基于繼電特性的繼電器電路設計與分析

西安鐵路職業技術學院 徐 奕

1.引言

繼電器是自動控制系統中的常用電器，它用于接通和斷開電路，用以發布控制命令和反映設備狀態，以構成自動控制和遠程控制電路。各個領域的自動控制系統均采用繼電器。鐵路信號技術中廣泛采用的繼電器稱為信號繼電器，它是鐵路信號技術中的重要部件。

2.繼電器的作用

信號繼電器在以繼電技術構成的信號控制系統中，如：繼電集中聯鎖、繼電半自動閉塞等，起著核心作用，而信號繼電器在以電子元件和微型計算機構成的系統中，如：計算機聯鎖、多信息自動閉塞、通用機車信號、駝峰自動化等系統中，則是作為其接口部件，將系統主機與信號機、軌道電路、轉轍機等執行部件結合起來。可見信號繼電器無論是作為繼電式信號系統的核心部件，還是作為電子式或計算機式信號系統的接口部件，都發揮著重要功能。

圖1

隨著電子技術的迅速發展，電子器件尤其是微型計算機以其速度快、體積小、容量大、功能強等技術優勢，在相當大的程度上逐漸取代繼電器，使技術水準得到了極大的提高。但是，繼電器與電子器件相比，仍然具有一定的優勢，比如：開關性能好（閉合時阻抗小、斷開時阻抗大）；有故障—安全（發生故障時導向安全）性能；能控制多個回路；抗雷擊性能強；無噪聲；不受周圍溫度影響等。目前雖然已出現全電子化的系統，但是要全部取消繼電器仍然需要相當長的時期。因此，不論現在，還是未來，繼電器仍然具有廣闊的應用空間，它在鐵路信號領域中始終產生著重要的作用。

3.繼電器的繼電特性

繼電器的繼電特性是當輸入量達到一定值時，輸出量發生突變，如圖1所示。繼電器線圈回路為輸入回路，繼電器接點所在回路為輸出回路。當線圈中電流Ix1從零增加到某一定值Ix2時，繼電器銜鐵被吸引，前接點閉合，接點回路中的電流Iy從零突然增大到Iy2。此后，若Ix繼續增大，由于接點回路中阻值不變，Iy保持不變。當線圈中電流Ix減小到Ix1時，繼電器銜鐵釋放，輸出電流Iy突然從Iy2減小到零。此后，Ix再減小，Iy保持為零不變。

因此，繼電器具有的繼電特性能以極小的電信號來控制執行電路中的大功率對象，能控制數個對象和數個回路，能控制遠距離的對象。

4.利用繼電特性設計電路

可以從繼電器的這一特性出發，引導學生學會如何設計繼電器電路（利用繼電器來控制元器件實現特定功能），從而幫助學生更好地理解繼電器的相關知識，增強動手能力。首先由教師列出一些繼電器電路命題，然后讓學生根據已知的技術要求，應用繼電器設計出控制和表示電路，實現自動控制功能，達到命題要求。

在這一過程中，涉及到了許多關于繼電器的知識，比如：如何選用繼電器、如何識讀繼電電路、如何分析繼電電路以及如何判斷繼電器故障等等。學生如果掌握了這些相關知識和技能，對他們今后正確運用繼電器是非常有幫助的。

5.繼電器電路的設計和分析

圖2

圖3

圖4

圖5

下面列出幾個繼電器電路設計命題和相應的電路圖：(注：除第三個命題選用無極繼電器外，其余命題均選用緩放繼電器)

（1）用一個開關控制五個繼電器，要求五個繼電器順序吸起，再依次落下，反復循環（如圖二所示）。

電路分析：開關閉合后，電流流經EJ的后接點和AJ的線圈，AJ吸起；電流又流經AJ的前接點和BJ的線圈，BJ吸起；電流再流經BJ的前接點和CJ的線圈，CJ吸起；電流接著流經CJ的前接點和DJ的線圈，DJ吸起；電流最后流經DJ的前接點和EJ的線圈，EJ吸起。EJ吸起后，其后接點斷開，切斷了流經該路的電流，導致AJ失磁落下，再導致BJ落下，又導致了CJ落下，接著是DJ落下，最后是EJ落下。EJ落下之后，又回到了最初的狀態，電流會再次流經EJ的后接點和AJ的線圈，AJ又會吸起……，如此反復，直到開關斷開，整個動作過程才會停止。

