控制繼電器

繼電器的輸入量通常是電流、電壓等電量，也可以是溫度、壓力、速度等非電量，輸出量則是觸點動作時發出的電信號或輸出電路的參數變化。繼電器的特點是當其輸入量的變化達到一定程序時，輸出量才會發生階躍性的變化。

控制繼電器用途廣泛，種類繁多，習慣上按其輸入量不同分為如下幾類:

①電壓繼電器 它是根據電路電壓變化而動作的繼電器，如用於電動機失壓、欠壓保護的交直流電壓繼電器；用於繞線式電動機制動和反轉控制的交流電壓繼電器；用於直流電動機反轉及反接制動的直流電壓繼電器等。

供增大控制電路中觸點數量或容量而用的中間繼電器，實質上也是電壓繼電器，僅僅是其動作值無需調整而已。

②電流繼電器 它是根據電路電流變化而動作的繼電器，被用於電動機和其他負載的過載及短路保護、以及直流電動機的磁場控制或失磁保護等。

③時間繼電器 這是從接受信號到執行元件動作有一定時間間隔的繼電器，如起電動機時用以延時切換起動電阻、電動機能耗制動和生產過程的程序控制等所用的繼電器。

④熱繼電器 供交流電動機過載及斷相保護用的繼電器。

⑤溫度繼電器 供各種設備作過熱保護或溫度控制用的繼電器。

⑥速度繼電器 供電動機轉速和轉向變化監測的繼電器。

如圖所示，以具有常開觸點的繼電器為例，當輸入量x由0開始增大時，在x﹤xc的整個過程中，輸出量始終保持為y=ymin（對於有觸點電器，ymin=0）；及至x增大到動作值xc，輸出量就由ymin躍升為ymax。再繼續增大x到其最大值xmax或其正常工作值，輸出量仍保持為ymax而不變。若自xmax開始減小x，在x>xf（返回值，它一般大於xc）的過程中，y還是等於ymax。一旦x= xf，y便從ymax突然減小到ymin。此後，即使再減小x直到它等於零，y亦保持為ymin。這樣的輸入-輸出特性稱為繼電特性，它是開關電器所共有的。

圖 繼電器的輸入-輸出特性

它是指輸入量的額定值及觸點的額定電壓和額定電流，額定工作制、觸頭的通斷能力、繼電器的機械和電氣壽命等。

輸入量的動作值和返回值統稱動作參數，如吸合電壓(電流)和釋放電壓(電流)、動作溫度和返回溫度等。可以調整的動作參數則稱為整定參數。

此係數Kf是指繼電器的返回值xf與動作值xc的比值，即Kf=xf/xc。按電流計算的返回係數為Kf=If/Ic(If為返回電流,Ic為動作電流);按電壓計算的返回係數為Kf=Uf/Uc(Uf為返回電壓,Uc為動作電壓)。

繼電器輸入量的額定值(或正常工作值)xn與動作值xc的比值稱為儲備係數Ks,亦稱安全係數。為保證繼電器運行可靠，不發生誤動作，儲備係數Ks必須大於1,一般為1.5~4。

它是指使繼電器動作所需的功率(或線圈磁動勢)。為便於比較，有時以每對常開觸頭所需的動作功率或動作安匝數作為靈敏度指標。電磁式繼電器靈敏度較低，動作功率達0.01W;半導體繼電器靈敏度較高，動作功率只需0.000001W。

繼電器動作時間是指其吸合時間和釋放時間。從繼電器接受控制信號起到所有觸頭均達到工作狀態為止所經歷的時間間隔稱為吸合時間；而從接受控制信號起到所有觸頭均恢復到釋放狀態為止所經歷的時間間隔稱為釋放時間。按動作時間的長短繼電器可以分為瞬時動作型和延時動作型兩大類。

