1、城市轨道交通信号基础,主讲： 冯博 老师,机电工程系,本章内容,项目一,项目二,项目三,项目四,项目五,项目三 继电器及继电电路,1了解各种继电器的工作原理。2掌握继电器在控制电路中的作用。3了解故障安全原则的基本要求及实现。4. 了解有关继电器的一些符合表示,知识要点：,一、继电器的基本原理,1、什么是继电器,？,继电器是一种电磁开关，指当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。继电器是一种“自动开关”。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。,继电器是由电磁系统和触点系统两大系统组成的。,继电器,电磁系统（感受
2、系统）：线圈、 铁心、衔铁等,触点系统（执行机构）：动触点、静触点,一、继电器的基本原理,2、继电器的组成,一、继电器的基本原理,3、继电器的工作原理,当线圈中通入规定的电流后，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。衔铁上的触点成为动触点，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。,继电器原理图,继电器工作原理原理动画演示,一、继电器的基本原理,工作原理总结, 线圈通电产生磁通电磁吸引力衔铁吸向铁心衔铁带动动接点动作继电器励磁（吸起 ） 线圈断电吸引力下降衔铁依靠重力落下继电器失磁（落下 ）,3、继电器的工作原理,二、继
3、电器的分类,1、按动作原理分,电磁继电器,感应继电器,通过线圈产生磁场，信号设备中常用,通过线圈产生的交变磁场与翼板中的另一交变磁场所感应的电流相互作用，翼板转动。如，相敏轨道电路所使用的交流二元继电器,直流继电器,交流继电器,直流电源供电，信号继电器常用,交流电源供电，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,二、继电器的分类,2、按动作电流分,二、继电器的分类,3、按动作快慢分,正常动作继电器,缓动继电器,衔铁动作时间0.1-0.3秒,大部分信号继电器属于此范围,包括缓吸和缓放两种,衔铁动作时间超过0.3秒,晶体管时间继电器,数
4、字式时间继电器,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。,二、继电器的分类,4、按工作可靠度分,安全型继电器（N型）,非安全型继电器（C型）,依靠重力作用释放衔铁,依靠弹力保证继电器落下，又称弹力式继电器,城市轨道交通系统大多使用安全型继电器,应用举例,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。,安全型继电器组合架,三、安全型继电器,1、直流无极继电
5、器,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.我国轨道交通信号中应用较多的是AX系列继电器，它是直流24V系列的重力式直流电磁继电器，其基本结构属于直流无极继电器。其它各型号都是由其派生而成。,AX型继电器,(1)结构 安全型直流无极继电器结构如下图所示，由直流电磁系统和触点系统两部分构成。,触点系统,电磁系统,直流无极继电器结构、实物图,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。,电磁系统:,1铁心；2止片
6、；3衔铁；4钢丝卡；5重锤片；6轭铁；7前后线圈；8前后线圈架。,接点多，则片多,1、直流无极继电器,无极继电器磁路,触点系统:,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。,托片：减振,限制重锤片下落位置,1、直流无极继电器,(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
7、闭合，此时称继电器处于励磁状态(又称为吸起状态)。,1、直流无极继电器,无极吸起,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)。,1、直流无极继电器,无极落下,直流无极继电器总结,（1）结构,直流电磁系统：线圈、铁心、轭铁等,触点系统：拉杆、触点组（8组触点）,（2）工作原理,励磁状态（吸起状态）,失磁状态（落下状态）,1、直流无极继电器,三、安全型继电器,2、整流式继电器,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
