城市軌道交通信號基礎

主講：馮博老師

機電工程系本章內容

軌道電路信號機繼電器及繼電電路轉轍機和道岔控制電路項目一項目二項目三項目四計軸器和應答器項目五

項目三

繼電器及繼電電路1．了解各種繼電器的工作原理。

2．掌握繼電器在控制電路中的作用。

3．了解故障—安全原則的基本要求及實現。4.了解有關繼電器的一些符合表示知識要點：一、繼電器的基本原理1、什么是繼電器？繼電器是一種電磁開關，指當輸入量（如電壓、電流、溫度等）達到規定值時，使被控制的輸出電路導通或斷開的電器。繼電器是一種“自動開關”。能以較小的電信號控制執行電路中的大功率設備，是實現自動控制和遠程控制的重要設備。繼電器是由電磁系統和觸點系統兩大系統組成的。繼電器電磁系統（感受系統）：線圈、鐵心、銜鐵等觸點系統（執行機構）：動觸點、靜觸點一、繼電器的基本原理2、繼電器的組成一、繼電器的基本原理3、繼電器的工作原理當線圈中通入規定的電流后，根據電磁原理，線圈中產生磁性，銜鐵被吸引；當線圈中沒有電流時，銜鐵由于重力作用被釋放。銜鐵上的觸點成為動觸點，隨著銜鐵的動作，動觸點與靜觸點接通或斷開，從而實現對其他設備的控制。線圈S銜鐵動觸點

繼電器原理圖繼電器工作原理原理動畫演示一、繼電器的基本原理工作原理總結⑴線圈通電→產生磁通→電磁吸引力→銜鐵吸向鐵心→銜鐵帶動動接點動作→繼電器勵磁（吸起

）⑵線圈斷電→吸引力下降→銜鐵依靠重力落下→繼電器失磁（落下

）3、繼電器的工作原理二、繼電器的分類1、按動作原理分電磁繼電器感應繼電器通過線圈產生磁場，信號設備中常用通過線圈產生的交變磁場與翼板中的另一交變磁場所感應的電流相互作用，翼板轉動。如，相敏軌道電路所使用的交流二元繼電器直流繼電器交流繼電器直流電源供電，信號繼電器常用交流電源供電，如，信號機點燈電路中用于監督信號機是否滅燈的燈絲繼電器，用于信號機燈泡主、副燈絲轉換的燈絲轉換繼電器等二、繼電器的分類2、按動作電流分二、繼電器的分類3、按動作快慢分正常動作繼電器緩動繼電器銜鐵動作時間0.1-0.3秒,大部分信號繼電器屬于此范圍包括緩吸和緩放兩種,銜鐵動作時間超過0.3秒晶體管時間繼電器數字式時間繼電器緩動繼電器：延緩繼電器動作時間的一類繼電器。用改變繼電器的結構或改變輸入電路的方法可使繼電器由線圈通電或斷電到接點良好地轉接，要經過一定時間延遲。二、繼電器的分類4、按工作可靠度分安全型繼電器（N型）非安全型繼電器（C型）依靠重力作用釋放銜鐵依靠彈力保證繼電器落下，又稱彈力式繼電器城市軌道交通系統大多使用安全型繼電器應用舉例三、安全型繼電器城市軌道交通信號系統大多使用安全型繼電器以確保設備具有“故障一安全”特性。安全型繼電器一般為電磁繼電器，可采用直流電也可采用交流電，根據需要還可使繼電器具有緩動功能。安全型繼電器組合架三、安全型繼電器1、直流無極繼電器繼電器使用直流電，同時繼電器的動作與通入線圈的電流方向無關，故稱直流無極繼電器.我國軌道交通信號中應用較多的是AX系列繼電器，它是直流24V系列的重力式直流電磁繼電器，其基本結構屬于直流無極繼電器。其它各型號都是由其派生而成。AX型繼電器

