2.1.3 控制继电器

继电器主要用于控制和保护电路中作信号转换用。它具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。

控制继电器种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等。

1.电压、电流、中间继电器

电磁式继电器按输入信号不同分有电压继电器、电流继电器、时间继电器等。图2-4所示为电磁式继电器外形图。

（1）电流继电器

电流继电器的线圈串接在被测量的电路中，以反映电路电流的变化。为了不影响电路工作情况，电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。

电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两类。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%～65%，释放电流为额定电流的10%～20%，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放，输出信号。过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围通常为1.1～4倍额定电流。

直流电磁式继电器如图2-5所示。在机床电气控制系统中，电流继电器主要根据主电路内的电流种类和额定电流来选择。

（2）电压继电器

电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器线圈为并联的电压线圈，所以匝数多、导线细、阻抗大。

电压继电器按动作电压值的不同，有过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器之分。过电压继电器在电压为额定电压的110%～115%以上时有保护动作；欠电压继电器在电压为额定电压的40%～70%时有保护动作；零电压继电器当电压降至额定电压的5%～25%时有保护动作。

1—调整螺钉 2—衔铁 3—触头 4—线圈 5—铁心 6—磁轭 7—弹簧 8—调整螺母 9—非磁性垫片

（3）中间继电器

中间继电器实质上是电压继电器的一种，它的触头数多（有六对或更多），触头电流容量大，动作灵敏。其主要用途是当其他继电器的触头数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触头数或触头容量，从而起到中间转换的作用。

中间继电器主要依据被控制电路的电压等级、触头的数量、种类及容量来选用。机床上常用的中间继电器有交流中间继电器和交直流两用中间继电器。

2.时间继电器

在数控机床电气控制中，有时需要按一定的时间间隔来进行某种控制。例如，某润滑泵需要定时起动、定时运行，以控制润滑油量，这类自动控制称为时间控制。简单的方法可利用时间继电器来实现控制。

时间继电器种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等。它按工作方式分为通电延时时间继电器和断电延时时间继电器，一般具有瞬时触头和延时触头这两种触头。时间继电器的符号如图2-6所示。

a）瞬时动作 b）通电延时 c）断电延时

（1）空气阻尼式时间继电器

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的。它由电磁机构、延时机构、触头系统三部分组成，延时机构采用气囊式阻尼器，电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。延时方式有通电延时和断电延时两种。外形如图2-7所示。

（2）电子式时间继电器

电子式时间继电器在时间继电器中已成为主流产品，电子式时间继电器是采用晶体管或集成电路和电子元件等构成，目前已有采用单片机控制的时间继电器。

3.热继电器

数控机床的电动机在实际运行中常会遇到过载情况，但只要过载不严重、时间短，绕组不超过允许的温升，这种过载是允许的。但如果过载情况严重、时间长，则会加速电动机绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，甚至烧毁电动机，因此必须对电动机进行过载保护。因此，在电动机回路中需要设置电动机过载保护装置，热继电器就是用于电动机的长期过载保护的。

热继电器是一种利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的保护电器，它主要用作电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行及其他电气设备发热状态的控制。使用最多、最普遍的是双金属片式热继电器。目前，双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种。由于热惯性，热继电器不会瞬间动作，因此它不能用作短路保护。但也正是这个热惯性，使电动机起动或短时过载时，热继电器不会误动作。外形如图2-8所示。

1—主双金属片 2—电阻丝 3—导板 4—补偿双金属片 5—螺钉 6—推杆 7—静触头 8—动触头 9—复位按钮 10—调节凸轮 11—弹簧

（1）热继电器的结构及动作原理

图2-9所示为双金属片热继电器结构原理图及符号。由图2-9可见，热继电器主要由双金属片、热元件、复位按钮、传动杆、调节凸轮、触头系统和温度补偿元件等组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝2，串接在被保护电动机的主电路中，常闭触头串接于电动机的控制电路中。双金属片1是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片。由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，由弯曲产生的位移带动触头动作。

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，但还不足以使热继电器的触头动作。当电动机过载时，通过发热元件的电流超过整定电流，双金属片受热向上弯曲脱离导板3，使常闭触头断开。由于常闭触头是接在电动机的控制电路中的，它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电，从而接触器主触头断开，电动机的主电路断电，实现了过载保护。故障排除后，按下复位按钮，使热继电器触头复位。热继电器动作电流的调节是通过旋转调节凸轮10来实现的。

（2）热继电器的技术参数

目前，国内生产的热继电器主要有JR0、JR1、JR2、JR9、R10、JR15、JR16等系列。JR0、JR1、JR2和JR15系列的热继电器均为两相结构，是双热元件的热继电器，可以用作三相异步电动机的均衡过载保护和定子绕组为 联结的三相异步电动机的断相保护，但不能用作定子绕组为△联结的三相异步电动机的断相保护。表2-3为JR20系列热继电器技术数据。

（3）热继电器的选用

热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择：

1）热继电器结构型式的选择：星形联结的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形联结的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。

2）热元件的整定电流选择：一般将整定电流调整到等于电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的0.6～0.8倍；对起动时间较长，拖动冲击性负载或不允许停车的电动机，热元件的整定电流应调节到电动机额定电流的1.1～1.15倍。

3）当电动机起动时间过长或操作次数过于频繁时，会使热继电器误动作或烧坏电器，故这种情况一般不用热继电器作过载保护。

4）对于重复短时工作的电动机（如起重机电动机），由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护。

（4）热继电器的常见故障及维护方法（见表2-4）

4.速度继电器

速度继电器根据电磁感应原理制成的，用于转速的检测，如用来在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动断开反相序电源。图2-10所示为其结构原理图。

据图2-10知，速度继电器主要由转子、圆环（笼型空心绕组）和触头三部分组成。其转子由一块永久磁铁制成，与电动机同轴相连，用以接受转动信号。当转子（磁铁）旋转时，笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势，形成环内电流，此电流与磁铁磁场相作用，产生电磁转矩，圆环在此力矩的作用下带动摆锤，克服弹簧力而顺转子转动的方向摆动，并拨动触头改变其通断状态（在摆锤左右各设一组切换触头，分别在速度继电器正转和反转时发生作用）。

速度继电器的动作转速一般不低于120r/min，复位转速约在100r/min以下，工作时，允许的转速高达1000～3600r/min。

1—转轴 2—转子 3—定子 4—绕组 5—摆锤 6—簧片 7—触头

速度继电器的图形及文字符号如图2-11所示，文字符号为KS。