失電延釋器的原理及應用

楊紅梅

（河南油田南陽石蠟精細化工廠，河南 南陽 473132）

供電線路因受到雷擊、小動物造成短路和鄰近用電設備短路等故障，會造成供電短時中斷。而對于連續(xù)生產的單位，供電短時中斷，會造成用電設備的交流接觸器斷路，輕則造成生產的中斷，重則造成設備或產品的損壞。

交流接觸器因通過交流電，一方面會造成其電磁鐵振動并產生噪聲，另一方面會產生電磁損耗，浪費了電能。如將交流電改成直流電，就可避免接觸器產生噪聲。交流接觸器的阻抗會隨磁鐵中的氣隙減少而增加，因此，交流接觸器能自動改變接觸器吸合前后的電流。

當采用直流電源后，其回路阻抗只決定于接觸器線圈的電阻，因此，無法自動改變接觸器吸合前后的電流大小。而將交流接觸器改成直流供電，為保證電磁鐵能吸合，必須使吸合時的電流大于交流接觸器吸合的電流。而接觸器吸合后，所需的維持電流只是初始吸合電流的1/5 即可，如不降低這個電流，就會造成更大的電能損失。

因此，人們一直在研究一種產品，使之既能在電源短時失電時，維持接觸器的短時吸合；又能自動改變通過電磁鐵吸合前后的直流電流大小，實現(xiàn)交流接觸器無聲節(jié)電運行。

1 節(jié)能型電網閃絡保持器

已公開的實用新型專利“節(jié)能型電網閃絡保持器”（專利號：ZL96214935.7）結構如圖1所示。它是利用二極管、電容、穩(wěn)壓二極管、PCT 電阻等元件，實現(xiàn)了交流接觸器失電延釋和無聲節(jié)能運行。

其主要工作原理及動作過程是：接通交流電源，交流電流通過電容C1限流，二極管D1－D4 整流后，分別通過D5 和PTC 熱變電阻向高壓電解電容C2和低壓大容量電解電容C1充電，其中電容C3上并聯(lián)有穩(wěn)壓二極管DW，限制其兩端的最高充電電壓。

圖1

當C2兩端電壓達到電源電壓最大值時，會自動停止充電。此時，因C2兩端電壓高，C1兩端電壓低，LD1 指示燈熄滅，LD2 指示燈亮，指示接觸器處于斷路狀態(tài)；同時，PTC 熱變電阻因兩端電壓較高，會發(fā)熱并自動增加其電阻值，以自動減少通過穩(wěn)壓二極管DW 的電流。

當按下啟動按鈕QA，電容C2向交流接觸器線圈KM 放電，并使其吸合。因線圈KM 的電阻相對于C1的阻抗小，會使C2兩端電壓降低，指示燈LD2熄滅，LD1 點亮，同時，PTC 電阻因其端電壓降低，發(fā)熱量減少，溫度降低，電阻變小，以及時補充電容C3泄漏的電流，以維持其兩端的電壓。

如電網突然短時失電，電容C3會通過二極管D6 向接觸器KM 供電，以維持接觸器的吸合。如在吸合期內恢復供電，能繼續(xù)保持接觸器的吸合，避免了生產的中斷。

節(jié)能型電網閃絡保持器具有交流接觸器的短時失電保持和無聲節(jié)電運行功能，且用于現(xiàn)有控制回路的改造時，只需將原供電線路的供電電源斷開后，分別接入本器件的電源輸入和輸出端即可，無需對原有控制線路進行任何改造。因此，使用方便，可用于現(xiàn)有裝置的改造。但存在以下不足之處。

圖2

1）在接觸器未工作時，電源電流會通過其PCT電阻和穩(wěn)壓二極管流動，浪費了電能。

2）PCT 電阻較大，且延釋電容上并聯(lián)了穩(wěn)壓二極管，造成接觸器正常工作時，其電容電壓不足。

3）分別設有限流電容、高壓吸合電容和低壓延時釋放電容，其體積大。其中高壓吸合電容在接觸器吸合后，因電壓降低，其儲能作用基本消失。

4）為保證接觸器具有失電延時釋放功能，必須使低壓延時釋放電容兩端電壓高于接觸器最低釋放電壓，浪費了部份電能。

圖3

2 無聲節(jié)能失電延釋器

已公開的實用新型專利“無聲節(jié)能型失電延釋器”（專利號：ZL201220031848.7）結構如圖2所示。它也是利用二極管、電容、電阻等元件，實現(xiàn)交流接觸器失電延釋及無聲節(jié)電運行功能。

它的主要動作原理與“節(jié)能型電網閃絡保持器”基本相當，不同的是：

1）省掉了穩(wěn)壓二極管DW，將PTC 熱變電阻更換成了普通電阻R。

2）電阻R因是在接觸器吸合后投入使用，此時，電容C1兩端電壓已經降低，從而避免了過高的電壓對其電阻R的損害。

3）低壓電容C3是在交流接觸器吸合后投入使用，避免了接觸器未吸合時，較高的電壓在電阻和穩(wěn)壓二極管DW 上產生的損耗，進一步節(jié)省了電能。

“無聲節(jié)能型失電延釋器”與“節(jié)能型電網閃絡保持器”相比，盡管具有以上優(yōu)點，但用于已有裝置的改造時，需對接觸器的控制回路進行改造。因此，“無聲節(jié)能型失電延釋器”應用在已有裝置上，改造工作量相對后者要大，其更適用于新裝置的設計應用。