通用繼電器是可用作電壓繼電器、欠電流繼電器、中間繼電器和時間繼電器的直流電磁式繼電器。它以結構簡單、維修方便、成本低而被廣泛用於低壓控制系統。

通用繼電器作為電壓繼電器使用時，吸引電壓可在30%~50%Un的範圍內調節，釋放電壓可在7%~20%Un的範圍內調節；作為欠電流繼電器使用時，吸引電流可在30%~65%In的範圍內調節；作為時間繼電器使用時。斷電延時範圍為0.3~5s。對它的返回係數不作規定。但作過電流或過電壓繼電器使用時，返回係數小於1;作欠電流或欠電壓繼電器使用時，返回係數大於1。

常用的通用繼電器有K18型、K3型、具有雙線圈的K3-S型、高返回係數的K9、K10型、交流的K4型以及小型的KX型等產品。

K18系列產品的額定絕緣電壓為440V,作電壓繼電器和時間繼電器時的額定工作電壓有24、48、110、220、440V五級，作欠電流繼電器時的額定電流有1.6、2.5、4、6、10、16、25、40、63、100、160、250、400、630A等十四級。額定操作頻率一般為1200次/h(作時間繼電器時除外)。觸頭的額定電壓為AC380V及DC220V,約定發熱電流為10A,機械壽命為1000萬次，電壽命為50萬次。

電流繼電器一般可兼作過電流和欠電流繼電器，用於電動機的起動控制和過載保護。

常用的過電流繼電器產品有KA12、KA14及KA18等系列。KA12系列適用於額定電壓為AC380V(50Hz)、DC440V及以下的電路，供交流繞線式電動機和直流電動機起動控制及過載保護用。它具有以甲基硅油為阻尼系統，故其保護特性為反時限的。其線圈電流由1A至300A分12級。觸頭額定電流為5A。KA14及KA18系列產品的線圈額定電流由1A至1500A分15級，且有高返回係數產品。

中間繼電器主要起擴大觸頭數量及觸頭容量用。從本質上來說，它仍屬電磁式電壓繼電器，但其動作參數無需調整，對其返回係數亦無要求。

繼電器的電磁系統採用螺管式電磁鐵。線圈通電時，動鐵心被吸向錐形擋鐵，並帶動橫樑，使兩側的動觸頭支架向上運動，令觸點進行轉換。線圈斷電后，在反力彈簧作用下，動鐵心和動觸點支架均恢復原位。

隨工作原理的不同,時間繼電器可分為：電磁式時間繼電器、鐘錶式時間繼電器、氣囊式時間繼電器、電子式時間繼電器和數字式時間繼電器。

隨延時方式不同，時間繼電器又分為：通電延時型和斷電延時型兩種。前者在獲得輸入信號后立即開始延時，需待延時完畢，其執行部分才輸出信號以操縱控制電路；當輸入信號消失后，繼電器立即恢復到動作前的狀態。後者恰恰相反，當獲得輸入信號后，執行部分立即有輸出信號；而在輸入信號消失后，繼電器卻需要經過一定的延時，才能恢復到動作前的狀態。

電子式時間繼電器按構成原理可分為阻容式和數字式兩種。按延時的方式又可分為通電延時型、斷電延時型和帶瞬動觸點的通電延時型等三種。電子式時間繼電器全部電路由延時環節、鑒幅器、輸出電路、電源和指示燈等五部分組成。

電子式時間繼電器產品種類很多，如KT13、KT14、KT15以至KT20系列等等，常用的KT20系列產品採用的電路有單結晶體管的和場效應管的兩類。

KT20系列產品的工作電壓有AC36、110、127、220、380V(50Hz)及DC24、48、110V等。延時範圍分0.1~300s、0.1~3600s、0.1~180s等三檔。其最大延時值應小於標稱延時值的110%,最小延時值應小於該等級標稱延時值的10%。通電延時型的重複工作時間間隔不小於1s;斷電延時型的最小通電時間不大於1s。重複延時誤差不大於±3%;綜合延時誤差在正常工作條件下連續動作時不大於±10%。產品具有一定的抗干擾能力。觸頭共兩對，分通電延時或斷電延時2對和通電延時1對及瞬時動作1對等搭配方式。觸頭工作電壓為AC220、380V(50Hz)及DC220V,工作電流因有無瞬動觸頭、負載性質、接通或分斷、電壓種類而異，在0.5~7.5A的範圍內。

