铁道信号基础 第二章信号继电器

衔铁只安装 一块重锤片
永久磁钢
方形极靴
➢ 有极继电器能反映电流极性，并能保持其极性状态（切断电流后 能保持原来电流极性工作的状态）的继电器。 ➢ 结构除了磁路有特殊部分之外，其余部分都与无极继电器基本相 同，磁路的特殊部分就是用一块端部呈刀形的长条形永久磁铁代替 了无极继电器的部分轭铁，永久磁铁与轭铁间用螺钉联结。
主讲：安春兰
继电器概述
教 安全型继电器
学
继电器的特性 其他类型的继电器
内 继电器的工作原理
容 继电器的接点
继电器电路的设计及应用
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。
y
y2
x
y
输入
输出
y1
0
x1 x2
无接点继电特性
Ix
输入
线圈
Iy Iy2 Iy
2.继电器机械特性的定义
❖ 继电器的机械力FJ是随着衔 铁与铁芯磁极间的气隙δ的变 化而变的，这种变化关系FJ = f(δ)称为继电器的机械特性， 变化关系的曲线称为机械特性 曲线。 ❖ 不同类型的继电器，结构不 同，机械特性也不同
3.继电器机械特性曲线：FJ = f(δ)
3.Leabharlann Baidu电器机械特性曲线：FJ = f(δ)
接通电源至衔铁运动前，在磁系统中储存的磁能为
W1
1
id
0

面积oa11
衔铁运动过程中，磁系统获得的磁能为
W2
2
id
1

面积a1 1 2a2
衔铁运动终了后，磁系统中储存的磁能为
W3
2
id
0

面积0a2 2
2.衔铁运动时磁能的变化
消耗在衔铁运动的磁能，由输入磁系统的磁能与衔铁运动 终了后磁系统中剩余磁能的差来确定
接点系统 ➢ 接点系统包括拉杆和 接点组。接点组分为静 止的前接点、后接点和 固定在拉杆上的动接点。 ➢ 直流无极继电器一般 有8组接点，彼此独立 但动作一致。
动作原理： ① 电→磁→力→动作拉 杆，F吸引力＞F重力为 吸其状态。 ② F吸引力＜F重力为落 下状态。 ③ 无极特性
➢ 偏极继电器具有反应电流 极性的性能。 ➢ 磁路系统中铁芯极靴为方 形，衔铁为方形，方形极靴 下端装有L型永久磁铁 ➢ 偏极继电器只能在规定方 向的电流通入线圈时吸起， 反方向就不能吸起，无电时 衔铁落下。
➢ 继电器衔铁的动作过程中，衔铁上受有两种作用 力：电磁吸力（牵引力）和与吸力相反的反作用力。
❖ 反作用力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组成，称为机械力。
1.继电器可靠工作的条件：牵引力>机械力
❖ 牵引力的大小由机械力的 大小来确定。 ❖ 机械力的大小是一个不确 定的值，不仅与接点片的多 少、重锤片的数目等有关， 还与衔铁的动程有关。 ❖ 衔铁在整个运动过程中所 受到的机械力不是固定不变 的。
x
接点
输出
0 Ix1 Ix2 Ix
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。 电磁系统由磁路和线圈组成，是继电器的感受机构，专门用来接受和 反映输入物理量的性质，接点系统是继电器的执行机构，用来实现控 制的目的。
前者单独使用，后者常用于有防尘外壳的组匣式设备中。
（a）非插入式
（b） 插入式
图 2-3 AX型无极继电器
➢ 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。
➢ 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。
极靴
方便铁芯的紧固和拆装
电磁系统包括线圈、铁心、轭铁、衔铁 ③ 轭铁 轭铁呈L形，由电工纯铁板冲压成型，外 表镀多层铬防护。
电磁系统包括线圈、铁心、轭铁、衔铁 ④ 街铁
➢ 重锤片：由薄钢板制成， 其片数由接点组的多少决 定，使衔铁的重量基本上 满足后接点压力的需要。 ➢ 止片：用以增大继电器 在吸起状态的磁阻，减小 剩磁影响，保证继电器可 靠落下。
JPX
JZX JYX
继电器概述
教 安全型继电器
学
继电器的特性 其他类型的继电器
内 继电器的工作原理
容 继电器的接点
继电器电路的设计及应用
➢ 机械特性 ➢ 牵引特性 ➢ 时间特性
1. 继电器的机械特性 2. 继电器的牵引特性 3. 机械特性与牵引特性的配合（安
匝的确定）
➢ 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。
1.磁能的计算
当继电器线圈通入直流电压U时，线圈电路的方程式为：
U iR d
dt
将两端各乘以idt，时间从0到t,线圈中电流从0到稳定
值I，即磁链从0达到 进行积分得到如下磁系统的能量
平衡方程式：
t
Uidt
t i 2 Rdt

idt
0
0
0
总能量
损耗能量
磁能
1.磁能的计算
落下：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， ➢ 能够控制数个对象或数个回路，以此来完 成由人工难以达到的复杂的逻辑关系要求。 ➢ 能控制远距离的对象。
❖ oa：整个气隙的值
❖ oδ0：代表止片的厚度 ❖ δ0a：代表衔铁的动程值
继电器释放时气隙最大
3.继电器机械特性曲 线：FJ = f(δ)
❖ a点：FJ =0，δ最大 ❖ ab段：δ逐渐减小，后接点片给动接 点的支撑力逐渐减小，FJ逐渐增大。 （线段ab的陡度由后接点片和动接点的 弹性变形来决定）
❖ bc段：动接点离开后接点，后接点 的支撑力=0，FJ 突然增大。 （ 接点FJ预的先大弯小曲取所决产于生重的锤弹片力之的和数）量和动
❖ cd段：衔铁继续运动，FJ逐渐增大 。 ❖ de段：当动接点接触前接点时，动 接点上增加了前接点的预压力，致使FJ 突然增大。
❖ ef段：为使动接点与前接点接触良 好，衔铁继续向上运动，前接点与动接 点一起向上弯曲，直到衔铁运动完毕， 由于两者共同弹性变形，FJ 增大。
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；
3.线性继电器特性曲线
W1

