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，實現交流接觸器無聲節電運行。

1 節能型電網閃絡保持器

已公開的實用新型專利“節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、穩壓二極管、PCT 電阻等元件，實現了交流接觸器失電延釋和無聲節能運行。

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上并聯有穩壓二極管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；同時，PTC 熱變電阻因兩端電壓較高，會發熱并自動增加其電阻值，以自動減少通過穩壓二極管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，能繼續保持接觸器的吸合，避免了生產的中斷。

節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電運行功能，且用于現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，且延釋電容上并聯了穩壓二極管，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 無聲節能失電延釋器

已公開的實用新型專利“無聲節能型失電延釋器”（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，實現交流接觸器失電延釋及無聲節電運行功能。

它的主要動作原理與“節能型電網閃絡保持器”基本相當，不同的是：

1）省掉了穩壓二極管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壓二極管DW 上產生的損耗，進一步節省了電能。

“無聲節能型失電延釋器”與“節能型電網閃絡保持器”相比，盡管具有以上優點，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、三端可編程并聯穩壓二極管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小（因該電路是一個常用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。

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，可繼續保持接觸器的吸合狀態，避免了連續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維持接觸器吸合選擇，無需考慮延遲釋放電壓，因此，比“節能型電網閃絡保持器”所需電流小，更加節能。

“開關型失電延釋器”與前兩種相比，具有更好的節電效果，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，直接影響企業的產能。煉油廠、化工廠等易燃易爆企業，電網的短時失電，不但使生產中斷，還會出現安全事故。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，實現了無聲運行，凈化了工作環境。