第二节　电机电器

一、直流电机的基本知识

（一）电机概述

电机是进行能量转换的电磁机械设备，主要是指发电机、电动机和变压器。通过电机能够进行电能的生产、传输和使用。

电机的种类很多，有不同的分类方法。

1.按能量转换的分类

（1）发电机：将机械能转换成电能。

（2）电动机：将电能转换成机械能。

（3）变压器：将一种电压等级的电能转换成另一种电压等级的电能。

2.按电流性质的分类

（1）直流电机：包括直流发电机和直流电动机。直流发电机是将机械能转换成直流电能输出；直流电动机是将直流电能转换成机械能输出。

（2）脉流电机：与直流电机本质一致，脉动电流包含一个直流分量和一个交流分量（其中以直流分量为主），由于交流分量的存在，脉流电机在电磁、换向、发热上又有其自身的特点。

（3）交流电机：包括交流发电机和交流电动机。交流发电机将机械能转换成交流电能输出；交流电动机是将交流电能转换成机械能输出。

根据交流电机转子转速和旋转磁场转速的不同，交流电机还可分为以下两类。

①同步电机：转子转速与旋转磁场转速相同的交流电机。同步电机主要用作发电机。目前，获得广泛应用的是三相同步发电机，它能够发出三相对称交流电。在火力发电厂和水力发电站使用的发电机基本上都是三相同步发电机。

②异步电机：转子转速与旋转磁场转速不同的交流电机。异步电机主要用作电动机，获得广泛应用的是三相异步电动机和单相异步电动机。三相异步电动机主要应用在工农业生产上；单相异步电动机大量地应用在家用电器上。

（二）工作原理

直流电机的工作原理，可用一简单的模型来说明。在两个空间固定的主磁极N极和S极之间安放一个开有凹槽的圆柱形铁芯，称为电枢铁芯。在电枢铁芯的两个槽中安放一个线圈abcd，称为电枢线圈。线圈两端a和b分别焊接在两个互相绝缘的半圆形铜质圆环上，称为换向器。换向器和电枢铁芯压装在同一轴上，称为电机的电枢。两个静止不动的电刷A和B放置在换向器上，它们分别与外电路相连接。电机工作时，电枢旋转，即电枢铁芯、电枢线圈及换向器在旋转，主磁极及电刷在空间固定不动，电刷和换向器之间滑动接触，将电枢线圈与外电路相连接，如图1-42所示。

1.直流电动机的工作原理

如图1-42所示，电机作为电动机运行时，在电刷两端外加直流电压，A电刷接电源正极，B电刷接电源正极，则电枢线圈中有电流通过。载流导体在磁场中受到电磁力的作用：

F=BLI

式中　F——导体在磁场中受到电磁力，N；

B——导体所处位置的磁密，T；

L——导体的有效长度，m；

I——流过线圈中的电流，A。

电磁力的方向可用左手定则确定。在电刷间外加直流电压后电枢转动，通过换向器的作用，在电枢线圈中产生的电流为交变电流，但对应于N极下导体中电流方向不变，则电磁转矩方向不变，使电枢始终向一个方向旋转。若在电机轴上加机械负载，则电机可带动负载一起旋转。此时电机将电能转变为机械能，这就是直流电动机的工作原理。

同样，由一个线圈产生的电磁转矩很小且是脉动的，为使电动机产生足够大的转矩，和直流发电机一样，直流电动机电枢上均匀的布置着许多线圈。

2.直流发电机的工作原理

如图1-43所示，直流发电机的结构和直流电动机完全相同。电机作为发电机运行时，电枢由原动机拖动，以恒定转速n逆时针方向旋转，由于导体切割了磁力线，因而在导体内产生感应电势，其方向用右手定则决定。电枢在原动机拖动下在磁场中旋转时，电枢线圈中的感应电势为交变电势，每转过一对磁极，电势方向改变一次。通过换向器的作用，使电刷A始终与N极下的导体相连，电刷B始终和S极下的导体相连，因此电刷极性固定不变，电刷A和B之间电势方向不变，若在电刷AB间接入负载，则通过负载的电流方向不变。电机将输入的机械能转变为直流电能供给负载，这就是直流发电机的工作原理。设导体中的感应电势为e，则线圈电势为2e，电势e的瞬时值为：

e=BvL

式中　B——导体所处位置的磁密，T；

v——导体的线速度，m/s；

L——导体的有效长度，m。

因为电枢的旋转速度不变，和L均为定值，所以导体电势随时间变化的规律与极面下磁密的空间分布规律相同。当每一磁极下有16个导体以上时，电势脉动已小于1％。在实际应用的直流电机中，由于线圈数很多，电势脉动很小，可以认为是恒定电势。