（2）用三個繼電器控制一個燈泡，只有當其中任意兩個繼電器吸起時，燈泡才能點亮（如圖3所示）。

電路分析：開關K1、K2閉合時，AJ和BJ吸起，AJ和BJ的前接點與燈泡構成了閉合回路，使燈泡點亮；開關K2、K3閉合時，BJ和CJ吸起，BJ和CJ的前接點與燈泡構成閉合回路，燈泡點亮；開關K1、K3閉合時，AJ和CJ吸起，AJ和CJ的前接點與燈泡構成閉合回路，燈泡點亮。

（3）設計一個受三個房間的開關控制一個公共走廊照明燈的繼電器電路，要求任何一個房間的開關都能開燈或關燈（如圖4所示）。

電路分析：開關K1閉合，AJ吸起，從而使AJ的前接點、BJ和CJ的后接點以及燈泡構成了閉合回路，燈泡點亮；斷開K1，AJ失磁落下，無法形成閉合回路，此時燈泡會熄滅。當開關K2閉合時，BJ吸起，這時BJ的前接點、AJ和CJ的后接點及燈泡構成閉合回路，燈泡點亮；斷開K2，BJ失磁落下，無法形成閉合回路，燈泡熄滅。閉合K3時，CJ吸起，CJ的前接點、AJ和BJ的后接點以及燈泡構成閉合回路，燈泡點亮；斷開K3，CJ失磁落下，無法構成閉合回路，燈泡熄滅。

（4）設計一個帶燈泡的繼電器電路，要求開關閉合后，紅燈和綠燈依次點亮（如圖5所示）。

電路分析：開關閉合，AJ吸起，AJ的前接點和紅燈構成閉合回路，紅燈點亮，同時，AJ的前接點與BJ的線圈也構成了一個閉合回路，有電流流過，那么BJ也會吸起，從而使BJ的前接點和綠燈形成閉合回路，綠燈接著點亮。(由于該電路采用的是緩放繼電器，AJ和BJ的吸起不同步，AJ略微超前BJ，因此看到的現象是紅燈先亮，綠燈后亮)

在設計命題時，教師可以給學生一定的提示，引導學生按照設計要求一步步地完成設計任務。同時要讓學生明白：繼電器的電路設計方法并不是唯一的，只要能夠實現最后的功能即可。可以讓學生集思廣益，設計不同的繼電器電路實現相同的功能，最后讓學生比較哪種設計方法更簡單，使用的繼電器和連線個數最少。學生按照命題要求設計出電路后，經過教師檢查，進一步對設計出的電路進行分析化簡，最后配線焊接，進行導通試驗。

6.其它的繼電器電路設計命題

除了以上四個命題之外，還可以指導學生設計其它命題，比如：設計一個多拍電路，要求開關閉合，五個繼電器順序吸起，當最后一個繼電器吸起后，除第五個繼電器外，其它四個繼電器逆順序落下。再比如：某自動閉塞區間有三個閉塞分區，當第三個閉塞分區有車占用時，防護閉塞分區的各通過信號機分別亮紅燈、黃燈和綠燈，用三個繼電器，一個開關和三個燈泡設計出點燈電路等等。

7.結束語

這些命題趣味性強，而且與理論知識聯系較為緊密。通過這種先動腦后動手的訓練，就把書本上枯燥的理論知識轉化成了生動有趣的實際現象，即調動了學生的學習興趣、增強了學習積極性，又加深了他們對繼電器的認識和理解，為今后進一步的專業課學習打下了堅實的基礎，同時，實際動手能力也得到了極大地提升，可謂一舉多得。

[1]林瑜筠.鐵路信號基礎[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

[2]馬升田.快速動作信號繼電器選型錯誤產生的2個問題[J].河北電力技術,2000,2(19):49-50.

[3]徐繼榮.信號繼電器拒動的原因分析[J].農村電工,2002(1):32.