电路的电流，而导线粗电流大仍可获得需要的磁势。电压继电器的线圈与负载并联以反映负载电压，其 线圈匝数多而导线细。 y y1 x1 x2 图 2.5 继电特性曲线 x
电气控制技术(讲义) LU>KV LK KI 常开触点 常开触点 常闭触点 线圈 常闭触点 (a)过压继电器符号 (a)欠电流继电器符号 LU<KV KV 线圈 常开触点 常闭触点 线圈 常开触点 常闭触点 (b)过电流继电器符号 b)欠压继电器符号 图26电流继电器符号 图27电压继电器符号 (2)中间继电器 中间继电器( Auxiliary Relay)在结构上是一个电压继电器,是用来转换控制信号的中间元件。它输入的 是线圈的通电断电信号,输入信号为触点的动作。其触点数量较多,各触点的额定电流相同。中间继电器通 常用来放大信号,增加控制电路中控制信号的数量,以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。 KA KA 线圈 常开触点 常闭触点 图28中间继电器符号
电 气 控 制 技 术 （讲义） 12 （2） 中间继电器 中间继电器（Auxiliary Relay）在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入的 是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电器通 常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。 常开触点 KI 常闭触点 KI (a) 欠电流继电器符号 线 圈 I< KI KI (b) 过电流继电器符号 线 圈 I> 图 2.6 电流继电器符号 常开触点 KI 常闭触点 KI (a) 过压继电器符号 线 圈 U> KV 常开触点 KV 常闭触点 KV KV (b) 欠压继电器符号 图 2.7 电压继电器符号 线 圈 U< KV 常开触点 KV 常闭触点 KA 图 2.8 中间继电器符号 线 圈 常开触点 KA 常闭触点 KA
电气控制技术(讲义) 14.3时间继电器 凡是在敏感元件获得信号后,执行元件要延迟一段时间才动作的继电器叫时间继电器( Time Delay Relay)。这里指的延时区别于一般电磁继电器从线圈得到电信号到触点闭合的固有动作时间。时间继电器一 般有通电延时型和断电延时型,其符号如图29所示。时间继电器种类很多,常用的有电磁阻尼式、空气阻 尼式、电动式,新型的有电子式、数字式等时间继电器。 KI KI KT KI KI 线圈通电延时合通电延时断线圈 断电延时断断电延时合 (a)通电延时继电器符号 (b)断电延时继电器符号 图29时间继电器符号 144行程开关 行程开关( Travel Switch)又称限位开关,是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关电器 它是通过其机械结构中可动部分的动作,将机械信号变换为信号,以实现对机械的电气控制 从结构看,行程开关由3个部分组成:操作头,触头系统和外壳。操作头是开关的感测部分,它接受机 械结构发出的动作信号,并将此信号传递到触头系统。触头系统是开关的执行部分,它将操作头传来的机械 信号,通过本身的转换动作,变换为电信号,输出到有关控制回路,使之能按需要作出必要的反应。 (1)JW系列基本型微动开关 习惯上把尺寸甚小且极限行程甚小的行程开关称为微动开关 ( Sensition switch),图2.10为JW系列基本型微动开关外形及结 构示意图。JW系列微动开关由带纯银触点的动静触头、作用弹簧、 操作钮和胶木外壳等组成。当外来机械力加于操作钮时,操作钮 向下运动,通过拉钩将作用弹簧拉伸,弹簧拉伸到一定位置时触 头离开常闭触头,转而同常开触头接通。当外力除去后,触头借 弹簧力自动复位。微动开关体积小,动作灵敏,适用天在小型机 构中使用。由于操作钮允许压下的极限行程很小,开关的机械强 度不高,使用时必须注意避免撞坏 (2)LX19K型行程开关 图210JW系列微动开关 图2.11所示为最典型的LXlK型行程开关的结构示意图,它由按钮、常开静触点、常闭静触点、接触 桥(桥式动触点)、触头弹簧、恢复弹簧和塑料基座等组成。其中,接触桥采用弹性铜片制造。其工作原理如 下:当外界机械力碰压按钮,使它向内运动时,压迫弹簧,并通过弹簧使接触桥由与常闭静触头接触转而同 常开静触头接触。此时,触头弹簧和接触桥本身的弹性都有助于使触头转换加速,起到了瞬动机构的作用 当外界机械力消失后,恢复弹簧使接触桥重新自动恢复到原来的位置。LX19系列开关配有动合触头、动断