(1)結構安全型直流無極繼電器結構如下圖所示，由直流電磁系統和觸點系統兩部分構成。觸點系統電磁系統直流無極繼電器結構、實物圖直流電磁系統由線圈、鐵心、軛鐵等組成。線圈分為前圈和后圈，可根據電路需要設置單線圈控制、雙線圈串聯控制或雙線圈并聯控制。通電時線圈產生磁通，吸引銜鐵；斷電后線圈失磁，銜鐵依靠重力作用可靠釋放。電磁系統:1—鐵心；2—止片；3—銜鐵；4—鋼絲卡；5—重錘片；6—軛鐵；7—前后線圈；8—前后線圈架。接點多，則片多1、直流無極繼電器無極繼電器磁路觸點系統:觸點系統包括拉桿和觸點組。觸點組分為靜止的前觸點、后觸點和固定在拉桿上的動觸點。觸點的接通情況可以反映繼電器的狀態，同時用于控制其他設備。直流無極繼電器一般有8組觸點，彼此獨立但動作一致。托片：減振限制重錘片下落位置1、直流無極繼電器

(2)工作原理當線圈通以直流電后，產生磁通，經鐵心、軛鐵、銜鐵和氣隙，形成閉合磁路，使鐵心對銜鐵產生吸引力。當此吸引力增大到足以克服重錘片和拉桿等重力時，就能將銜鐵吸向鐵心，于是銜鐵帶動拉桿推動動觸點向上動作，使動觸點與前觸點閉合，此時稱繼電器處于勵磁狀態(又稱為吸起狀態)。1、直流無極繼電器無極吸起當線圈中的電流減少或斷電時，磁路的磁通隨之減少，鐵心對銜鐵的吸引力相應減少，當吸引力不足以克服重錘片和拉桿的重力時，銜鐵即釋放，使動觸點與前觸點斷開并與后觸點閉合，此時稱繼電器處于失磁狀態(又稱為落下狀態)。1、直流無極繼電器無極落下

直流無極繼電器總結（1）結構直流電磁系統：線圈、鐵心、軛鐵等觸點系統：拉桿、觸點組（8組觸點）（2）工作原理勵磁狀態（吸起狀態）失磁狀態（落下狀態）1、直流無極繼電器三、安全型繼電器2、整流式繼電器整流式繼電器應用于交流電路中，其電磁系統、觸點系統、動作原理與直流無極繼電器基本相同，在直流無極繼電器的基礎上增加整流電路，一般采用四個二極管組成橋式整流電路。橋式整流電路無極繼電器與整流繼電器實物圖對比

無極繼電器整流繼電器整流電路作用：用于交流電路中特點：電磁系統與無極繼電器相同。不同：在接點組上安裝了二極管組成的半波或全波整流電路。規格：JZXC-480全波、JZXC-0.14半波、JZXC-156、JZXC-H18、JZXC-H18F全波使用中電源端子1、4短接。

2、整流式繼電器整流式繼電器總結（1）概念。整流：將交流電變換為直流電，應用于交流電路中。（2）組成。直流無極繼電器（吸起狀態）整流電路：四個二極管組成橋式整流電路2、整流式繼電器三、安全型繼電器3、有極繼電器有極繼電器根據線圈中電流極性不同而具有定位和反位兩種穩定狀態，這兩種穩定狀態在線圈中電流消失后，仍能繼續保持，所以又稱為極性保持繼電器。它的特點是在電磁系統中增加了永久磁鋼。在線圈中通以規定極性的電流時，繼電器吸起，斷電后銜鐵仍能保持在吸起位置；通以反向電流時，繼電器落下，斷電后仍保持在落下位置。無極繼電器與有極繼電器實物圖對比

無極繼電器有極繼電器永久磁鋼3、有極繼電器

特性：正極性電流吸起，斷電保持；反極性電流打落，斷電保持。

規格：JYXC-660、JYXC-270、JYJXC-J3000(1+,4-定位）JYJXC-135/220(3+,4-定位；2+，1-反位）

定位、反位規定：定位→前接點吸起（D）；反位→后接點落下（F）

工作原理：由永磁磁路+電磁磁路組合而成，為不對稱的并聯磁路結構當電路的電流較大時，觸點斷開過程中在觸點間會產生電弧。電弧溫度過高，會引起觸點表面氧化，造成接觸不良。為了通斷較大電流，可采用改進型的有極繼電器，其主要特點是動觸點片改為面接觸，以增大接觸面積，觸點系統配備永久磁鋼材料的磁吹弧裝置，如下圖所示。3、有極繼電器磁吹弧裝置3、有極繼電器（1）含義：線圈中電流消失后，仍能繼續保持穩定狀態。（2）特點：正極性電流吸起，斷電保持；反極性電流打落，斷電保持。（3）結構：與無極繼電器基本相同有極繼電器總結

