低压电器及其控制系统教学课件

第4章继电器的一般概念4.1电磁式继电器的构成及原理4.2继电器的定义与继电特性4.3继电器的参数与分类4.4对继电器的一般要求

4.5继电器的发展简况4.6继电器的发展趋势7/26/20231RockwellAutomation4.1电磁式继电器的构成及原理

1.电磁式继电器的构成

1，1’－静触点；2－动触点；3－轭铁；4－线圈；5－极靴(极帽)；6－铁心；7－衔铁；8－反力弹簧；9－簧片；10－工作气隙7/26/20232RockwellAutomation4.1电磁式继电器的构成及原理

1.电磁式继电器的构成

感应机构：线圈；变换机构——电磁系统：铁心、衔铁、轭铁和线圈；比较机构——反力系统：反力弹簧和簧片；执行机构——导电接触系统：触点及簧片。7/26/20233RockwellAutomation4.1电磁式继电器的构成及原理

2.电磁式继电器的原理

各部分的作用线圈：从电源获取能量、建立磁场；铁心、轭铁、衔铁：加强工作气隙内的磁场，即使磁通大部分沿铁心、轭铁、衔铁和工作气隙闭合；衔铁：实现电磁能与机械能的转换；极靴：增大工作气隙的磁导；反力弹簧、簧片：提供反力。触点及簧片：实现被控电路的“通”、“断”。7/26/20234RockwellAutomation4.1电磁式继电器的构成及原理

2.电磁式继电器的原理

动作过程：继电器线圈从通电开始到衔铁运动到稳定位置（最终位置）的过程。线圈通以大于某一定值的电压（或电流）磁势（安匝）大于某一定值磁场大于某一定值电磁吸力大于反力衔铁运动带动与之连接的动触点向下移动动触点与上面静触点(动断静触点)分开、与下面静触点(动合静触点)接触衔铁被吸持在最终位置上——与极靴相接触的位置上触点实现被控电路的分断与接通：动断静触点和动触点所控制的电路电流（或电导）从某一值越变为零，动合静触点和动触点所控制的电路电流（或电导）从零越变为某一值。7/26/20235RockwellAutomation动作过程被控电路电流/电导变化电流：ionioff=0电导：GonGoff＝0触点闭合触点断开动断静触点动触点7/26/20236RockwellAutomation4.1电磁式继电器的构成及原理

2.电磁式继电器的原理

释放过程：继电器线圈从断电开始到衔铁返回到起始位置的过程。切断线圈电压/电流或线圈电压/电流小于某一定值磁场逐渐消失或者电磁吸力小于反力衔铁在反力的作用下脱离极靴带动动触点脱离下面的动合静触点、与上面的动断静触点接触衔铁返回起始位置触点实现被控电路的分断与接通。7/26/20237RockwellAutomation4.1电磁式继电器的构成及原理3.电磁式电压继电器与电磁式电流继电器电磁式电压继电器：输入量为（加在线圈两端的）电压（直流、交流）

一般线圈与电压源（通过控制开关）并联线圈匝数较多、导线较细？？电磁式电流继电器：输入量为（通过线圈的）电流（直流、交流）

线圈与电路串联线圈匝数较少、导线较粗？？如果接错会出现什么后果？？7/26/20238RockwellAutomation一般继电器的线圈与触点符号（图形及文字）线圈动合/常开触点动断/常闭触点转换触点桥接触点K,KV（电压继电器）或KA（电流继电器）K,KV或KAK,KV或KAK,KV或KAK,KV或KA7/26/20239RockwellAutomation电压继电器应用电路举例（a）继电器动作与否直接取决于输入电压的大小（b）继电器动作与否取决于三极管是否导通（为继电器线圈额定工作电压，为控制三极管状态的（数字）电压）负载7/26/202310RockwellAutomation7/26/202311RockwellAutomation7/26/202312RockwellAutomation7/26/202313RockwellAutomation7/26/202314RockwellAutomation4.2继电器的定义与继电特性继电器(Relay)：当输入激励量达到规定要求时，在电气输出电路中，被控参量发生预定阶跃的变化的一种自动电器。电气继电器：输入激励量为电参数(如电流或电压)的一种继电器。有或无继电器(All-or-nothing)：在规定条件下，预定由高于动作值或低于释放值的电参数为输入量，电气输出电路被控参量发生预定阶跃变化的电气继电器，亦称逻辑运算继电器。量度继电器(MeasuringRelay)：在规定条件下，当具有规定准确度的输入特性量达到动作值时，电气输出电路被控参量发生预定阶跃变化的电气继电器。

