第四章 信号继电器

第一节 信号继电器概述 一、继电器的定义 继电器是一种当控制参数变化时，能引起被控制参数突然变化的电器元件。 具有继电特性 无接点继电特性 第一节 信号继电器概述 一、继电器的定义 继电器是一种当控制参数变化时，能引起被控制参数突然变化的电器元件。 具有继电特性 无接点继电特性 有接点继电特性

二、继电器的基本原理 1、组成：由接点系统和电磁系统两大部分组成，电磁系统由线圈、固定的铁心、轭铁以及可动的衔铁。接点系统由动接点、静接点构成。

2、动作原理 当线圈中通入一定数值的电流后，由于电磁作用或感应方法产生电磁吸引力，吸引衔铁，由衔铁带动接点系统，改变其状态、从而反映输入电流的状况。 最基本的工作原理： 线圈通电→产生磁通（衔铁、铁心）→产生吸引力→克服衔铁阻力→衔铁吸向铁心→衔铁带动动接点动作→前接点闭合、后接点断开 电流减少→吸引力下降→衔铁依靠重力落下→动接点与前接点断开，后接点闭合。 可见，继电器具有开关特性，利用其接点的通、断电路，从而构成各种控制表示电路。

三、继电器的作用 能够以极小的电信号控制执行电路中相当大的对象，能够控制数个对象和数个回路，也能控制远距离的对象。有着良好的开关性能：闭合阻抗小、断开阻抗大，有故障→安全性能，能控制多回路、抗雷击性能强、无噪声、温度影响小等。在以继电技术构成的系统中，大量使用，在以电子元件和微机构成的系统中，作为接口部件，将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。 四、铁路信号对继电器的要求 1、安全、可靠 2、动作可靠、准确 3、使用寿命长 4、有足够的闭合和断开电路的能力 5、有稳定的电气特性和时间特性 6、保持良好的电气绝缘强度。

2、按动作电流分：直流（无极、偏极、有极）交流继电器 3、按输入物理量：电流、电压继电器 4、按动作速度：正常、缓动继电器 五、信号继电器的分类 1、按动作原理分：电磁、感应继电器 2、按动作电流分：直流（无极、偏极、有极）交流继电器 3、按输入物理量：电流、电压继电器 4、按动作速度：正常、缓动继电器 5、按接点结构：普通接点、加强接点继电器 6、按工作可靠度：安全型、非安全型（前者称为N，重力式 继电器，后者称为C型弹力式继电器）

六、继电器的参数 1．额定值一一继电器在运用状态时的电压值或电流值； 2．吸起值——使继电器动作（动接点与前接点接触）所需要的最小电流或电压值； 3．工作值——使继电器动作，前接点全部闭合，井满足规定的接点压力所需的最小电流或电压值； 4.　释放值 ——继电器从规定值降低到前接点断开时的电压或电流值； 5．转极值——有极继电器的动接点由定位转换到反位或由反位转换到定位所需要的电压或电流值； 6．过负载值——继电器允许接入的最大电压或电流值（一般为工作值的四倍），接入过负载值后，线圈不受损伤，电气特性亦不变化； 7．吸起时间——从继电器线圈接通规定的电压或电流时起至全部前接点闭合的时间； 8．释放时间——切断供以规定的电压或电流的电源时起至全部动接点与后接点闭合的时间； 9．安全系数——额定值与工作值之比； 10．返还系数——释放值与工作值之比称为返还系数。

第二节继电器的机械特性与牵引特性 一、机械特性 电磁继电器的工作过程是电流通过线圈，在磁路中产生磁通，磁通在衔铁气隙中产生电磁力吸引衔铁带动接点动作，以完成接通、断开或转接电路的任务——电磁吸力（牵引力）。 对于AX型继电器来说是由接点簧片的弹性力和衔铁上的重锤片重力等机械反作用力所组成，所以称它为机械力。 显然，要使继电器可靠工作，牵引力必须大于机械力， 继电器的机械力，是随着衔铁与铁心磁极间的气隙的变化而变的，这种变化关系 ＝f（）称为继电器的机械特性，这种变化关系的曲线，称为机械特性曲线。

