西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐 奕

1.引言

繼電器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的常用電器，它用于接通和斷開(kāi)電路，用以發(fā)布控制命令和反映設(shè)備狀態(tài)，以構(gòu)成自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制電路。各個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)均采用繼電器。鐵路信號(hào)技術(shù)中廣泛采用的繼電器稱(chēng)為信號(hào)繼電器，它是鐵路信號(hào)技術(shù)中的重要部件。

2.繼電器的作用

信號(hào)繼電器在以繼電技術(shù)構(gòu)成的信號(hào)控制系統(tǒng)中，如：繼電集中聯(lián)鎖、繼電半自動(dòng)閉塞等，起著核心作用，而信號(hào)繼電器在以電子元件和微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)中，如：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、多信息自動(dòng)閉塞、通用機(jī)車(chē)信號(hào)、駝峰自動(dòng)化等系統(tǒng)中，則是作為其接口部件，將系統(tǒng)主機(jī)與信號(hào)機(jī)、軌道電路、轉(zhuǎn)轍機(jī)等執(zhí)行部件結(jié)合起來(lái)。可見(jiàn)信號(hào)繼電器無(wú)論是作為繼電式信號(hào)系統(tǒng)的核心部件，還是作為電子式或計(jì)算機(jī)式信號(hào)系統(tǒng)的接口部件，都發(fā)揮著重要功能。

圖1

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子器件尤其是微型計(jì)算機(jī)以其速度快、體積小、容量大、功能強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在相當(dāng)大的程度上逐漸取代繼電器，使技術(shù)水準(zhǔn)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(yōu)勢(shì)，比如：開(kāi)關(guān)性能好（閉合時(shí)阻抗小、斷開(kāi)時(shí)阻抗大）；有故障—安全（發(fā)生故障時(shí)導(dǎo)向安全）性能；能控制多個(gè)回路；抗雷擊性能強(qiáng)；無(wú)噪聲；不受周?chē)鷾囟扔绊懙?。目前雖然已出現(xiàn)全電子化的系統(tǒng)，但是要全部取消繼電器仍然需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期。因此，不論現(xiàn)在，還是未來(lái)，繼電器仍然具有廣闊的應(yīng)用空間，它在鐵路信號(hào)領(lǐng)域中始終產(chǎn)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(dāng)輸入量達(dá)到一定值時(shí)，輸出量發(fā)生突變，如圖1所示。繼電器線(xiàn)圈回路為輸入回路，繼電器接點(diǎn)所在回路為輸出回路。當(dāng)線(xiàn)圈中電流Ix1從零增加到某一定值Ix2時(shí)，繼電器銜鐵被吸引，前接點(diǎn)閉合，接點(diǎn)回路中的電流Iy從零突然增大到Iy2。此后，若Ix繼續(xù)增大，由于接點(diǎn)回路中阻值不變，Iy保持不變。當(dāng)線(xiàn)圈中電流Ix減小到Ix1時(shí)，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(hào)來(lái)控制執(zhí)行電路中的大功率對(duì)象，能控制數(shù)個(gè)對(duì)象和數(shù)個(gè)回路，能控制遠(yuǎn)距離的對(duì)象。

4.利用繼電特性設(shè)計(jì)電路

可以從繼電器的這一特性出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)繼電器電路（利用繼電器來(lái)控制元器件實(shí)現(xiàn)特定功能），從而幫助學(xué)生更好地理解繼電器的相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力。首先由教師列出一些繼電器電路命題，然后讓學(xué)生根據(jù)已知的技術(shù)要求，應(yīng)用繼電器設(shè)計(jì)出控制和表示電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，達(dá)到命題要求。

在這一過(guò)程中，涉及到了許多關(guān)于繼電器的知識(shí)，比如：如何選用繼電器、如何識(shí)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(xué)生如果掌握了這些相關(guān)知識(shí)和技能，對(duì)他們今后正確運(yùn)用繼電器是非常有幫助的。

5.繼電器電路的設(shè)計(jì)和分析

圖2

圖3

圖4

圖5

下面列出幾個(gè)繼電器電路設(shè)計(jì)命題和相應(yīng)的電路圖：(注：除第三個(gè)命題選用無(wú)極繼電器外，其余命題均選用緩放繼電器)

（1）用一個(gè)開(kāi)關(guān)控制五個(gè)繼電器，要求五個(gè)繼電器順序吸起，再依次落下，反復(fù)循環(huán)（如圖二所示）。

電路分析：開(kāi)關(guān)閉合后，電流流經(jīng)EJ的后接點(diǎn)和AJ的線(xiàn)圈，AJ吸起；電流又流經(jīng)AJ的前接點(diǎn)和BJ的線(xiàn)圈，BJ吸起；電流再流經(jīng)BJ的前接點(diǎn)和CJ的線(xiàn)圈，CJ吸起；電流接著流經(jīng)CJ的前接點(diǎn)和DJ的線(xiàn)圈，DJ吸起；電流最后流經(jīng)DJ的前接點(diǎn)和EJ的線(xiàn)圈，EJ吸起。EJ吸起后，其后接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷了流經(jīng)該路的電流，導(dǎo)致AJ失磁落下，再導(dǎo)致BJ落下，又導(dǎo)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(tài)，電流會(huì)再次流經(jīng)EJ的后接點(diǎn)和AJ的線(xiàn)圈，AJ又會(huì)吸起……，如此反復(fù)，直到開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，整個(gè)動(dòng)作過(guò)程才會(huì)停止。

