软银集团子公司:『图文』继电器知识_电气技术论坛(照明技术 供电配电 市政电气...)_『弱电之家论坛--...

继电器的工作原理和特性
   继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
1、电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
2、热敏干簧继电器的工作原理和特性
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
3、固态继电器（SSR）的工作原理和特性
固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

继电器的定义、分类、命名
一、继电器的定义
1、继电器的定义
继电器:当输入量(或激励量)满足某些规定的条件是能在一个或多个电器输出电路中产生跃变的一种器件
2、继电器的继电特性
继电器输出入量和输出量之间在整个变化过程中的相互关系成为继电器的继电特征或控制特征.用x表示输入回路量,y表示输出回路的输出量,如图1所示.当输出量x 连续变化到一定量xa时,输出量y发生跃变,有0增加到ya值,则是输入量继续增加,是输出保持不变.相反,当减少到xb是,y又突然由ya减少到0.xa被称为继电器的动作值,xb被称为继电器的释放值,ya即是继电器的负载.

二、继电器的分类
1、按继电器的工作原理或结构特征分类
（1）电磁继电器：利用输入电路内点路在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力作用而工作的一种电气继电器。
直流电磁继电器：输入电路中的控制电流为直流的电磁继电器。
交流电磁继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器。
磁保持继电器：利用永久磁铁或具有很高剩磁特性的铁芯，是电磁继电器的衔铁在其线圈断点后仍能保持在线圈通电时的位置上的继电器。
（2）固体继电器：指电子元件履行其功能而无机械运动构件的，输入和输出隔离的一种继电器。
（3）温度继电器：当外界温度达到给定值时而动作的继电器。
（4）舌簧继电器：利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧的动作来开,闭或转换线路的继电器。
干簧继电器：舌簧管内的介质的介质为真空，空气或某种惰性气体，即具有干式触点的舌簧继电器。
湿簧继电器：舌簧片和触电均密封在管内，并通过管底水银槽中水银的毛细作用，而使水银膜湿润触点的舌簧继电器。
剩簧继电器：由剩簧管或有干簧关于一个或多个剩磁零件组成的自保持干簧继电器。
舌簧管：同理舌簧管有干簧管,湿簧管,剩簧管三种类型。
（5）时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。
电磁时间继电器：当线圈加上信号后，通过减缓电磁铁的磁场变化而后的延时的时间继电器。
电子时间继电器：由分立元件组成的电子延时线路所构成的时间继电器，或由固体延时线路构成的时间继电器。
混合式时间继电器：由电子或固体延时线路和电磁继电器组合构成的时间继电器。
（6）高频继电器：用于切换高频,射频线路而具有最小损耗的继电器。
（7）极化继电器：有极化磁场与控制电流通过控制线圈所产生的磁场综合作用而动作的继电器。继电器的动作方向取决于控制线圈中流过的的电流方向。
二位置极化继电器：继电器线圈通电时，衔铁按线圈电流方向被吸向左边或右边的位置，线圈断电后，衔铁不返回。
二位置偏倚计划继电器：继电器线圈断电时，衔铁恒靠在一边；线圈通电时，衔铁被吸向另一边。
三位置极化继电器：继电器线圈通电时，衔铁按线圈电流方向被吸向左边或右边的位置；线圈断电后，总是返回到中间位置。
（8）其他类型的继电器：如光继电器, 声继 电器,热继电器,仪表式继电器,霍尔效应继电器,差动继电器等。
2、按继电器的外形尺寸分类
表1继电器外形尺寸分类

注：对于密封或封闭式继电器，外形尺寸为继电器本体三个相互垂直方向的最大尺寸，不包括安装件，引出端，压筋，压边，翻边和密封焊点的尺寸。
3、按继电器的负载分类
表2 继电器触点负载分类

4、按继电器的防护特征分类
表3 继电器防护特征分类

三、继电器的命名
电子设备用继电器基本型号组成见表4至8。
表4 继电器的基本型号

注意:  (1)最长边尺寸大于50毫米的继电器无第二部分--外形符号,敞开使继电器无第五部分--防护特征符号;2)交直流两用的电磁继电器机采用二极管对线圈进行瞬态抑制或反向极性保护的直流电磁继电器均按直流电磁继电器类编制类型号。(3)混合式继电器的基本型号为组合的电磁继电器基本型号中的外形符号之后加标字母H（混）。
表5   极化继电器

