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1 第二章繼電器 2 一 繼電器的定義繼電器是一種當(dāng)控制參數(shù)變化時 能引起被控制參數(shù)突然變化的電器元件 繼電特性 第一節(jié)信號繼電器概述 無接點(diǎn)繼電特性 有接點(diǎn)繼電特性 3 二 繼電器的基本原理1 組成 由接點(diǎn)系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)兩大部分組成 電磁系統(tǒng)由線圈 固定的鐵心 軛鐵以及可動的銜鐵 接點(diǎn)系統(tǒng)由動接點(diǎn) 靜接點(diǎn)構(gòu)成 4 2 動作原理當(dāng)線圈中通入一定數(shù)值的電流后 由于電磁作用或感應(yīng)方法產(chǎn)生電磁吸引力 吸引銜鐵 由銜鐵帶動接點(diǎn)系統(tǒng) 改變其狀態(tài) 從而反映輸入電流的狀況 最基本的工作原理 線圈通電 產(chǎn)生磁通 銜鐵 鐵心 產(chǎn)生吸引力 克服銜鐵阻力 銜鐵吸向鐵心 銜鐵帶動動接點(diǎn)動作 前接點(diǎn)閉合 后接點(diǎn)斷開電流減少 吸引力下降 銜鐵依靠重力落下 動接點(diǎn)與前接點(diǎn)斷開 后接點(diǎn)閉合 可見 繼電器具有開關(guān)特性 利用其接點(diǎn)的通 斷電路 從而構(gòu)成各種控制表示電路 5 三 繼電器的作用能夠以極小的電信號控制執(zhí)行電路中相當(dāng)大的對象 能夠控制數(shù)個對象和數(shù)個回路 也能控制遠(yuǎn)距離的對象 有著良好的開關(guān)性能 閉合阻抗小 斷開阻抗大 有故障 安全性能 能控制多回路 抗雷擊性能強(qiáng) 無噪聲 溫度影響小等 在以繼電技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)中 大量使用 在以電子元件和微機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)中 作為接口部件 將系統(tǒng)主機(jī)與信號機(jī) 軌道電路 轉(zhuǎn)轍機(jī)等執(zhí)行部件結(jié)合起來 四 鐵路信號對繼電器的要求1 安全 可靠2 動作可靠 準(zhǔn)確3 使用壽命長4 有足夠的閉合和斷開電路的能力5 有穩(wěn)定的電氣特性和時間特性6 保持良好的電氣絕緣強(qiáng)度 6 五 信號繼電器的分類1 按動作原理分 電磁 感應(yīng) 熱力 固態(tài)繼電器2 按動作電流分 直流 交流 交直流繼電器3 按輸入物理量 電流 電壓 功率 頻率 非電量繼電器4 按動作速度 快動 正常 緩動繼電器5 按接點(diǎn)結(jié)構(gòu) 普通接點(diǎn) 加強(qiáng)接點(diǎn)繼電器6 按工作可靠度 安全型 非安全型 前者稱為N 重力式繼電器 后者稱為C型彈力式繼電器 7 六 繼電器的參數(shù)1 額定值 繼電器在運(yùn)用狀態(tài)時的電壓值或電流值 2 吸起值 使繼電器動作 動接點(diǎn)與前接點(diǎn)接觸 所需要的最小電流或電壓值 3 工作值 使繼電器動作 前接點(diǎn)全部閉合 井滿足規(guī)定的接點(diǎn)壓力所需的最小電流或電壓值 4 釋放值 繼電器從規(guī)定值降低到前接點(diǎn)斷開時的電壓或電流值 5 轉(zhuǎn)極值 有極繼電器的動接點(diǎn)由定位轉(zhuǎn)換到反位或由反位轉(zhuǎn)換到定位所需要的電壓或電流值 8 6 