第一节　信号继电器

信号继电器是用于铁路信号中的各类继电器的统称，铁路信号技术中广泛采用继电器，继电器是各类信号控制系统不可缺少的重要器件。

一、继电器概述

1.继电器的基本结构和工作原理

继电器是一种电控制器件，就是一个带接点的电磁铁。继电器由电磁系统和接点系统两大部分组成。电磁系统包括线圈、固定的铁芯和轭铁及可动的衔铁，接点系统包括动接点和静接点。在线圈中通入一定数值的电流后，由电磁作用或感应方法产生电磁吸引力，吸引衔铁，衔铁带动接点系统，改变其状态，来反映输入电流的状况。

电磁继电器的基本原理如图1-1所示。给线圈中通以一定数值的电流后，在衔铁和铁芯之间就产生磁通，该磁通经铁芯、衔铁、轭铁和气隙形成闭合磁路，铁芯对衔铁就产生了吸引力。吸引力大小取决于所通电流的大小。当电流增大到一定值，吸引力增大到能克服衔铁向铁芯运动的阻力时（主要是衔铁自重），衔铁就被吸向铁芯。由衔铁带动的动接点也随之动作，与动合接点（前接点）接通，此状态称为继电器励磁吸起。

吸引力随电流的减小而减小，当吸引力减小到不足以克服衔铁重力时衔铁靠自重落下（称为释放），衔铁带动动接点与前接点断开，与动断接点（后接点）接通，此状态称为继电器失磁落下。

也就是说，继电器具有开关特性，可利用它的接点通、断电路，构成各种控制和表示电路。

2.继电器的作用

继电器由于具有开关特性，能以极小的电信号来控制执行电路中相当大的对象，控制数个对象和数个回路，控制远距离的对象，用以发布控制命令和反映设备状态，以构成自动控制和远程控制电路。

虽然电子器件尤其是微型计算机以其速度快、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，使技术水准迅速发展。但是，继电器与电子器件相比，仍具有一定的优势，如开关性能好（闭合时阻抗小，断开时阻抗大）、有“故障—安全”（发生故障时导向安全）性能、能控制多个回路、抗雷击性能强、无噪声、不受周围温度影响等。因此，它仍将长期存在。

信号继电器在以继电技术构成的系统，如继电集中联锁中，起着核心作用；在以电子元件和计算机构成的系统中，如计算机联锁等系统中，作为其接口部件，将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。虽然已出现全电子化的系统，但要全部取消继电器仍需要相当长的时期。所以，不仅现在，而且未来，信号继电器在铁路信号领域中仍然起着重要的作用。

继电器动作的可靠性直接影响到信号系统的可靠性和安全性。

3.信号继电器分类

信号继电器类型繁多，可按不同方式分类如下：

（1）按动作原理分类，可分为电磁继电器和感应继电器。

电磁继电器是通过继电器线圈中的电流在磁路的气隙（铁芯与衔铁之间）中产生电磁力，吸引衔铁，带动接点动作的。此类继电器数量最多。

感应继电器是利用电流通过线圈产生的交变磁场与另一交变磁场在翼板中所感应的电流相互作用产生电磁力，使翼板转动而动作的。

（2）按动作电流分类，可分为直流继电器和交流继电器。

直流继电器是由直流电源供电的，直流继电器都是电磁继电器。交流继电器是由交流电源供电的。它按动作原理分，有电磁继电器，也有感应继电器。整流式继电器虽然用于交流电路中，但它用整流元件将交流电整流为直流电，所以其实质上是直流继电器。