表6  时间继电器

表7  舌簧继电器

表8  舌簧管

继电器的作用
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。
继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。
作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：
扩大控制范围。例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
放大。例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
综合信号。例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
自动、遥控、监测。例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

继电器触点的三种基本形式
继电器的触点有三种基本形式：
1、动合型（H型）
线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。如图1

2、动断型（D型）
线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。如图2

3、转换型（Z型）
这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“Z”表示。如图3

继电器的应用选型
一、概述
继电器是一种用途广泛的产品，广泛应用于家电产品，如空调器、彩电、冰箱、洗衣机等；也应用于工业自动化控制和仪表。在电子元器件中，继电器一般被认为是一种最不可靠的电子元件，在整机可靠性设计中，把继电器、电位器、可调电感器及可变电容器列为建议不用或少用的元件。
   但是，由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器仍得以广泛应用。随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加，所以，如何保证继电器的可靠性，满足整机系统的可靠性，成为人们关注的焦点。
   电子元器件的可靠性应由两部分组成，一是元器件的固有可靠性；二是元件的使用可靠性。固有可靠性是元器件可靠的基础，主要靠元器件制造商从设计、制造等方面进行有效的控制，以保证制造出来的元器件达到要求的可靠性等级。使用可靠性则是从使用入手，如何保证和提高元器件的可靠性，使其能满足整机系统的可靠性要求。没有高可靠质量等级的元件，不可能制造出高可靠的电子设备，所以元器件的固有可靠性是整机可靠性的基础。但是，有了高可靠质量等级的元件也并不一定能制造出高可靠的整机，这里面就有一个使用可靠性的问题。所谓使用可靠性，就是根据各种元器件的特点利用可靠性设计技术，即元器件的合理选用、降额设计、容差与漂移设计、抗振设计、热设计、三防设计、抗幅射设计、电磁兼容设计、人机工程设计及维修设计等，最大限度的发挥元器件固有可靠性的作用，以达到整机系统的可靠性要求。
   根据有关部门对整机失效原因的分析统计，其中有百分之四十以上的故障是由于元器件选用不合理造成的。随着元件制造技术的不断提高，在元器件的固有可靠性已经有了较大提高的情况下，使用可靠性就显得特别重要，而且，随着整机系统功能愈来愈全，所用元器件愈来愈多，对可靠性要求也愈来愈高，所以使用可靠性也愈来愈受到科技界的重视，并且发展成一门新的学科—人为工程。
   由于继电器是一种机电一体化的元件，是由电磁及机械传动部分组成的，与其它电子元件相比，要复杂得多，加之在制造过程中有些装配调整是手工操作，所以产品的一致性和可靠性要差一些。但是，如果在使用中采取一些防范措施，仍能达到较满意的效果。在对失效继电器进行失效分析中发现，由于使用原因造成的失效约占百分之三十以上。由以上分析可知，继电器可靠性不高，除自身质量原因外，使用不当也是一个主要原因。现在，我们重点研究如何在使用中提高继电器可靠性的措施。继电器的种类较多，这里重点研究目前使用较多的电磁继电器的使用可靠性。
   面对纷繁复杂的继电器产品，如何合理选择、正确使用，是系统开发、设计人员密切关注并且必须优先解决的实际问题。要做到合理选择，正确使用，就必须充分研究分析系统的实际使用条件与实际技术参数要求，按照“价值工程原则”，恰如其分地提出所选用继电器产品必须达到的技术性能要求。在整机的可靠性设计中，要求合理选用元器件。元器件的选择和控制是需要多学科知识才能完成的一项任务，一般应由元件工程师、可靠性设计师、总体及电路设计师、失效分析人员共同完成。首先要根据整机系统的重要程度、可靠性要求、所使用的环境条件及成本等项要求综合考虑和选择。具体说来，大致可按下列要素逐条分析研究，确认所要求的等级以及量值范围。选择时必须重视以下几个方面的要求。