過負(fù)載值 繼電器允許接入的最大電壓或電流值 一般為工作值的四倍 接入過負(fù)載值后 線圈不受損傷 電氣特性亦不變化 7 吸起時間 從繼電器線圈接通規(guī)定的電壓或電流時起至全部前接點(diǎn)閉合的時間 8 釋放時間 切斷供以規(guī)定的電壓或電流的電源時起至全部動接點(diǎn)與后接點(diǎn)閉合的時間 9 安全系數(shù) 額定值與工作值之比 10 返還系數(shù) 釋放值與工作值之比稱為返還系數(shù) 此值一般在0 2 0 99之間 9 第二節(jié)繼電器的機(jī)械特性與牽引特性 一 機(jī)械特性電磁繼電器的工作過程是電流通過線圈 在磁路中產(chǎn)生磁通 磁通在銜鐵氣隙中產(chǎn)生電磁力吸引銜鐵帶動接點(diǎn)動作 以完成接通 斷開或轉(zhuǎn)接電路的任務(wù) 電磁吸力 牽引力 對于AX型繼電器來說是由接點(diǎn)簧片的彈性力和銜鐵上的重錘片重力等機(jī)械反作用力所組成 所以稱它為機(jī)械力 顯然 要使繼電器可靠工作 牽引力必須大于機(jī)械力 繼電器的機(jī)械力 是隨著銜鐵與鐵心磁極間的氣隙的變化而變的 這種變化關(guān)系 f 稱為繼電器的機(jī)械特性 這種變化關(guān)系的曲線 稱為機(jī)械特性曲線 10 接點(diǎn)動作過程 AX型繼電器機(jī)械特性曲線 11 二 牽引特性和機(jī)械特性的配合1 牽引特性牽引力與所加安匝及氣隙大小等有關(guān) 當(dāng)氣隙一定時 牽引力與安匝 IW 的平方成正比 拋物線 當(dāng)安匝 IW 一定時 牽引力與工作氣隙的平方成反比 即牽引力隨呈雙曲線規(guī)律的變化而變 這種牽引力隨工作氣隙而變化的關(guān)系 我們稱它為牽引特性 2 兩特性曲線的配合為要繼電器能吸起 使前接點(diǎn)閉合后接點(diǎn)分離 必須要求繼電器銜鐵在整個運(yùn)動過程中 牽引力處處大于或等于機(jī)械力 也就是說 牽引特性曲線必須在機(jī)械特性曲線之上 至少也要與機(jī)械特性曲線相切 12 牽引特性曲線牽引特性曲線與機(jī)械特性曲線配合 13 第三節(jié)安全型繼電器 一 安全型繼電器概述AX系列安全型繼電器是直流24V系列的重彈力式直流電磁繼電器 其典型結(jié)構(gòu)為無極繼電器 其它各型號都是由其派生而成 因此 絕大部分零件都能通用 1 插入式和非插入式外觀上是否有防塵罩 前者單獨(dú)使用 后者裝于匣內(nèi)使用 2 型號的表示法采用漢字拼音字母和數(shù)字表示 字母表示繼電器種類 數(shù)字表示線圈的阻值 3 安全型繼電器的品種及用途無極 無極加強(qiáng)接點(diǎn) 無極緩放 無極加強(qiáng)接點(diǎn)緩放 整流式 有極 有極加強(qiáng) 偏極 單閉磁等5種9類20品種及3個派生品種 14 安全型繼電器的型號表示法 15 繼電器代號意義表 16 4 繼電器插座 17 5 安全型繼電器的特點(diǎn) 前接點(diǎn)代表危險側(cè)信息后接點(diǎn)代表安全側(cè)信息接點(diǎn)符合 故障 安全原則 處于禁止運(yùn)行的狀態(tài)的故障有利于行車的安全稱為安全側(cè) 處于允許運(yùn)行狀態(tài)的故障可能危及行車安全 稱為危險側(cè)故障 18 二 安全型繼電器的結(jié)構(gòu)和動作原理 1 無極繼電器 1 結(jié)構(gòu) 電磁系統(tǒng) 線圈 鐵心 軛鐵 銜鐵 接點(diǎn)系統(tǒng) 拉桿 動靜接點(diǎn)組 2 動作原理 電 磁 力 動作拉桿 F吸引力 F重力為吸其狀態(tài) 19 3 F吸引力 