1 2
I11
W2

1 2
(I1

I2
)(2
1 )
W3

1 2
I 22
Wm
W1
W2
W3

1 2
(
I1
2

I21 )

1 2
[
I1
(1

)

(I1

I )1 ]

1 2
[
I1

I1 ]
当取△I和△φ非常小时
Wm

1 ( I
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。
➢ 继电器的概念和工作原理 ➢ 安全性继电器：JWX、JPX、 JYX、JZX
➢ 铁路信号概述 ➢ 继电器的概念和工作原理 ➢ 安全性继电器：JWX、JPX、 JYX、JZX
JWX
3.继电器机械特性曲 线：FJ = f(δ)
结论：
❖ c、e两点的FJ 变化最 大
❖ 电磁吸力在c、e两点能 克服FJ ，则继电器就能 工作
机械特性曲线可以根据材 料力学计算，也可以通过 实验方法求得。
1.磁能的计算
➢ 电流通过继电器线圈，在铁心磁极与衔铁的空 气隙中产生磁通，这磁通对衔铁产生吸力（牵引 力）。 ➢ 可从衔铁运动过程中磁系统的能量平衡方程来 讨论，并得出吸力公式。
➢ 安全型继电器概述 ➢ 安全型继电器的结构
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，因此它们中的大部分零件都可以通用。
➢ 插入式和非插入式 前者单独使用，后者常用于有防尘外壳的组匣式设备中。
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，因此它们中的大部分零件都可以通用。 ➢ 插入式和非插入式
四、铁路信号对继电器的要求 ➢ 安全、可靠 ➢ 动作可靠、准确 ➢ 使用寿命长 ➢ 有足够的闭合和断开电路的能力 ➢ 有稳定的电气特性和时间特性 ➢ 保持良好的电气绝缘强度。
五、信号继电器的分类 按动作原理分：电磁、感应继电器 按动作电流分：直流、交流、交直流继电器 按输入物理量：电流、电压继电器 按动作速度：快速、正常、缓动继电器 按接点结构：普通接点、加强接点继电器 按工作可靠度：安全型、非安全型
六、继电器的参数
1．额定值——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
➢ 继电器插座
➢ 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 有利于行车安全的故障称为安全侧故障 可能危及行车安全的故障称为危险侧故障 ➢ 安全性继电器的寿命 ——接点寿命 电寿命2×10（5-6）次、机械寿命10×106次
➢ JWX型直流无极电磁继电器 ➢ JPX型偏极继电器 ➢ JYX型有极继电器 ➢ JZX型整流式继电器
1.结构
电磁系统 接点系统
电磁系统
接点系统
电磁系统包括线圈、铁心、轭铁、衔铁 ① 线圈 线圈水平安装在铁芯上，分为前圈和后圈。
前圈
后圈
电磁系统包括线圈、铁心、轭铁、衔铁 ① 线圈 线圈水平安装在铁芯上，分为前圈和后圈。 根据电路需要可采用单线圈控制、双线圈 串联控制或双线圈并联控制
电磁系统包括线圈、铁心、轭铁、衔铁 ② 铁芯
Wm W1 W2 W3 即Soa1a2
△Wm 是消耗在衔铁运动中的能量，那么对衔铁的平均吸力为
Fp

Wm 2 1

Wm 1 2


Wm
当衔铁的动程取极限时，对衔铁的吸力为
F dWm
d
3.线性继电器特性曲线
磁化曲线是非线性的，不能用数学分析，只能图解法才能准确 地计算吸力。如果继电器运用在离磁化曲线饱和点以下较远的 范围内，可以近似地认为继电器的磁特性曲线是线性的，曲线 可以用下图的直线来代替。
拉杆 前接点
后接点
中接点
动接点
前接点 后接点
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： 吸起：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
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
信号继电器作为铁路信号设备中最主要而又大量采用 的元件之一，必须保证安全可靠。信号继电器的安全可靠性， 主要体现在利用“重力恒定’原则和确保接点不熔结，这就 给信号继电器的结构提出了一个高标准的要求：衔铁要加重， 接点材料要采用熔点高和不会熔解而导电性能又好的材料。 为了满足这些要求，我国技术人员自己设计制造了一种直流 24V的AX型（安全型）信号继电器系列，满足了铁路信号设备 对继电器所提出的要求，成为我国铁路信号继电器的主要定 型产品。
2
I )
3.线性继电器特性曲线
在时间t内电源供给电路的能量，除去发热损耗的能量之外，其余都转
变为磁系统的磁能：
W

id
0
能量可用图中阴影线面积0a 来表示。这讨论的只是在继电器衔铁处于
静止状态下，在磁系统储存的能量，当衔铁处于运动情况时，磁系统的
磁能将随衔铁的运动发生变化。
2.衔铁运动时磁能的变化
2.衔铁运动时磁能的变化