不同：條形永久磁鐵代替部分軛鐵。

三、安全型繼電器4、偏極繼電器

偏極繼電器是為了滿足信號電路中鑒別電流極性的需要而設計的。它與無極繼電器不同，銜鐵的吸起與線圈中電流的極性有關，只有通過規定方向的電流時，銜鐵才吸起，電流方向與要求的方向相反時，銜鐵不動作。它只有一種穩定狀態，銜鐵靠電磁力吸起，若斷電立即落下，落下是穩態。偏極繼電器的兩組線圈串聯使用，接線方式與無極繼電器相同。其觸點系統與無極繼電器完全相同，具有8組觸點。偏極繼電器一般用在道岔表示電路中無極繼電器與偏極繼電器實物圖對比

無極繼電器偏極繼電器永久磁鐵方形極靴（1）含義：只有線圈中的電源極性1+、4-，才吸起。電流方向相反時，銜鐵不動作。只有一種穩態，即銜鐵靠電磁力吸起后，斷電落下，落下是穩態。偏極繼電器總結4、偏極繼電器（2）結構：磁系統與無極繼電器基本相同不同:極靴是方形的下方固定永久磁鋼，銜鐵處于極靴和永久磁鋼之間，受永久磁力的影響處于落下位置。三、安全型繼電器5、交流二元繼電器交流二元繼電器屬于交流感應式繼電器，具有兩個既相互獨立又相互作用的交變電磁系統，故稱二元繼電器，有吸起和落下兩種狀態。根據不同頻率，交流二元繼電器分為25Hz和50Hz兩種。用途：交流電化區段25HZ相敏軌道電路中作為軌道繼電器，它由專設的25Hz電源屏供電，具有可靠的頻率相位的選擇性。

25Hz電源屏將引入的50Hz交流電源變為25Hz交流電源，用于供給站內25Hz相敏軌道電路的軌道AC220V電源和局部AC110V電源。

25Hz電源屏

交流二元繼電器的結構如下圖所示，由電磁系統、翼板、觸點等組成。5、交流二元繼電器交流二元繼電器交流二元繼電器具有如下兩個特點：

(1)具有頻率選擇特性當交流二元繼電器局部線圈中電流頻率為50Hz時，只有在軌道線圈接收到50Hz電流時，繼電器才可能動作，除此之外，翼板中平均轉矩為零，繼電器不動作。

(2)具有相位選擇特性即使軌道線圈與局部線圈中的電流頻率相同，繼電器并不一定吸起，只有局部線圈電流相位超前軌道線圈相位0°～180°時，翼板中才產生正轉矩，使繼電器能夠吸起。通過計算可知，當相位超前90°時正轉矩最大。5、交流二元繼電器交流二元繼電器應用于相敏軌道電路，這種故障-安全特性不僅能夠解決軌道電路軌端絕緣的破損防護問題，還能防止牽引電流及其他頻率的干擾。通過計算可以知道，當軌道線圈的電流頻率為局部線圈電流頻率的n倍時，不論電壓多高，翼板均不能產生轉矩使繼電器誤動。隨著我國城市軌道交通中逐漸引進國外信號設備，相應配套了一定數量的國外繼電器。國外繼電器設備與國產設備工作原理基本一致，但關鍵器件強度更大，具有更高的可靠性。5、交流二元繼電器交流二元繼電器總結（1）含義。交流——使用交流電源二元——指電磁系統為兩個即相互獨立又相互作用的交變電磁系統。（2）組成。電磁系統、翼板、觸點。5、交流二元繼電器四、繼電器的作用“故障——安全”原則：當系統任何部分發生故障時，應確保系統的輸出導向安全狀態（對于鐵路信號來說，就是停止運行的紅燈狀態）繼電器的作用：（1）表示功能：表示線路占用、空閑，信號的開放，關閉等（2）驅動功能：定位操縱繼電器、反位操縱繼電器（3）實現邏輯電路：利用繼電電路實現有關邏輯關系小提問？應用舉例