F重力為落下狀態(tài) 4 無極特性 不反應(yīng)輸入電流的極性 20 5 電磁系統(tǒng) 直流無極電磁繼電器的電磁系統(tǒng) 21 6 磁化曲線 注 安匝 線圈匝數(shù) 電流 當(dāng)繼電器線圈中的電流從零增大時 安匝增大到 鐵心中的磁通量曲線規(guī)律增大到 使繼電器吸起 當(dāng)電流從大于工作值的情況下減小 安匝也隨著減小時 由于磁滯的影響 磁通沿另一條曲線ab緩慢下降 致使安匝降到小于值的時還能產(chǎn)生磁通 保持銜鐵不釋放 可見繼電器的釋放安匝比還要小 即釋放電流值比還要小 由上可知無極繼電器的釋放值不僅小于吸起值 而且比吸起值小很多 22 2 整流式繼電器 整流繼電器JZXC 480與無極型基本一致 僅在接點(diǎn)組上安裝了二極管組成的半波或全波整流電路 輸入的是交流電源 經(jīng)整流后再送入線圈 使用中注意其電源端子1 4短接 23 3 有極繼電器JYJXC 135 220 1 特點(diǎn)有極繼電器是一種能反應(yīng)電流極性 并能保持其極性狀態(tài) 切斷電流后能保持原來電流極性工作的狀態(tài) 的繼電器 具有定位和反位兩種穩(wěn)定狀態(tài) 結(jié)構(gòu) 刀刃形的長條形永久磁鐵代替了部分軛鐵 由于有永久磁鐵的存在 于是使得磁路系統(tǒng)中有了兩條固定磁路由其保持在斷電后繼電器的狀態(tài) 當(dāng)通入電源后固定磁路在 1 2處與電磁路之間進(jìn)行比較 使銜鐵相應(yīng)發(fā)生運(yùn)動改變其狀態(tài) 24 2 磁路結(jié)構(gòu)有極繼電器的結(jié)構(gòu)形式很多 一般按磁路結(jié)構(gòu)來分類可分串聯(lián)式 并聯(lián)式 或稱差接式 和橋式三種 磁路結(jié)構(gòu)及等效磁路 25 3 AX型有極繼電器的工作原理 通入不同方向的電流 可以改變繼電器的吸起落下狀態(tài) 切斷電流后能保持原來電流極性工作的狀態(tài) 反位打落狀態(tài)磁路定位吸起狀態(tài)磁路 26 4 偏極繼電器JPXC 1000 A 特點(diǎn)鑒別電流的極性 在方形極靴前裝有L形永久磁鐵 只有線圈中通入規(guī)定方向的電流 繼電器才勵磁 一般使用在道岔表示電路及單復(fù)線半自動閉塞電路中 27 B磁路結(jié)構(gòu) 極化磁通路徑極化磁通和電磁通路徑 28 動態(tài)繼電器 動態(tài)繼電器用于雙機(jī)熱備計算機(jī)聯(lián)鎖的接口電路 由于該繼電器是由計算機(jī)輸出的動態(tài)脈沖信號控制的 故稱為動態(tài)繼電器 動態(tài)繼電器符合故障一安全原則 具有很高的可靠性1 JAC一l000型動態(tài)繼電器 29 2 JARC一l000型動態(tài)繼電器JARC一l000型是雙門驅(qū)動的動態(tài)繼電器 以滿足雙機(jī)熱備冗余方式的計算機(jī)聯(lián)鎖的使用要求 30 第五節(jié)繼電器的時間特性 電磁繼電器的電磁系統(tǒng)是具有鐵心的大電感 在接通電源或切斷電源時 由于電磁感應(yīng)的作用 在鐵心中產(chǎn)生渦流 在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 這些電流產(chǎn)生的磁通對鐵心中原來磁通的變化起了一定程度的影響 即原磁通增大時反對增大 減小時反對減小 使原磁通變化緩慢 因此 電磁繼電器或多或少地都有一些緩動的時間特性 利用繼電器控制的各種電路中 由于完成的作用不同 對繼電器的時間特性要求也不一樣 有些要求繼電器動作快 有些要求慢一點(diǎn) 