2.6
继电器

继电器主要用于在控制与保护电路中转换信号。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，下面对经常使用的几种继电器进行简单介绍。

2.6.1
电流继电器、电压继电器

根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器称为电流继电器。电流继电器按用途还可以分为过电流继电器和欠电流继电器。过电流继电器的任务是当电路发生短路及过电流时立即将电路切断，因此过电流继电器线圈通过的电流小于整定电流时继电器不动作，只有通过电流超过整定电流时，继电器才动作。过电流继电器动作电流整定范围：交流过流继电器为（110%～350%） I _N ，直流过流继电器为（70%～300%） I _N 。欠电流继电器的任务是当电路电流过低时立即将电路切断，因此欠电流继电器线圈通过的电流大于或等于整定电流时，继电器吸合。只有电流低于整定电流时，继电器才释放。欠电流继电器动作电流整定范围：吸合电流为（30%～50%） I _N ，释放电流为（10%～20%） I _N ，欠电流继电器一般是自动复位的。

与此类似，电压继电器是根据输入电压大小而动作的继电器。过电压继电器动作电压整定范围为（105%～120%） U _N 。欠电压继电器吸合电压调整范围为（30%～50%） U _N ，释放电压调整范围为（7%～20%） U _N 。

电磁式电压及电流继电器在电路中的图形和文字符号如图2-27所示。

2.6.2
时间继电器

从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（触点的闭合或断开）的继电器，称为时间继电器。时间继电器的种类很多，常用的有空气式、电动式、电子式等。

1）空气式时间继电器 它由电磁机构、工作触点及气室三部分组成，它的延时是靠空气的阻尼作用来实现的。常见的型号有JS7-A系列，按其控制原理有通电延时和断电延时两种类型。图2-28所示为JS7-A型空气阻尼式时间继电器的工作原理图。

当通电延时型时间继电器的电磁铁线圈1通电后，将衔铁吸下，于是顶杆6与衔铁间出现一个空隙，当与顶杆相连的活塞在弹簧7的作用下由上向下移动时，在橡皮膜上面形成空气稀薄的空间（气室），空气由进气孔逐渐进入气室，活塞因受到空气的阻力，不能迅速下降，在降到一定位置时，杠杆15使延时触点14动作（常开触点闭合，常闭触点断开）。线圈断电时，弹簧使衔铁和活塞等复位，空气经橡皮膜与顶杆6之间推开的气隙迅速排出，触点瞬时复位。

断电延时型时间继电器与通电延时型时间继电器的原理与结构均相同，只是将通电延时型时间继电器的电磁机构翻转180°安装，即为断电延时型。

空气阻尼式时间继电器有延时时间为0.4～180s和0.4～60s两种规格，具有延时范围较宽、结构简单、工作可靠、价格低廉、寿命长等优点，是机床交流控制线路中常用的时间继电器。

表2-5所示为JS7-A型空气阻尼式时间继电器技术数据，其中JS7-2A型和JS7-4A型既带有延时动作触点，又带有瞬时动作触点。

按照通电延时和断电延时两种形式，空气阻尼式时间继电器的延时触点有：延时断开常开触点、延时断开常闭触点、延时闭合常开触点和延时闭合常闭触点。时间继电器的图形符号如图2-29所示，文字符号为KT。

2）电动式时间继电器 它由同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行机构组成。电动式时间继电器延时时间长，可达数十小时，延时精度高，但结构复杂，体积较大。常用的有JS10、JS11系列和7PR系列。

3）电子式时间继电器 早期产品多是阻容式，近期开发的产品多为数字式（又称计数式）。它由脉冲发生器、计数器、数字显示器、放大器及执行机构组成。电子式时间继电器具有延时时间长、调节方便、精度高的优点，有的还带有数字显示。电子式时间继电器应用很广，可取代阻容式、空气式、电动式等时间继电器。我国生产的产品有JSS1系列。

2.6.3
中间继电器

中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触点容量）。

常用的中间继电器有JZ7系列。以JZ7-62为例说明其型号含义，“JZ”为中间继电器的代号，“7”为设计序号，“6”代表有6对常开触点，“2”代表2对常闭触点。表2-6所示为JZ7系列中间继电器的主要技术参数。

新型中间继电器触点闭合过程中动、静触点间有一段滑擦、滚压过程，可以有效地清除触点表面的各种生成膜及尘埃，减小了接触电阻，提高了接触可靠性。有的还装了防尘罩或采用密封结构，也能提高其可靠性。有些中间继电器安装在插座上，插座有多种形式可供选择。有些中间继电器可直接安装在导轨上，安装和拆卸均很方便。常用的中间继电器有JZ18、MA、KH5、RT11等系列。中间继电器在电路中的文字符号常用K表示，有时也与电流继电器表示符号KA相同。