二、继电器应用环境条件
气候应力作用要素，主要指温度、湿度、大气压力（海拔高度）、沿海大气（盐雾腐蚀）、砂尘污染、化学气体和电磁干扰等要素。考虑到系统在全国各地各行业及自然环境的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，系统关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型（金属罩密封或塑封型，金属罩密封产品优于塑封产品）继电器产品。因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和稳定的切换负载能力（不受外部气候环境影响）。
1、温度对继电器的影响
继电器是怕热元件，高温可加速继电器内部塑料及绝缘材料的老化、触点氧化腐蚀、熄弧困难、电参数变坏，使可靠性降低，所以，要求设计时使继电器不要靠近发热元件，并有良好的通风散热条件。继电器虽然是怕热元件，但对过低温度（如军用航空条件-55℃）也不能忽视。低温可使触点冷粘作用加剧，触点表面起露，衔铁表面产生冰膜，使触点不能正常转换，尤其是小功率继电器更为严重。试验证明，对于有些按部标生产的国产小功率继电器，虽然使用条件规定低温为-55℃，但实际上在此条件下继电器根本无法进行正常转换，建议在选择时要留有充分的余量，对于重要的军用电子整机，建议选用国军标产品。
2、低气压对继电器的影响
在低气压条件下，继电器散热条件变坏，线圈温度升高，使继电器给定的吸合、释放参数发生变化，影响继电器的正常工作；低气压还可使继电器绝缘电阻降低、触点熄弧困难，容易使触点烧熔，影响继电器的可靠性。对于使用环境较恶劣的条件，建议采用整机密封的办法。
3、机械应力对继电器的影响
主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主要考虑的是抗地震应力作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。电磁继电器的簧片均为悬梁结构，固有频率低，振动和冲击可引起谐振，导致继电器触点压力下降，容易产生瞬间断开或触点出现抖动，严重时可造成结构损坏，可动的衔铁部分可产生误动作，影响继电器的可靠性。建议在设计中尽量采取防振措施以防产生谐振。
4、绝缘耐压
非密封或密封继电器的引出端外露绝缘子长期受尘埃、水气污染，导致其绝缘强度下降，在切换感性负载时的过电压作用下，引起绝缘击穿失效。针对继电器绝缘固有特性，在选型时必须依据继电器的以下技术特性:
（1）足够的爬电距离:一般要求>3mm（工作AC220V）；
（2）足够的绝缘强度:无电气联系的导体之间>AC2000V（工作AC220V），同组触点之间>AC1000V；
（3）足够的负载能力:DC220V感性；5～40ms，>50W；
（4）长期耐受气候应力的能力:线圈防霉断、绝缘抗电水平长期稳定可靠。
三、激励线圈输入参量
主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压（220V）输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰等要素，这些都是确保系统可靠运行必须认真考虑的因素。按继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。
   继电器的技术条件一般对线圈的电压都给出工作电压、吸合电压、释放电压。要保证继电器的正常工作，在电路连接时，一定要保证在任何情况下都要使给定的三个电压满足技术条件规定的的数值。否则，继电器无法正常转换。
1、关于串联供电激励方式
不少用户采用串联分压供电方式给继电器线圈施加激励量，驱动继电器动作。这种激励方式一般是不可取的。因继电器的吸合时间主要取决于回路的时间常数T，且。当串联电阻R1给继电器线圈供电时，，则有；显然，串联R1后使T减小，继电器的吸合时间加速。特别是当R1≥R2，电压很高时，吸合时间将大大减少。运动部件的过快动作，将加大运动部件接合时的冲击、碰撞、反弹，从而增大触点回跳，加速机械靡损，降低触点的负载能力与机械寿命。因此，串联供电激励方式改变了继电器原设计所规定的正常工作状态，一般是不可取的。当触点回跳、机械磨损对实际使用不构成利害关系，且特别需要加快动作速度时，才可以采用提高激励电压或串联电阻供电激励方式。
2、继电器线圈串联的使用