3.直流电机的可逆原理

直流发电机和直流电动机的结构是完全相同的，每一台电机既可作为发电机运行，也可作为电动机运行，这一性质称为直流电机的可逆原理。电机的实际运行方式由外施条件决定，如在电机轴上外施机械功率使电枢转动，通过电机可以把机械功率转换为电功率，作为发电机运行。如果在电枢线圈中外施电功率，产生线圈电流，通过电机可以把电功率转换为机械功率，作为电动机运行。发电机和电动机不是两种不同的电机，而是同一电机的两种不同运行方式。

电机的可逆原理说明同一台电机的两种不同运行方式，但其重要意义还不止于此。不论该电机用作发电机或电动机，感应电势e和电磁转矩T都同时作用在电枢线圈之中。只要线圈切割磁力线，就会产生感应电势，只要位于磁场中的线圈有电流流通，就会产生电磁转矩。所以，在发电机中也有电磁转矩，在电动机中也有感应电势。

（三）基本结构

直流电机是一种旋转机械，从整体上看，可分为静止部分（称为定子）和旋转部分（称为转子），在定子和转子之间存在着间隙（称为空气隙）。定子的作用，在电磁方面是产生磁场和构成磁路，在机械方面是整个电机的支撑，由主磁极、换向极、机座、端盖、轴承和电刷装置组成。转子又称电枢，其作用是感应电势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换，由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇组成。

1.主磁极

主磁极简称主极，用来产生电机的主磁场。一般可用永久磁铁或电磁铁来建立主磁场，前者用于微型或特殊电机，后者广泛地用于中小型以上的直流电机，即在铁芯上套有线圈，在线圈中通以直流电流，产生磁场。

主极由主极铁芯和套在上面的主极线圈组成。主极铁芯靠近气隙一端扩大部分称为极靴，通常用厚低碳钢板冲片叠成，用铆钉把叠片紧固成一个整体。主极线圈用圆形截面或矩形截面的绝缘铜导线绕制而成，各磁极上的线圈串联，总称为励磁绕组。整个磁极用螺钉固定在机座上。主极在定子上均匀分布，成对出现，各主极线圈连接时，要保证相邻磁极的极性按N极和S极交替排列。

2.换向极

换向极又称附加极，用来改善电机的换向，所有的换向极线圈串联后称换向绕组，换向绕组与电枢绕组串联。换向极装在两相邻的主极之间，用螺钉固定在机座上。换向极数目一般与主极数目相同，换向极极性根据换向要求确定。

将主极平分为左右两部分的直线称为极轴线，也叫磁极中心线；相邻两主极之间并且与主极中心线等距离的直线称为几何中心线。相邻两主极以几何中心线为轴对称分布，换向极装在几何中心线上。

3.机座

机座一方面用来固定主极、换向极和端盖，起机械支撑作用，另一方面也作为磁路的一部分，起导磁作用。机座中有磁通经过的部分称为磁轭。机座可用铸钢制成或钢板焊成，一般为圆筒形，也有为了节省安装空间制成多角形。

4.电枢铁芯

电枢铁芯的作用是通过磁通和嵌放电枢绕组。电枢铁芯用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，叠片两面有绝缘层。铁芯叠片沿轴向叠装，中小型电机的电枢铁芯通常直接压装在轴上；在大型电机中，由于转子直径较大，电枢铁芯压装在套于轴上的转子支架上。电枢铁芯冲片上冲有放置电枢绕组的电枢槽、轴孔和通风孔。

5.电枢绕组

电枢绕组安放在电枢铁芯槽内，随着电枢旋转，在电枢绕组中产生感应电势；当电枢绕组中通过电流时，能与磁场作用产生电磁转矩，使电枢向一定的方向旋转。电枢绕组由许多完全相同的线圈单元组成，线圈单元的线端以一定规律焊接到换向器上，通过换向器连接成一整体。

6.换向器

换向器也称整流子。在发电机中，换向器能使电枢线圈中的交变电势转换为电刷间的直流电势；在电动机中，能使外加直流电流转换为线圈中的交变电流，产生恒定方向的电磁转矩。

换向器是由许多彼此绝缘的换向片组成的圆柱体。一方面，电枢绕组的每一线圈单元均与相应的换向片连接，另一方面，换向器与电刷间作滑动接触，将电机的内部电路（电枢绕组）和外电路（负载或电源）连接起来。换向片由硬质电解铜或铜合金制成，下部开有燕尾槽，用以固定换向片，上部开一个小槽，用以焊接电枢绕组，换向片间用0.4～1.2mm厚的云母片绝缘。