电 气 控 制 技 术 （讲义） 13 1.4.3 时间继电器 凡是在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段时间才动作的继电器叫时间继电器（Time Delay Relay）。这里指的延时区别于一般电磁继电器从线圈得到电信号到触点闭合的固有动作时间。时间继电器一 般有通电延时型和断电延时型，其符号如图 2.9 所示。时间继电器种类很多，常用的有电磁阻尼式、空气阻 尼式、电动式，新型的有电子式、数字式等时间继电器。 1.4.4 行程开关 行程开关（Travel Switch）又称限位开关，是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关电器。 它是通过其机械结构中可动部分的动作，将机械信号变换为信号，以实现对机械的电气控制。 从结构看，行程开关由 3 个部分组成：操作头，触头系统和外壳。操作头是开关的感测部分，它接受机 械结构发出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。触头系统是开关的执行部分，它将操作头传来的机械 信号，通过本身的转换动作，变换为电信号，输出到有关控制回路，使之能按需要作出必要的反应。 （1） JW 系列基本型微动开关 习惯上把尺寸甚小且极限行程甚小的行程开关称为微动开关 （Sensition Switch），图 2.10 为 JW 系列基本型微动开关外形及结 构示意图。JW 系列微动开关由带纯银触点的动静触头、作用弹簧、 操作钮和胶木外壳等组成。当外来机械力加于操作钮时，操作钮 向下运动，通过拉钩将作用弹簧拉伸，弹簧拉伸到一定位置时触 头离开常闭触头，转而同常开触头接通。当外力除去后，触头借 弹簧力自动复位。微动开关体积小，动作灵敏，适用天在小型机 构中使用。由于操作钮允许压下的极限行程很小，开关的机械强 度不高，使用时必须注意避免撞坏。 （2） LX19K 型行程开关 图 2.11 所示为最典型的 LX19K 型行程开关的结构示意图，它由按钮、常开静触点、常闭静触点、接触 桥（桥式动触点）、触头弹簧、恢复弹簧和塑料基座等组成。其中，接触桥采用弹性铜片制造。其工作原理如 下：当外界机械力碰压按钮，使它向内运动时，压迫弹簧，并通过弹簧使接触桥由与常闭静触头接触转而同 常开静触头接触。此时，触头弹簧和接触桥本身的弹性都有助于使触头转换加速，起到了瞬动机构的作用。 当外界机械力消失后，恢复弹簧使接触桥重新自动恢复到原来的位置。LX19 系列开关配有动合触头、动断 图 2.10 JW 系列微动开关 线 圈 通电延时合 通电延时断 线 圈 断电延时断 断电延时合 （a）通电延时继电器符号 （b）断电延时继电器符号 图 2.9 时间继电器符号 KT KT KT KT KT KT
电气控制技术(讲义) 触头各一对。该系列行程开关是以LX19K型元件为基础, 装上金属或塑料的保护外壳,增设不同的滚轮和传动杆 就可组成单轮、双轮及径向传动杆等形式的行程开关。如 装设传动杆的SX19-001型行程开关、装设单轮的 LX19-111、122、131、型行程开关、装设双轮的LX9-212、 222、232型行程开关。单滚轮行程开关在外力去掉后,触 点能依靠弹簧自动复位。双滚轮行程开关在撞块通过其中 滚轮时,使开关动作。当撞块离开滚轮后,开关不能自 动复位。直到撞块在返回行程中撞击另一滚轮时,开关才 复位。这种开关具有记忆功能,在某些情况下,可使线路 简化 图211LX19K行程开关结构标意图 (3) JLXKI系列行程开关 在上述LⅩ19系列行程开关使用中,由于有较大的机械碰撞和磨擦,只适用于低速的机械。为了控制运 动速度较高的机械,行程开关必须快速而可靠地动作,以减少电弧对触头的电侵蚀。为此,在JXKI系列行 程开关中采用了触头的速动机构。