如果滿足不了時間特性的要求 整個控制電路就不能正常工作 因此 我們不但要了解繼電器本身固有的時間特性 而且還要按照不同的電路要求 人為的改變其時間特性 使它滿足各種控制電路的要求 31 改變繼電器時間參數(shù)的方法1 改變繼電器結(jié)構(gòu)的方法 繼電器廠家 1 改變銜鐵與鐵心磁吸間的止片的厚度 以改變繼電器的落下時間 止片增厚 落下時間減小 止片減薄 落下時間增大 2 磁路系統(tǒng)選用電阻率較高的鐵磁性材料 使渦流影響減小從而縮短繼電器的動作時間 3 在保證工作安匝的前提下增大線圈導(dǎo)線的線徑 以此來提高電流的儲備系數(shù) 使額定電流提高 加速電流的增長速度使其減小吸起時間 4 在鐵心上套銅套 銅環(huán) 使繼電器達(dá)到緩動 緩吸和緩放 32 釋放方法與落下啟動時間短路線圈方法 33 2 改變電路的方法 1 提高繼電器的端電壓使繼電器快吸 2 在繼電器線圈電路中串聯(lián)一個燈泡使繼電器快吸 保持工作電流不變 提高電阻 從而提高繼電器的端電壓 繼電器與燈泡串聯(lián)后的時間特性 34 3 與繼電器線圈串聯(lián)RC并聯(lián)電路使繼電器快吸 原理同上 35 4 并聯(lián)電阻或二極管使繼電器緩放 當(dāng)開關(guān)K把電源切斷時 繼電器線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢 由于有電阻r構(gòu)通了線圈中感應(yīng)電流的回路 而使繼電器達(dá)到緩放的目的 36 5 并聯(lián)rC串聯(lián)電路使繼電器緩放 并聯(lián)rC串聯(lián)電路又串聯(lián)電阻r0 使繼電器緩吸又緩放 緩吸過程曲線 37 第六節(jié)繼電器的接點(diǎn) 一 接點(diǎn)要求繼電器的接點(diǎn)是繼電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 用來實現(xiàn)接通或切斷電路的目的 而在實際應(yīng)用當(dāng)中 大部分故障往往發(fā)生在接點(diǎn)系統(tǒng) 必須對接點(diǎn)系統(tǒng)要有一定的要求 1 接點(diǎn)閉合時 接觸可靠 接觸電阻小而穩(wěn)定 2 接點(diǎn)斷開時 要可靠分開 接點(diǎn)間電阻為無窮大 即有一定的間隙 3 接點(diǎn)在閉合和斷開過程中沒有顫動 4 不發(fā)生熔接 5 耐各種腐蝕 6 導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率要高 7 使用壽命長 38 二 安全型繼電器的接點(diǎn)分析繼電器接點(diǎn)的工作可分四個階段 即接點(diǎn)閉合狀態(tài) 接點(diǎn)斷開過程 接點(diǎn)斷開狀態(tài)和接點(diǎn)閉合過程 1 繼電器接點(diǎn)的閉合狀態(tài)繼電器接點(diǎn)的閉合就是為了接通電路 接通電路工作的質(zhì)量好壞 直接決定于接點(diǎn)接觸電阻的大小和穩(wěn)定性 接點(diǎn)的接觸電阻受下列因素影響 1 接點(diǎn)材料的影響 2 接點(diǎn)間壓力的影響 3 接點(diǎn)接觸形式的影響 39 分為點(diǎn)接觸 面接觸 線接觸三種 如JWXC型無極繼電器的接點(diǎn)采用點(diǎn)接觸方式 JYJXC 135 220型加強(qiáng)接點(diǎn)有極繼電器 其接點(diǎn)采用面接觸方式 40 4 接點(diǎn)間電壓降和溫度的影響 5 化學(xué)腐蝕的影響 6 電腐蝕的影響2 