常见的电磁继电器类型及应用

5.2.2.1 电磁型继电器的工作原理

电磁型继电器的基本结构形式有三种:螺管线圈式、吸引衔铁式和转动舌片式,如图5-4所示。每种结构形式一般均由六部分组成,即电磁铁、可动衔铁或舌片、线圈、触点、反作用弹簧和止挡等。

图5-4　电磁型继电器的基本结构图

(a)螺管线圈式;(b)吸引衔铁式;(c)转动舌片式1—电磁铁;2—可动衔铁;3—线图;4—触点;5—反作用弹簧;6—止挡

当继电器线圈通入电流时,在电磁铁中产生磁通,该磁通经过空气隙和可动衔铁(或舌片)形成闭合回路。在磁场的作用下,衔铁(或舌片)被磁化,产生电磁力Fe(或电磁力矩Me)。当通过的电流足够大时,电磁力(或电磁力矩)克服弹簧的反作用力Fs(或反作用力矩Ms),使可动部分(衔铁或舌片)吸向电磁铁,继电器的动合触点闭合,即继电器动作。当继电器线圈中的电流I·r中断或减小到一定数值时,由于弹簧的反作用力(或反作用力矩),使继电器的可动部分返回到起始状态,继电器的动合触点又重新断开,即继电器返回。

由电磁学原理可知,电磁力(或电磁力矩)与磁通的平方成正比。当磁路不饱和时,电磁力(或电磁力矩)也和磁势或电流的平方成正比,即

上两式中 Wr——继电器线圈的匝数;

Rm——磁路的磁阻,只有当空气隙不变时为常数;

K1、K2、K3——系数,其值与Rm有关,当磁路不饱和时为常数。

由式(5-2)和式(5-3)可知,作用在继电器可动部分上的电磁力(或电磁力矩),与通过继电器线圈中的电流Ir的平方成正比的,而与电流Ir流入继电器的方向无关。所以,根据电磁原理构成的继电器,可以制作成直流的,也可以制作成交流的。

5.2.2.2 电磁型电流继电器

电流继电器在电流保护中作测量和起动元件,是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。以DL-10系列电流继电器为例进行分析,DL-10系列电流继电器是一种转动舌片式的电磁型继电器,其具体结构如图5-5所示。

1.电流继电器动作电流、返回电流及返回系数的概念

图5-5　DL-10系列电流继电器的结构图

1—线圈;2—电磁铁;3—形舌片;4—静触点;5—动触点;6—整定值调整把手;7—刻度盘;8—轴承;9—反作用弹簧;10—转轴

当电流继电器线圈通入电流Ir时,转动舌片上就有电磁力矩Me作用,它企图使舌片转动。与此同时,在转动舌片的轴上还作用着由反作用弹簧产生的反作用力矩Ms和摩擦力矩Mf。要使继电器动作,必须满足的条件是

当电流Ir达到一定数值满足式(5-5)的条件,使继电器触点由断开变成闭合(对动合触点而言)的最小电流值,称为继电器的动作电流,用Iop.r表示。动作过程终了时,由于止挡的作用,舌片停在终点位置。舌片在终点位置时,存在一定的剩余力矩ΔM,使触点可靠接触。如果ΔM太小就会使触点接触不可靠,容易发生触点抖动而引起火花。

继电器动作后,如果减小Ir,继电器在反作用弹簧的作用下返回到原来的状态。在返回过程中,同样有Me、Ms、Mf三个力矩存在,这时Ms的作用方向企图使Z形舌片返回原来的状态,而力矩Me和Mf的动作方向是企图阻止Z形舌片的返回。故继电器的返回条件是

即

当Ir减小到一数值满足式(5-5)条件时,继电器刚好能返回,能使继电器返回到原来位置的最大电流值,称为返回电流,用Ire.r表示。

比较式(5-4)和式(5-5)可知,Ire.r＜Iop.r,返回电流Ire.r与动作电流Iop.r的比值称为返回系数,用Kre表示。

式中 Kre——返回系数,对DL-10系列电流继电器,一般不小于0.85,对DL-20、DL-30系列电流继电器,一般不小于0.8。

Kre太大或太小时对继电器的特性都不利,Kre太大会使触点剩余力矩ΔM减小,降低继电器动作的可靠性,触点闭合时易发生抖动;Kre太小,会降低过电流保护的灵敏度(以后章节讨论)。

根据电流继电器动作电流和返回电流的定义,可以作出继电器的继电特性,如图5-6所示。

图5-6　电流继电器动作特性

图5-6中,横轴表示通入继电器的电流Ir(输入量),纵轴表示继电器动作状态Y(即输出量)。当Ir≥Iop.r,继电器输出量发生阶跃性变化,继电器输出为Y',继电器一直保持动作状态;当输入量Ir减小,使Ir反方向重新达到Iop.r,甚至略小于Iop.r,这时输出量Y不会马上由动作状态转(Y')为返回状态(0),只有当Ir减小到返回电流Ire.r时,输出量Y才会由动作状态跃变为返回状态。(www.xing528.com)

2.电流继电器动作电流的调整方法

(1)改变继电器线圈的连接方法。电流继电器有两个线圈,利用连接片,将继电器的上下两个线圈串联或并联,可将继电器动作电流改变一倍,这种调整电流的方法称为“粗调”。

(2)改变弹簧的反作用力矩Ms。即改变动作电流调整把手的位置。当调整把手由左向右移动时,由于弹簧作用力的增加,使Ms增大,因而使继电器的动作电流增大;反之,如将调整把手由右向左移动,则动作电流减小。这种方法可以连续而均匀地改变继电器的动作电流。故把这种调整电流的方法称为“细调”。