7.电刷装置

电刷装置的作用是使静止的电刷和旋转的换向器保持滑动接触，把电枢绕组与外电路连接起来。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条组成。电刷是用石墨制成的导电块，放在刷握内，用弹簧以一定的压力将它压在换向器的表面上。刷握用螺钉夹紧在刷杆上，按电流大小，每一刷杆上安放一定数量的刷握组成电刷组，每组电刷通过软线（金属辫）连在一起，同极性电刷用汇流条连接并用导线引到出线盒内的接线板上。电刷组的数目一般等于主极的数目，各电刷组之间在换向器表面上的距离是相等的。电机正常运行时，电刷应有一个最佳位置。为便于调整电刷的位置，刷杆都装在一个可以转动的刷杆座上，电刷位置找正后，将刷杆座用螺钉固定在端盖、轴承座或机座上。刷杆与刷杆座之间是绝缘的，以免正、负电刷短路。

8.空气隙

主极极靴和电枢间的间隙称为空气隙。气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分。由于空气磁阻远大于铁磁物质的磁阻，而电机的能量转换是依靠气隙磁通为媒介进行的，所以气隙的大小和形状对电机的性能有很大影响。直流电机的气隙是不均匀的。极靴中部气隙较小，两侧气隙逐渐扩大，极尖处气隙最大。

（四）电枢绕组

电枢绕组是电能和机械能相互转换的枢纽，为直流电机中最重要的部件之一，绕组的形式对电机的性能、寿命和效率有很大关系。

直流电机的电枢绕组分为单叠绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组等几种类型。

（五）磁场

直流电机是应用电磁感应原理进行能量转换的，因此，磁场是产生感应电势和电磁转矩从而实现能量转换的关键。直流电机的磁场，是绕组中的电流产生的。直流电机中有两种基本绕组，即励磁绕组和电枢绕组。励磁绕组和电枢绕组之间的连接方式称为励磁方式，不同励磁方式的直流电机，其特性有很大的差异，是选择直流电机的重要依据。按励磁方式的不同，可将直流电机分为四类。

1.他励电机

励磁绕组和电枢绕组各自分开，励磁绕组由独立的直流电源供电，励磁电流的大小仅决定于励磁电源的电压和励磁回路的电阻，而与电机的电枢电压大小及负载无关。用永久磁铁作主磁极的电机可当作他励电机。

2.并励电机

励磁绕组和电枢绕组并联。励磁电流一般为额定电流的5％，要产生足够大的磁通，需要有较多的匝数，所以并励绕组匝数多，导线较细。

3.串励电机

励磁绕组与电枢绕组串联。励磁电流与电枢电流相同，数值较大。因此，串励绕组匝数很少，导线较粗。

4.复励电机

电机至少由两个绕组励磁，其中之一是串励绕组，其他为并励（或他励）绕组。通常并励绕组起主要作用，串励绕组起辅助作用。若串励绕组和并励绕组的磁势方向相同，称为积复励；若串励绕组和并励绕组的磁势方向相反，称为差复励。并励绕组匝数多，导线细；串励绕组匝数少，导线粗，外观上有明显的区别。直流电机各类绕组接线后，其引出线的端线要加以标记见表1-2。

二、交流电机的基本知识

目前机车上较常用的交流电机有：三相异步电动机、三相同步发电动机。第一种多用在交流传动电力机车上，而第二种多用在内燃机车上。

（一）三相异步电动机的结构与工作原理

1.三相异步电动机的构造

三相异步电动机由两个基本组成部分组成：固定不转的部分称为定子，旋转的部分称为转子。转子装在定子内腔里，借助轴承被支撑在两个端盖上，并能自由转动。定子与转子之间必须有一定的间隙（电机的气隙）。如图1-44所示。

（1）定子

定子由定子三相绕组、定子铁芯、机座组成。

定子绕组：定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。定子三相绕组的结构是对称的。

定子铁芯：定子铁芯的作用是作为电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁芯一般由0.35～0.5mm厚，表面涂有绝缘漆的环状冲片槽的硅钢片叠压而成。