（3）按输入量的物理性质分类，可分为电流继电器和电压继电器。

电流继电器反映电流的变化，它的线圈必须串联在所反映的电路中。该电路中必有所被反映的器件，如电动机绕组、信号灯泡等。

电压继电器反映电压的变化，它的线圈励磁电路单独构成。

（4）按动作速度分类，可分为正常动作继电器和缓动继电器。

正常动作继电器衔铁动作时间为0.1～0.3s。大部分信号继电器属于此类。一般不要加此称呼。

缓动继电器，衔铁动作时间超过0.3s。缓放型继电器则利用短路铜环产生磁通使之缓动。

（5）按接点结构分类，可分为普通接点继电器和加强接点继电器。

普通接点继电器具有开断功率较小的接点的能力，以满足一般信号电路的要求，多数继电器为普通接点继电器。一般不加此称呼。

加强接点继电器具有开断功率较大的接点的能力，以满足电压较高、电流较大的信号电路的要求。

（6）按工作可靠程度分类，可分为安全型继电器和非安全型继电器。

安全型继电器（N型）是无需借助于其他继电器，亦无需对其接点在电路中的工作状态进行监督检查，其自身结构即能满足一切安全条件的继电器。

N型继电器主要依靠衔铁自身释放，故又称重力式继电器。C型继电器主要依靠弹簧弹力释放衔铁，故又称弹力式继电器。一般说来，N型继电器的安全性、可靠性高于C型继电器。

二、安全型继电器

AX系列安全型继电器，是由我国自行设计和制造的，是我国铁路信号继电器的主要产品，应用最为广泛。安全型继电器是直流24V系列的重弹力式直流电磁继电器，其典型结构为无极继电器。其他各型继电器由无极继电器派生。

1.插入式和非插入式

安全型继电器分为插入式和非插入式。插入式多为单独使用，非插入式常使用于有防尘外壳的组匣中。

插入式安全型无极继电器如图1-2所示。需加装继电器插座板利用继电器下部螺栓露出部分将继电器插座板插入，用螺母紧固，然后用螺母紧固型别盖。各种继电器型别盖上的鉴别孔不同，应与插座板上的鉴别销相吻合。

2.安全型继电器的特点

为了达到“故障—安全”要求，安全型继电器在结构上有以下特点：

（1）前接点采用熔点高，不会因熔化而使前接点粘连的导电性能良好的材料。

（2）增加衔铁重量，采用“重力恒定”原理在线圈断电时强制将前接点断开。

（3）采用剩磁极小的铁磁材料构成磁路系统，并在衔铁与极靴之间设有一定厚度的非磁性止片，当衔铁吸起时仍有一定的气隙以防剩磁吸力将衔铁吸住。

（4）衔铁不致于因机械故障而卡在吸起状态。

3.安全型继电器的品种

安全型继电器具有无极、无极加强接点、无极缓放、无极加强接点缓放、整流式、有极、有极加强、偏极、单闭磁5种9类。它们的特性和线圈电阻值各不相同，在信号电路中有不同的作用。

（1）无极继电器

无极继电器对于通入线圈的电流极性没有要求。

无极继电器的线圈分为前圈和后圈，之所以采用双线圈，主要是为了增强控制电路的适应性和灵活性，可根据电路需要单线圈控制、双线圈串联控制或双线圈并联控制。

（2）无极加强接点继电器

加强接点继电器是为通断功率较大的信号电路而设计的。

无极加强接点继电器的接点系统由普通接点和加强接点组成。普通接点与无极继电器相同，加强接点则具有特殊设计的大功率接点和磁吹弧器。磁吹弧器由磁钢制成，利用电弧在磁场中受力运动而产生吹弧作用，使电弧迅速冷却而熄灭。

（3）缓放型继电器

当其线圈接通电源或断开电源时，铁芯中的磁通发生变化，在铜线圈架中产生感应电流（涡流），感应电流所产生的磁通阻止原磁通的变化，使铁芯中的磁化变化减慢，从而使继电器缓吸缓放。在具体电路中，最多利用的是它的缓放特性。

（4）整流式继电器

整流式继电器用于交流电路中，它通过内部的半波或全波整流电路将交流电变为直流电而动作。

（5）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，故又称极性保持继电器。它的特点是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，断电后仍保持在吸起位置；通以反方向电流时，继电器打落，断电后保持在打落位置。

（6）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，而电流方向相反时，衔铁不动作。但它又不同于有极继电器，只有一种稳态，即衔铁靠电磁力吸起后，断电就落下，落下是稳定状态。

三、时间继电器

时间继电器是一种缓吸继电器，借助电子电路，获得四种延时，以满足信号电路的需要时间继电器由时间控制单元与无极继电器组合而成。时间控制单元装在印制电路板上，安装在接点组的上方。