5.2.2.3 电磁型电压继电器

电压继电器在电压保护中作测量和起动元件。电磁型电压继电器与电磁型电流继电器的结构和工作原理基本相同。不同之处是:①电压继电器测量的是电压,要求其阻抗大,故线圈的匝数多,导线细,而电流继电器测量的是电流,要求其阻抗小,故线圈的匝数少,导线粗;②电压继电器刻度盘上标出来的是继电器线圈并联时的动作电压,而电流继电器刻度盘上标出来的是继电器线圈串联时的动作电流;③电压继电器的线圈并联接在电压互感器的二次侧,反应电网电压的变化,而电流继电器的线圈串联接在电流互感器的二次侧,反应被保护电气元件电流的变化。

电压继电器分过电压继电器和低电压继电器两种,在继电保护装置中过电压继电器采用得较少,而低电压继电器采用较普遍。

(1)过电压继电器。过电压继电器的动作电压和返回电压的概念,与过电流继电器相似,它的返回系数Kre可表示为

式中 Ure.r——过电压继电器返回电压;

Uop.r——过电压继电器动作电压。

十分明显,Kre也小于1,一般在0.85左右。

(2)低电压继电器。低电压继电器的动作和返回的概念正好与过电流、过电压继电器的动作和返回概念相反。低电压继电器的动作电压Uop.r是指在继电器线圈上加额定电压后,逐渐降低电压至继电器动断触点从断开到闭合时的最高电压;而返回电压Ure.r是指继电器动作后,逐渐升高电压时,继电器可动触点开始返回至原来位置(可动触点断开)的最低电压。故其返回系数Kre＞1,一般不大于1.2。

电压继电器动作电压的调整方法同电流继电器。

5.2.2.4 电磁型时间继电器

时间继电器是一种辅助继电器,它在继电保护装置中作为时限元件,用来建立保护装置所必要的动作延时,实现主保护与后备保护或多级线路保护的选择性配合。

DS-110系列电磁型时间继电器的结构如图5-7所示,它主要由螺管线圈式的电磁机构、钟表机构和触点部分组成。电磁机构主要起锁住和释放钟表机构的作用。钟表机构起准确的延时作用。

图5-7　DS-110系列时间继电器的结构图

1—线圈;2—电磁铁;3—可动衔铁;4—返回弹簧;5、6—瞬时静触点;7—瞬时动触点;8—扇形齿轮;9—传动齿轮;10、11—主动、主静触点;12—标度盘;13—拉引弹簧;14—弹簧调节器

时间继电器的动作过程是:当线圈1接入工作电压后,可动衔铁3克服返回弹簧4的作用力而被快速吸下,钟表机构释放。与此同时,瞬时动、静触点5、6、7被切换,在拉引弹簧13的作用下,经过事先整定延时,使主触点10、11闭合。只要线圈有电压,主触点10、11就能保护接通。当加在线圈上的电压消失后,在返回弹簧4的作用下,主触点10瞬时返回,这时钟表机构不参加工作。

时间继电器动作时间的调整,是利用改变主、静触点的位置来实现,即改变主动触点的行程。

5.2.2.5 电磁型中间继电器

中间继电器在继电保护装置中,属于辅助继电器。它的用途有三个方面:①增加触点的数目,以便同时控制几个不同的回路;②增大触点的容量,以便接通或断开电流较大的回路;③提供必要的延时和自保持,以便在触点动作或返回时得到不长的延时,以及使动作后的回路得到自保持。最常用的是上述①、②两个用途。

中间继电器用途很广,种类也多。常用的DZ-10系列电磁型中间继电器的基本结构如图5-8所示,其结构通常采用吸引衔铁式。

图5-8　DZ-10系列中间继电器的结构图

1—线圈;2—电磁铁;3—弹簧;4—衔铁;5—动触点;6、7—静触点;8—连线;9—接线端子;10—底座

5.2.2.6 电磁型信号继电器

信号继电器在继电保护装置中用来发出保护装置整组或个别部分动作指示信号。在继电保护装置中,为了分清是哪种保护已动作,对每种保护都需要装设一个信号继电器,以指示该保护的动作状态。为了引起运行值班人员的注意,信号继电器的动合触点需要接通灯光信号回路或音响信号回路。为了确保运行值班人员看到灯光信号,同时也为了分析故障的原因,要求信号指示不能随故障切除后电气量的消失而消失,要求信号继电器的动合触点必须设计为手动复归式。

图5-9是常用的DX-11型信号继电器的基本结构图。其动作过程是:正常运行时,信号继电器的线圈1不通电,衔铁4未吸合而把信号牌5支持住;发生故障时,信号继电器的线圈1通电,衔铁4被电磁铁2吸合,信号牌5掉下。与此同时,8、9动静触点闭合,并接通信号回路,发出灯光及音响信号。同时在信号继电器外壳的玻璃孔上可以看见信号牌上带颜色的标志。如果要使信号停止,可手动复归以断开信号回路,并使信号继电器复位,准备下次再动作。

图5-9　DX-10系列信号继电器结构图

1—线圈;2—电磁铁;3—弹簧;4—衔铁;5—信号牌;6—玻璃窗口;7—复位旋钮;8—动触点;9—静触点;10—接线端子