铁道信号基础-第二章信号继电器

主讲：安春兰继电器概述安全型继电器继电器的特性其他类型的继电器继电器的工作原理继电器的接点继电器电路的设计及应用教学内容一、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。有接点继电特性输入线圈Ix接点输出IyIxIy20Ix1Ix2Iy无接点继电特性y2y1yxx1x20xy输入输出二、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。前接点后接点中接点拉杆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。动接点前接点后接点最基本的工作原理：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。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；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。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。（a）非插入式（b）插入式图2-3AX型无极继电器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。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。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。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②铁芯电磁系统包括线圈、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。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。②F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。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。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、JZXJWXJPXJYXJZX继电器概述安全型继电器继电器的特性其他类型的继电器继电器的工作原理继电器的接点继电器电路的设计及应用教学内容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。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。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。1.继电器可靠工作的条件：牵引力机械力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2.继电器机械特性的定义3.继电器机械特性曲线：FJ=f(δ)oa：整个气隙的值oδ0：代表止片的厚度δ0a：代表衔铁的动程值3.继电器机械特性曲线：FJ=f(δ)继电器释放时气隙最大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。（FJ的大小取决于重锤片的数量和动接点预先弯曲所产生的弹力之和）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。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。3.继电器机械特性曲线：FJ=f(δ)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。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：1.磁能的计算dtdiRU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：0020tidRdtiUidttt总能量损耗能量磁能在时间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：1.磁能的计算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。0idW2.衔铁运动时磁能的变化2.衔铁运动时磁能的变化接通电源至衔铁运动前，在磁系统中储存的磁能为10111idoaW面积衔铁运动过程中，磁系统获得的磁能为2221112idaaW面积衔铁运动终了后，磁系统中储存的磁能为220230idaW面积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321mmmp2112当衔铁的动程取极限时，对衔铁的吸力为ddWFm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。11121IW))((2112212IIW22321IW)(211221321II][21])()([21111111IIIII当取△I和△φ非常小时)(21IIWm3.线性继电器特性曲线3.线性继电器特性曲线可得对衔铁的吸力为)(21ddIddIF如果衔铁运动时（空气隙变化时），电流I不改变，这时上式就可改为ddIF21若漏磁通忽略不计，则WddGIWddIWF2)(212（W为线圈匝数）3.线性继电器特性曲线ddGIWddIWF2)(212继电器吸力与安匝的平方成正比，与工作气隙的平方成反比。，主要为工作气隙的磁导G为铁心面积SSG,020SddGddG2022)(SIWF继电器的机械特力FJ是随δ的减小呈折线变化的，要使继电器可靠吸起，FQFJ1.确定FQ大小的方法2022)(SIWF当安匝（IW)一定时，FQ与δ的平方成反比，即牵引力FQ随δ呈双曲线规律的变化而变化，这种牵引力FQ随工作气隙δ而变化的关系FQ=f(δ)，称它为牵引特性。FQ0δ(IW)1(IW)2(IW)3(IW)1(IW)2