信号继电器概述

信号继电器继电器是自动控制系统中常用的电器，它用于接通和断开电路，用以发布控制命令和反映设备状态，以构成自动控制和远程控制电路。各个领域的自动控制系统无一不采用继电器。铁路信号技术中广泛采用继电器，称为信号继电器（在铁路信号系统中，可简称继电器），是铁路信号技术中的重要部件。它无论作为继电式信号系统的核心部件，还是作为电子式或计算机式信号系统的接口部件，都发挥着重要的作用。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、信号继电器概述信号继电器是用于铁路信号中的各类继电器的统称，是各类信号控制系统不可缺少的重要器件。（一）、铁路信号对继电器的要求信号继电器作为铁路信号系统中的主要（或重要）器件，它在运用中的安全、可靠就是保证各种信号设备正常使用的必要条件。为此，铁路信号对继电器提出了极其严格的要求，具体如下：(l）动作必须可靠、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，均能保持很高的电气绝缘强度。具体要求见《信号维修规则技术标准》11继电器11.1通则。按照工作的可靠程度，信号继电器可分为三级：一级继电器：绝对不允许发生前接点与动接点之间的熔接；衔铁落下与前接点的断开由衔铁及可动部分的重量来保证；当任意一组前接点闭合时，所有后接点必须全部断开，反之亦然；衔铁处于落下位置时，应该稳定的工作，后接点压力主要由重力作用产生；有较高的返还系数：轨道继电器不小于50%，一般继电器不小于30％。二级继电器：衔铁依靠本身重量或接点弹片反作用力返还；返还系数不小于20%；当任意一组前接点闭合时，所有后接点必须全部断开，反之亦然。三级继电器（电码型和电话型）：衔铁返还与后接点的压力均由动接点弹片的反作用力产生；前后接点均有熔接的可能。在信号设备的执行电路中，如果继电器由于工作不正常而不能断开前接点时，将严重威胁行车的安全，故设计时均采用一级继电器，又由于一级继电器的高度可靠性。因此，在电路中就不再考虑用电路的方法来检查继电器衔铁的落下状态。因此，在检修一级继电器时，要求特别注意其可靠性，并严格保证其技术条件。电码型继电器使用在选择电路中，不道接控制对象，但也绝不允许降低对这类继电器可靠性的要求，因为它们工作的好坏道接影响信号设备的正常动作，对保证列车的安全运行具有同样的重要意义。（二）、继电器的基本原理继电器是一种电磁开关。继电器类型很多，性能各不相同，结构形式各种各样，但都由电磁系统和接点系统两大主要部分组成。其中电磁系统由线圈、固定的铁芯和扼铁以及可动的衔铁构成，接点系统由动接点和静接点构成。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。最简单的电磁继电器如图1一1所示。它就是一个带接点的电磁铁，其动作原理也与电磁铁相似。当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、扼铁和气隙形成一个闭合磁路，铁芯对衔铁就产生了吸引力。吸引力的大小取决于所通电流的大小。当电流增大到一定值时，吸引力增大到能克服衔铁向铁芯运动的阻力时（主要是衔铁自重），衔铁就被吸向铁芯。由衔铁带动的动接点（随衔铁一起动作的接点）也随之动作，与动合接点（前接点，以下称前接点）接通。此状态称为继电器励磁吸起（以下简称吸起）。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（称为释放），衔铁带动动接点与前接点断开，与动断接点（后接点，以下称后接点）接通。此状态称为继电器失磁落下（以下简称落下）。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。如图1一l(b）的信号点灯电路，前接点接通时点亮绿灯，后接点接通时点亮红灯。（二）、继电器的继电特性继电器的特性是当输人量达到一定值时，输出量发生突变，如图1一2所示。继电器线圈回路为输入回路，继电器接点所在回路为输出电路。当线圈中电流Ixl从0增加到某一定值Ix2时，继电器衔铁被吸引，接点闭合，接点回路中的电流Iy，从0突然增大到Iy2。此后，若Ix继续增大，由于接点回路中阻值不变，Iy保持不变。当线圈中电流Ix减到Ixl时，继电器衔铁释放，输出电流Iy从Iy2减小到0，此后，Ix再减小，Iy保待为0不变。（四）、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功率的对象，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图1—1电磁继电器基本原理图1—2继电特性动化和远动化之中，也广泛应用于铁路信号的各个方面。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），有故障一安全（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，仍将长期存在。目前，信号继电器在以继电技术构成的系统中，如继电集中联锁、继电半自动闭塞等，起着核心作用，这些系统仍然大量存在，还将使用相当长的时期。而信号继电器在以电子元件和微型计算机构成的系统中，如计算机联锁、多信息自动闭塞、通用机车信号、驼峰自动化等系统中，作为其接口部件，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。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期。所以，不仅现在，而且未来，信号继电器在铁路信号领域始终起着重要的作用。（五）、信号继电器分类继电器类型繁多，信号继电器种类也不少，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，又可分为无极、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。整流式继电器虽然用于交流电路中，但它用整流元件将交流电整流为直流电，所以其实质上是直流继电器。3．按输人量的物理性质分类，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。一般无需加此称呼。缓动继电器，衔铁动作时间超过0.3s。又分为缓吸、缓放。时间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率较小的接点的能力，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。一般不加此称呼。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的要求。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安全型继电器（N型）是无需借助于其他继电器，亦无需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，从而使前接点可靠断开。②选用合适的接点材料，构成非熔接性前接点，或采用能防止接点熔接的特殊结构（例如接熔断器、接点串联）。③当一组不应闭合的后接点仍然闭合时，结构上能防止所有前接点闭合。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当一组不应闭合的前接点仍然闭合时，结构上能保证所有后接点不闭合。反之亦然。N型继电器主要依靠衔铁自身重力释放，故又称重力式继电器。C型继电器主要依靠弹簧弹力释放衔铁，故又称弹力式继电器。一般说来，N型继电器的安全性、可靠性高于C型继电器。