1.继电器的定义7/26/202315RockwellAutomation4.2继电器的定义与继电特性

2.继电特性——释放值；继电特性：表征继电器的输入量(x)与输出量(y)之间关系的特性。——动作值；——额定值；——最大输入值。7/26/202316RockwellAutomation4.2继电器的定义与继电特性3.继电器的输入量与输出量输入量(x)为模拟量或开关量电量：电压或电流（直流、交流、脉冲/频率）非电量：磁、光、热、声、压力等输出量(y)只为开关量，对应被控电路的“通”和“断”两个状态(对于有触点继电器，即为触点的闭合与断开状态；对于无触点继电器，即为其输出(功率)管的饱和与截止状态)被控电路电流：触点/输出管的电流触点间的电导或电阻/输出管的电导或电阻7/26/202317RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类1.继电器的参数

了解继电器参数的目的：

设计继电器按参数要求设计继电器。分析继电器（性能）按参数（综合）分析、评价继电器的性能。应用继电器可将使用条件/环境与继电器的参数对应起来，从而选用合适参数的继电器。7/26/202318RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类1.继电器的参数

继电器的参数包括：

基本参数

基本输入参数

基本输出参数其他参数7/26/202319RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类1.继电器的参数

基本输入参数主要包括：

输入额定值

动作值

释放值

输入最大值

电磁式电压继电器基本输入参数——基本线圈参数主要包括：

线圈额定电压（输入额定值）线圈吸合电压/动作电压（动作值）释放电压（释放值）输入最大电压（输入最大值）

还包括

线圈电阻

线圈额定功率/消耗功率

动作功率——动作灵敏度：继电器动作所需要的最小功率，即动作电压与动作电流的乘积。7/26/202320RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类1.继电器的参数

基本输出参数与继电器的输出形式（有触点/无触点）有关。

电磁式继电器基本输出参数——基本触点参数主要包括：

触点电流/负载电流

触点额定（工作）电流——在规定条件下触点闭合时通过触点的额定（工作）电流触点最大电流——在规定条件下触点允许通过的最大电流

触点电压——在规定条件下触点断开时触点两端的电压触点形式/触点结构——动合、动断、转换、先合后断（桥接）转换触点被控容量——在规定条件下触点所能断开的触点电流和触点电压的乘积

规定条件——规定负载条件，分为：（电）阻性负载（电）感性负载灯（泡型）负载电动机负载

7/26/202321RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类1.继电器的参数

其他参数

返回系数——恢复系数

总小于1

反映(电磁)吸力(矩)特性与(机械)反力(矩)特性配合紧密程度

储备系数——安全系数

一般设计为1.5左右，以保证继电器可靠工作。：额定值与动作值之比：释放值与动作值之比7/26/202322RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类1.继电器的参数

其他参数

允许最大输入系数

——(线圈)过载能力

允许最大输入系数须满足“稳态发热”要求，以免继电器损坏。

转换深度——通断比h有触点继电器h为：继电器的闭合/导通电导与断开电导之比，：最大输入值与额定值之比亦即继电器的断开电阻与导通电阻之比，无触点继电器h为。7/26/202323RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类1.继电器的参数

