鐵路信號基礎繼電器

1、第四章 信號繼電器 一、繼電器的定義 繼電器是一種當控制參數(shù)變化時，能引起被控制參數(shù)突然變化 的電器元件。 具有繼電特性 第一節(jié) 信號繼電器概述 無接點繼電特性 有接點繼電特性 二、繼電器的基本原理 1、組成：由接點系統(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。接點系統(tǒng)由動接點、靜接點構(gòu)成。 2、動作原理 當線圈中通入一定數(shù)值的電流后，由于電磁作用或感應方法產(chǎn)生電磁吸引 力，吸引銜鐵，由銜鐵帶動接點系統(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動作前接點閉合、后接點

2、斷開 電流減少吸引力下降銜鐵依靠重力落下動接點與前接點斷開，后接 點閉合。 可見，繼電器具有開關(guān)特性，利用其接點的通、斷電路，從而構(gòu)成各種控制表 示電路。 三、繼電器的作用 能夠以極小的電信號控制執(zhí)行電路中相當大的對象，能夠控制數(shù)個 對象和數(shù)個回路，也能控制遠距離的對象。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、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構(gòu)成的系統(tǒng)中，作為接口部件，將系統(tǒng)主 機與信號機、軌道電路、轉(zhuǎn)轍機等執(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、準確 3、使

3、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度。 五、信號繼電器的分類 1、按動作原理分：電磁、感應繼電器 2、按動作電流分：直流（無極、偏極、有極）交流繼電器 3、按輸入物理量：電流、電壓繼電器 4、按動作速度：正常、緩動繼電器 5、按接點結(jié)構(gòu)：普通接點、加強接點繼電器 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） 六、繼電器的參數(shù) v1額定值一一繼電器在運用狀態(tài)時的電壓值或電流值； v2吸起值使繼電器動作（動接點與前接點接觸）所需要的最小電流 或電壓值； v3工作值使繼電器動作，前接點全部

4、閉合，井滿足規(guī)定的接點壓力 所需的最小電流或電壓值； v4.釋放值 繼電器從規(guī)定值降低到前接點斷開時的電壓或電流值； v5轉(zhuǎn)極值有極繼電器的動接點由定位轉(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； v6過負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），接入過負載值后，線圈不受損傷，電氣特性亦不變化； v7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 閉合的時間； v8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與 后接點閉合的時間； v9安全系數(shù)額定值與工作值之比； v10返還系數(shù)釋放值與工作值之比稱為返還系數(shù)。 第二節(jié)繼電器的機械特性與牽引特性繼

5、電器的機械特性與牽引特性 一、機械特性 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動作，以完 成接通、斷開或轉(zhuǎn)接電路的任務電磁吸力（牽引力）。 對于AX型繼電器來說是由接點簧片的彈性力和銜鐵上的 重錘片重力等機械反作用力所組成，所以稱它為機械力。 顯然，要使繼電器可靠工作，牽引力必須大于機械力， 繼電器的機械力，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（）稱為繼電器的機械特性，這 種變化關(guān)系的曲線，稱為機械特性曲線機械特性曲線。 J F 接點動作過程 AX型繼電器機械特性曲線 二、牽引特性和機械特性的配合 1、牽引特性

6、 牽引力與所加安匝及氣隙大小等有關(guān)，當氣隙一定時，牽引力與安 匝（IW）的平方成正比（拋物線），當安匝（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，使前接點閉合后接點分離，必須要求繼電器銜 鐵在整個運動過程中，牽引力處處大于或等于機械力，也就是說，牽引 特性曲線必須在機械特性曲線之上，至少也要與機械特性曲線相切 。 ( ) Q Ff 牽引特性曲線 牽引特性曲線與機械特性曲線配合 第二節(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

7、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、無極加強接點、無極緩放、無極加強接點緩放、整流式、有 極、有極加強、偏極、單閉磁等5種9類20品種及3個派生品種。 4、繼電器 插座 5、安全型繼電器的特點： 前接點代表危險側(cè)信息 后接點代表安全側(cè)信息 接點符合:故障安全原則：發(fā)生安全側(cè)故障的可能性遠遠大于發(fā)生危 險側(cè)故障的可能性，處于

8、禁止運行的狀態(tài)的故障有利于行車車的安全稱 為安全側(cè)，處于允許運行狀態(tài)的故障可能危及性車安全，稱為危險側(cè)故 障。由于其在故障情況下，使前接點閉合的概率遠遠小于后接點閉合的 概率。 6、安全性繼電器的壽命 電壽命210（5-6）機械壽命1010（6） 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）接點系 統(tǒng)（拉桿、動靜接點 組） （2）、動作原理： 電磁力動作拉 桿，F(xiàn)吸引力F重力 為吸其狀態(tài)。 （3）、F吸引力 F重力為落 下狀態(tài)。 （4）、無極特 性 （5）電磁系統(tǒng) 直流無極電磁繼電器的電磁系統(tǒng) （6）磁化曲線 當繼電器線圈中的電流從零