采用多个继电器线圈串联后，再用DC220V电源去激励，这种激励方式必须谨慎采用。
（1）对相同类型、相同规格继电器产品而言，由于各线圈的阻抗（含直流电阻与瞬时感抗）大体相同，差值较小，故采用串联分压激励方式使用问题不大。实践证明也是可行的。
（2）对不同类型或不同规格的继电器产品言之，由于不同继电器线圈的阻抗不一致，且差值随瞬时感抗的不同而相差很大，故串联激励瞬间，各继电器线圈上所分得的激励电压（由瞬时分压比决定）差值必然很大，势必出现有的继电器处于过压激励状态，有的则处于欠压激励状态，各继电器触点的开关时序与速度将会发生本质性变化，必然会出现动作先、后、快、慢颠倒，开关不可靠等情况。因此，不同类型、不同规格的继电器线圈不宜采用串联分压激励方式。
3、关于继电器线圈并联使用
在复杂的控制回路中，将2只（或多只）不同类型的继电器（如接触器K1、小型灵敏继电器K2）线圈并联使用的情况时有发生，在这种情况下，有可能产生K1延迟释放、触点断弧能力下降，K2被反向重复激励、触点误动作等实际问题。在直流控制回路中，K1，K2线圈所贮存的磁能可能相差很大。当线圈电源失电后，K1（磁能大）的贮能将通过K2（磁能小）的线圈泄放，产生反向电流。从而导致K1释放时间延长，触点断弧速度迟缓，触点间燃弧时间延长；K2的释放时间短，随后被反向泄放电流所激励，甚至释放后瞬间重复吸合，产生误动作故障。在实际应用时应注意避免上述因疏于研究而导致的不可靠现象。
四、触点输出（换接电路）参量
主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载，电感器、接触器线圈、扼流圈负载，阻性负载等；触点负载量值（开路电压量值、闭路电流量值），如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。根据被继电器驱动设备的负载性质、负载容量选用合适的继电器，是继电器可靠工作的基本条件，继电器的失效或可靠不可靠，主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载容量大于所选用继电器规定的切换负载容量，继电器是不可能可靠工作的。
1、关于触点的负载
继电器触点故障是继电器失效的核心所在，当触点实际切换的负载电压小于起弧电压，电流小于1A时，特别是在中等电流（试验标准为DC28V，0.1A）、低电平（10～30mV，10～50LA）或干电路（指继电器触点先闭合，后接通毫伏微安级负载）条件下，触点实际工作时的失效机理、失效方式与实际切换额定功率负载全然不同。正是为了满足不同负载的不同要求，不同产品在设计、制造工艺、检测、试验要求也各不相同。因此，在实际选用继电器产品时，一定不能错误地认为:继电器的触点开关适用于从零到规定额定值的所有负载，更不能认为通过触点的实际负载比产品标准所规定的额定负载越小越可靠。例如能可靠切换220V，10A负载的触点，并不一定能可靠地切换10mA的实际负载，更不可用它去换接低电平或干电路负载。因此，对中等电流、低电平，干电路负载建议选用接触可靠性优良的金属罩全密封产品。
   一般在可靠性设计中，降额设计是提高可靠性最有效的措施，对其它元器件来讲，如果不考虑其它的因素，如成本、体积等，降额越多，可靠性越高。但是，继电器与其它元器件有不同之处，并不是触点所加的负荷应力越小越可靠，这主要是由触点失效机理决定的。当触点电流使用到100毫安时，触点的电弧作用明显减弱，触点在高温条件下析出的含碳物质不能被电弧烧掉而沉积在触点表面，使触点接触电阻增大，影响接触可靠性。
   当触点负荷使用在10毫安以下或50毫伏以下时，接触可靠性明显降低，因为这时电压无法击穿触点表面的膜电阻，将出现低电平失效。尤其在高温条件下，加速了触点的氧化，低电平失效表现得更为严重，所以把10毫安以上，50毫伏以下的负载称为低电平负载。
   继电器的负荷应力虽然不能过小，但是，技术条件给出的负荷应力，是触点的最大额定值，是在任何情况下都不应该超过的参数。如果在使用中超过，轻者可造成寿命缩短，可靠性降低，重者可烧毁触点，造成失效。
   这主要是继电器触点在大负荷下工作时所产生的飞弧导致触点被烧熔，在触点表面形成凹凸不平，形成机械咬合而无法分开，触点负荷越大，飞弧越大，触点被烧毁的可能性越大。从以上分析可知，适当的降额仍是提高继电器可靠性的有效措施。触点负荷的正确使用，在一般情况下，负荷应设计在100毫安以上，技术指标给定的额定负荷值的百分之八十以下比较可靠。值得注意的是，继电器触点的额定负荷值是在阻性负载条件下给定的，当使用的负载是感性、容性及灯载时，可产生10倍的浪涌电流，所以如果不是阻性负载，使用时一般应按表1所示进行换算。