JLXK1系列行程开关头部的操作机构可在相差90°的4个方向任意安装 而且能够通过调整撞块的位置和方向,以适应不同的需要和满足单向或双向动作的要求。图1.240 JLXKI-11 型行程开关结构原理图。其动作原理是:当运动机构制子的移动压到行程开关滚轮上时,传动杠杆带动轴一 起转动,使凸轮推动撞块,当撞块被压到相当位置时,推动钮使微动开关快速动作。当滚轮上的制子移开后, 复位弹簧就使行程开关各部分自动恢复原始位置。这种单轮自动恢复式行程开关是依靠本身的恢复弹簧来复 原,在生产机械的自动控制中应用较广泛。双轮旋转式行程开关,一般不能自动复原,而是依靠运动机械反 向移动,制子碰撞另一个滚轮将其复原。这种双轮非自动恢复式行程开关结构较为复杂,价格较贵,但运行 较为可靠,仍广泛用于需要的地方 滚轮式行程开关由于带有瞬动机构,故触点切断速度快。国 SQ 产行程开关的种类很多,目前常用的还有LX21、LX23、LX32、 LXK3等系列。近年来国外生产技术不断引入,引进生产德国西门 子公司的3XE3系列行程开关,规格全、外形结构多样、技术性能 优良、拆装方便、使用灵活、动作可靠,有开启式、保护式两大 类;单轮、双轮滚轮摆杆可调、杠杆可调和弹簧杆等行程开关的 常开触点 常闭触点 符号如图212所示 图212行程开关触点符号
电 气 控 制 技 术 （讲义） 14 触头各一对。该系列行程开关是以 LX19K 型元件为基础， 装上金属或塑料的保护外壳，增设不同的滚轮和传动杆， 就可组成单轮、双轮及径向传动杆等形式的行程开关。如 装设传动杆的 SX19-001 型行程开关、装设单轮的 LX19-111、122、131、型行程开关、装设双轮的 LX19-212、 222、232 型行程开关。单滚轮行程开关在外力去掉后，触 点能依靠弹簧自动复位。双滚轮行程开关在撞块通过其中 一滚轮时，使开关动作。当撞块离开滚轮后，开关不能自 动复位。直到撞块在返回行程中撞击另一滚轮时，开关才 复位。这种开关具有记忆功能，在某些情况下，可使线路 简化。 （3） JLXK1 系列行程开关 在上述 LX19 系列行程开关使用中，由于有较大的机械碰撞和磨擦，只适用于低速的机械。为了控制运 动速度较高的机械，行程开关必须快速而可靠地动作，以减少电弧对触头的电侵蚀。为此，在 JLXK1 系列行 程开关中采用了触头的速动机构。JLXK1 系列行程开关头部的操作机构可在相差 90°的 4 个方向任意安装， 而且能够通过调整撞块的位置和方向，以适应不同的需要和满足单向或双向动作的要求。图 1.24 o JLXK1-111 型行程开关结构原理图。其动作原理是：当运动机构制子的移动压到行程开关滚轮上时，传动杠杆带动轴一 起转动，使凸轮推动撞块，当撞块被压到相当位置时，推动钮使微动开关快速动作。当滚轮上的制子移开后， 复位弹簧就使行程开关各部分自动恢复原始位置。这种单轮自动恢复式行程开关是依靠本身的恢复弹簧来复 原，在生产机械的自动控制中应用较广泛。双轮旋转式行程开关，一般不能自动复原，而是依靠运动机械反 向移动，制子碰撞另一个滚轮将其复原。这种双轮非自动恢复式行程开关结构较为复杂，价格较贵，但运行 较为可靠，仍广泛用于需要的地方。 滚轮式行程开关由于带有瞬动机构，故触点切断速度快。国 产行程开关的种类很多，目前常用的还有 LX21、LX23、LX32、 LXK3 等系列。近年来国外生产技术不断引入，引进生产德国西门 子公司的 3XE3 系列行程开关，规格全、外形结构多样、技术性能 优良、拆装方便、使用灵活、动作可靠，有开启式、保护式两大 类；单轮、双轮滚轮摆杆可调、杠杆可调和弹簧杆等行程开关的 符号如图 2.12 所示。 常开触点 常闭触点 图 2.12 行程开关触点符号 SQ SQ 图 2.11 LX19K 行程开关结构标意图 × + × +