9、增大時，安匝增大到 ，鐵心中的 磁通告 曲線規(guī)律增大到 ，使繼電器吸起。當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。 1 IW oa t 1 IW 2 I W 2 I t 2 I W 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

10、意其 電源端子1、4短接。 3、有極繼電器JYJXC-135/220 (1)特點 具有定位和反位兩種穩(wěn)定 狀態(tài)。刃形的長條形永久磁 鋼代替了部分軛鐵。由于有 永久磁鋼的存在，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)。當通入電源后固定 磁路在1、2處與電磁路之 間進行比較，使銜鐵相應發(fā) 生運動改變其狀態(tài)。 （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 （3）有極繼電器的調(diào)整 有極吸繼電器可以通過調(diào)整銜鐵動程的范圍來得到保持式、偏 向式和三位式三種類型的工作狀態(tài)。 有極繼電器的三種工作狀態(tài)

11、 4、AX型有極繼電器的工作原理 （1）AX型有極繼電器 反位打落狀態(tài)磁路 定位吸起狀態(tài)磁路 （2）偏極繼電器JPXC-1000 a特點 鑒別電流的 極性，在方 形極靴前裝 有人形永久 磁鋼。只有 線圈中的電 源極性1+、 4-，繼電器 才勵磁。 b磁路結(jié)構(gòu) 極化磁通路徑 極化磁通和控制磁通路徑 (3)閉磁路繼電器 a AX型單閉磁繼電器（JDBX-1100） 磁路系統(tǒng)是由型鐵心，L形軛鐵和銜鐵組成。形鐵心裝在軛鐵上 形成一個閉合磁路。 局部線圈通以固定 工作線圈通以局部線 工作線圈通以局部線 極性的電流圈相反極性的電流圈相同極性的電流 b二元差動雙閉磁路繼電器 這種繼電器的磁系統(tǒng)是由兩個并列

12、II形鐵心，一個L形軛鐵和 一個銜鐵組成，兩個II形鐵心裝在一個共同的軛鐵上形成兩 個閉合磁路，因此稱雙閉磁路。 二元差動閉磁路繼電路原理圖 第五節(jié) 交流繼電器 一、交流電磁繼電器 1.特點 (1)牽引力是在最大值與零值之間脈動的，它脈動的頻率是交流 電流頻率的兩倍。這種脈動的牽引力作用在銜鐵上，將使銜 鐵發(fā)生顫動。而繼電器銜鐵的顫動是不允許的，這就要求交 流電磁繼電器，在結(jié)構(gòu)上要采取特殊的措施來消滅銜鐵的顫 動現(xiàn)象。 (2)交變磁通通過鐵心時，在鐵心中產(chǎn)生磁滯損失和渦流損失。 為了減小這些損失，交流電磁繼電器的鐵心一般采用硅鋼片 疊成的。 (3)交流電磁繼電器，即使是在穩(wěn)定的情況下，也存在著

13、反電勢， 因此，交流電磁繼電器線圈中的電流主要不是由電阻來決定， 而由線圈的感抗來決定。 2.牽引特性 既然鐵心中的磁通為一常量，而吸力（牽引力）的大小 決定于磁通的大小，所以從以上分析來看，交流電磁繼電器 當線圈兩端電壓一定時，牽引力與銜鐵和鐵心間氣隙值無關(guān)。 但是，實際上牽引力與氣隙有些關(guān)系，隨著的減小牽引力是 有增大的（因為不同，漏磁影響不同，作用于銜鐵的有效磁 遁不同。），只是與直流電磁繼電器比較來說，它們的變化 不大，也就是說它的牽引特性曲線比較平坦。 牽引特性曲線 交流電磁電器牽引力的變化規(guī)律 3.消除銜鐵震動的方法 （1）加重銜鐵； （2）鐵心磁極處套短路環(huán)； （3）雙相磁路。

14、交流電磁繼電器原理圖雙相磁路結(jié)構(gòu) 二、交流感應繼電器 1.動作原理 2交流感應式軌道繼電器 JRJC型交流二元感應繼電器，有兩個獨立的電磁系統(tǒng)（包括磁路和線 圈）：一個是局部電磁系統(tǒng)，另一個是軌道電磁系統(tǒng)，分別裝在可動翼 片的兩側(cè)面 。 交流感應繼電器的轉(zhuǎn)矩曲線JRJC型交流感應繼電器磁路 第六節(jié)繼電器的時間特性 v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，由于電磁感應的作用，在鐵心中產(chǎn)生渦流，在 線圈中產(chǎn)生感應電流。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

15、一些緩動的時間特性。 v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，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。 一、直流無極電磁繼電器的時間特性 吸起與落下時過渡過程 二、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 v （1）改變銜鐵與鐵心磁吸間止片（ ）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。 v （2）磁路系統(tǒng)選用電阻率