2、关于电容负载
继电器接点作为切换容性负载回路的自保接点，易引起接点粘接而不能释放，其原因是由于电容器的充放电过程，类似于电容储能点焊过程。进一步分析试验表明:给22LF电容器充足DC220V电压后，再激励继电器使其直接短路放电，10次之内，纯银触点即可产生焊接不放现象。从理论上考虑，电容器的放电电流为:

式中U—为电容器两端电压；R—为放电回路电阻；T—为时间常数。
   由于R约等于触点的接触电阻，趋近于零，在开始放电瞬间；i非常大，也就是说:电容器所储存的全部能量，在很短时间内全部通过触点泄放，从而直接导致点焊焊接失效。因此，长的传输线、消除电磁干扰用的滤波器、电源等都是强容性的。用于此类负载的继电器应结合设备特性选用。
3、关于继电器触点的并联使用
（1）不能用触点并联的方式提高功率，有时，用一组触点不能满足电路的功率要求时，有时采用两组或多组触点并联的方式来保证电路的功率要求。但是，由于继电器触点在动作时存在小的时间差（一般两组触点动作时间相差0.1毫秒～0.2毫秒）。由此可知，先接通的一组触点将承受全部功率，处在超应力条件下进行切换，很容易被大电流形成的电弧烧毁而失效，所以，要求在使用继电器时，不能用触点并联的方式提高功率。
（2）一般不采用触点并关的方式提高可靠性:在可靠性设计中，冗余设计可以提高可靠性。有些设计师利用冗余设计的原理，主观上想利用继电器触点并联的方式提高控制电路的可靠性。但是，一般控制电路的作用是利用触眯相互转换作用达到对电路的控制。如果采用触点并联的方式，接通的可靠性虽然提高了，但断开的可靠性却降低了，所以对一般用继电器控制的转换电路，采用并联方式提高可靠性是不可取的。只有对特殊要求，例如一次接通或断开就能完成规定功能的电路（如发射卫星，只要求继电器触点把火箭的点火系统接通就完成任务），采用触点并联的方式可提高可靠性。
4、继电器触点正确连接
（1）应尽量多用动合触点、少用动断触点；在对继电器触点连接时，应尽量多采用动合触点的连接方式，少用动断触点，其原因是动合触点比动断触点在动作时的触点回跳次数少。众所周知，触点抖动对电路产生不良影响，而且缩短了触点的寿命。
（2）对转换触点极性的正确连接；转换触点极性的连接对触点寿命的影响极大，正确的连接应是可动触点接电源阴极，固定触点接电源阳极。其原因是通过对两种不同连接的测试表明，在相同负载条件下，按上述正确的极性连接与相反的极性连接，其触点的燃弧时间要减短二分之一，因而提高了触点寿命。

过电流继电器的作用
   过电流继电器的作用是当电路发生短路及过电流时立即将电路切断，因此过电流继电器线圈通过小于整定电流时继电器不动作，只有超过整定电流时，继电器才动作。
   过电流继电器的动作电流整定范围，交流过流继电器为110%～350%In，直流过流继电器为70%～300%In，欠电流继电器的任务是当电路电流过低时立即将电路切断，因此欠电流继电器才释放。
欠电流继电器动作电流整定电流时，继电器吸合，只有电流低于整定电流时，继电器才释放。欠电流继电器动作电流整定范围，吸合电流为30%～50%In，释放电流为10%～20%In，欠电流继电器一般是自动复位。

电流继电器的三种接线方式的应用范围
1、三相三继电器接线方式不仅能反应各种类型的相间短路，也能反应单相接地短路，所以这种接线方式用于中性点直接接地系统中作为相间短路保护和单相接地短路的保护。
2、二相双继电器接线方式能反应相间短路，但不能完全反应单相接地短路，所以不能作单相接地保护。这种接线方式用于中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统作相间短路保护。
3、两相单继电器电流差接线方式具有接线简单，投资少的优点，能反应各种相间短路，但故障形式不同时，其灵敏度不同。这种接线方式常用于 10kV 及以下的配电网作相间短路保护。

 
 热继电器的用途和型式
一、热继电器用途
热继电器是在通过电流时依靠发热元件所产生的热量而动作的一种低压电器，主要用于电动机的过载保护及其它电气设备发热状态的控制，有些型号的热继电器还具有断相及电流不平衡运行的保护。
二、热继电器型式
热继电器的型号较多，但常见的有：
1、双金属片式
利用两种膨胀系数不同的金属（通常为锰镍和铜板）辗压制成的双金属片受热弯曲去推动扛杆，从而带触头动作。
2、热敏电阻式
利用电阻值随温度变化而变化的特性制成的热继电器。
3、易熔合金式
利用过载电流的热量使易熔合金达到某一温度值时，合金熔化而使继电器动作。
在上述三种型式中，以双金属片热继电器应用最多，并且常与接触器构成磁力起动器。　