电气控制技术(讲义) 1.4.5热继电器 热继电器( Thermal over- load Relay)是利用电流的热效应原理来工作的保护电器,它在电路中用作三相 异步电动机的过载保护。热继电器的测量元件通常用双金属片,它是由主动层和被动层组成。主要层材料采 用较高膨胀系数的铁镍铬合金,被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。因此,这种双金属片在受热后将 向膨胀系数较小的被动层一面弯曲。 双金属片有直接、间接和复式3种加热方式。直接加热就是把双金属片当作发热元件,让电流直接通过; 间接加热是用与双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热:复式加热是直接加热与间接加热两种加热 形式的结合 双金属片 热元件 FR 触头 热元件 常闭触点 导板 图2.14热继电器符号 图2.13热继电器原理 热继电器的基本工作原理如图2.13所示。发热元件串联于电动机工作回路中。电机正常运转时,热元件 仅能使双金属片弯曲,还不足以使触头动作。当电动机过载时,即流过热元件的电流超过其整定电流时,热 元件的发热量增加,使双金属片弯曲得更厉害,位移量増大,经一段时间后,双金属片推动导板使热继电器 的动断触头断开,切断电动机的控制电路,使电机停车。为了使热继电器触头快速动作,往往采瞬跳动作结 构。热继电器的电气符号如图214所示。 热继电器的整定值是指热继电器长久不动作的最大电流,超过此值即动作。热继电器的整定电流可以通 过热继电器所带的专门的调节旋钮进行调整 热继电器的型号也很多。目前较新型的有:国产的JR16、JR20双多属片式热继电器,引进德国西门屋 芬纳尔公司制造技术生产的JR-23(KD7)系列热过载继电器,与ABB公司的B系列交流接触器配套的T系 列热继电器,引进德国西门子公司制造技术生产的JRS3(3UA)系列热过载继电器等产品。 15其他常用电器 15.1低压熔断器 熔断器(Fuse)是一种利用熔体的熔化作用而切断电路的、最初级的保护电器,适用于交流低压配电系 统,作为线路的过负载及系统的短路保护用 熔断器的作用原理可用保护特性或安秒特性来表示。所谓安秒特性是指溶化电流与熔化时间的关系,如 表1.1和图1.30所示
电 气 控 制 技 术 （讲义） 15 1.4.5 热继电器 热继电器（Thermal over-load Relay）是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作三相 异步电动机的过载保护。热继电器的测量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。主要层材料采 用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。因此，这种双金属片在受热后将 向膨胀系数较小的被动层一面弯曲。 双金属片有直接、间接和复式 3 种加热方式。直接加热就是把双金属片当作发热元件，让电流直接通过； 间接加热是用与双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热；复式加热是直接加热与间接加热两种加热 形式的结合。 热继电器的基本工作原理如图 2.13 所示。发热元件串联于电动机工作回路中。电机正常运转时，热元件 仅能使双金属片弯曲，还不足以使触头动作。当电动机过载时，即流过热元件的电流超过其整定电流时，热 元件的发热量增加，使双金属片弯曲得更厉害，位移量增大，经一段时间后，双金属片推动导板使热继电器 的动断触头断开，切断电动机的控制电路，使电机停车。为了使热继电器触头快速动作，往往采瞬跳动作结 构。热继电器的电气符号如图 2.14 所示。 热继电器的整定值是指热继电器长久不动作的最大电流，超过此值即动作。热继电器的整定电流可以通 过热继电器所带的专门的调节旋钮进行调整。 热继电器的型号也很多。目前较新型的有：国产的 JR16、JR20 双多属片式热继电器，引进德国西门屋- 芬纳尔公司制造技术生产的 JR-23（KD7）系列热过载继电器，与 ABB 公司的 B 系列交流接触器配套的 T 系 列热继电器，引进德国西门子公司制造技术生产的 JRS3（3UA）系列热过载继电器等产品。 1.5 其他常用电器 1.5.1 低压熔断器 熔断器（Fuse）是一种利用熔体的熔化作用而切断电路的、最初级的保护电器，适用于交流低压配电系 统，作为线路的过负载及系统的短路保护用。 熔断器的作用原理可用保护特性或安秒特性来表示。所谓安秒特性是指溶化电流与熔化时间的关系，如 表 1.1 和图 1.30 所示。 双金属片 热 元 件 触头 导 板 图 2.13 热继电器原理 热元件 常闭触点 图 2.14 热继电器符号 FR FR