16、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。 v （3）在保證工作安匝的前提下增大線圈導線的線徑，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。 v （4）在鐵心上套銅套（銅環(huán)）使繼電器達到緩動（緩吸 和緩放）。 0 釋放方法與落下啟動時間 短路線圈方法 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 （3）與繼電器線圈串聯(lián)RC并聯(lián)電路使繼電器快吸 （4）并聯(lián)電阻或二極管使繼電器緩放 第七節(jié)繼電器的接點 一、安全型繼電器的特性 1、機械特性：機械特性與牽引特性之間的配合保證其可靠吸合

17、與落下。 2、電氣特性：電器特性是安全型繼電器的基本要求，也是設計和實現(xiàn)信號邏輯 電路的依據(jù)。其包括額定值，AX系列繼電器的額定電壓為24V；充磁值；釋放值； 工作值，不大于額定值的70% ；反向工作值，不大于工作值得120%；轉(zhuǎn)極值，即 使有極繼電器銜鐵轉(zhuǎn)極的最小電流或電壓值；反向不工作值。 釋放值和工作值之比稱為返還系數(shù)，返還系數(shù)高標志著繼電器的落下越靈敏。規(guī)定 普通繼電器的返還系數(shù)不小于30%，緩放型繼電器不小于20%，軌道繼電器不小于 50%。 3、時間特性：常用在繼電器線圈兩端并聯(lián)RC串聯(lián)電路，達到緩吸緩放的目的。 二、安全型繼電器的接點 繼電器接點是繼電器的執(zhí)行機構(gòu)，通過接點來反映

18、繼電器的狀態(tài)， 進行電路的控制。對于繼電器接點有較高的要求，從接點材料到接點結(jié) 構(gòu)，從接點組數(shù)到接點容量。對頻繁通斷大電流的接點，還必須采取滅 火花措施。 1、對接點系統(tǒng)的要求：接點閉合時，接觸可靠，接觸電阻小而且 穩(wěn)定；接點斷開時，要可靠分開，接點間電阻為無窮大，即有一定的間 隙；接點閉合和斷開過程中沒有顫動；不發(fā)生熔接；耐各種腐蝕；導熱 率和導電率要高；使用壽命長。 2、接點參數(shù)：接點壓力；接點齊度；接點間隙；接點滑程；節(jié)電。 3、接點容量：即繼電器接點所允許通過的最大電流。 4、接點材料：一般繼電器要求接點材料的電阻系數(shù)小，抗壓強度低， 而且選用不宜氧化或其氧化物電阻率小。 5、接點的接

19、觸形式： 分為點接觸、面接觸、線接觸三種。如JWXC型無極繼電器的接點采 用點接觸方式。JYJXC-135/220型加強接點有極繼電器，其接點采用面 接觸方式。 6、接點滅火花電路：采用滅火花電阻與接點并聯(lián)是最常用的方法， 在接點斷開瞬間，電感負載所產(chǎn)生的感應電流流經(jīng)并聯(lián)在接點上的電容 和電阻串聯(lián)電路，使接點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。 7、熄滅接點電弧：當電路中電流較大時（大于產(chǎn)生電弧的臨界電流 I0）時，接點斷開過程中，由于在強大電場作用下從負極發(fā)出的電子具 有足夠大的能量使氣體氣子發(fā)生強烈游離，就在接點間產(chǎn)生電弧，電弧 溫度很高，會引

20、起接點材料的蒸發(fā)與噴濺，更增加了接點的電腐蝕，同 時還引起接點的表面氧化。必須設法熄滅接點電弧。 磁吹弧的方向根據(jù)左手定則確定，如圖所示。此時要求通過接點電 流的方向，應符合使接點間電弧向外吹的原則。否則，向內(nèi)吹弧，非但 不會熄滅電弧，還會造成接點的損傷。加強接點上用磁吹弧的繼電器都 規(guī)定了接點的正負極性，使用中要注意其方向。 第八節(jié) 繼電器的應用 應用繼電器構(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、繼電器接點通過的電流不應小于電路的工作電流，必要時

21、采用并 聯(lián)。 4、繼電器接點數(shù)量不夠時（不能滿足電路要求時），設置復示繼電 器反映主繼電器工作狀態(tài)。 5、電路中串聯(lián)繼電器接點時，接點的接觸電阻滿足電路要求（不影 響電路正常工作） 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)必須和設備的定位狀態(tài)一致。如：信號機以 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

22、繼電器，其接點 和線圈均以“”符號表示，凡是以落下為定位狀態(tài)的繼電器，其接點和 線圈以“”表示。 v22 vDBJ v23 v21 （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。對于其接點只須標出其接點組號，而不必詳細標明動、前、后接點號。 但必須標出箭頭方向。 總體原則：繼電器吸起-（動）中接點與前接點閉合，與后接點 斷開。繼電器落下-（動）中接點與前接點斷開，與后接點閉合。 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。但當電路需要