热继电器的结构及工作原理
热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。
   电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常的情况或电路异常使电动机遇到过载，则电动机转速下降、绕组中的电流将增大，使电动机的绕组温度升高。若过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。
热继电器工作原理示意图如图1

热继电器的结构如图2所示。

图中：1——电流调节凸轮，2——片簧（2a，2b），3——手动复位按钮，4——弓簧片，5——主金属片，6——外导板，7——内导板，8——常闭静触点，9——动触点，10——杠杆，11——常开静触点（复位调节螺钉），12——补偿双金属片，13——推杆，14——连杆，15——压簧
   使用热继电器对电动机进行过载保护时，将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。
   若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。
   热继电器其它部分的作用如下：人字形拨杆的左臂也用双金属片制成，当环境温度发生变化时，主电路中的双金属片会产生一定的变形弯曲，这时人字形拨杆的左臂也会发生同方向的变形弯曲，从而使人字形拨杆与推杆之间的距离基本保持不变，保证热继电器动作的准确性。这种作用称温度补偿作用。 
   螺钉8是常闭触头复位方式调节螺钉。当螺钉位置靠左时，电动机过载后，常闭触头断开，电动机停车后，热继电器双金属片冷却复位。常闭触头的动触头在弹簧的作用下会自动复位。此时热继电器为自动复位状态。将螺钉逆时针旋转向右调到一定位置时，若这时电动机过载，热继电器的常闭触头断开。其动触头将摆到右侧一新的平衡位置。电动机断电停车后，动触头不能复位。必须按动复位按钮后动触头方能复位。此时热继电器为手动复位状态。若电动机过载是故障性的，为了避免再次轻易地起动电动机，热继电器宜采用手动复位方式。若要将热继电器由手动复位方式调至自动复位方式，只需将复位调节螺钉顺时针旋进至适当位置即可。
有些型号的热继电器还具有断相保护功能。其结构示意图如图3所示：

热继电器的断相保护功能是由内、外推杆组成的差动放大机构提供的。当电动机正常工作时，通过热继电器热元件的电流正常，内外两推杆均向前移至适当位置。当出现电源一相断线而造成缺相时，该相电流为零，该相的双金属片冷却复位，使内推杆向右移动，另两相的双金属片因电流增大而弯曲程度增大，使外推杆更向左移动，由于差动放大作用，在出现断相故障后很短的时间内就推动常闭触头使其断开，使交流接触器释放，电动机断电停车而得到保护。

三段保护特性脱扣器指的是什么
指的是长延时、短延时及瞬时脱扣器的过电流保护。
瞬时脱扣器一般用作短路保护。
短延时脱扣器可作短路保护，也可作过载保护。
长延时脱扣器只作过载保护

　
一般热继电器的选择原则
为了保证电动机能够得到既必要又充分的过载保护，就必须全面了解电动机的性能，并给其配以合适的过继电器，进行必要的整定。通常在选择热继电器时，应考虑以下原则：
1、电动机的型号、规格和特性
电动机的绝缘材料等级有A级、E级、B级等，他们的允许温度各不相同，因而其承受过载的能力也不相同。在选择热继电器时应引起注意的。另外，开启式电动机散热比较容易，而封闭式电动机散热就困难的多，稍有过载，其温升就可能超过限值。虽然热继电器的选择从原则上讲是按电动机的额定电流来考虑，但对于过载能力较差的电动机，它所配的热继电器（或热元件0的额定电流就适当小些。在这种场合，一般可以取热继电器9或热元件）的额定电流为电动机的额定电流的60%~80%。
2、正常起动时的起动电流和起动时间
在非频繁其动的场合，必须保证电动机的起动不致使热继电器误动。当电动机起动电流为额定电流的6倍、起动时间不超过6S、很少连续起动的条件下，一般可按电动机的额定电流来选择热继电器。
3、电动机的使用条件和负载性质
由于电动机使用条件的不同，对它的要求也不同。如负载性质不允许停车、即便过载会使电动机寿命缩短，也不应让电动机冒然脱扣，以免生产遭受比电动机价格高许多倍的巨大损失。这种场合最好采用有热继电器和其它保护电器有机地组合起来的保护措施，只有在发生非常危险的过载时方可考虑脱扣。
4、操作频率
当电动机的操作频率超过热继电器的操作频率时，如电动机的反接制动、可逆运转和密接通断，热继电器就不能提供保护。这时可考虑选用半导体温度继电器进行保护。