8、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。,桥式整流电路,无极继电器与整流继电器实物图对比,无极继电器,整流继电器,整流电路,作用：用于交流电路中 特点：电磁系统与无极继电器相同。不同：在接点组上安装了二极管组成的半波或全波整流电路。 规格：JZXC-480全波、JZXC-0.14半波、JZXC-156 、JZXC-H18、JZXC-H18F全波 使用中电源端子1、4短接。,2、整流式继电器,整流式继电器总结,（1）概念。,整流：将交流电变换为直流电，应用于交流电路中。,（2）组成。,直流无极继电器（吸起状态）,整流电路：四个二极管组成
9、桥式整流电路,2、整流式继电器,三、安全型继电器,3、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。,无极继电器与有极继电器实物图对比,无极继电器,有极继电器,永久磁钢,3、有极继电器,特性：正极性电流吸起，断电保持；反极性电流打落，断电保持。规格：JYXC-660 、JYXC-270 、JYJXC-J3000 (1+,4-定位） J
10、YJXC-135/220 (3+,4-定位；2+，1-反位）定位、反位规定：定位前接点吸起（D）；反位后接 点落下（F）工作原理：由永磁磁路+电磁磁路组合而成，为不对称的并联磁路结构,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，如下图所示。,3、有极继电器,磁吹弧装置,3、有极继电器,（1）含义：,线圈中电流消失后，仍能继续保持稳定状态。,（2）特点：,正极性电流吸起，断电保持；反极性电流打落，断电保持。,（
11、3）结构：与无极继电器基本相同,有极继电器总结,不同：条形永久磁铁代替部分轭铁。,三、安全型继电器,4、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，落下是稳态。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。其触点系统与无极继电器完全相同，具有8组触点。,偏极继电器一般用在道岔表示电路中,无极继电器与偏极继电器实物图对比,无极继电器,偏极继电器,永久磁铁,方形极靴,（1）含义：
12、,只有线圈中的电源极性1+、4-，才吸起。电流方向相反时，衔铁不动作。只有一种稳态，即衔铁靠电磁力吸起后，断电落下，落下是稳态。,偏极继电器总结,4、偏极继电器,（2）结构：磁系统与无极继电器基本相同,不同:极靴是方形的下方固定永久磁钢，衔铁处于极靴和永久磁钢之间，受永久磁力的影响处于落下位置。,三、安全型继电器,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。用途：交流电化区段25HZ相敏轨道电路中作为轨道继电器，它由专设的25Hz电源屏供电，具有
13、可靠的频率相位的选择性。,25Hz电源屏将引入的50Hz交流电源变为25Hz交流电源，用于供给站内25Hz相敏轨道电路的轨道AC220V电源和局部AC110V电源。,25Hz电源屏,交流二元继电器的结构如下图所示，由电磁系统、翼板、触点等组成。,5、交流二元继电器,交流二元继电器,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
14、相位0180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。,5、交流二元继电器,交流二元继电器应用于相敏轨道电路，这种故障-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。,5、交流二元继电器,交流二元继电器总结,（1）含义。,交流使用交流电源 二元指电磁
15、系统为两个即相互独立又相互作用的交变电磁系统。,（2）组成。,电磁系统、翼板、触点。,5、交流二元继电器,四、继电器的作用,“故障安全”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（对于铁路信号来说，就是停止运行的红灯状态）,继电器的作用： （1）表示功能：表示线路占用、空闲，信号的开放，关闭等 （2）驱动功能：定位操纵继电器、反位操纵继电器 （3）实现逻辑电路：利用继电电路实现有关逻辑关系,小提问,？,应用举例,水位没有达到金属块A时，继电器线圈没有电流通过，它的上面两个触点接触，工作电路中绿灯与电源构成回路，绿灯亮；当水位到达金属块A时，继电器线圈有电流通过，它的下面两个触