（2）用三個(gè)繼電器控制一個(gè)燈泡，只有當(dāng)其中任意兩個(gè)繼電器吸起時(shí)，燈泡才能點(diǎn)亮（如圖3所示）。

電路分析：開(kāi)關(guān)K1、K2閉合時(shí)，AJ和BJ吸起，AJ和BJ的前接點(diǎn)與燈泡構(gòu)成了閉合回路，使燈泡點(diǎn)亮；開(kāi)關(guān)K2、K3閉合時(shí)，BJ和CJ吸起，BJ和CJ的前接點(diǎn)與燈泡構(gòu)成閉合回路，燈泡點(diǎn)亮；開(kāi)關(guān)K1、K3閉合時(shí)，AJ和CJ吸起，AJ和CJ的前接點(diǎn)與燈泡構(gòu)成閉合回路，燈泡點(diǎn)亮。

（3）設(shè)計(jì)一個(gè)受三個(gè)房間的開(kāi)關(guān)控制一個(gè)公共走廊照明燈的繼電器電路，要求任何一個(gè)房間的開(kāi)關(guān)都能開(kāi)燈或關(guān)燈（如圖4所示）。

電路分析：開(kāi)關(guān)K1閉合，AJ吸起，從而使AJ的前接點(diǎn)、BJ和CJ的后接點(diǎn)以及燈泡構(gòu)成了閉合回路，燈泡點(diǎn)亮；斷開(kāi)K1，AJ失磁落下，無(wú)法形成閉合回路，此時(shí)燈泡會(huì)熄滅。當(dāng)開(kāi)關(guān)K2閉合時(shí)，BJ吸起，這時(shí)BJ的前接點(diǎn)、AJ和CJ的后接點(diǎn)及燈泡構(gòu)成閉合回路，燈泡點(diǎn)亮；斷開(kāi)K2，BJ失磁落下，無(wú)法形成閉合回路，燈泡熄滅。閉合K3時(shí)，CJ吸起，CJ的前接點(diǎn)、AJ和BJ的后接點(diǎn)以及燈泡構(gòu)成閉合回路，燈泡點(diǎn)亮；斷開(kāi)K3，CJ失磁落下，無(wú)法構(gòu)成閉合回路，燈泡熄滅。

（4）設(shè)計(jì)一個(gè)帶燈泡的繼電器電路，要求開(kāi)關(guān)閉合后，紅燈和綠燈依次點(diǎn)亮（如圖5所示）。

電路分析：開(kāi)關(guān)閉合，AJ吸起，AJ的前接點(diǎn)和紅燈構(gòu)成閉合回路，紅燈點(diǎn)亮，同時(shí)，AJ的前接點(diǎn)與BJ的線(xiàn)圈也構(gòu)成了一個(gè)閉合回路，有電流流過(guò)，那么BJ也會(huì)吸起，從而使BJ的前接點(diǎn)和綠燈形成閉合回路，綠燈接著點(diǎn)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(xiàn)象是紅燈先亮，綠燈后亮)

在設(shè)計(jì)命題時(shí)，教師可以給學(xué)生一定的提示，引導(dǎo)學(xué)生按照設(shè)計(jì)要求一步步地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。同時(shí)要讓學(xué)生明白：繼電器的電路設(shè)計(jì)方法并不是唯一的，只要能夠?qū)崿F(xiàn)最后的功能即可。可以讓學(xué)生集思廣益，設(shè)計(jì)不同的繼電器電路實(shí)現(xiàn)相同的功能，最后讓學(xué)生比較哪種設(shè)計(jì)方法更簡(jiǎn)單，使用的繼電器和連線(xiàn)個(gè)數(shù)最少。學(xué)生按照命題要求設(shè)計(jì)出電路后，經(jīng)過(guò)教師檢查，進(jìn)一步對(duì)設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行分析化簡(jiǎn)，最后配線(xiàn)焊接，進(jìn)行導(dǎo)通試驗(yàn)。

6.其它的繼電器電路設(shè)計(jì)命題

除了以上四個(gè)命題之外，還可以指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)其它命題，比如：設(shè)計(jì)一個(gè)多拍電路，要求開(kāi)關(guān)閉合，五個(gè)繼電器順序吸起，當(dāng)最后一個(gè)繼電器吸起后，除第五個(gè)繼電器外，其它四個(gè)繼電器逆順序落下。再比如：某自動(dòng)閉塞區(qū)間有三個(gè)閉塞分區(qū)，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)閉塞分區(qū)有車(chē)占用時(shí)，防護(hù)閉塞分區(qū)的各通過(guò)信號(hào)機(jī)分別亮紅燈、黃燈和綠燈，用三個(gè)繼電器，一個(gè)開(kāi)關(guān)和三個(gè)燈泡設(shè)計(jì)出點(diǎn)燈電路等等。

7.結(jié)束語(yǔ)

這些命題趣味性強(qiáng)，而且與理論知識(shí)聯(lián)系較為緊密。通過(guò)這種先動(dòng)腦后動(dòng)手的訓(xùn)練，就把書(shū)本上枯燥的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成了生動(dòng)有趣的實(shí)際現(xiàn)象，即調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)了學(xué)習(xí)積極性，又加深了他們對(duì)繼電器的認(rèn)識(shí)和理解，為今后進(jìn)一步的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)，實(shí)際動(dòng)手能力也得到了極大地提升，可謂一舉多得。

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