其他参数

控制系数——放大系数：被控容量与动作功率

之比

7/26/202324RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（1）按对被控电路的控制方式分类有触点继电器：靠触点的机械运动接通与断开被控电路。无触点继电器：靠继电器元件自身的物理特性实现被控电路的通断。

7/26/202325RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（2）按应用领域、环境分类电力系统继电保护用继电器自动控制用继电器通信用继电器船舶用继电器航空用继电器航天用继电器热带用继电器高原用继电器

7/26/202326RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（3）按被控电路负荷特征分类

微功率继电器：被控电路为直流时，被控容量Pc<5W；被控电路为交流时，被控容量Pc<15VA。小功率继电器：直流被控电路，5W≤Pc<50W；交流被控电路，15VA≤Pc<120VA。中功率继电器：直流，50W≤Pc<150W；交流，120VA≤Pc<500VA。大功率继电器：直流，Pc≥150W；交流，Pc≥500VA。高压继电器：触点断开时触点间的电压为几千伏甚至几万伏。高频继电器：触点回路通过频率大于10kHz的电流的继电器。7/26/202327RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（4）按控制信号(输入信号)特性分类按动作功率分类：高灵敏继电器：动作功率Pop<10mW灵敏继电器：10mW

≤

Pop<100mW普通继电器：Pop≥100mW7/26/202328RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（4）按控制信号(输入信号)特性分类按反应信号分类：

电信号

直流电压继电器；交流电压继电器；直流电流继电器；交流电流继电器；功率继电器；阻抗继电器；脉冲继电器；频率继电器；逆流继电器；极化继电器。

非电信号

温度继电器；速度继电器；压力继电器：光继电器；瓦斯继电器；声继电器。7/26/202329RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（5）按继电器轮廓特征分类按外形尺寸分类：微型继电器：最长边尺寸(包括接线端子，不计软引线)

LM<10mm超小型继电器：10mm

≤

LM<25mm

小型继电器：25mm

≤

LM<50mm

大型继电器：LM

≥50mm7/26/202330RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（5）按继电器轮廓特征分类

按防护特征分类：

敞开式继电器：没有防护罩壳封闭式继电器：具有不密封的保护罩壳密封式继电器：以焊接方式或其他方法将继电器主体封在不漏气的罩壳内，而与周围介质隔绝。有时罩壳内充入265～1325Pa(（2～10）atm)的惰性气体，以适应的环境。7/26/202331RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（5）按继电器轮廓特征分类

按引线方式分类：

焊接式继电器插入式继电器(包括单列直插SIP和双列直插DIP继电器)长引出线继电器螺栓(钉)式继电器表面安装继电器7/26/202332RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类

（6）按动作时间分类

继电器的动作时间包括吸合时间tx和释放时间tf。吸合时间：从继电器输入回路接受信号开始到执行机构达到工作状态时所需的时间。释放时间：从输入回路断电开始到执行机构恢复到通电前的状态所需要的时间。继电器按动作时间可分为：时间继电器：tx>1s缓动继电器：tx=0.05~1s普通继电器：tx=0.005~0.05s速动继电器：tx<0.005s7/26/202333RockwellAutomation4.3继电器的参数与分类2.继电器的分类（7）按工作原理分类

电磁式继电器：①中性继电器；②极化继电器；

③磁保持继电器；④舌簧继电器。磁电式继电器电动式继电器感应式继电器静电式继电器磁继电器：工作于继电状态的磁放大器电子继电器双金属继电器电动机式继电器混合式继电器水银温度继电器7/26/202334RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求1.对电参数的要求2.对时间参数的要求3.对使用环境条件适应能力的要求4.对机械物理参数的要求5.对寿命的要求6.对失效率（可靠性)指标的要求7/26/202335RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求1.对电参数的要求（1）对输入的要求

输入信号性质电量：电压或电流（直流、交流、脉冲/频率）非电量：磁、光、热、声、压力等输入额定值及其变化范围动作值与释放值输入信号数目及输入功率7/26/202336RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求1.对电参数的要求（2）对输出的要求