16、点接触，工作电路中红灯与电源构成回路，红灯亮。,休息、休息,继电器实物图片演示,项目三实施,任务一 认识继电器,1目标1)能根据外观区分不同继电器，了解继电器名称中有关字母的含义。2)掌握继电器线圈、触点的图形符号。3)能正确判别继电器插座的触点编号。4)掌握继电器的命名、定位。2设备1)常用继电器及其插座。,表31 继电器线圈的图形符号(部分),（1） 继电器线圈、触点图形符号,表3-2 继电器触点的图形符号(部分),小提示,在继电器线圈的符号上，必须标注端子号，对于仅有一个定位状态的继电器，还必须标注箭头以表明其定位状态。如果触点组用两位表示的，第一位表示触点组号，第二位表示前、中、后触点
17、，用“l”表示中触点，“2”表示前触点，“3”表示后触点，一般电路图中仅在中触点处标出其触点组号。,从表3-1、表3-2中可看出，当触点组号为l时，其动触点片为ll，前触点为12，后触点为13。继电器吸起时中、前触点接通，中、后触点断开；继电器落下时中、前触点断开，中、后触点接通。对于有极继电器，由于无法用箭头表示其状态，所以必须完整标注其触点号，例如111表示中触点，112表示定位触点，113表示反位触点。其中，百位数l表示该继电器为有极继电器，以区别于其他继电器。,小提示,（2） 继电器型号的表示法,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。,表3-3 继电器代号
18、意义(部分),续表3-3,（3） 继电器插座的触点编号,继电器插座插孔旁标注的触点编号是直流无极继电器的触点编号，如下图所示。其他类型继电器的触点系统的位置及编号与之不同，使用时需参考有关资料对照使用。,继电器触点插座编号对照图,（4） 继电器的命名,继电器一般按照其作用来命名。例如反映信号机灯丝状态的继电器称为灯丝继电器，记作DJ，控制信号的继电器称为信号继电器，记作XJ。同一继电器的线圈和触点可用在不同电路中，必须用该继电器的名称符号来标记，以免混淆。同一继电器的各触点组还需注明其组号，防止重复使用。,（5） 继电器的定位,继电器两个状态：吸起和落下规定：电路图中继电器呈现的状态为定位状态
19、（常态）。遵循以下原则：,1）继电器的定位状态必须和设备的定位状态一致。信号布置图中反映设备状态约定为定位状态。如：定位状态：信号机关闭；道岔开通，轨道电路空闲。,2）继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致，满足故障安全原则。如：信号继电器落下信号机关闭，轨道继电器落下轨道电路被占用。 即： 信号机关闭XJ，轨道电路空闲GJ 道岔定位DBJ，FBJ ,（5） 继电器的定位,在电路中，凡是以吸起为定位状态的继电器，其接点和线圈均以“”符号表示，凡是以落下为定位状态的继电器，其接点和线圈以“”表示。,（5） 继电器的定位,1目标1)掌握继电器的应用。2)区分不同继电器的电气特性。2设备常用继电器
20、、电源、导线、开关、灯泡、电烙铁、焊锡等。,任务二 认识继电器的电气特性,3实施步骤 1)以45人为一组。2)每组根据所提供设备制作继电电路，实现利用开关控制继电器。3)每组根据所提供设备制作继电电路实现利用继电器触点控制灯泡状态。,任务三 学习继电电路应用1目标1)掌握基本的继电器组成电路。2)掌握继电电路的故障-安全特性。3)理解电路中有关继电器及触点的作用。4)理解继电电路的特点。2设备直流无极继电器、整流式继电器、电源、变压器、导线、开关、灯泡、熔断器、电烙铁、焊锡等。,（1） 继电器的基本电路,1） 串联电路和并联电路根据继电器触点在电路中的连接方式，继电电路可分为串联、并联和串并联
21、三种形式。串联电路是指继电器触点串联连接的电路，其功能是实现逻辑“与”运算，如下图所示。,正极,负极,继电器,灯丝继电器,并联电路中有关继电器触点并联连接在电路中，实现逻辑“或”运算，如下图所示。,灯丝继电器,根据逻辑功能的要求，大多实际电路中既有串联的触点，又有并联的触点，这类电路称为串并联电路，如下图所示。,灯丝继电器,2） 自闭电路在继电电路中，使用由继电器自身前触点构成的电路，称为自闭电路。例如下图所示的自闭电路，按下自复式按钮A后，继电器AJ经过励磁电路吸起。松开按钮后，利用自闭电路使AJ仍能保持吸起，以记录按钮A被按下的动作，从而为其他电路的动作提供条件。当AJ的任务完成后，由其他继电器的触点使其复原。,自复式按钮,分组讨论,以45人为一组，按照下图所提供的电路，制作调车信号机控制电路。调车信号机有关知识参见项目二。,熔断器保护,灯丝继电器,信号继电器,白灯变压器,信号灯,蓝灯变压器,XJ表示为信号继电器,Z 表示接收正极性闭塞信号，道岔动作直流电源220伏,XJ表示为信号继电器,F 表示接收负极性闭塞信号，道岔动作直流电源220伏,调车信号机控制电路,
