断电延时型时间继电器的原理及如何实现电路的设计?
断电延时型时间继电器当获得输入信号后,执行部分立即有输出信号;而在输入信号消失后,继电器却需要经过一定的延时,才能恢复到动作前的状态。
断电延时型时间继电器(也称失电延时继电器)是一种在断电后才开始计算延时时间,并在延时结束后改变触点状态的继电器。它的核心特点是:线圈通电时立即动作(瞬时动作),线圈断电后延时释放。
一、核心原理
- 断电触发延时: 当继电器线圈得电时,内部的常开触点立即闭合,常闭触点立即断开(瞬时动作)。
- 断电启动计时: 当继电器线圈断电时,其内部的延时机制立即启动。
- 延时结束复位: 经过预设的时间(例如5秒、10秒、1分钟等),继电器的触点才会恢复到线圈未通电时的状态(即常开触点断开,常闭触点闭合)。
二、实现延时的主要方式
-
气囊/空气阻尼式 (机械式,已较少见但原理直观):
- 结构: 线圈、铁芯、衔铁、反力弹簧、气囊(带有可调进气孔)。
- 通电动作: 线圈得电,吸合衔铁,克服弹簧力带动触点瞬时动作。
- 断电延时: 线圈断电瞬间,磁力消失,衔铁在弹簧作用下试图返回。但返回速度被气囊阻尼控制:当衔铁推动活塞压缩气囊腔,空气只能通过微小的进气孔缓慢排出,产生阻尼阻力,使得衔铁缓慢返回。
- 延时调节: 通过调节进气孔大小改变排气速度,从而调节延时时间。孔径小则排气慢,延时长;孔径大则排气快,延时短。
- 结束: 当气囊腔内空气排出到一定程度,弹簧力克服阻尼阻力,衔铁迅速复位,触点恢复。
-
电子式 (主流方式):
- 核心元件: 线圈、储能电容、电压检测/比较电路、逻辑控制电路、电子开关(如MOS管、可控硅或小型继电器)、电阻、电位器等。
- 通电动作: 线圈得电(通常需要直流电源或整流),控制电路检测到电源电压,立刻驱动输出级(电子开关或内部小继电器),使触点瞬时动作。
- 能量储存: 在通电期间,控制电路会给一个较大容量的储能电容充电(储能)。
- 断电触发延时: 当断电瞬间(电源消失):
- 电压检测电路立即检测到掉电。
- 控制电路立即切换到由储能电容供电的模式。
- 电容开始通过一个放电回路(由电阻、电位器构成的时间常数电路)放电。
- 计时过程: 电容电压随时间缓慢下降。控制电路持续检测电容电压。
- 延时结束复位: 当电容电压下降到预设的阈值时,比较器翻转或逻辑电路判定时间到。此时控制电路驱动输出级关闭电子开关或释放内部小继电器,触点复位。
- 延时调节: 通过调节电位器改变RC时间常数(放电电阻的阻值),即可改变电容放电到阈值的时间,从而精确设定延时时间。
三、电路设计要点(以电子式常用接线为例)
设计使用断电延时继电器的电路,关键在于理解其线圈通电/断电时序与触点动作时序的关系。这里提供一个典型应用示例:实现电机断电后风扇延时关闭(散热)。
-
电路组成:
- 电源(L/N或相线/零线)
- 主开关(如断路器、接触器主触点)
- 控制开关(如按钮、接触器辅助触点)
- 断电延时继电器(假设型号为
KT1) - 接触器(控制风扇电机,假设为
KM2) - 风扇电机
-
设计方案:
graph LR subgraph 电源回路 L[相线 L] --> QF1[主开关] QF1 --> |控制电源| L1 N[零线 N] --> |控制电源| N1 end subgraph 主电机供电 L --> QF1 --> QS[主接触器主触点] --> M[Motor] N --> M end subgraph 控制回路 L1 --> S1[启动按钮NO] --> S2[停止按钮NC] --> |控制线圈 A1| KM1[主接触器KM1] KM1[辅助触点NO] --并联于S1-自锁--> KM1 KM1 --另一组常开触点---> |线圈 A1| KT1[断电延时继电器 KT1] KM1 --> |停止信号| KT1 KT1[线圈 A2] --> N1 end subgraph 风扇控制 L1 --> |控制线圈 A1| KM2[风扇接触器 KM2] KM2 --> KT1[KT1延时闭合触点 B1/C1] KT1 --> N1 KM2 --> N1 end subgraph 风扇供电 L --> QF1 --> FU2[熔断器] --> KM2[KM2主触点] --> Fan[Fan] N --> Fan end -