输出电路数目、被控容量、触点结构(动合、动断、转换、先合后断(桥接)转换)被控电路性质(电阻性、电感性、灯负载、电动机负载、最小电流负载(干电路)等)被控电路工作制(长期、间断长期、短时、反复短时)及操作频率7/26/202337RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求2.对时间参数的要求

对一般继电器，时间参数：吸合时间释放时间触点的回跳时间衔铁运动时间对时间继电器，还包括：延时范围精度型式7/26/202338RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（1）极限环境温度（2）相对湿度（3）低气压（4）振动及冲击强度（5）恒加速度（6）盐雾（7）放射性辐射（8）霉菌3.对使用环境条件适应能力的要求

7/26/202339RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（1）极限环境温度，一般可分为如下几级：（-10～+40）（-40～+55）（-55～+85）（-65～+125）（-65～+200）环境温度还包括温度循环、温度冲击等。

3.对使用环境条件适应能力的要求

7/26/202340RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（2）相对湿度，一般规定为：

98％(温度为+20)——常温高湿98％(温度为+40)——高温高湿3.对使用环境条件适应能力的要求

7/26/202341RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（3）低气压，一般可分为以下几级：46.7kPa(相当于海拔高度5000m)4.4kPa(相当于海拔高度20000m)1kPa(相当于海拔高度31000m)3.对使用环境条件适应能力的要求

7/26/202342RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（4）振动及冲击强度表4.1振源及其振动参数3.对使用环境条件适应能力的要求

振源 振动参数频率/Hz振幅/mm加速度（g）三轮摩托车（载重，三级路面）3~206．1火车公共汽车载重汽车2~101~204~80381531271．250．34．1坦克（陆上）（水上）5~9010~3004．350．48飞机（活塞式）（喷气式）（滑轮式）0~5000．2500．0250．025512．51．8船0~3000．7600．8快艇高速护卫艇潜水艇护卫艇70~48087.5~50038~8070~960．30．0750．0750．0226．44．81．91．4护卫舰扫雷舰15~50100~1800．4600．0570．562．47/26/202343RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（4）振动及冲击强度表4.2不同移动设备在不同运行状态下的冲击加速度

3.对使用环境条件适应能力的要求

名称运行状态加速度（max）,(g)飞机正常非正常战斗或发射武器4~825~3050~75汽车正常局部战斗5~7数百火车正常恶劣3~525~30船正常局部战斗或武器发射小数百7/26/202344RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（4）振动及冲击强度表4.3振动频率范围及最大加速度

3.对使用环境条件适应能力的要求

频率范围分二级：（10～500）Hz和（10～2000）Hz；加速度分四级：5g(g为重力加速度)、10g、15g、20g。5g:适用于地面固定设备、要求不高的移动、半移动设备(舰艇、飞机等)所用的继电器；10g、15g、20g：适用于要求较高的移动、半移动设备(如高速飞行的飞机、导弹、卫星等)所用的继电器。频率范围/Hz10~50010~50010~200010~200010~2000最大加速度（g）5101015207/26/202345RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（4）振动及冲击强度冲击加速度一般规定分为六级：8g、12g、25g、50g、75g、100g。

8g：适用于地面固定设备所用的继电器；

12g、25g：适用于移动、半移动设备(舰艇、飞机等)所用的继电器；50g、75g、100g：适用于高速飞机、导弹、卫星及飞船中所用的继电器。3.对使用环境条件适应能力的要求

7/26/202346RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求（5）恒加速度恒加速度一般分为四级：10g、25g、50g、100g。（6）盐雾（7）放射性辐射当飞行器飞行在海洋上空时，海洋水蒸气具有盐分，即所谓盐雾，盐雾会加速金属零件、特别是触点的氧化及腐蚀，甚至在短期内会使继电器失去工作能力。此外，在空间还存在放射性辐射，因此要求用于这些场合的继电器应具有抗盐雾及耐放射性辐射的能力。（8）霉菌3.对使用环境条件适应能力的要求