接點(diǎn)的斷開過程接點(diǎn)的化學(xué)腐蝕和電腐蝕會導(dǎo)致接點(diǎn)變形 損壞 接觸不良或熔接等現(xiàn)象 而引起這些腐蝕的主要起因是接點(diǎn)間的液態(tài)橋 火花放電與電弧放電 這些現(xiàn)象主要發(fā)生在接點(diǎn)斷開過程中 3 接點(diǎn)的閉合過程當(dāng)接點(diǎn)在閉合過程中 會產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象 如果在接點(diǎn)閉合過程中 接點(diǎn)發(fā)生顫動 那么 第一次閉合后就會發(fā)生電弧 41 三 熄滅接點(diǎn)電弧和消滅接點(diǎn)火花的方法1 熄滅接點(diǎn)電弧的方法 1 降低負(fù)載直線 降低電源電壓或增大電路電阻 實現(xiàn)這一途徑的方法就是限制電路的功率 2 抬高電弧伏安特性曲線 a 單純增大接點(diǎn)間距離b 幾個接點(diǎn)串聯(lián)C 磁吹弧利用磁場的電磁力把電弧拉長 起到增大接點(diǎn)間距離的作用 使其電弧拉長到加在接點(diǎn)間電壓不足以維持電弧燃燒所需的電壓而自行熄滅 42 43 2 消滅接點(diǎn)火花的方法采用滅火花電阻和電容串聯(lián)電路與接點(diǎn)并聯(lián)是最常用的方法 在接點(diǎn)斷開瞬間 電感負(fù)載所產(chǎn)生的感應(yīng)電流流經(jīng)并聯(lián)在接點(diǎn)上的電容和電阻串聯(lián)電路 使接點(diǎn)上的電壓降至擊穿空氣隙電壓之下 而避免發(fā)生火花 此時 磁場能量消耗在回路電阻上 這樣接點(diǎn)間的電壓U就有可能低于300V 避免接點(diǎn)火花出現(xiàn) 44 第七節(jié)繼電器的應(yīng)用應(yīng)用繼電器構(gòu)成的各種控制 表示電路 統(tǒng)稱繼電電路 一 選擇繼電器的一般原則1 繼電器的類型 線圈電阻 應(yīng)滿足各種電路的基本要求 2 電路中串聯(lián)使用繼電器時 串聯(lián)繼電器的數(shù)量滿足電壓的要求 3 繼電器接點(diǎn)通過的電流不應(yīng)小于電路的工作電流 必要時采用并聯(lián) 4 繼電器接點(diǎn)數(shù)量不夠時 不能滿足電路要求時 設(shè)置復(fù)示繼電器反映主繼電器工作狀態(tài) 5 電路中串聯(lián)繼電器接點(diǎn)時 接點(diǎn)的接觸電阻滿足電路要求 不影響電路正常工作 45 二 繼電器的表述1 繼電器的名稱符號 根據(jù)主要用途和功能命名 如 按鈕繼電器為AJ 等 2 繼電器的定位 1 繼電器的定位狀態(tài)必須和設(shè)備的定位狀態(tài)一致 如 信號機(jī)以關(guān)閉為定位狀態(tài) 道岔以開通定位為定位狀態(tài) 軌道電路以空閑為定位狀態(tài) 2 繼電器的落下狀態(tài)必須與設(shè)備的安全側(cè)相一致 滿足故障 安全原則 如 信號繼電器落下 信號機(jī)的關(guān)閉 軌道繼電器的落下 軌道電路被占用 在電路中 凡是以吸起為定位狀態(tài)的繼電器 其接點(diǎn)和線圈均以 符號表示 凡是以落下為定位狀態(tài)的繼電器 其接點(diǎn)和線圈以 表示 46 3 繼電器的符號 對于線圈必須注明其定位狀態(tài)箭頭和線圈端子號 對于其接點(diǎn)只須標(biāo)出其接點(diǎn)組號 而不必詳細(xì)標(biāo)明動 前 后接點(diǎn)號 但必須標(biāo)出箭頭方向 三 繼電器線圈的使用 必須滿足繼電器的工作安匝和釋放安匝 