城市轨道交通通讯与信号项目一信号基础设备-继电器

2020/3/241城市轨道交通通信与信号教师：李绍杰项目一信号基础设备——继电器[知识要点]1．了解直流无极继电器、整流继电器、有极继电器、偏极继电器、交流二元继电器的工作原理。2．以信号机控制电路为例掌握继电器在控制电路中的作用。3．了解故障一安全原则的基本要求；了解信号设备应怎样实现故障一安全原则。2020/3/242一、继电器的基本原理继电器是一种电磁开关，能以较小的电信号控制执行电路中的大功率设备，是实现自动控制和远程控制的重要设备。继电器类型有很多，都由电磁系统和触点系统两部分组成。其中电磁系统主要包括线圈、铁心以及可动的衔铁等；触点系统由动触点和静触点组成。2020/3/243继电器工作原理如图1．1所示。当线圈中通人规定的电流后，根据电磁原理，线圈中产生磁性，衔铁被吸引；当线圈中没有电流时，衔铁由于重力作用被释放。衔铁上的触点称为动触点。随着衔铁的动作，动触点与静触点接通或断开，从而实现对其他设备的控制。图1-1继电器原理继电器工作原理直流继电器2020/3/244二、继电器的分类1．按动作原理分类(1)电磁继电器是利用电流通过线圈产生的磁场来实现动作的继电器。信号设备中使用的大多是这类继电器。(2)感应继电器是利用电流通过线圈产生的交变磁场与其翼板中的另一交变磁场所感应的电流相互作用，使翼板转动而动作的继电器。例如，相敏轨道电路所使用的交流二元继电器。电磁继电器与自动控制光控发声光控开关实验2020/3/2452．按动作电流分类(1)直流继电器是由直流电源供电的继电器。大部分信号继电器都是直流继电器。(2)交流继电器是由交流电源供电的继电器。例如，信号机点灯电路中用于监督信号机是否灭灯的灯丝继电器，用于信号机灯泡主、副灯丝转换的灯丝转换继电器等。直流继电器交流固态继电器直流继电器2020/3/2463．按动作时间分类(1)正常动作继电器衔铁动作时间0．1～0．3s，大部分信号继电器属于此范围。(2)缓动继电器包括缓吸和缓放两种，衔铁动作时间超过0．3s。时间继电器晶体管时间继电器JWXC-H310型无极缓动继电器缓动继电器：延缓继电器动作时间的一类继电器。用改变继电器的结构或改变输入电路的方法可使继电器由线圈通电或断电到接点良好地转接，要经过一定时间延迟。2020/3/2474．按工作可靠程度分类(1)安全型继电器依靠自身结构满足系统的安全要求，主要是依靠重力作用释放衔铁。(2)非安全型继电器断电后依靠弹力保证继电器落下，又称为弹力式继电器。2020/3/248三、安全型继电器城市轨道交通信号系统大多使用安全型继电器以确保设备具有“故障一安全”特性。安全型继电器一般为电磁继电器，可采用直流电也可采用交流电，根据需要还可使继电器具有缓动功能。1．直流无极继电器我国轨道交通信号中应用较多的是AX系列继电器，其基本结构属于直流无极继电器。2020/3/249(1)结构安全型直流无极继电器结构如图1-2所示，由直流电磁系统和触点系统两部分构成。图1—2直流无极继电器结构示意图直流电磁系统触点系统2020/3/2410直流电磁系统由线圈、铁心、轭铁等组成。线圈分为前圈和后圈，可根据电路需要设置单线圈控制、双线圈串联控制或双线圈并联控制。通电时线圈产生磁通，吸引衔铁；断电后线圈失磁，衔铁依靠重力作用可靠释放。触点系统包括拉杆和触点组。触点组分为静止的前触点、后触点和固定在拉杆上的动触点。触点的接通情况可以反映继电器的状态，同时用于控制其他设备。直流无极继电器一般有8组触点，彼此独立但动作一致。2020/3/2411(2)工作原理当线圈通以直流电后，产生磁通，经铁心、轭铁、衔铁和气隙，形成闭合磁路，使铁心对衔铁产生吸引力。当此吸引力增大到足以克服重锤片和拉杆等重力时，就能将衔铁吸向铁心，于是衔铁带动拉杆推动动触点向上动作，使动触点与前触点闭合，此时称继电器处于励磁状态(又称为吸起状态)。