2.6.4
热继电器

热继电器是用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。

热继电器按动作方式可分为三类：（1）双金属片式，利用热双金属片（具有不同膨胀系数的两种金属焊接在一起）受热弯曲去推动一个触点执行机构而动作；（2）易熔合金式，利用过载电流的发热，达到某温度时使易熔合金熔化而动作；（3）利用材料磁导率或电阻值随温度变化而变化的特性原理制成的热继电器。

热继电器主要由热元件、双金属片和触点3部分组成。图2-30所示是热继电器原理图，其中1是热元件，是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中；2是双金属片，由两种不同线膨胀系数的金属轧压而成，下层金属的线膨胀系数大，上层的小。当电动机过载时，流过热元件的电流增大，热元件产生的热量使双金属片向上弯曲，经过一定时间后，弯曲位移增大，因而脱扣，扣板3在弹簧4的拉力作用下，将常闭触点5断开。常闭触点5是串接在电动机的控制电路中的，控制电路断开使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。若要使热继电器复位，则按下复位按钮6即可。由于热惯性，当热继电器电路短路时不能立即动作使电路断开，因此热继电器不能用作短路保护。同理，在电动机起动或短时过载时，热继电器也不会动作，这可避免电动机不必要的停车。每一种电流等级的热元件，都有一定的电流调节范围，一般应调节到与电动机额定电流相等，以便更好地起到过载保护作用。

热继电器的主要参数有：热继电器额定电流、相数，热元件额定电流，整定电流及调节范围等。热继电器的额定电流是指热继电器中，可以安装的热元件的最大整定电流值。热元件的额定电流是指热元件的最大整定电流值。

热继电器的整定电流是指热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的最大电流值。通常，热继电器的整定电流是按电动机的额定电流设定的。对于某一热元件的热继电器，可手动调节整定电流旋钮，通过偏心轮机构，调整双金属片与导板的距离，能在一定范围内调节其电流的整定值，使热继电器更好地保护电动机。JR16、JR20系列是目前广泛应用的热继电器。

在电气原理图中，热继电器的热元件和常闭触点的图形符号和文字符号如图2-31所示。

2.6.5
速度继电器

速度继电器根据电磁感应原理制成，用来在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。

速度继电器主要由转子、圆环（笼型空心绕组）和触点3部分组成，其结构原理图如图2-32所示。转子由一块永久磁铁制成，与电动机同轴相连，用以接收转动信号。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互作用，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，并拨动触点改变其通断状态（在摆锤左右各设一组切换触点，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。由速度继电器正转和反转切换触点的动作，来反映电动机转向和速度的变化。常用的速度继电器型号有JY1和JF20型。速度继电器的图形符号及文字符号如图2-33所示。

2.6.6
固态继电器

固态继电器（Solid State Relay，SSR）是20世纪70年代中后期发展起来的一种新型无触点继电器。由于它具有可靠性高、开关速度快、工作频率高、使用寿命长、便于小型化、输入控制电流小，以及与TTL、CMOS等集成电路有较好的兼容性等一系列优点，不仅在许多自动控制装置中替代了常规的继电器，而且在常规继电器无法应用的一些领域，如在微型计算机数据处理系统的终端装置、可编程序控制器的输出模块、数控机床的程控装置以及微机控制的测量仪表中都有用武之地。随着我国电子工业的迅速发展，固态继电器的应用领域正在不断扩大。

固态继电器是一种具有两个输入端和两个输出端的四端器件，其输入与输出之间通常采用光电耦合器隔离，并称其为全固态继电器。固态继电器按输出端负载的电源类型可分为直流型和交流型两类。其中直流型以功率晶体三极管的集电极和发射极作为输出端负载电路的开关，而交流型以双向三端晶闸管的两个电极作为输出端负载电路的开关。固态继电器的形式有常开式和常闭式两种，当固态继电器的输入端施加控制信号时，其常开式的输出端负载电路被导通，常闭式的被断开。

交流型的固态继电器按双向三端晶闸管的触发方式可分为非过零型和过零型两种。其主要区别在于交流负载电路导通的时刻不同，当输入端施加控制信号电压时，非过零型负载端开关立即动作，而过零型的必须等到交流负载电源电压过零（接近0V）时，负载端开关才动作。输入端控制信号撤销时，过零型的也必须等到交流负载电源电压过零时，负载端开关才复位。

固态继电器的输入端要求有数毫安至20mA的驱动电流，固态继电器最小工作电压为3V，所以MOS逻辑信号通常要经晶体管缓冲级放大后再去控制固态继电器，对于CMOS电路可利用NPN晶体管缓冲器。当输出端的负载容量很大时，直流固态继电器可通过功率晶体管（交流固态继电器通过双向晶闸管）再驱动负载。

当温度超过35℃后，固态继电器的负载能力（最大负载电流）随温度升高而下降，因此使用时必须注意散热或降低电流使用。

对于容性或电阻类负载，应限制其开通瞬间的浪涌电流值（一般为负载电流的7倍）；对于电感性负载，应限制其瞬时峰值电压值，以防损坏固态继电器。具体使用时，可参照样本或有关手册。

图2-34所示为固态继电器控制三相感应电动机线路图。