热继电器的选型的注意点
1、类型选择
一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。
2、热继电器额定电流选择
热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。
3、热元件额定电流的选择和整定
热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.1～1.15倍。

如何确定选择三相或两相保护热继电器
当热继电器所保护的回路中出现过载时，三相电流都会增大。即使单相运行造成的过载，一般地说也会有两相电流增大，由于两相保护式热继电器在热继电器的制造上节省材料和工时，价格较低，所以应尽量选用。只有在下列情况下，才不宜选用两相保护式，而采用三相保护式：
1、电源电压显著不平衡；
2、电动机定子绕组一相断线；
3、多台电动机的共用电源断线；
4、Y/△（或△/Y）联结的电源变压器一次侧断线。

热继电器的选用
热继电器的保护对象是电动机，故选用时应了解电动机的技术性能、启动情况、负载性质以及电动机允许过载能力等。
1、长期稳定工作的电动机
可按电动机的额定电流选用热继电器。取热继电器整定电流的0.95～1.05倍或中间值等于电动机额定电流。使用时要将热继电器的整定电流调至电动机的额定电流值。
2、应考虑电动机的绝缘等级及结构
由于电动机绝缘等级不同，其的容许温升和承受过载的能力也不同。同样条件下，绝缘等级越高，过载能力就越强。即使所用绝缘材料相同，但电动机结构不同，在选用热继电器时也应有所差异。例如，封闭式电动机散热比开启式电动机差，其过载能力比开启式电动机低，热继电器的整定电流应选为电动机额定电流的60～80%。
3、应考虑电动机的启动电流和启动时间
电动机的启动电流一般为额定电流的5～7倍。对于不频繁启动、连续运行的电动机，在启动时间不超过6s的情况下，可按电动机的额定电流选用热继电器。
4、若用热继电器作电动机缺相保护，应考虑电动机的接法
对于Y形接法的电动机，当某相断线时，其余未断相绕组的电流与流过热继电器电流的增加比例相同。一般的三相式热继电器，只要整定电流调节合理，是可以对Y形接法的电动机实现断相保护的。对于Δ形接法的电动机，其相断线时，流过未断相绕组的电流与流过热继电器的电流增加比例则不同。也就是说，流过热继电器的电流不能反映断相后绕组的过载电流，因此，一般的热继电器，即使是三相式，也不能为Δ形接法的三相异步电动机的断相运行提供充分保护。此时，应选用JR20型或T系列这类带有差动断相保护机构的热继电器。
5、应考虑具体工作情况
若要求电动机不允许随便停机，以免遭受经济损失，只有发生过载事故时，方可考虑让热继电器脱扣。此时，选取热继电器的整定电流应比电动机额定电流偏大一些。
热继电器只适用于不频繁启动、轻载启动的电动机进行过载保护。对于正、反转频繁转换以及频繁通断的电动机，如起重用电动机则不宜采用热继电器作过载保护。

热继电器的安装
热继器安装的方向、使用环境和所用连接线都会影响动作性能，安装时应引起注意。
1、热继电器的安装方向
热继电器的安装方向很容易被人忽视。热继电器是电流通过发热元件发热，推动双金属片动作。热量的传递有对流、辐射和传导三种方式。其中对流具有方向性，热量自下向上传输。在安放时，如果发热元件在双金属片的下方，双金属片就热得快，动作时间短；如果发热元件在双金属片的旁边，双金属片热得较慢，热继电器的动作时间长。当热继电器与其它电器装在一起时，应装在电器下方且远离其它电器50mm以上，以免受其它电器发热的影响。热继电器的安装方向应按产品说明书的规定进行，以确保热继电器在使用时的动作性能相一致。
2、使用环境
主要指环境温度，它对热继电器动作的快慢影响较大。热继电器周围介质的温度，应和电动机周围介质的温度相同，否则会破坏已调整好的配合情况。例如，当电动机安装在高温处、而热继电器安装在温度较低处时，热继电器的动作将会滞后（或动作电流大）；反之，其动作将会提前（或动作电流小）。
对没有温度补偿的热继电器，应在热继电器和电动机两者环境温度差异不大的地方使用。 对有温度补偿的热继电器，可用于热继电器与电动机两者环境温度有一定差异的地方，但应尽可能减少因环境温度变化带来的影响。
3、连接线
热继电器的连接线除导电外，还起导热作用。如果连接线太细，则连接线产生的热量会传到双金属片，加上发热元件沿导线向外散热少，从而缩短了热继电器的脱扣动作时间；反之，如果采用的连接线过粗，则会延长热继电器的脱扣动作时间。所以连接导线截面不可太细或太粗，应尽量采用说明书规定的或相近的截面积。