接点动作过程 AX型继电器机械特性曲线

二、牵引特性和机械特性的配合 1、牵引特性 牵引力与所加安匝及气隙大小等有关，当气隙一定时，牵引力与安匝（IW）的平方成正比（抛物线），当安匝（IW）一定时，牵引力与工作气隙的平方成反比，即牵引力随呈双曲线规律的变化而变，这种牵引力随工作气隙而变化的关系， 我们称它为牵引特性。 2、两特性曲线的配合 为要继电器能吸起，使前接点闭合后接点分离，必须要求继电器衔铁在整个运动过程中，牵引力处处大于或等于机械力，也就是说，牵引特性曲线必须在机械特性曲线之上，至少也要与机械特性曲线相切 。

牵引特性曲线　　　　 牵引特性曲线与机械特性曲线配合

第二节 安全型继电器 一、安全型继电器概述 AX系列安全型继电器是直流24V系列的重弹力式直流电磁继电器，其典型结构为无极继电器，其它各型号都是由其派生而成。因此，绝大部分零件都能通用。 1、插入式和非插入式 外观上是否有防尘罩，前者单独使用，后者装于匣内使用。 2、型号的表示法 采用汉字拼音字母和数字表示，字母表示继电器种类，数字表示线圈的阻值。 3、安全型继电器的品种及用途 无极、无极加强接点、无极缓放、无极加强接点缓放、整流式、有极、有极加强、偏极、单闭磁等5种9类20品种及3个派生品种。

4、继电器 插座

5、安全型继电器的特点： 前接点代表危险侧信息 后接点代表安全侧信息 接点符合:故障—安全原则：发生安全侧故障的可能性远远大于发生危险侧故障的可能性，处于禁止运行的状态的故障有利于行车车的安全称为安全侧，处于允许运行状态的故障可能危及性车安全，称为危险侧故障。由于其在故障情况下，使前接点闭合的概率远远小于后接点闭合的概率。 6、安全性继电器的寿命 电寿命2×10（5-6）机械寿命10×10（6）

二、安全型继电器的结构和动作原理 1、无极继电器 （1）、结构：电磁系统（线圈、铁心、轭铁、衔铁）接点系统（拉杆、动静接点组） （2）、动作原理：电→磁→力→动作拉杆，F吸引力＞F重力为吸其状态。

（3）、F吸引力＜F重力为落下状态。 （4）、无极特性

（5）电磁系统 直流无极电磁继电器的电磁系统

（6）磁化曲线 当继电器线圈中的电流从零增大时，安匝增大到 ，铁心中的磁通告 曲线规律增大到 ，使继电器吸起。当电流从大于工作值的情况下减小，安匝也随着减小时，由于磁滞的影响，磁通沿另一条曲线ab缓慢下降，致使安匝降到小于 值的 时还能产生磁通 ，保持衔铁不释放，可见继电器的释放安匝比 还要小，即释放电流值比 还要小。由上可知无极继电器的释放值不仅小于吸起值，而且比吸起值小很多。

2、整流式继电器 整流继电器JZXC-480与无极型基本一致，仅在接点组上安装了二极管组成的半波或全波整流电路。输入的是交流电源，经整流后再送入线圈。使用中注意其电源端子1、4短接。

3、有极继电器JYJXC-135/220 (1)特点 具有定位和反位两种稳定状态。刃形的长条形永久磁钢代替了部分轭铁。由于有永久磁钢的存在，于是使得磁路系统中有了两条固定磁路由其保持在断电后继电器的状态。当通入电源后固定磁路在δ1、δ2处与电磁路之间进行比较，使衔铁相应发生运动改变其状态。

有极继电器的结构形式很多，一般按磁路结构来分类可分串联式，并联式（或称差接式）和桥式三种 （2）磁路结构 有极继电器的结构形式很多，一般按磁路结构来分类可分串联式，并联式（或称差接式）和桥式三种 磁路结构及等效磁路

有极吸继电器可以通过调整衔铁动程的范围来得到保持式、偏向式和三位式三种类型的工作状态。 （3）有极继电器的调整 有极吸继电器可以通过调整衔铁动程的范围来得到保持式、偏向式和三位式三种类型的工作状态。 有极继电器的三种工作状态