机座：机座的主要作用是固定定子铁芯和定子绕组，并以两个端盖支撑转子，同时起保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量，一般是铁或铝铸造而成。

（2）转子

异步电动机的转子由转子铁芯、转子绕组及转轴组成。

转子铁芯：作为电机磁路的一部分，并放置转子绕组。一般由0.5mm厚的硅钢片冲叠压而成。

转子绕组：其作用为切割定子磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力使转子转动。根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式转子两种类型。

转轴：用以传递转矩及支撑转子的重量。一般都由中碳钢或合金钢制成。除了定子和转子两大部分外，还有端盖，风扇等其他附件。

（3）气隙

异步电机的气隙是很小的，中小型电动机的空气隙约在0.2～2.0mm。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就需要较大的励磁电流。

2.三相异步电动机的工作原理

定子上空间对称布置的三相绕组接到三相对称的交流电源上，即产生一旋转磁场。当旋转磁场与转子之间有相对运动时，转子绕组的导体就会切割旋转磁场的磁通而产生感应电势，转子绕组自成闭合回路而产生感应电流，载流的转子导体又会受到旋转磁场的作用，并产生出电磁力和电磁力矩。

（1）旋转磁场的产生原理

三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组U、V、W，各相绕组在空间上互差120°电角度，如图1-45（a）所示，向该三相绕组通入对称的三相交流电，如图1-45（b）、图1-45（c）所示。下面我们以两极电动机为例说明电流在不同时刻，磁场在空间的位置。如图1-45（b）所示，假设电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入（用〇中间加个×表示），末端流出（用“☉”表示），当电流为负值时，与此相反。

在ωt=0的瞬间，iU=0，iV为负值，iW为正值，如图1-45（c）所示，则V相电流从V2流进，V1流出，而W相电流从W1流进，W2流出。利用安培右手定则可以确定ωt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如图1-45（d）①所示。可见这时的合成磁场形成一对磁极，磁场方向与纵轴线方向为一致，上端是N极，下端是S极。

在ωt=π/2时，经过了四分之一周期，iU由零变为最大值，电流由首端U1流入，末端U2流出；iV仍为负值，U相电流方向与（1）时一样；iW也变为负值，W相电流由W1流出，W2流入，其合成磁场方向如图1-45（d）②所示，可见磁场方向已经较ωt=0时按顺时针方向转过90°。

应用同样的分析方法可画出ωt=π，ωt=2/3π，ωt=2π时的合成磁场，分别如图1-45（d）③④⑤所示，由图中可明显地看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共计转过360°，即旋转了一周。

由此可以得出如下结论：在三相交流电动机定子上布置有结构完全相同在空间位置各相差120°电角度的三相绕组，分别接入三相对称交流电，则在定子与转子间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，我们称此为旋转磁场。

（2）旋转磁场的方向

旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。

（二）三相同步牵引发电机的结构与工作原理

1.结构组成

三相同步牵引发电机由定子和转子两大部分组成。

（1）定子

定子由机座、定子铁芯、定子绕组、刷架装置及端盖等组成。机座的主要作用是固定定子铁芯并承受定子的扭矩。定子铁芯的主要作用是嵌放定子电枢绕组、提供磁路。定子绕组是同步发电机产生感应电势和对外输送电能的主要部件。

（2）转子

转子由转轴、磁轭支架、励磁绕组、磁极、滑环及风扇组成。转子的作用是传递扭矩、产生磁场。

2.工作原理

同步牵引发电机是将机械能转变为电能的旋转电机。它是根据电磁感应原理制造的。其工作原理可用一台结构为两极的同步发电机为例加以说明。如图1-46所示，发电机由定子和转子两大部分组成，在同步发电机的定子铁芯上嵌有三相对称线圈Ax、By和Cz，称为定子线圈（或电枢线圈）。它的对称条件是：这三相线圈的匝数和导线截面相等，三组线圈在定子上的空间位置分布均匀，它们在空间位置上彼此相差120°电角度，在电机的转子铁芯上绕有励磁线圈，借以通人直流励磁电流产生磁场。当原动机拖动转子旋转时，则定子线圈与转子磁场之间有相对运动，根据电磁感应原理，在定子线圈中将产生感应电势。例如，当转子磁极的几何中性线与Ax线圈的轴线相重合时，即图1-46（b）所示位置（ωt=0），在Ax线圈内感应的电势为零。而当转子磁极的几何中性线转到与Ax线圈轴线相垂直时（ωt=π/2），Ax线圈内感应的电势为最大。当转子再旋转90°（ωt=π）位置时，A2线圈内感应的电势又为零；当转子转到ωt=3π/4位置时，由于磁通方向改变了180°，因此，感应电势的方向也变为负值并且达到了负的最大值。按此规律变化下去，Ax线圈内即可感应出按正弦规律变化的交流电势。将各点的感应电动势连起来，便形成一个正弦波形。由于定子上的三相线圈匝数相同而在空间又互差120°电角度，因此在三相线圈中的感应电势大小相等，相位互差120°电角度，即三相交流电动势eA、eB、eC。图1-46（b）显示出了它们的波形图。