水位沒有達到金屬塊A時，繼電器線圈沒有電流通過，它的上面兩個觸點接觸，工作電路中綠燈與電源構成回路，綠燈亮；當水位到達金屬塊A時，繼電器線圈有電流通過，它的下面兩個觸點接觸，工作電路中紅燈與電源構成回路，紅燈亮。休息、休息繼電器實物圖片演示

[項目三實施]任務一認識繼電器1．目標

1)能根據外觀區分不同繼電器，了解繼電器名稱中有關字母的含義。

2)掌握繼電器線圈、觸點的圖形符號。

3)能正確判別繼電器插座的觸點編號。4)掌握繼電器的命名、定位。

2．設備1)常用繼電器及其插座。表3—1繼電器線圈的圖形符號(部分)（1）繼電器線圈、觸點圖形符號表3-2繼電器觸點的圖形符號(部分)小提示在繼電器線圈的符號上，必須標注端子號，對于僅有一個定位狀態的繼電器，還必須標注箭頭以表明其定位狀態。如果觸點組用兩位表示的，第一位表示觸點組號，第二位表示前、中、后觸點，用“l”表示中觸點，“2”表示前觸點，“3”表示后觸點，一般電路圖中僅在中觸點處標出其觸點組號。從表3-1、表3-2中可看出，當觸點組號為l時，其動觸點片為ll，前觸點為12，后觸點為13。繼電器吸起時中、前觸點接通，中、后觸點斷開；繼電器落下時中、前觸點斷開，中、后觸點接通。對于有極繼電器，由于無法用箭頭表示其狀態，所以必須完整標注其觸點號，例如111表示中觸點，112表示定位觸點，113表示反位觸點。其中，百位數l表示該繼電器為有極繼電器，以區別于其他繼電器。小提示（2）繼電器型號的表示法采用漢字拼音字母和數字表示，字母表示繼電器種類，數字表示線圈的阻值。表3-3繼電器代號意義(部分)續表3-3（3）繼電器插座的觸點編號繼電器插座插孔旁標注的觸點編號是直流無極繼電器的觸點編號，如下圖所示。其他類型繼電器的觸點系統的位置及編號與之不同，使用時需參考有關資料對照使用。繼電器觸點插座編號對照圖（4）繼電器的命名繼電器一般按照其作用來命名。例如反映信號機燈絲狀態的繼電器稱為燈絲繼電器，記作DJ，控制信號的繼電器稱為信號繼電器，記作XJ。同一繼電器的線圈和觸點可用在不同電路中，必須用該繼電器的名稱符號來標記，以免混淆。同一繼電器的各觸點組還需注明其組號，防止重復使用。（5）繼電器的定位繼電器兩個狀態：吸起和落下規定：電路圖中繼電器呈現的狀態為定位狀態（常態）。遵循以下原則：1）繼電器的定位狀態必須和設備的定位狀態一致。信號布置圖中反映設備狀態約定為定位狀態。如：定位狀態：信號機－－關閉；道岔－－開通，軌道電路－－空閑。2）繼電器的落下狀態必須與設備的安全側相一致，滿足故障——安全原則。如：信號繼電器落下－－信號機關閉，軌道繼電器落下－－軌道電路被占用。即：信號機關閉－XJ

，軌道電路空閑－GJ

道岔定位－DBJ

，FBJ

（5）繼電器的定位在電路中，凡是以吸起為定位狀態的繼電器，其接點和線圈均以“↑”符號表示，凡是以落下為定位狀態的繼電器，其接點和線圈以“↓”表示。（5）繼電器的定位21DBJ2322

1．目標

1)掌握繼電器的應用。

2)區分不同繼電器的電氣特性。

2．設備常用繼電器、電源、導線、開關、燈泡、電烙鐵、焊錫等。任務二

認識繼電器的電氣特性3．實施步驟

1)以4～5人為一組。

2)每組根據所提供設備制作繼電電路，實現利用開關控制繼電器。

3)每組根據所提供設備制作繼電電路實現利用繼電器觸點控制燈泡狀態。AX型繼電器電氣特性測試任務三學習繼電電路應用

1．目標

1)掌握基本的繼電器組成電路