失电延释器的原理及应用

杨红梅

（河南油田南阳石蜡精细化工厂，河南 南阳 473132）

供电线路因受到雷击、小动物造成短路和邻近用电设备短路等故障，会造成供电短时中断。而对于连续生产的单位，供电短时中断，会造成用电设备的交流接触器断路，轻则造成生产的中断，重则造成设备或产品的损坏。

交流接触器因通过交流电，一方面会造成其电磁铁振动并产生噪声，另一方面会产生电磁损耗，浪费了电能。如将交流电改成直流电，就可避免接触器产生噪声。交流接触器的阻抗会随磁铁中的气隙减少而增加，因此，交流接触器能自动改变接触器吸合前后的电流。

当采用直流电源后，其回路阻抗只决定于接触器线圈的电阻，因此，无法自动改变接触器吸合前后的电流大小。而将交流接触器改成直流供电，为保证电磁铁能吸合，必须使吸合时的电流大于交流接触器吸合的电流。而接触器吸合后，所需的维持电流只是初始吸合电流的1/5 即可，如不降低这个电流，就会造成更大的电能损失。

因此，人们一直在研究一种产品，使之既能在电源短时失电时，维持接触器的短时吸合；又能自动改变通过电磁铁吸合前后的直流电流大小，实现交流接触器无声节电运行。

1 节能型电网闪络保持器

已公开的实用新型专利“节能型电网闪络保持器”（专利号：ZL96214935.7）结构如图1所示。它是利用二极管、电容、稳压二极管、PCT 电阻等元件，实现了交流接触器失电延释和无声节能运行。

其主要工作原理及动作过程是：接通交流电源，交流电流通过电容C1限流，二极管D1－D4 整流后，分别通过D5 和PTC 热变电阻向高压电解电容C2和低压大容量电解电容C1充电，其中电容C3上并联有稳压二极管DW，限制其两端的最高充电电压。

图1

当C2两端电压达到电源电压最大值时，会自动停止充电。此时，因C2两端电压高，C1两端电压低，LD1 指示灯熄灭，LD2 指示灯亮，指示接触器处于断路状态；同时，PTC 热变电阻因两端电压较高，会发热并自动增加其电阻值，以自动减少通过稳压二极管DW 的电流。

当按下启动按钮QA，电容C2向交流接触器线圈KM 放电，并使其吸合。因线圈KM 的电阻相对于C1的阻抗小，会使C2两端电压降低，指示灯LD2熄灭，LD1 点亮，同时，PTC 电阻因其端电压降低，发热量减少，温度降低，电阻变小，以及时补充电容C3泄漏的电流，以维持其两端的电压。

如电网突然短时失电，电容C3会通过二极管D6 向接触器KM 供电，以维持接触器的吸合。如在吸合期内恢复供电，能继续保持接触器的吸合，避免了生产的中断。

节能型电网闪络保持器具有交流接触器的短时失电保持和无声节电运行功能，且用于现有控制回路的改造时，只需将原供电线路的供电电源断开后，分别接入本器件的电源输入和输出端即可，无需对原有控制线路进行任何改造。因此，使用方便，可用于现有装置的改造。但存在以下不足之处。

图2

1）在接触器未工作时，电源电流会通过其PCT电阻和稳压二极管流动，浪费了电能。

2）PCT 电阻较大，且延释电容上并联了稳压二极管，造成接触器正常工作时，其电容电压不足。

3）分别设有限流电容、高压吸合电容和低压延时释放电容，其体积大。其中高压吸合电容在接触器吸合后，因电压降低，其储能作用基本消失。

4）为保证接触器具有失电延时释放功能，必须使低压延时释放电容两端电压高于接触器最低释放电压，浪费了部份电能。

图3

2 无声节能失电延释器

已公开的实用新型专利“无声节能型失电延释器”（专利号：ZL201220031848.7）结构如图2所示。它也是利用二极管、电容、电阻等元件，实现交流接触器失电延释及无声节电运行功能。

它的主要动作原理与“节能型电网闪络保持器”基本相当，不同的是：

1）省掉了稳压二极管DW，将PTC 热变电阻更换成了普通电阻R。

2）电阻R因是在接触器吸合后投入使用，此时，电容C1两端电压已经降低，从而避免了过高的电压对其电阻R的损害。

3）低压电容C3是在交流接触器吸合后投入使用，避免了接触器未吸合时，较高的电压在电阻和稳压二极管DW 上产生的损耗，进一步节省了电能。

“无声节能型失电延释器”与“节能型电网闪络保持器”相比，尽管具有以上优点，但用于已有装置的改造时，需对接触器的控制回路进行改造。因此，“无声节能型失电延释器”应用在已有装置上，改造工作量相对后者要大，其更适用于新装置的设计应用。