由于定子线圈的导体不断交替地处于不同极性的磁极下，故感应电势的方向也是交变的。当同步发电机中的磁通按正弦规律变化时，线圈中产生感应电势的有效值E，与磁通频率f，线圈匝数N及磁通的最大值Φm。成正比，即：

E=4.44KdpNfΦm

三、机车常用的几种电器

（一）接触器

1.概述

接触器是在工业控制中应用非常广泛的一种电器。在电力和内燃机车上是用来频繁地接通或切断带有负载的主电路、辅助电路或大容量的控制电路。与其他开关电器相比，它具有可动作频繁，能通断较大电流，可以实现一定距离的控制等特点。

2.组成与作用

接触器一般由触头装置、传动装置、灭弧装置、安装固定装置等部分组成。

触头装置：分主触头和联锁触头。主触头一般由动、静主触头等组成，用以直接控制相应电路的通断。联锁触头用以控制其他电器、信号或电气联锁等。

传动装置：包括驱使触头闭合的装置和开断触头的弹簧机构以及缓冲装置，用来可靠地驱使触头按规定要求动作。

灭弧装置：灭弧装置一般与主触头配合使用，在主触头断开电路产生电弧时，用来及时地熄灭电弧，切断电路并保护触头。根据电流的性质、灭弧方法和原理，可以制成各种灭弧装置。

安装固定装置：属于非工作部分，用以合理的安装和布置电器各部件。

3.分类

接触器的用途广、种类多，通常分为以下几类。

（1）按传动方式分

可分为电空接触器和电磁接触器。电空接触器采用电空传动装置，电磁接触器采用电磁传动装置。电空接触器应用于主电路中，电磁接触器一般应用于机车的辅助电路中。

（2）按主触头通断电流的性质分

可分为交流接触器和直流接触器。对于某些在触头系统中控制的是交流电路，而线圈接入的是直流电路的接触器，又称交直流接触器。

（3）按主触头的数量分

可分为单极和多极接触器。

（4）按主触头所处的环境分

可分为空气式和真空式接触器。

4.基本参数

基本参数除额定电压和电流外还有以下几种。

（1）切换能力

切换能力又称为开闭能力、通断能力，是指触头在规定条件下接通和切断负载的能力。在此电流值下通断负载时，不应发生熔焊、电弧和过分的磨损等现象，保证接触器能在较坏的条件下可靠地工作。

（2）动作值和释放值

对电磁接触器主要是指电压和电流的动作值和释放值。对电空接触器包括电空阀的动作电压（及气缸相应的气压值）值。

（3）操作频率

操作频率指接触器在每小时内允许操作的次数。接触器的操作频率越高，每小时开闭的次数就越多，触头及灭弧室的工作任务也就越重。对交流接触器来说，线圈受到的冲击电流及衔铁铁芯受到的冲击次数也就越多，操作频率对常用的交、直流接触器来说，常采用每小时150、300、600、1200次的规定。

（4）机械寿命和电气寿命

机械寿命指的是接触器在无负载操作下无零部件损坏的极限动作次数。电气寿命指的是接触器在规定的操作条件下，且无零部件损坏的极限动作次数。目前，接触器的机械寿命一般可达数百万到千万次以上，而电气寿命则按不同的使用类别和不同的机械寿命级别有一定的百分比，一般为机械寿命的1/5左右。

（5）动作时间、释放时间

动作时间（又称闭合时间）是指从线圈通电瞬间时起到衔铁完全闭合所需要的时间；释放时间（又称开断时间）是指从线圈断电瞬间起到衔铁完全打开所需要的时间。为了对有关电路能准确可靠的进行控制，对接触器的动作时间也有一定的要求，如：直流接触器的闭合时间一般为0.04～0.11s，开断时间为0.07～0.12s，交流接触器的闭合时间一般为0.05～0.1s，而开断时间为0.1～0.4s。