当线圈中的电流减少或断电时，磁路的磁通随之减少，铁心对衔铁的吸引力相应减少，当吸引力不足以克服重锤片和拉杆的重力时，衔铁即释放，使动触点与前触点断开并与后触点闭合，此时称继电器处于失磁状态(又称为落下状态)。2020/3/2412这种继电器使用直流电，同时继电器的动作与通入线圈的电流方向无关，故称直流无极继电器。其线圈及触点的图形符号参见表l—l和表1-2。表1—1继电器线圈的图形符号(部分)2020/3/2413表1-2继电器触点的图形符号(部分)2020/3/24142．整流式继电器图1—3桥式整流电路整流式继电器应用于交流电路中，其电磁系统、触点系统、动作原理与直流无极继电器基本相同，在直流无极继电器的基础上增加整流电路，一般采用四个二极管组成桥式整流电路，如图1—3所示，将交流电源整流后输入继电器线圈。整流式继电器线圈符号参见表1—1，其触点符号与直流无极继电器相同。2020/3/24153．有极继电器有极继电器根据线圈中电流极性不同而具有定位和反位两种稳定状态，这两种稳定状态在线圈中电流消失后，仍能继续保持，所以又称为极性保持继电器。它的特点是在电磁系统中增加了永久磁钢。在线圈中通以规定极性的电流时，继电器吸起，断电后衔铁仍能保持在吸起位置；通以反向电流时，继电器落下，断电后仍保持在落下位置。永久磁钢2020/3/2416有极继电器的触点系统与直流无极继电器相同，其线圈及触点的图形符号参见表1一l和表1-2。当电路的电流较大时，触点断开过程中在触点间会产生电弧。电弧温度过高，会引起触点表面氧化，造成接触不良。为了通断较大电流，可采用改进型的有极继电器，其主要特点是动触点片改为面接触，以增大接触面积，触点系统配备永久磁钢材料的磁吹弧装置，如图1．4所示。图1—4磁吹弧装置2020/3/24174．偏极继电器偏极继电器是为了满足信号电路中鉴别电流极性的需要而设计的。它与无极继电器不同，衔铁的吸起与线圈中电流的极性有关，只有通过规定方向的电流时，衔铁才吸起，电流方向与要求的方向相反时，衔铁不动作。它只有一种稳定状态，衔铁靠电磁力吸起，若断电立即落下。偏极继电器的两组线圈串联使用，接线方式与无极继电器相同。偏极继电器的触点系统与无极继电器完全相同，具有8组触点。偏极与无极继电器偏极继电器2020/3/24185．交流二元继电器图1-5交流二元继电器交流二元继电器属于交流感应式继电器，具有两个既相互独立又相互作用的交变电磁系统，故称二元继电器，有吸起和落下两种状态。根据不同频率，交流二元继电器分为25Hz和50Hz两种。交流二元继电器的结构如图l-5所示，由电磁系统、翼板、触点等组成。2020/3/2419交流二元二位继电器交流二元二位继电器交流感应式继电器的一种。交流感应继电器是利用交变磁通穿过可转动的金属圆盘（或扇形翼片）上感应的涡流与交变磁通相互作用而产生的转矩来带动接点动作的一种继电器。所谓二元是指有两个互相独立又相互作用的电磁系统。工作原理交流感应式二元继电器的原理图见图1图１交流感应二元二位继电器工作原理图2020/3/2420图中有2个互相独立的由硅钢片叠成的电磁线圈，产生两个交变磁通φ1和φ2。使两磁通穿过一可旋转的铝圆盘，每一个交变磁通都将在圆盘内感应出电势和电流。每个感应电流分别作用于另一交变磁通而产生九，该力与至圆盘轴心的力臂乘积，产生的旋转力矩使圆盘转动。图１交流感应二元二位继电器工作原理图交流二元二位感应继电器只有吸起与落下2个位置，其动作的翼片除圆盘形外，还有翼片结构。分类根据频率的不同，交流二无二位继电器分为25Hz和50Hz2种。2020/3/2421表125Hz交流二元二位继电器的电气特性类型局部线圈轨道线圈轨道电流滞后于局部电压的相位角（º）电压（V）电流（A）工作电压（A）工作电流（A）释放电压（V）原型1100.08≤15≤0.038≤7.5160±81型1100.1≤15≤0.04≤8.617±825Hz交流二元二位继电器广泛用于交流电气化区段内的车站轨道电路中。