4、AX型有极继电器的工作原理 （1）AX型有极继电器 反位打落状态磁路　　　 定位吸起状态磁路

（2）偏极继电器JPXC-1000 a特点 鉴别电流的极性，在方形极靴前装有人形永久磁钢。只有线圈中的电源极性1+、4-，继电器才励磁。

b磁路结构 极化磁通路径　　　　　　　　　　 极化磁通和控制磁通路径

磁路系统是由Ⅱ型铁心，L形轭铁和衔铁组成。Ⅱ形铁心装在轭铁上形成一个闭合磁路。 (3)闭磁路继电器 a AX型单闭磁继电器（JDBX-1100） 磁路系统是由Ⅱ型铁心，L形轭铁和衔铁组成。Ⅱ形铁心装在轭铁上形成一个闭合磁路。 局部线圈通以固定　　　 工作线圈通以局部线　　　 工作线圈通以局部线 　　极性的电流　　　　　　　圈相反极性的电流　　　　　圈相同极性的电流

这种继电器的磁系统是由两个并列II形铁心，一个L形轭铁和一个衔铁组成，两个II形铁心装在一个共同的轭铁上形成两个闭合磁路，因此称双闭磁路。 b二元差动双闭磁路继电器 这种继电器的磁系统是由两个并列II形铁心，一个L形轭铁和一个衔铁组成，两个II形铁心装在一个共同的轭铁上形成两个闭合磁路，因此称双闭磁路。 二元差动闭磁路继电路原理图

第五节 交流继电器 一、交流电磁继电器 1.特点 (1)牵引力是在最大值与零值之间脉动的，它脉动的频率是交流电流频率的两倍。这种脉动的牵引力作用在衔铁上，将使衔铁发生颤动。而继电器衔铁的颤动是不允许的，这就要求交流电磁继电器，在结构上要采取特殊的措施来消灭衔铁的颤动现象。 (2)交变磁通通过铁心时，在铁心中产生磁滞损失和涡流损失。为了减小这些损失，交流电磁继电器的铁心一般采用硅钢片叠成的。 (3)交流电磁继电器，即使是在稳定的情况下，也存在着反电势，因此，交流电磁继电器线圈中的电流主要不是由电阻来决定，而由线圈的感抗来决定。

2.牵引特性 既然铁心中的磁通为一常量，而吸力（牵引力）的大小决定于磁通的大小，所以从以上分析来看，交流电磁继电器当线圈两端电压一定时，牵引力与衔铁和铁心间气隙值无关。但是，实际上牵引力与气隙有些关系，随着的减小牵引力是有增大的（因为不同，漏磁影响不同，作用于衔铁的有效磁遁不同。），只是与直流电磁继电器比较来说，它们的变化不大，也就是说它的牵引特性曲线比较平坦。 　牵引特性曲线　　　　　　　 交流电磁电器牵引力的变化规律

3.消除衔铁震动的方法 （1）加重衔铁； （2）铁心磁极处套短路环； （3）双相磁路。 　交流电磁继电器原理图　　　　　　　双相磁路结构

二、交流感应继电器 1.动作原理

2交流感应式轨道继电器 JRJC型交流二元感应继电器，有两个独立的电磁系统（包括磁路和线圈）：一个是局部电磁系统，另一个是轨道电磁系统，分别装在可动翼片的两侧面 。 交流感应继电器的转矩曲线　　　　JRJC型交流感应继电器磁路

第六节继电器的时间特性 电磁继电器的电磁系统是具有铁心的大电感，在接通电源或切断电源时，由于电磁感应的作用，在铁心中产生涡流，在线圈中产生感应电流。这些电流产生的磁通对铁心中原来磁通的变化起了一定程度的影响。即原磁通增大时反对增大，减小时反对减小，使原磁通变化缓慢。因此，电磁继电器或多或少地都有一些缓动的时间特性。 利用继电器控制的各种电路中，由于完成的作用不同，对继电器的时间特性要求也不一样，有些要求继电器动作快，有些要求慢一点，如果满足不了时间特性的要求，整个控制电路就不能正常工作。因此，我们不但要了解继电器本身固有的时间特性，而且还要按照不同的电路要求，人为的改变其时间特性。使它满足各种控制电路的要求。