7/26/202347RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求机械物理参数包括：安装尺寸质量密封性能引线(脚)的可焊性等4.对机械物理参数的要求

7/26/202348RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求继电器的寿命：在规定的试验环境条件和负载下，继电器的

失误次数不超过规定要求的动作次数。继电器的寿命是考核继电器工作能力的一项重要技术指标。继电器在动作过程中触点断开时的粘结现象以及触点闭合时的触点压降超过表4.4规定的水平均为失误。表4.4继电器触点压降检测水平5.对寿命的要求

寿命试验后继电器的动作值应不大于标淮规定的最大值释放值应不小于标准规定的最小值继电器触点的接触电阻(或电压)应不超过标准规定的最大值接触电阻等级1级2级未规定接触电阻要求的产品触点压降监测水平0.5V2V15%开路电压7/26/202349RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求继电器的寿命与被控电路的性质(触点的负载种类)有关：（电）阻性负载（电）感性负载灯（泡型）负载电动机负载

最小电流负载对于交流电感性负载，在规定的频率f为50Hz时，功率因数

规定为0.4(＝66.4)。5.对寿命的要求

——角频率；L、R——负载电感和电阻；T——时间常数，T＝L/R。即对于同一负载，工作于交流状态下的功率因数＝0.4与工作于直流状态下的时间常数相对应。

7/26/202350RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求继电器的寿命又分为机械寿命和电寿命。例如，JZC－22F继电器的机械寿命为107次，而其电寿命随触点电流的变化曲线如图所示。5.对寿命的要求

7/26/202351RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求5.对寿命的要求

（a）电阻性负载（b）电感性负载JZX－22F(3A，4Z)寿命曲线

注：AC电压V，；DC电压V，Tms7/26/202352RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求5.对寿命的要求

（a）电阻性负载（b）电感性负载JZX－22F(5A，1Z/2Z)寿命曲线7/26/202353RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求5.对寿命的要求

JZX－22F(10A，2Z)寿命曲线JZX－22F（15A，1Z）寿命曲线7/26/202354RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求5.对寿命的要求

西门子寿命曲线（电阻性负载）7/26/202355RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求6.对失效率（可靠性)指标的要求

失效率是可靠性的一个重要指标。失效率：设备(元器件)在规定的条件下，t时刻(次数)的单位时间(次数)内的失效的数量与在t时刻(次数)还在工作的产品数之比(以百分数表示)。式中N——投入试验产品数；

n(t)——到时刻(次数)t已失效的产品总数；——到时刻(次数)（）已失效的产品总数；——观察时间(次数)间隔。7/26/202356RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求6.对失效率（可靠性)指标的要求

例100个继电器的试验结果如下：试验到5×104次时，无失效；试验到6×104次时，失效1只；试验到7×104次时，又失效3只。求继电器5万次、6万次时的失效率。解①5万次时的失效率

t=5×104

n(t)=0N=100②6万次时的失效率

t=6×104

n(t)=1N=1007/26/202357RockwellAutomation4.4对继电器的一般要求6.对失效率（可靠性)指标的要求

失效率与工作时间(动作次数)t的关系(浴盆曲线)

(1)早期失效期。它出现在继电器开始工作后的较早时期，其特点是失效率较高，且随时间的增加而迅速下降。为了剔除早期失效元件，以提高整批元件的可靠性水平，应该对元件进行可靠性筛选，即将交收试验合格的元件百分之百地进行筛选试验。根据经验，早期失效期约占元件寿命的5％。(2)正常工作失效期。这一阶段又称为元件的可用期或偶然(随机)失效期，它出现在早期失效期之后。这一时期的失效率低而稳定，且与时间的关系不大，一般可认为是常数。(3)磨损失效期。这一阶段也称作老化失效期，它出现在元件使用的后期。这一时期的失效是由于元件长期工作所形成的老化、磨