3 开关型失电延释器

已公开的实用新型专利“开关型失电延释器”（专利号：ZL201220029345.6）结构如图3所示。

包括有电容C、二极管在D1－D6 和DC/DC 直流变换模块构成。其中的DC/DC 直流变换模块又包含有：三端离线式脉宽调制（PWM）开关TOP221、三端可编程并联稳压二极管TL431、高频变压器B、晶体管T、电容C1－C4、二极管D10 和D11、电阻R1－R7、电位器W、稳压二极管DW 构成。其作用就是将－Ei、＋Ei 之间较高的直流电压DC 变换成－Eo、＋Eo 之间较低的直流电压DC，同时，通过调整W 可调整输出电压的大小（因该电路是一个常用DC/DC 变换电路，其原理和动作过程省略）。

开关型失电延释器动作过程如下。

1）接通交流电源，交流电通过二极管D1-D4构成的整流桥后变成直流电。

2）如按下启动按钮QA，一方面通过停止按钮TA、保护接点RJ 接触器线圈JC 向电容C充电；因接触器线圈是一个电感线圈，其电流逐步升高，当电容C两端电压升到电源电压最大值时，其电流最大；其后，电流逐步下降，并使续流二极管D6 导通。

3）DC/DC 直流变换模块得电，输出直流电流；当流经接触器线圈JC 电流小于DC/DC 直流变换模块输出电流时，由直流模块向接触器供电。

4）再一方面，随着接触器线圈电流的增加，接触器吸合，接触器常开触头闭合，此后，松开启动按钮QA，交流接触器仍能保持吸合状态。

5）当按下停止按钮TA 时，接触器线圈失电，接触器断开。

6）松开停止按钮TA，尽管由电容C储存的电量，仍能使DC/DC 直流变换模块工作一段时间，但因DC/DC 直流变换模块输出电压远小于接触器JC吸合电压，接触器也不会吸合。

7）随着电容C的放电，当其电压低于DC/DC直流变换模块维持输出最低工作电压时，DC/DC 直流变换模块停止工作，流经接触器线圈电流降到0。

在接触器吸合之后，如电源失电，电容C储存的电压会使DC/DC 直流变换模块继续工作一段时间，达到接触器延时释放的目的。如在接触器未断开之前恢复供电，可继续保持接触器的吸合状态，避免了连续生产装置的生产中断。

本电路中，二极管D5 的作用是防止按启动按钮瞬间，其高压直流电压输入到DC/DC 直流变换模块的输出端，损坏直流模块。

DC/DC 直流变换模块+Eo 输出端与接触器（电磁铁）JC 线圈一端通过二极管D7 联接有微型继电器K，且微型继电器K 的常开接点替代了接触器常开触头JC。这样，一方面可以省略联接接触器常开接点JC 的接线，同时，还可用于不带接点的其他电磁铁（电磁阀）中。因所有的电磁阀和其他电磁铁装置，在电磁铁未吸合时，因磁路空气间隙较长，需要的吸合电流较较大；而电磁铁吸合后，磁路空气间隙减少，需要维持吸合的电流一般不足吸合电流的1/10。因此，也可用本装置减少电磁铁正常吸合电流，达到电磁铁的启动和停止控制、节约电能、失电时延时释放的目的。

因DC/DC 直流变换模块的输出电压只需根据维持接触器吸合选择，无需考虑延迟释放电压，因此，比“节能型电网闪络保持器”所需电流小，更加节能。

“开关型失电延释器”与前两种相比，具有更好的节电效果，更小的体积，但其结构复杂，元件多。因此，成本相对较高，适用于对运行质量及稳定性要求较高的场所。

4 结论

油田的抽油机均是分散安装，当电网出现短时失电或电压降低时，会造成生产的中断，而由人工恢复运行，往往需要较长的时间，直接影响企业的产能。炼油厂、化工厂等易燃易爆企业，电网的短时失电，不但使生产中断，还会出现安全事故。上述三种失电延释装置，均具有交流接触器失电后，延时释放功能，对于连续生产的单位，为避免生产因短时失电而中断，安装上述装置很有必要。

交流接触器安装该装置后，其中接触器运行时的功率损耗小于安装前的1/4（开关型失电延释器仅有1/6），不但节约了电能，还降低了接触器的温度，提高了接触器的使用寿命。因电路结构简单、成本低，仅节约的电能很快就可收回改造的费用。

交流接触器安装该装置后，实现了无声运行，净化了工作环境。