基于继电特性的继电器电路设计与分析

【摘要】信号继电器是铁路信号系统中的常用元件，它也是铁路信号技术中的重要部件。本文对信号继电器在铁路信号领域中发挥的重要作用和继电器的继电特性进行了简要阐述。以帮助学生充分理解和掌握继电器相关知识并提高动手能力为目的，从继电器的继电特性出发，介绍和分析了几种便于开展设计的继电器电路。

【关键词】自动控制；信号继电器；继电特性；继电器电路

1.引言

继电器是自动控制系统中的常用电器，它用于接通和断开电路，用以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。各个领域的自动控制系统均采用继电器。铁路信号技术中广泛采用的继电器称为信号继电器，它是铁路信号技术中的重要部件。

2.继电器的作用

信号继电器在以继电技术构成的信号控制系统中，如：继电集中联锁、继电半自动闭塞等，起着核心作用，而信号继电器在以电子元件和微型计算机构成的系统中，如：计算机联锁、多信息自动闭塞、通用机车信号、驼峰自动化等系统中，则是作为其接口部件，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。可见信号继电器无论是作为继电式信号系统的核心部件，还是作为电子式或计算机式信号系统的接口部件，都发挥着重要功能。

随着电子技术的迅速发展，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，在相当大的程度上逐渐取代继电器，使技术水准得到了极大的提高。但是，继电器与电子器件相比，仍然具有一定的优势，比如：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。目前虽然已出现全电子化的系统，但是要全部取消继电器仍然需要相当长的时期。因此，不论现在，还是未来，继电器仍然具有广阔的应用空间，它在铁路信号领域中始终产生着重要的作用。

3.继电器的继电特性

继电器的继电特性是当输入量达到一定值时，输出量发生突变，如图1所示。继电器线圈回路为输入回路，继电器接点所在回路为输出回路。当线圈中电流Ix1从零增加到某一定值Ix2时，继电器衔铁被吸引，前接点闭合，接点回路中的电流Iy从零突然增大到Iy2。此后，若Ix继续增大，由于接点回路中阻值不变，Iy保持不变。当线圈中电流Ix减小到Ix1时，继电器衔铁释放，输出电流Iy突然从Iy2减小到零。此后，Ix再减小，Iy保持为零不变。

因此，继电器具有的继电特性能以极小的电信号来控制执行电路中的大功率对象，能控制数个对象和数个回路，能控制远距离的对象。

4.利用继电特性设计电路

可以从继电器的这一特性出发，引导学生学会如何设计继电器电路（利用继电器来控制元器件实现特定功能），从而帮助学生更好地理解继电器的相关知识，增强动手能力。首先由教师列出一些继电器电路命题，然后让学生根据已知的技术要求，应用继电器设计出控制和表示电路，实现自动控制功能，达到命题要求。

在这一过程中，涉及到了许多关于继电器的知识，比如：如何选用继电器、如何识读继电电路、如何分析继电电路以及如何判断继电器故障等等。学生如果掌握了这些相关知识和技能，对他们今后正确运用继电器是非常有帮助的。

5.继电器电路的设计和分析

下面列出几个继电器电路设计命题和相应的电路图：(注：除第三个命题选用无极继电器外，其余命题均选用缓放继电器)

（1）用一个开关控制五个继电器，要求五个继电器顺序吸起，再依次落下，反复循环（如图二所示）。

电路分析：开关闭合后，电流流经EJ的后接点和AJ的线圈，AJ吸起；电流又流经AJ的前接点和BJ的线圈，BJ吸起；电流再流经BJ的前接点和CJ的线圈，CJ吸起；电流接着流经CJ的前接点和DJ的线圈，DJ吸起；电流最后流经DJ的前接点和EJ的线圈，EJ吸起。EJ吸起后，其后接点断开，切断了流经该路的电流，导致AJ失磁落下，再导致BJ落下，又导致了CJ落下，接着是DJ落下，最后是EJ落下。EJ落下之后，又回到了最初的状态，电流会再次流经EJ的后接点和AJ的线圈，AJ又会吸起……，如此反复，直到开关断开，整个动作过程才会停止。