如何选用热继电器的连接导线
热继电器的连接导线的材料和截面对热继电器热量的传导关系极大。当导线截面过小时，轴向传热差，热继电器可能提前动作；当导线截面过大时，轴向传热快，热继电器可能滞后动作，从而对热继电器动作的准确性产生不利的影响。另外，热继电器的连接导线应采用铜线，因其接触部位便于处理，接触电阻不大；而采用铝线时，热继电器的接线端子为铜制，就形成铜铝连接，易于产生电化腐朽，造成接触不良，使接点发热影响热继电器动作的准确性，所以一般不用铝线，如不得已要用铝线时，宜将截面扩大1.8倍左右，且应端子搪锡。因此，热继电器的连接导线必须按厂家说明书严格选用。如无说明书时，可按下表的规定选用。
表 热继电器连接导线选用表

热继电器的额定电流指的是什么
热继电器的额定电流不是热元件的额定电流，更不是热继电器触头的额定电流，它只是某一等级热继电器的额定工作电流。对于任一等级的热继电器都相应的配有若干个热元件。如JR16-20型热继电器中的20就是热继电器的额定工作电流为20A的一个等级。对于这个等级配有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12等共12个热元件的编号。而每个热元件又有一个热元件的额定电流，如1号热元件的额定并且可在一定范围内通过凸轮调节旋钮调节整定电流，如1号热元件的刻度电流调节范围为0.25~0.3~0.35A。我们在选用热继电器时，就可以根据被保护设备的额定电流来选择热元件的编号，并通过调节旋钮的调节达到其整定电流所需的数值。
因此，在选用热继电器时，根据被保护对象的额定电流来选择的主要是热元件的编号。
另外，热继电器的双金属片或加热元件通常是串联在电动机的主电路中，而其触头（常闭触头）则串接在电动机的控制回路中。因此，当热继电器因过载而动作时，其常闭接点打开切断电动机的控制回路（即接触器线圈回路），接触器就会因电磁铁失去激磁而释放。这样，电动机的主电路被切断，使电动机得到过载保护。不难看出，热继电器的额定电流绝不是触头的额定电流。一般热继电器触头的长期工作电流仅为3~5A，接通电流一般与长期工作电流一样，而分断电流仅为此数值的40%~60%。若用于控制直流电路，上述各种电流的允许值 还要降低很多。

热继电器的调整
投入使用前，必须对热继电器的整定电流进行调整，以保证热继电器的整定电流与被保护电动机的额定电流匹配。
例如，对于一台10kW、380V的电动机，额定电流19.9A，可使用JR20-25型热继电器，发热元件整定电流为17～21～25A，先按一般情况整定在21A，若发现经常提前动作，而电动机温升不高，可将整定电流改至25A继续观察；若在21A时，电动机温升高，而热继电器滞后动作，则可改在17A观察，以得到最佳的配合。

一般热继电器不能进行短路保护的原因
   热继电器的热元件一般穿接在主电路中。当主电路中的电流超过热继电器的整定值时双金属片受热弯曲，使其常闭触头打开，因常闭触头串接于接触器的吸引线圈回路中，从而使接触器的吸引线圈失去励磁，将接触器的主触头打开，切断主电路，起到过载保护作用。
   然而热继电器一般不能进行短路保护。因为热元件从发热到双金属片弯曲，最后通过接触器主触头切断电路，需要一定的时间。当电路中出现短路时，虽然短路电流很大，但热继电器尚未来得及动作，就已经把热元件或被保护的电气设备烧毁了。所以要实现短路保护还必须另外装设熔断器或断路器。