串聯(lián) 前后線圈串聯(lián) 如 JWXC 1700并聯(lián) 前后線圈并聯(lián) 如 JWXC 850 850單線圈使用時 為了保證得到與兩線圈串聯(lián)使用同樣的工作安匝 通過線圈的電流必須比串聯(lián)時大一倍 所消耗功率也大一倍 繼電器大都采用兩線圈串聯(lián)使用的方法 但當(dāng)電路需要時 也采用分線圈使用的方法 兩線圈并聯(lián)使用時 所需電壓比串聯(lián)時低一半 一般使用在較低電壓的電路中 47 接點(diǎn)圖形符號 48 繼電器線圈圖形符號 49 四 繼電器基本電路1 串并聯(lián)電路 1 串聯(lián)電路串聯(lián)電路指繼電器接點(diǎn)串聯(lián)連接的電路 其功能是實現(xiàn)邏輯 與 的運(yùn)算 50 2 并聯(lián)電路由幾個繼電器接點(diǎn)并聯(lián)連接的電路稱為并聯(lián)電路 它的功能是實現(xiàn)邏輯 或 運(yùn)算 3 串并聯(lián)電路根據(jù)邏輯功能的要求 在電路中有些接點(diǎn)串聯(lián) 有些是串聯(lián) 這類電路稱為串并聯(lián)電路 如圖所示 51 2 自閉電路 自保電路 凡是有自身前接點(diǎn)參與保持該繼電器吸起的 稱為自閉電路 52 3 時序電路在一個由繼電電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)中具有相互作用且按一定時間順序動作的繼電電路的總和 稱做時序電路 53 4 極性繼電器電路能鑒別繼電器激磁電流極性的繼電器電路 叫做極性繼電器電路 它由偏極繼電器或極性保持繼電器組成 54 55 五 繼電電路的分析法1 動作程序法動作程序法用來表示繼電器的動作過程 著重反映繼電器的時序關(guān)系 而不嚴(yán)格地表達(dá)邏輯功能 用符號表示各繼電器狀態(tài)的變化 表示繼電器的吸起 表示繼電器落下 這里表示繼電器的動作 不要和電路圖中表示繼電器定位狀態(tài)的 相混淆 表示促使繼電器吸起 落下 表示邏輯 與 56 2 時間圖解法整個電路動作過程與繼電器的時間特性 如緩放時間的長短 密切相關(guān) 這時 可用時間圖解法來較準(zhǔn)確地進(jìn)行分析 57 3 接通徑路法接通徑路法 曾稱接通公式法 用來描述繼電器勵磁電流的徑路 即由電源正極經(jīng)繼電器接點(diǎn) 線圈及其他器件 按鈕接點(diǎn) 二極管等 流向電源負(fù)極的回路 它是在分析繼電器電路中常用的方法 俗稱跑電路 不一定寫出來 58 六 繼電器電路的安全措施常見的故障 熔斷器熔斷 斷線 脫焊 螺絲松脫 線圈燒壞 接點(diǎn)接觸不良 線路混入電源等 電路開路 斷線故障 使繼電器錯誤落下 或不能吸起電路短路 短路故障 使繼電器錯誤吸起 或不能落下1 用繼電器的勵磁狀態(tài)作為開放信號的條件 故障導(dǎo)向安全 前接點(diǎn)控制綠燈電路 后接點(diǎn)控制綠燈電路 59 2 電源與繼電器設(shè)在不同端 這樣可使當(dāng)線路發(fā)生短路故障時 不至于造成XJ錯誤勵磁 a b 60 3 采用雙極接通電路 控制去線和回線都串入控制的條件接點(diǎn) 防止某種情況下 繼電器的錯誤勵磁 雙極接通與單極接通比較 61 4 繼電器不工作時分路繼電器線圈 在重要的電路中 為了防止由其他電路混線或迷流影響造成繼電器XJ的錯誤勵磁 62 5 避免對幾個繼電器電路采用共用回線 因為共用回線 一旦發(fā)生混線等故障時會引起繼電器錯誤勵磁 63 繼電器具體應(yīng)用分析舉例1 64 繼電器具體應(yīng)用分析舉例2 自閉電路