接触器除应满足以上基本参数的要求外，还应满足在85％额定控制电压下保证接触器正常工作。

另外在选择电磁接触器时还应考虑工作制的要求。

5.使用

（1）电空接触器

电空接触器因其具有较大的开断能力，在内燃、电力机车上被用在主电路里。

①TCK1-400/1500型电空接触器

a.型号：T—铁路用；C—接触器；K—压缩空气控制；1—设计序号；400—主触头额定电流（A）；1500—开断电压（V）。

b.结构：如图1-47所示。

c.动作原理：

当电空阀控制的压缩空气通过管接头进入气缸，鼓动皮碗推动活塞克服复原弹簧之反力，使活塞杆、绝缘杆上移，动静触头闭合，联锁触头相应动作。当电空阀失电时，气缸内的压缩空气经电空阀排向大气，在复原弹簧作用下，使活塞杆、绝缘杆下移，带动主触头打开。

d.作用：在SS4G机车上，用于控制磁场削弱电阻。

②TCK7-600/1500型电空接触器。

a.型号含义同TCK1型电空接触器。

b.动作原理：

当电空阀线圈得电动作时气路开通，其控制的压缩空气进入传动气缸，推动活塞，压缩复原弹簧而向上运动，使动静触头闭合。当电空阀线圈失电时，其控制的压缩空气排向大气，在复原弹簧的作用下，推动活塞带动活塞杆和动触头下移，动静触头打开，同时灭弧。在主触头动作的同时，联锁触头也相应动作。

c.作用：在电力机车上该型接触器主要控制机车主电路的有关励磁电流回路和牵引电机回路。

③4Q51型电空接触器

4Q51型电空接触器是引进美国GE技术的国产化电器，在DF8B型内燃机车上共有13只电空接触器。其中7只为主接触器，它们分别用来控制6台引电动机的供电路及电阻制动工况下牵引电动机的励磁电路，在电路图上的代号为1C～6C和ZC。其余6只电空接触器为电阻制动短接接触器，用于两级电阻制动扩展，电路图上的代号为1RZC～6RZC。

（2）电磁接触器

电磁接触器通常分为直流、交流、交直流三大类型。

①CJ20系列三相交流接触器

a.型号：常用的有CJ20-100Z型和CJ20-160Z型。其中：C—接触器；J—交流；20—设计序号；100、160—主触头额定电流（A）；Z—直流控制。

b.CJ20系列三相交流接触器的结构形式为直动式，立体布置、双断点、开启式，并采用压铸铝底座，增强耐弧塑料底板和高强度陶瓷灭弧罩，组成三段式结构，使接触器结构紧凑，便于检修和更换线圈。其主要由触头装置、传动装置和灭弧装置等组成。

c.动作原理：类似于电磁铁的工作原理。

d.作用：在SS4型（1～158号）机车辅助电路中，用来接通和断开三相异步电动机或启动电阻（启动电容）等电路。

②3TB系列三相交流接触器

a.型号：常用的有3TB4817-OBF4型或3TB5217-OBF4型，其含义：3TB-3TB系列；48—级别代号；17—辅助触头规格与数量（17代表二常开二常闭）；OB—直流操作（OA表示交流操作）；F4—线圈电压与频率代号（F4为直流110V）。

b.动作原理：类似于电磁铁的工作原理。

c.作用：在SS4G型电力机车的辅助电路中，用来接通和断开三相异步电动机等电气设备。

③6C系列三相交流接触器

a.型号：常用的有6C180型和6C110型，其含义：6—序号；C—接触器；180、110—主触头额定（A）。

b.结构：两种型号的结构基本相同，如图1-48所示。

c.动作原理：类似于电磁铁的工作原理。

d.作用：用在SS4、SS7型电力机车的辅助电路中，控制辅助电机等设备。

④内燃机车采用的直流电磁接触器

DF8B型内燃机车采用的直流电磁接触器是德国沙尔特宝电器，共有6只S140型直流接触器，1只S163型直流接触器，1只S157型直流接触器，1只S158型直流接触器和2只S156型直流接触器。

a.S140型直流接触器

DF8B型内燃机车上共有6只S140型直流接触器，分别用来控制燃油泵电动机电路（代号为RBC）、启动发电机的励磁电路（代号为FLC）、故障发电时启动发电机的励磁电路（代号为GFC）、励磁机的励磁电路（代号为LLC）及其故障励磁电路（代号为1GLC和2GLC）。

b.S163型接触器

DF8B型内燃机车上共有1只S163型直流接触器，用来控制启动机油泵电动机电路（代号为QBC）。

c.S152系列直流接触器

DF8B型内燃机车上采用1只S157型直流接触器，用于控制柴油机启动电路（代号QC）；1只S158直流接触器，用于控制主发电机励磁电路（代号为LC）；2只S156直流接触器，用于控制空压机电机电路（代号为1YC～2YC）。以上三种接触器均属S152系列直流接触器。