JSBXC-850型半导体时间继电器核心是由单结晶体管等组成的脉冲延时电路。由于脉冲延时电路的存在，使继电器从接通电源到完全吸起经过了一段时间，这段时间就是继电器的缓吸时间。缓吸时间与充电电路的时间参数有关。在相关端子上分别接入不同阻值的电阻，即获得四种延时。

JSBXC-850时间继电器采用RC延时电路，在使用中由于电容器老化和环境温度变化，延时时间有漂移，需定期检修和调整其时间常数。而JSBXC1-850型可编程时间继电器，是新一代的时间继电器，它采用微电子技术，通过单片机软件设定不同的延时时间。它采用动态电路输出，延时精度高（为±5％），不需要调整，电路安全可靠。

四、灯丝转换继电器

灯丝转换继电器是交流继电器，用于信号点灯电路中，当信号灯泡的主灯丝断丝时通过它自动转换至副灯丝点亮，通过其接点构成报警电路。

五、交流二元继电器

交流二元继电器，二元指有两个互相独立又互相作用的交变电磁系统。根据频率不同交流二元继电器分为25Hz和50Hz两种。25Hz的用于交流牵引的铁路的25Hz相敏道电路中作为轨道继电器。50Hz的用于直流牵引的城市轨道交通的50Hz相敏轨道电中作为轨道继电器。

交流二元继电器结构如图1-3所示，由电磁系统、翼板、接点等主要部件组成。

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铁芯和局部线圈组成。轨道电磁系统由轨道铁芯和轨道线圈组成。

翼板是将电磁系统的能量转换为机械能的关键部件。翼板安装在主轴上。

动接点固定在副轴上，主轴通过连杆带动副轴上的动杆单元使动接点动作。

只有当局部线圈中的电流超前轨道线圈中的电流一定角度（最好是90°）才可靠吸起。如果仅在任一线圈通电或两线圈接入同一电源，翼板均不能产生转矩而动作，这就是交流二元继电器所具有的可靠的相位选择性，由此可解决轨端绝缘破损的防护问题。

当牵引电流不平衡时，轨道线圈混入的干扰电流与局部电流相作用，翼板不产生转矩，不能使继电器误动。这就是交流二元继电器所具有的频率选择性，不仅可以防止牵引电流的干扰，而且对于其他频率也有同样的作用。

六、继电器的应用

应用继电器可构成各种控制和表示电路，统称继电电路。

1.继电器的名称代号

继电器一般是根据它的主要用途和功能来命名的，例如反映按钮动作的继电器称为按钮继电器，控制信号的继电器称为信号继电器。为了便于标记，继电器符号用汉语拼音字头来表示，例如按钮继电器表示为AJ，信号继电器表示为XJ。在一个控制系统中会用到许多继电器，同一作用和功能的继电器也不止一个，它们的名称必须有所区别。例如以XLAJ代表下行进站信号机的列车进路按钮继电器，STAJ代表上行通过按钮继电器。

同一个继电器的线圈和接点必须用该继电器的名称符号来标记，以免互相混淆。同一个继电器的各接点组还需用其编号注明，以防重复使用。

2.继电器的定位

继电器有两个状态：吸起状态和落下状态。在电路图中只能表达这两种状态中的一种，应有所规定。电路图中继电器呈现的状态称为通常状态（简称常态），或称为定位状态。在铁路信号系统中遵循以下原则来规定定位状态：

（1）继电器的定位状态应与设备的定位状态相一致，信号平面布置图中所反映的设备状态约定为设备的定位状态。例如一般信号机以关闭为定位状态，道岔以开通定位为定位状态，轨道电路以空闲为定位状态。

（2）根据“故障—安全”原则，继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致。例如，信号继电器的落下应与信号关闭相一致，轨道继电器落下应与轨道电路占用相一致。这样，才能实现电路发生断线故障时导向安全侧。

在电路图中，凡以吸起为定位状态的继电器，其线圈和接点处均以“↑”符号标记之；凡以落下为定位状态的继电器，其线圈和接点处均以“↓”符号标记之。

3.继电器线圈的使用

对于有两个线圈参数相同的继电器，它的线圈有多种使用方法：可以两个线圈串联使用；可以两个线圈并联使用；也可以两个线圈分别使用或单线圈单独使用。

无论哪一种使用方法，都要保证继电器的工作安匝和释放安匝，才能使继电器可靠工作。