熱繼電器是利用電流通過發熱元件時產生的熱量，使雙金屬片受熱彎曲而推動機構動作的一種電器。它主要用於電動機的過載、斷相及電流不平衡的保護，以及其他電氣設備發熱狀態的控制。

熱繼電器的形式有許多種，其中常用的有：雙金屬片式、熱敏電阻式、易熔合金式三種，最常用的是雙金屬片式熱繼電器。產品主要有JR16及JR20兩個系列。

熱繼電器的熱元件加熱方式有四種：直接加熱式、間接加熱式、複合加熱式和電流互感器加熱式。

直接加熱式是以雙金屬片本身作為加熱元件，讓負載電流通過它，借其自身的電阻損耗產生熱量加熱，因而具有結構簡單、體積小、省材料、發熱時間常數小和反映溫度變化快等特點，但由於其發熱量受到雙金屬片尺寸的限制，只適用於容量較小的場合。間接加熱式的熱元件由電阻絲或帶製成，繞在雙金屬片四周，並且互相絕緣，故發熱時間常數大、反映溫度變化較慢，但熱元件可按發熱需要選擇，因而容量較大。複合加熱式介於上述兩種加熱方式之間，熱元件電阻值可通過與雙金屬片串聯或並聯的方式調整，應用較廣泛。電流互感器加熱方式多用於負載電流大時，以減小通過熱元件的電流。

熱繼電器的基本性能有:

①安秒特性 即電流-時間特性，它表示熱繼電器的動作時間與通過電流之間的關係，通常為反時限特性。為了可靠地實現電動機的過載保護，熱繼電器的安秒特性應低於電動機的允許過載特性。

②溫度補償 為了減少因環境溫度變化引起的動作誤差，熱繼電器應採取溫度補償措施。

③熱穩定性 即耐受過載電流的能力。對熱元件的熱穩定性要求是：在最大整定電流時，對額定電流為100A及以下的通以10倍最大整定電流、對整定電流在100A以上的通以8倍最大整定電流后，熱繼電器應能可靠地動作5次。

④控制觸點的壽命 熱繼電器的常開、常閉觸點在規定的工作電流下，應能操作交流接觸器的線圈線路1000次以上。

⑤複位時間 熱繼電器的自動複位時間應不大於5min,手動複位時間應不大於2min。

⑥電流調節範圍 一般為66%~100%,最大為50%~100%。

選用時間繼電器時可從下列六個方面來考慮:

①根據控制線路組成的需要，確定使用通電延時型或斷電延時型的繼電器;

②由於時間繼電器動作后的複位時間應比固有動作時間長一些，否則將增大延時誤差甚至不能產生延時，故組成重複延時線路或動作頻繁處，應特別注意;

③凡對延時要求不高處，宜採用價格較低的電磁阻尼式或氣囊式時間繼電器，反之則採用電動機式或晶體管式時間繼電器;

④電源電壓波動大處，宜採用氣囊式或電動機式時間繼電器，電源頻率變動大處，忌用電動機式的產品;

⑤應注意環境溫度的變化，凡變化大處，不宜採用氣囊式時間繼電器;

⑥對操作頻率亦應注意，若它過高則不僅影響電壽命，還會導致動作失調。

選擇熱繼電器時應注意到:

①電動機的型號規格和特性，從原則上來說，熱繼電器的熱元件額定電流是按電動機額定電流選擇，但對過載能力較差的電動機，熱元件的額定電流就宜適當小些(為電動機額定電流的60%~80%);

②根據電動機定子繞組聯結方式確定熱繼電器是否帶斷相運行保護;

③保證熱繼電器在電動機起動過程中不致誤動作;

④若電動機驅動的生產機械不充許停車或停車會造成重大損失，就寧可使電動機過載甚至燒壞，也不宜讓熱繼電器冒然動作;

⑤在斷續周期工作制時，應特別注意熱繼電器的允許操作頻率。