（二）继电器

1.概述

继电器是一种根据输入量变化来控制输出量跃变的自动电器，可实现控制、保护有关电器设备，是一种应用非常多的电器。

所有继电器，不论其形状，动作原理有何不同，均可认为是由测量机构，比较机构和执行机构等组成，其原理组成方框图，如图1-49所示。

输入量可以是电量，如电压、电流、阻抗、功率等，也可以是非电量，如压力、速度、温度等。输入量可以是一个量，也可以是两个或多个量。

测量机构（亦称环节或部分）的作用是反应输入量并进行物理量的相应转换。例如电磁型继电器，测量机构是线圈和铁芯构成的磁系统，用来测量输入电量的大小，并在衔铁上将电量的大小转换成相应的电磁吸力。

比较机构的作用是将输入量（或转换量）与其预设的整定值进行比较，根据比较结果决定执行机构是否动作。如：电磁继电器的反力弹簧等。当电磁力大于反力时，衔铁吸合，接点动作；当电磁力小于反力时，衔铁不吸合，接点不动作，没有输出。一般可以在比较环节上调整（整定）继电器的动作值。

执行机构的作用是根据比较结果决定是否动作，执行机构对有触点电器来说是接点，对无触点电器来说一般是晶体管的导通和截止。

输出量是根据比较结果来决定有无的。不管输入是何物理量，输出量往往是电量。需要说明的是，对于有触点的继电器来说，也可按前面电器基本理论所述，将其分为触头装置和传动装置（一般没有灭弧装置）。

2.分类

继电器的用途广，种类多，根据目前机车上使用情况分如下几类：

（1）按用途分，有控制用继电器和保护用继电器。

（2）按输入的物理量分，有电量和非电量，如电量继电器有电压、电流继电器；非电量继电器有风压、风速继电器等。

（3）按动作原理分，有电磁式、电子式、机械式继电器等。

（4）按输入电流性质分，有直流继电器和交流继电器。

（5）按接点情况分，有触点继电器和无触点继电器。

（6）按作用分，有电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、压力继电器等。

3.工作特点

在机车上，继电器一般不直接控制主电路（或辅助电路），而是通过其他较大的电器来控制主辅电路。同接触器等较大的电器相比，继电器一般没有灭弧装置，体积小、重量轻、动作灵敏。

4.动作原理和特性

继电器的输入量与输出量之间有一特定的关系，这就是继电器最基本的输入一输出特性。亦称继电特性。

继电特性可以通过分析继电器的工作过程来得到。下面分析电磁继电器的工作过程，如图1-50所示为继电器的继电特性，输入量用X来表示，输出Y表示。当输入量从零增加时，在X<Xdz的过程中，衔铁不吸合，常开接点保持打开，继电器不动作，输出量Y=0；当X=Xdz时，衔铁吸合，常开接点闭合，输出量即达到Y=Y1，继续增加X到Xe（额定输入量），输出仍保持Y1（常开接点继续闭合）。当输入量X从Xe减少时，在X<Xfh过程中，常开接点继续闭合，输出保持Yl不变。当X=Xfh时，输入量产生的吸力不足以吸合衔铁，衔铁释放，常开触头打开，继电器返回，输出量Y为零，继续减少输入量X到零，输出均保持在Y为零状态。

可见，继电特性由连续输入、跃变输出的折线组成，只要某装置有该输入一输出特性就能称为继电器。图中Xdz称为接点动作值，Xfh称为接点的返回值。

5.基本参数

（1）额定值

额定值指输入量的额定值及输出量的额定值。如额定电压、电流、额定气压等。

（2）动作值

动作值指能使接点闭合的输入物理量中的最小值。有时也称整定值。

（3）返回值

返回值指能使接点打开的输入物理量中的最大值。需要注意的是衔铁释放值不一定是继的返回值（如常闭接点来说）。

（4）返回系数

继电器的返回值Xfh与动作值Xdz出之比，称为返回系数，用Kfh表示。

（5）动作值的调整

继电器的动作值（或返回值）的调整，也称继电器参数的整定。对电磁继电器的整定，可通过反力弹簧和工作气隙来实现。对电子继电器来说，可改变比较环节的电位器的阻值等来实现。