3 開關型失電延釋器

已公開的實用新型專利“開關型失電延釋器”（專利號：ZL201220029345.6）結構如圖3所示。

包括有電容C、二極管在D1－D6 和DC/DC 直流變換模塊構成。其中的DC/DC 直流變換模塊又包含有：三端離線式脈寬調制（PWM）開關TOP221、三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管TL431、高頻變壓器B、晶體管T、電容C1－C4、二極管D10 和D11、電阻R1－R7、電位器W、穩(wěn)壓二極管DW 構成。其作用就是將－Ei、＋Ei 之間較高的直流電壓DC 變換成－Eo、＋Eo 之間較低的直流電壓DC，同時，通過調整W 可調整輸出電壓的大?。ㄒ蛟撾娐肥且粋€常用DC/DC 變換電路，其原理和動作過程省略）。

開關型失電延釋器動作過程如下。

1）接通交流電源，交流電通過二極管D1-D4構成的整流橋后變成直流電。

2）如按下啟動按鈕QA，一方面通過停止按鈕TA、保護接點RJ 接觸器線圈JC 向電容C充電；因接觸器線圈是一個電感線圈，其電流逐步升高，當電容C兩端電壓升到電源電壓最大值時，其電流最大；其后，電流逐步下降，并使續(xù)流二極管D6 導通。

3）DC/DC 直流變換模塊得電，輸出直流電流；當流經接觸器線圈JC 電流小于DC/DC 直流變換模塊輸出電流時，由直流模塊向接觸器供電。

4）再一方面，隨著接觸器線圈電流的增加，接觸器吸合，接觸器常開觸頭閉合，此后，松開啟動按鈕QA，交流接觸器仍能保持吸合狀態(tài)。

5）當按下停止按鈕TA 時，接觸器線圈失電，接觸器斷開。

6）松開停止按鈕TA，盡管由電容C儲存的電量，仍能使DC/DC 直流變換模塊工作一段時間，但因DC/DC 直流變換模塊輸出電壓遠小于接觸器JC吸合電壓，接觸器也不會吸合。

7）隨著電容C的放電，當其電壓低于DC/DC直流變換模塊維持輸出最低工作電壓時，DC/DC 直流變換模塊停止工作，流經接觸器線圈電流降到0。

在接觸器吸合之后，如電源失電，電容C儲存的電壓會使DC/DC 直流變換模塊繼續(xù)工作一段時間，達到接觸器延時釋放的目的。如在接觸器未斷開之前恢復供電，可繼續(xù)保持接觸器的吸合狀態(tài)，避免了連續(xù)生產裝置的生產中斷。

本電路中，二極管D5 的作用是防止按啟動按鈕瞬間，其高壓直流電壓輸入到DC/DC 直流變換模塊的輸出端，損壞直流模塊。

DC/DC 直流變換模塊+Eo 輸出端與接觸器（電磁鐵）JC 線圈一端通過二極管D7 聯(lián)接有微型繼電器K，且微型繼電器K 的常開接點替代了接觸器常開觸頭JC。這樣，一方面可以省略聯(lián)接接觸器常開接點JC 的接線，同時，還可用于不帶接點的其他電磁鐵（電磁閥）中。因所有的電磁閥和其他電磁鐵裝置，在電磁鐵未吸合時，因磁路空氣間隙較長，需要的吸合電流較較大；而電磁鐵吸合后，磁路空氣間隙減少，需要維持吸合的電流一般不足吸合電流的1/10。因此，也可用本裝置減少電磁鐵正常吸合電流，達到電磁鐵的啟動和停止控制、節(jié)約電能、失電時延時釋放的目的。

因DC/DC 直流變換模塊的輸出電壓只需根據(jù)維持接觸器吸合選擇，無需考慮延遲釋放電壓，因此，比“節(jié)能型電網閃絡保持器”所需電流小，更加節(jié)能。

“開關型失電延釋器”與前兩種相比，具有更好的節(jié)電效果，更小的體積，但其結構復雜，元件多。因此，成本相對較高，適用于對運行質量及穩(wěn)定性要求較高的場所。

4 結論

油田的抽油機均是分散安裝，當電網出現(xiàn)短時失電或電壓降低時，會造成生產的中斷，而由人工恢復運行，往往需要較長的時間，直接影響企業(yè)的產能。煉油廠、化工廠等易燃易爆企業(yè)，電網的短時失電，不但使生產中斷，還會出現(xiàn)安全事故。上述三種失電延釋裝置，均具有交流接觸器失電后，延時釋放功能，對于連續(xù)生產的單位，為避免生產因短時失電而中斷，安裝上述裝置很有必要。

交流接觸器安裝該裝置后，其中接觸器運行時的功率損耗小于安裝前的1/4（開關型失電延釋器僅有1/6），不但節(jié)約了電能，還降低了接觸器的溫度，提高了接觸器的使用壽命。因電路結構簡單、成本低，僅節(jié)約的電能很快就可收回改造的費用。

交流接觸器安裝該裝置后，實現(xiàn)了無聲運行，凈化了工作環(huán)境。