有原型(JRJC-66/345)及1型（JRJC1-70/240）2种型式。电气特性见表1。50Hz交流二元二位继电器主要用于矿山、地铁等直流电气化牵引区段的轨道电路中，作为接收端轨道继电器使用。有JRJC-40/265，JRJC-45/300，JRJC1-42/2753种继电器。电气特性见表2。2020/3/2422表250Hz交流二元二位继电器的电气特性类型接点组数局部线圈轨道线圈理想相位角（º）电压（V）电流（A）工作电压（A）工作电流（A）释放电压（V）JRJC-40/2654QH2200.11≤14≤0.028≤7162JRJC-45/3002Q,2H2200.08≤14≤0.028≤7162JRJC1-42-2752Q,2H2200.1≤14≤0.026≤71602020/3/2423交流二元二位继电器结构和磁系统图1型继电器由翼板、电磁系统和接点等主要部件组成。在主轴1上安有翼板5，在副轴12上安装有动接点组11，副轴通过连杆2受主轴推动。在主轴上还安装有止挡片3。为了限制翼板上下活动的极限位置，在支架6上安装有上、下止挡轮4。电磁系统7、静接点10和9安装在支架6上，支架再安装在底座8上。整体结构紧凑,而且改善了观察接点的条件。2020/3/2424交流二元继电器的电磁系统包括局部电磁系统和轨道电磁系统。局部电磁系统由局部线圈和局部铁心组成；轨道电磁系统由轨道线圈和轨道铁心组成。交流二元继电器与前面介绍的继电器工作原理完全不同，只有在其局部线圈和轨道线圈中输入电流频率相同、且局部线圈中电流相位超前轨道线圈中电流相位90°时，翼板中才能产生正方向的转矩，接通前触点，其他情况下，翼板不产生转矩，继电器将保持原来的位置而不动作。2020/3/2425交流二元继电器具有如下两个特点。(1)具有频率选择特性当交流二元继电器局部线圈中电流频率为50Hz时，只有在轨道线圈接收到50Hz电流时，继电器才可能动作，除此之外，翼板中平均转矩为零，继电器不动作。(2)具有相位选择特性即使轨道线圈与局部线圈中的电流频率相同，继电器并不一定吸起，只有局部线圈电流相位超前轨道线圈相位0°～180°时，翼板中才产生正转矩，使继电器能够吸起。通过计算可知，当相位超前90°时正转矩最大。交流二元继电器应用于相敏轨道电路，这种故障一安全特性不仅能够解决轨道电路轨端绝缘的破损防护问题，还能防止牵引电流及其他频率的干扰。通过计算可以知道，当轨道线圈的电流频率为局部线圈电流频率的n倍时，不论电压多高，翼板均不能产生转矩使继电器误动。随着我国城市轨道交通中逐渐引进国外信号设备，相应配套了一定数量的国外继电器。国外继电器设备与国产设备工作原理基本一致，但关键器件强度更大，具有更高的可靠性。2020/3/2426四、继电器的作用“故障-安全”原则是轨道交通信号设备必须遵循的原则，当系统任何部分发生故障时，应确保系统的输出导向安全状态。随着电子技术的迅速发展，电子器件尤其是计算机以其速度快、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。但与电子器件相比，继电器仍存在一定优势，尤其是具有“故障-安全”性能，因此不仅现在，而且在未来一定时期内，继电器在轨道交通信号领域仍将起着重要作用。例如在计算机联锁设备中，尽管电子器件所占比例相当大，但仍需要将继电器电路作为系统主机与信号机、轨道电路、转辙机的接口电路。2020/3/2427目前轨道交通信号设备中，继电器的作用主要表现在以下几方面。(1)表示功能利用不同继电器表示线路的占用和空闲、信号的开放和关闭、道岔是否在规定位置、区间是否闭塞等状态。例如，车站每组联锁道岔均设置定位表示继电器(DBJ)和反位表示继电器(FBJ)，当有关继电器吸起时表示该道岔在定位或在反位，进而利用继电器触点接通控制台或显示屏的相关表示灯，并实现有关设备间的相互控制关系。(2)驱动功能目前轨道交通信号设备中主要被控对象是信号机和转辙机，不论车站是采用继电器联锁还是计算机联锁，均