城市轨道交通信号系统学习笔记（三）继电器

继电器

• • 一、继电器的基本原理
  • 二、继电器的继电特性
  • 三、继电器的作用
  • 四、城市轨道交通信号系统对继电器的要求
  • 五、继电器分类

　　继电器是自动控制系统中常用的电器，用于接通和断开电路，用以发布和控制命令和反应设备状态，从而构成自动控制和远程控制电路。城市轨道交通信号系统中广泛采用继电器，称之为信号继电器（简称为继电器），继电器动作的可靠性直接影响到信号系统的可靠性和安全性。

一、继电器的基本原理

　　继电器是一种电励开关，其类型很多，但都由电磁系统和接点系统两大主要部分组成。电磁系统主要由线圈、固定的铁芯和轭铁，以及可动的衔铁构成。接点系统主要由动接点和静接点构成。在线圈中通入一定数值的电流后，由电磁作用或感应方法产生电磁吸力，吸引衔铁，衔铁带动接点系统，改变其状态，以反映输入电流的状况。
　　最简单的电磁继电器可视为一个带接点的电磁铁，其原理也与电磁铁相似。给线圈中通以一定数值的电流后，在衔铁和铁芯之间就产生一定数量的磁通，该磁通经铁芯、衔铁、轭铁和气隙形成一个闭合磁路，铁芯就对衔铁产生了吸引力。吸引力大小取决于所流通电流的大小。当电流增大到一定值，吸引力增大到能克服衔铁向铁芯运动的阻力时（在这里主要是衔铁的自重），衔铁就被吸向铁芯。由衔铁带动的动接点（随衔铁一起运动的接点）也随之运动，与动合接点接通。此状态称为继电器励磁吸起（简称吸起）。
　　吸引力随电流的减小而减小，当吸引力减小到不足以克服衔铁重力时衔铁靠自重落下（简称释放），衔铁带动动接点与前接点断开，与动断接点接通。此状态称为继电器失磁落下（简称落下）。
　　可见，继电器具有开关特性，可利用它的接点通、断电路，构成各种控制和表示电路。例如可构成简单的信号点灯电路，动合接点接通点亮绿灯，动断接点接通点亮红灯。

二、继电器的继电特性

　　继电器的特性是当输入量达到一定值时，输出量发生突变。继电器线圈回路为输入回路，继电器接点所在回路为输出回路。当线圈中电流I_x从0增加到某一定值I_x2时，继电器衔铁被吸引，动合接点闭合，接点回路中的电流I_y从0突然增大到I_y2。此后，若I_x继续增大，由于接点回路中阻值不变，I_y保持不变。当线圈中电流I_x减小到I_x1时，继电器衔铁释放，输出电流I_y突然从I_y2减小到0。此后，I_x再减小，I_y保持为0不变。

三、继电器的作用

　　继电器具有继电特性，能以极小的电信号来控制执行电路中相当大的对象，能控制数个对象和数个回路，能控制远距离的对象。由于继电器的这种性能，给自动控制和远程控制创造了便利的条件，所以，它广泛应用于国民经济各部门的生产过程控制和国防系统的自动化控制之中，也广泛应用于城市轨道交通信号技术的各个方面。
　　随着电子技术的迅速发展，电子器件尤其是微型计算机以其速度快、体积小、容量大、功能强等技术优势，在相当大程度上逐渐取代继电器，构成自动控制和远程控制系统，使技术水准大大提高。但是，继电器与电子器件相比，仍具有一定的优势，如开关性能好（闭合时阻抗小、断开时阻抗大），有故障——安全（发生故障时导向安全）性能，能控制多个回路，抗雷击性能强，无噪声，不受周围温度影响等。因此，它仍然具有广阔的应用空间，将长期存在。
　　以前，信号继电器在以继电技术构成的系统，如继电集中联锁中，起着核心作用。而信号继电器在以电子元件和计算机构成的系统，如计算机联锁等系统中，作为其接口部件，具有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的作用。虽然已出现全电子化的系统，但要全部取消继电器仍然需要相当长的时间。所以，不仅现在，在未来，信号继电器在城市轨道交通信号技术领域中将始终起着重要的作用。