一、直流无极电磁继电器的时间特性 吸起与落下时过渡过程

二、改变继电器时间参数的方法 1.改变继电器结构的方法 （1）改变衔铁与铁心磁吸间止片（ ）的厚度，以改变继电器的落下时间，止片增厚，落下时间减小，止片减薄，落下时间增大。 （2）磁路系统选用电阻率较高的铁磁性材料，使涡流影响减小从而缩短继电器的动作时间。 （3）在保证工作安匝的前提下增大线圈导线的线径，以此来提高电流的储备系数，使额定电流提高，加速电流的增长速度使其减小吸起时间。 （4）在铁心上套铜套（铜环）使继电器达到缓动（缓吸和缓放）。

释放方法与落下启动时间　　　　 短路线圈方法

2.改变电路的方法 （1）提高继电器的端电压使继电器快吸 （2）在继电器线圈电路中串联一个灯泡使继电器快吸 （3）与继电器线圈串联RC并联电路使继电器快吸 （4）并联电阻或二极管使继电器缓放

第七节继电器的接点 一、安全型继电器的特性 1、机械特性：机械特性与牵引特性之间的配合保证其可靠吸合与落下。 2、电气特性：电器特性是安全型继电器的基本要求，也是设计和实现信号逻辑电路的依据。其包括额定值，AX系列继电器的额定电压为24V；充磁值；释放值；工作值，不大于额定值的70% ；反向工作值，不大于工作值得120%；转极值，即使有极继电器衔铁转极的最小电流或电压值；反向不工作值。 释放值和工作值之比称为返还系数，返还系数高标志着继电器的落下越灵敏。规定普通继电器的返还系数不小于30%，缓放型继电器不小于20%，轨道继电器不小于50%。 3、时间特性：常用在继电器线圈两端并联RC串联电路，达到缓吸缓放的目的。

2、接点参数：接点压力；接点齐度；接点间隙；接点滑程；节电。 3、接点容量：即继电器接点所允许通过的最大电流。 二、安全型继电器的接点 继电器接点是继电器的执行机构，通过接点来反映继电器的状态，进行电路的控制。对于继电器接点有较高的要求，从接点材料到接点结构，从接点组数到接点容量。对频繁通断大电流的接点，还必须采取灭火花措施。 1、对接点系统的要求：接点闭合时，接触可靠，接触电阻小而且稳定；接点断开时，要可靠分开，接点间电阻为无穷大，即有一定的间隙；接点闭合和断开过程中没有颤动；不发生熔接；耐各种腐蚀；导热率和导电率要高；使用寿命长。 2、接点参数：接点压力；接点齐度；接点间隙；接点滑程；节电。 3、接点容量：即继电器接点所允许通过的最大电流。

4、接点材料：一般继电器要求接点材料的电阻系数小，抗压强度低，而且选用不宜氧化或其氧化物电阻率小。 5、接点的接触形式： 分为点接触、面接触、线接触三种。如JWXC型无极继电器的接点采用点接触方式。JYJXC-135/220型加强接点有极继电器，其接点采用面接触方式。

6、接点灭火花电路：采用灭火花电阻与接点并联是最常用的方法，在接点断开瞬间，电感负载所产生的感应电流流经并联在接点上的电容和电阻串联电路，使接点上的电压降至击穿空气隙电压之下，而避免发生火花。此时，磁场能量消耗在回路电阻上。 7、熄灭接点电弧：当电路中电流较大时（大于产生电弧的临界电流I0）时，接点断开过程中，由于在强大电场作用下从负极发出的电子具有足够大的能量使气体气子发生强烈游离，就在接点间产生电弧，电弧温度很高，会引起接点材料的蒸发与喷溅，更增加了接点的电腐蚀，同时还引起接点的表面氧化。必须设法熄灭接点电弧。

磁吹弧的方向根据左手定则确定，如图所示。此时要求通过接点电流的方向，应符合使接点间电弧向外吹的原则。否则，向内吹弧，非但不会熄灭电弧，还会造成接点的损伤。加强接点上用磁吹弧的继电器都规定了接点的正负极性，使用中要注意其方向。