（2）用三个继电器控制一个灯泡，只有当其中任意两个继电器吸起时，灯泡才能点亮（如图3所示）。

电路分析：开关K1、K2闭合时，AJ和BJ吸起，AJ和BJ的前接点与灯泡构成了闭合回路，使灯泡点亮；开关K2、K3闭合时，BJ和CJ吸起，BJ和CJ的前接点与灯泡构成闭合回路，灯泡点亮；开关K1、K3闭合时，AJ和CJ吸起，AJ和CJ的前接点与灯泡构成闭合回路，灯泡点亮。

（3）设计一个受三个房间的开关控制一个公共走廊照明灯的继电器电路，要求任何一个房间的开关都能开灯或关灯（如图4所示）。

电路分析：开关K1闭合，AJ吸起，从而使AJ的前接点、BJ和CJ的后接点以及灯泡构成了闭合回路，灯泡点亮；断开K1，AJ失磁落下，无法形成闭合回路，此时灯泡会熄灭。当开关K2闭合时，BJ吸起，这时BJ的前接点、AJ和CJ的后接点及灯泡构成闭合回路，灯泡点亮；断开K2，BJ失磁落下，无法形成闭合回路，灯泡熄灭。闭合K3时，CJ吸起，CJ的前接点、AJ和BJ的后接点以及灯泡构成闭合回路，灯泡点亮；断开K3，CJ失磁落下，无法构成闭合回路，灯泡熄灭。

（4）设计一个带灯泡的继电器电路，要求开关闭合后，红灯和绿灯依次点亮（如图5所示）。

电路分析：开关闭合，AJ吸起，AJ的前接点和红灯构成闭合回路，红灯点亮，同时，AJ的前接点与BJ的线圈也构成了一个闭合回路，有电流流过，那么BJ也会吸起，从而使BJ的前接点和绿灯形成闭合回路，绿灯接着点亮。(由于该电路采用的是缓放继电器，AJ和BJ的吸起不同步，AJ略微超前BJ，因此看到的现象是红灯先亮，绿灯后亮)

在设计命题时，教师可以给学生一定的提示，引导学生按照设计要求一步步地完成设计任务。同时要让学生明白：继电器的电路设计方法并不是唯一的，只要能够实现最后的功能即可。可以让学生集思广益，设计不同的继电器电路实现相同的功能，最后让学生比较哪种设计方法更简单，使用的继电器和连线个数最少。学生按照命题要求设计出电路后，经过教师检查，进一步对设计出的电路进行分析化简，最后配线焊接，进行导通试验。

6.其它的继电器电路设计命题

除了以上四个命题之外，还可以指导学生设计其它命题，比如：设计一个多拍电路，要求开关闭合，五个继电器顺序吸起，当最后一个继电器吸起后，除第五个继电器外，其它四个继电器逆顺序落下。再比如：某自动闭塞区间有三个闭塞分区，当第三个闭塞分区有车占用时，防护闭塞分区的各通过信号机分别亮红灯、黄灯和绿灯，用三个继电器，一个开关和三个灯泡设计出点灯电路等等。

7.结束语

这些命题趣味性强，而且与理论知识联系较为紧密。通过这种先动脑后动手的训练，就把书本上枯燥的理论知识转化成了生动有趣的实际现象，即调动了学生的学习兴趣、增强了学习积极性，又加深了他们对继电器的认识和理解，为今后进一步的专业课学习打下了坚实的基础，同时，实际动手能力也得到了极大地提升，可谓一举多得。

参考文献

[1]林瑜筠.铁路信号基础[M].北京:中国铁道出版社,2007.

[2]马升田.快速动作信号继电器选型错误产生的2个问题[J].河北电力技术,2000,2(19):49-50.

[3]徐继荣.信号继电器拒动的原因分析[J].农村电工,2002(1):32.

作者简介：徐奕（1972—），女，浙田人，西安铁路职业技术学院实验师。