四、城市轨道交通信号系统对继电器的要求

　　信号继电器作为城市轨道交通信号系统中的重要器件，在运用中的安全、可靠就是保证各种信号设备正常使用的必要条件。为此，城市轨道交通信号系统对继电器提出了及其严格的要求：
　　（1）动作可靠、准确
　　（2）使用寿命长
　　（3）有足够的闭合和断开电路的能力
　　（4）有稳定的电气特性和时间特性
　　（5）在周围介质温度和湿度变化很大的情况下，均能保持很大的电气绝缘强度

五、继电器分类

　　继电器类型繁多，可按不同方式分类如下：
　　1.按动作原理分类，可分为电磁继电器和感应继电器
　　电磁继电器是通过继电器线圈中的电流在磁路的气隙（铁芯与衔铁之间）中产生电磁力，吸引衔铁，带动接点动作的。（此类继电器数量最多）。
　　感应继电器是利用电流通过线圈产生的交变磁场与另一交变磁场在翼板中所感应的电流相互作用产生电磁力，使翼板转动而动作的。
　　2.按动作电流分类，可分为直流继电器和交流继电器
　　直流继电器是由直流电源供电的，它按所通电流的极性，可分为无极、偏极和有极继电器。直流继电器都是电磁继电器。
　　交流继电器是由交流电源供电的，它按动作原理，有电磁继电器，也有感应继电器。
　　3.按输入量的物理特性分类，可分为电流继电器和电压继电器
　　电流继电器反映电流的变化，它的线圈必须串联在所反映的电路中。该电路中必有被反映的器件，如电动机绕组、信号灯泡等。
　　电压继电器反映电压的变化，它的线圈励磁电路单独构成。
　　4.按动作速度分类，可分为正常动作继电器和缓动继电器
　　正常动作继电器衔铁动作时间为0.1~0.3s。大部分信号继电器属于此类。（通常不用加“正常动作“四个字，简称为继电器）
　　缓动继电器衔铁动作时间超过0.3s，分为缓吸、缓放。缓吸继电器是利用脉冲延时电路或软件设定使之缓吸，缓放型继电器则利用短路铜环产生磁通使之缓动，主要取其缓放特性。
　　5.按接点结构分类，可分为普通接点继电器和加强接点继电器
　　普通接点继电器具有开断功能较小的接点能力，以满足一般信号电路的要求，多数继电器为普通接点继电器。
（通常不用加“普通接点“四个字，简称为继电器）
　　加强接点继电器具有开断功率较大的接点的能力，以满足电压较高、电流较大的信号电路要求。
　　6.按工作可靠程度分类，可分为安全型继电器和非安全型继电器
　　（1）安全型继电器（N型）是无需借助于其他继电器，亦无须对其接点在电路中的工作状态进行监督检查，其自身结构即能满足一切安全条件的继电器，其特点是：
　　①当线圈断电时，衔铁可借助于自身重量释放，从而使动合接点可靠断开（故障导向安全）
　　②选用合适的接点材料，构成非熔接性动合接点，或采用能防止接点熔接的特殊结构（如接熔断器、接点串联）
　　③当一组不应闭合的动断接点仍然闭合时，结构上能防止所有动合接点闭合。

　　（2）非安全型继电器（C型）是必须监督检查接点在电路中的工作状态，以保证安全条件的继电器，其特点是：
　　①由于继电器在使用时已检查了衔铁的释放，因此不必采用非熔接性接点材料。
　　②当一组不应闭合的动合接点仍然闭合时，结构上能保证所有动断接点不闭合。反之亦然。
　　N型继电器主要依靠衔铁自身释放，故又称重力式继电器，C型继电器主要依靠弹簧弹力释放，故又称弹力式继电器。一般来说，N型号继电器的安全性、可靠性高于C型继电器。

来源：肚子饿的黄小黄