6.使用

电磁继电器具有工作可靠，结构简单及易于制造等优点，所以在电力和内燃机车上被大量用。

（1）JZ15-44Z型中间继电器

①型号：J—继电器；Z—中间；15—设计序号；44—4常开、4常闭接点数；Z—直流控制。

②结构：主要由传动装置和触头（接点）装置组成，如图1-51所示，

③作用：该型继电器用在SS4型电力机车直流控制电路中，用来控制各种控制电器的电磁线圈，以使信号放大或用一个信号控制几个电器。

（2）JT3-21/5型时间继电器

①型号：J—继电器；T—通用；3—设计序号；2、1—2开1闭接点数目，5—表示动作值（s）（延时时间）。

②结构：如图1-52所示。

③作用：该型继电器作为直流控制电路中的延时控制环节。有3个时间等级：1s（0.3～0.9s），3s（0.8～3s），5s（2.5～5s）。

④动作原理（延时原理）：

当继电器的线圈通电时，在磁路中产生磁通。当磁通增加到能使衔铁吸动的数值时，衔铁开始动作，随着衔铁与铁芯之间气隙的减小，磁通也增加。当衔铁与铁芯吸合以后，磁通最大（此时的磁通大于将衔铁吸住时所需的磁通）。在线圈通电时，因为磁通的增长和衔铁的动作时间很短，所以联锁触头的动作几乎是瞬时的。当线圈断电时，电流将瞬时下降为零，相应于电流的主磁通亦迅速减小，但因其变化率很大，根据楞次定律，在阻尼铜套（或阻尼铝套）内部将产生感应电势，并流过感应电流，此电流产生与原主磁通相同方向的磁通以阻止主磁通下降，这样就使磁路中的主磁通缓慢地衰减，直到磁通衰减到不能吸住衔铁时，衔铁才释放，接点才相应的打开（或闭合），这样就得到了所需的延时。

（3）TJJ2-18/20型接地继电器

①型号：T—铁路；JJ—接地继电器；2—设计序号；18—动作值（18V）；20—2开0闭接点数目。

②结构：主要由传动装置、触头装置、指示装置和机械联锁等组成，如图1-53所示。

③作用：该继电器用作直流主电路接地保护。

④工作原理：

正常工作时，接地继电器的控制线圈无电流，衔铁处于释放位置，指示杆被钩子勾住，接地继电器的联锁触头处于常开位置。当机车主电路发生接地故障时，控制电磁铁吸合，带动触头切换有关电路，使主断路器跳闸切断机车总电源，保护了主电路。与此同时，衔铁与钩子的尾部相接触，迫使钩子克服扭簧的作用力，而使其顺时针旋转，使得钩子不再钩住指示杆并在弹簧的作用下跳出罩外，显示机械信号，联锁触头也随之闭合，司机台上信号显示屏中显示主接地信号。当故障消失时，衔铁在反力弹簧的作用下恢复复位，但指示杆发出的机械信号仍保持。如需继续投入运行，则按“主断路器合”按钮，使恢复线圈短时得电，将指示杆吸入罩内，指示杆重新被钩子勾住，联锁触头也随之断开，于是接地继电器发出的机械信号和电信号一起消失

（4）JL14-20J型交流继电器

①型号：J—继电器；L—电流；14—设计序号；20—2常开、O常闭触头数；J—交流控制。

②结构：如图1-54所示，JL14系列继电器磁系统是由呈角板形的磁轭、固定在磁轭上的圆形铁芯、平板形衔铁所组成，衔铁绕磁轭棱角支点转动而成拍合式动作。磁系统上部衔铁一端装有反作用弹簧，继电器不通电时，借助于反作用弹簧的反力使衔铁打开。同样也利用改变反作用弹簧的压力大小来调节继电器动作电流整定值。在磁系统下部装有触头组，与衔铁支件连接，并由衔铁带动触头开闭。在铁芯端的衔铁上装有非磁性垫片，利用调整非磁性垫片的厚薄来调节继电器的释放电流值，即调整返回系数。

③作用：该型号交流继电器是作为主电路原边过流保护和辅助电路过流保护之用。

主电路原边过流保护采用JL14-20J/5型交流继电器，辅助电路过流保护采JL14-20J/1200型交流继电器，其动作电流分别是5A和1200A。