第八节 继电器的应用 应用继电器构成的各种控制表示电路，统称继电电路。 一、选择继电器的一般原则 1、继电器的类型、线圈电阻，应满足各种电路的基本要求。 2、电路中串联使用继电器时，串联继电器的数量满足电压的要求。 3、继电器接点通过的电流不应小于电路的工作电流，必要时采用并联。 4、继电器接点数量不够时（不能满足电路要求时），设置复示继电器反映主继电器工作状态。 5、电路中串联继电器接点时，接点的接触电阻满足电路要求（不影响电路正常工作）

1、继电器的名称符号。根据主要用途和功能命名。如：按钮继电器为AJ，等。 二、继电器的表述 1、继电器的名称符号。根据主要用途和功能命名。如：按钮继电器为AJ，等。 2、继电器的定位 （1）继电器的定位状态必须和设备的定位状态一致。如：信号机以关闭为定位状态；道岔以开通定位为定位状态，轨道电路以空闲为定位状态。 （2）继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致，满足故障——安全原则。如：信号继电器落下---信号机的关闭，轨道继电器的落下----轨道电路被占用。在电路中，凡是以吸起为定位状态的继电器，其接点和线圈均以“↑”符号表示，凡是以落下为定位状态的继电器，其接点和线圈以“↓”表示。 22 DBJ 23 21

（3）继电器的符号，对于线圈必须注明其定位状态箭头和线圈端子号。对于其接点只须标出其接点组号，而不必详细标明动、前、后接点号。但必须标出箭头方向。 总体原则：继电器吸起-----（动）中接点与前接点闭合，与后接点断开。继电器落下----（动）中接点与前接点断开，与后接点闭合。 三、继电器线圈的使用：必须满足继电器的工作安匝和释放安匝。 串联：前后线圈串联；如：JWXC-1700 并联：前后线圈并联；如：JWXC-850/850 单线圈使用时，为了保证得到与两线圈串联使用同样的工作安匝，通过线圈的电流必须比串联时大一倍，所消耗功率也大一倍。继电器大都采用两线圈串联使用的方法。但当电路需要时，也采用分线圈使用的方法。两线圈并联使用时，所需电压比串联时低一半，一般使用在较低电压的电路中。

接点图形符号

继电器线圈图形符号

（1）单拍电路：是指它所组成的电路在完成一定的控制目的时，与组成该电路的各元件的动作顺序无关， 四、继电器基本电路 1、按工作特点来分的继电器接点电路 （1）单拍电路：是指它所组成的电路在完成一定的控制目的时，与组成该电路的各元件的动作顺序无关， （2）多拍电路：是指该电路中的各元件必须按照一定的先后动作顺序才能达到既定的控制目的。 非周期多拍电路与周期性多拍电路。 非周期性多拍电路 脉动偶电路

（2）有自闭电路： 凡是有自身前接点参与保持该继电器吸起的，称为自闭电路 2、按有无记忆作用来分的继电器接点电路 （1）无自闭电路 （2）有自闭电路： 凡是有自身前接点参与保持该继电器吸起的，称为自闭电路 按钮继电器电路 自闭式电路

继电器接点电路按连接形式来分，可分为串联、并联、串并联和桥形等几种基本电路。 3、按连接形式分的继电器接点电路 继电器接点电路按连接形式来分，可分为串联、并联、串并联和桥形等几种基本电路。 桥式电路 串并联电路

五、继电器电路的分析法 1、接通公式法 反映继电器电路时序因果关系， 并不严格表达逻辑功能。 2、图解法 3、接通经路法（跑电路法，经常使用） 仅仅表达的是继电电路的导通路径，而不能反映电路的逻辑功能。 六、继电器电路的安全措施 常见的故障有：熔断器熔断、断线、脱焊、螺丝松脱、线圈烧坏、接点接触不良、线路混入电源等。 电路开路（断线故障）：使继电器错误落下，或不能吸起 电路短路（短路故障）：使继电器错误吸起，或不能落下

1、断线防护电路 2、混线防护电路 （1）、位置法：将继电器和电源分别设在可能混线位置的两侧。 （2）、极性法：室外电路混入电源而采取的措施 （3）、双断法：在电路的去线和回线上都接入同样的控制接点。

（4）、独立电源法：电源隔离法，设立专用变压器。

继电器具体应用分析举例1

继电器具体应用分析举例2