工作过程:
- 启动主电机: 按下启动按钮
S1,主接触器KM1线圈得电吸合。KM1主触点闭合,主电机得电运行。KM1辅助常开触点闭合自锁。KM1另一组辅助常开触点闭合-->KT1(断电延时继电器)线圈立即得电。- 此时
KT1的触点瞬时动作: 其常闭触点(图中未标号)瞬间断开(本例未用),其常开触点(示例中B1/C1)瞬间闭合。但由于风扇接触器KM2需要KM1已吸合后的电源路径(图中未明确,常需KM1辅助触点同时接通风扇控制回路电源),此刻风扇可能不启动(具体设计依赖实际接线)。
- 运行: 主电机运行。
KM1和KT1线圈一直保持得电状态。KT1常开触点B1/C1保持闭合。假设风扇需在运行中始终开启(如强制散热),则可通过KM1的另一组常开触点直接控制KM2,此时KT1仅负责延时关闭。 - 停止主电机(启动延时): 按下停止按钮
S2:KM1线圈断电释放。KM1主触点断开,主电机失电停止。KM1辅助触点断开 -->KT1线圈断电。- 此时
KT1的断电延时开始计时! - 在断电延时期间:
KT1的常开触点 B1/C1 仍保持闭合状态(因为延时未结束)。 - 因此,风扇接触器
KM2线圈仍通过仍闭合的KT1 B1/C1触点得电,风扇继续运行。
- 延时结束: 经过预设的延时时间(如30秒)后:
KT1内部的延时结束,其常开触点B1/C1 断开。KM2线圈断电释放。KM2主触点断开,风扇电机失电停止。- 整个停机过程(风扇延时关闭)完成。
- 启动主电机: 按下启动按钮
-
设计关键点:
- 线圈供电:
KT1的线圈(A1/A2)必须由控制主设备(如主电机接触器KM1)的运行信号(通常是其辅助常开触点)供电。这样KT1线圈仅在设备运行时得电。 - 触点使用: 根据控制要求选择
KT1的触点。- 最常见是使用其常开触点 (断电延时断开触点) 来控制需要延时关闭的负载(如风扇
KM2)。如上例中的B1/C1。 - 也可能使用其常闭触点 (断电延时闭合触点),较少见,用于断电后延时接通某回路。
- 最常见是使用其常开触点 (断电延时断开触点) 来控制需要延时关闭的负载(如风扇
- 电源依赖性: 电子式断电延时继电器需要稳定的控制电源。如果整个控制系统在断电后完全失电(无任何后备),则电子式无法工作(电容放完电)。某些高端型号或有特殊要求时,需考虑外部备用电源(如UPS)或选择气囊式(但后者精度差)。
- 触点容量: 注意所选
KT1触点的电压、电流容量是否能直接驱动风扇接触器KM2的线圈。若不能,需要用KT1的触点控制一个中间继电器,再用中间继电器驱动KM2。 - 时间设定: 根据散热、泄压、工艺需要准确设定延时时间。电子式通常通过旋转电位器刻度或设置数码值调节。
- 隔离: 若控制回路(
KT1线圈侧)与负载回路(KT1触点/KM2线圈侧)电压等级不同或有隔离需求,应选择具有隔离功能的继电器。
- 线圈供电:
总结
设计断电延时继电器的电路时,核心是理解并利用好其动作特性:线圈通电=立即动作;线圈断电=开始延时,延时结束才复位触点。 通过将其线圈的供电与主设备的运行状态(接触器辅助触点)关联,并合理运用其断电后延时断开的常开触点(最常用),即可实现各种断电后需要维持或延时执行一段时间的控制功能,如延时关闭风扇、照明、警报、泄压阀等,提高系统的安全性和可靠性。在设计时需特别注意继电器的类型(电子式/机械式)、触点容量、延时范围、电源依赖性和隔离要求。
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