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時(shí)間繼電器

時(shí)間繼電器   時(shí)間繼電器是一種利用電磁原理或機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的控制電器。它的種類很多,有空氣阻尼型、電動(dòng)型和電子型和其他型等。
時(shí)間繼電器原理
  在交流電路中常采用空氣阻尼型時(shí)間繼電器 ,它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時(shí)動(dòng)作的。它由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)三部分組成。
  凡是繼電器感測(cè)元件得到動(dòng)作信號(hào)后,其執(zhí)行元件(觸頭)要延遲一段時(shí)間才動(dòng)作的繼電器稱為時(shí)間繼電器
時(shí)間繼電器類型及特點(diǎn)
  1、空氣阻尼式時(shí)間繼電器又稱為氣囊式時(shí)間繼電器,它是根據(jù)空氣壓縮產(chǎn)生的阻力來進(jìn)行延時(shí)的,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,延時(shí)范圍大(0.4~180s),但延時(shí)精確度低。
  2、電磁式時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間短(0.3~1.6s),但它結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,通常用在斷電延時(shí)場(chǎng)合和直流電路中。
  3、電動(dòng)式時(shí)間繼電器的原理與鐘表類似,它是由內(nèi)部電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而獲得延時(shí)的。這種繼電器延時(shí)精度高,延時(shí)范圍寬(0.4~72h),但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,價(jià)格很貴。
  4、晶體管式時(shí)間繼電器又稱為電子式時(shí)間繼電器,它是利用延時(shí)電路來進(jìn)行延時(shí)的。這種繼電器精度高,體積小。
  時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種類型。
  以空氣阻尼式時(shí)間繼電器為例來說明時(shí)間繼電器的工作原理
  空氣阻尼型時(shí)間繼電器的延時(shí)范圍大(有0.4~60s和0.4~180s兩種) ,它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但準(zhǔn)確度較低。
  當(dāng)線圈通電時(shí),銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移,使瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時(shí)跟著銜鐵一起下落,因?yàn)榛钊麠U的上端連著氣室中的橡皮膜,當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運(yùn)動(dòng)時(shí),橡皮膜隨之向下凹, 上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過一定時(shí)間,活塞桿下降到一定位置,便通過杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作,使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開,動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線圈通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作,這段時(shí)間就是繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的大小來改變。
  吸引線圈斷電后,繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原??諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。
  時(shí)間繼電器:當(dāng)加上或除去輸入信號(hào)時(shí),輸出部分需延時(shí)或限時(shí)到規(guī)定的時(shí)間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。
  a,電磁時(shí)間繼電器:當(dāng)線圈加上信號(hào)后,通過減緩電磁鐵的磁場(chǎng)變化而后的延時(shí)的時(shí)間繼電器。
  b,電子時(shí)間繼電器:由分立元件組成的電子延時(shí)線路所構(gòu)成的時(shí)間繼電器,或由固體延時(shí)線路構(gòu)
  成的時(shí)間繼電器。
  c,混合式時(shí)間繼電器:由電子或固體延時(shí)線路和電磁繼電器組合構(gòu)成的時(shí)間繼電器。
時(shí)間繼電器的應(yīng)用
  2.典型時(shí)間繼電器線路
  原理分析:
  該延時(shí)電路的核心IC是由14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器構(gòu)成,IC內(nèi)部由振蕩器和14級(jí)分頻器組成,振蕩器部分可由電阻Rt和電容Cr構(gòu)成振蕩器,產(chǎn)生固定的振蕩頻率,主振產(chǎn)生的矩形波可進(jìn)入14級(jí)分頻器,并通過10個(gè)輸出端得到不同的分頻系數(shù)(分頻最小可得到16分頻Q4,最大可得到16384分頻Q14),便可得到所需的定時(shí)控制。待分頻延時(shí)到達(dá)后,輸出端的高電平使驅(qū)動(dòng)電路三極管導(dǎo)通工作,從而使執(zhí)行繼電器工作,相應(yīng)的延時(shí)觸點(diǎn)對(duì)所需外圍線路進(jìn)行定時(shí)控制,IC振蕩也隨輸出的高電平經(jīng)V6使之停振。發(fā)光管V1也隨繼電器同時(shí)工作,起到延時(shí)到達(dá)指示。
  集成的公共清零端Cr(12腳)在電路上電的同時(shí)由C4、R3組成的微分電路上產(chǎn)生瞬間尖脈沖,使計(jì)數(shù)器的輸出端復(fù)位清零,并同時(shí)使振蕩停振。待上電瞬間結(jié)束后,振蕩器開始振蕩工作,電路即進(jìn)入分頻延時(shí)工作狀態(tài)。
  振蕩器參數(shù)設(shè)置
  振蕩頻率f 與RC有以下近似關(guān)系f=1/2.2Rt?Cr(Vdd=10V)。如考慮振蕩器的穩(wěn)定性,減少由于器件參數(shù)的差異而引起的振蕩周期的變化Rs>Rt(Rs=10Rt時(shí),振蕩周期基本上不隨Vdd的變化而變化)為保證振蕩能可靠起振。在選擇Rt與Ct時(shí)應(yīng)注意其條件,Rt>1KΩ?Cr>1000Pf,否則很難保證振蕩電路可靠起振。
  在實(shí)際使用的時(shí)間繼電器,往往需要控制時(shí)間連續(xù)可調(diào),為保證時(shí)間可調(diào),則振蕩回路Rt可選擇線性較好X型可調(diào)電位器。延時(shí)電容可選擇穩(wěn)定性好的CBB聚丙烯電容,時(shí)間繼電器標(biāo)牌延時(shí)刻度可根據(jù)所選擇的可調(diào)電位器機(jī)械行程的偏轉(zhuǎn)角度來定,從而使設(shè)定時(shí)間值(標(biāo)牌刻度示值)與實(shí)際延時(shí)值相吻合,以減少整定誤差。
  譬如要設(shè)置10s,可將Rt選擇,1MΩ可調(diào)電位器,Ct可選擇104 pF,輸出分頻端從15腳Q10引出,則最大
  延時(shí)值為11S,因集成是在時(shí)鐘脈沖下降沿的作用下作增量計(jì)數(shù),則最大延時(shí)時(shí)間Tmax=2 n-1 ? t= 2 10-1 ?2?2? RtCt= 2 9 ?2?2? 106×104×10-12 =11s。
  當(dāng)4060集成振蕩器部分也可配晶振,使之構(gòu)成典型的晶體振蕩器,在此就不多加贅述。
  該專用芯片采用CMOS工藝,具有微功耗,抗干擾能力強(qiáng)(內(nèi)部采用硬件編程),外配石英振蕩器,多種時(shí)基選擇,具有通電延時(shí)和間隔定時(shí)兩種工作模式。四位延時(shí)整定,具有BCD碼輸出,可配譯碼器LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示延時(shí)時(shí)間。具有延時(shí)精度高、顯示直觀、延時(shí)整定方便等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有逐步替代常規(guī)的CMOS計(jì)時(shí)分頻集成電路的趨勢(shì)。
  在專用芯片OSC1、OSC2、OSC3外接晶振以及電阻構(gòu)成并聯(lián)晶體振蕩器產(chǎn)生32768Hz主脈沖,主脈沖分別進(jìn)入芯片內(nèi)置的時(shí)序電路和分頻器時(shí)基選擇電路,使之產(chǎn)生時(shí)序脈沖,并在P1、P2、P3、P4輸出BCD碼,P5產(chǎn)生相應(yīng)的秒脈沖。P5產(chǎn)生的秒脈沖在配相應(yīng)的元器件后可反映時(shí)間繼電器的工作狀態(tài),當(dāng)延時(shí)來到時(shí),秒脈沖可使線路的LED發(fā)光管處于閃爍狀態(tài),待延時(shí)到達(dá)后,LED為常亮狀態(tài),而在此時(shí),D1、D2、D3、D4產(chǎn)生位置顯示掃描脈沖以及時(shí)基脈沖。
  時(shí)間設(shè)置可通過SA1、SA2、SA3、SA4撥碼開關(guān)進(jìn)行個(gè)、十、百、千的“8、4、2、1”設(shè)定至芯片寄存器中,以備在芯片內(nèi)部比較電路中進(jìn)行比較。K3與K4分別可設(shè)定工作模式和時(shí)基選擇,并將設(shè)定輸入到芯片內(nèi)部工作模式寄存器和時(shí)基寄存器中,在芯片外部配相應(yīng)的電源和7段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器,則可顯示延時(shí)值。當(dāng)延時(shí)顯示值與撥碼設(shè)定值相吻合后,芯片內(nèi)部所設(shè)定的比較電路工作使芯片12端OUT輸出高電平來驅(qū)動(dòng)三極管V1導(dǎo)通,從而使執(zhí)行繼電器吸合工作,延時(shí)觸頭對(duì)外圍線路進(jìn)行控制。
  另外,該專用芯片有7種時(shí)基供選擇,分別由D1、D2、D3與P5構(gòu)成相應(yīng)的二進(jìn)制碼來進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定選擇時(shí)基可用符合下述二進(jìn)制碼的特制撥碼開關(guān)完成,以方便用戶的時(shí)基選擇。如用戶有特殊需求,片1腳GATE還具有累加計(jì)時(shí)功能,1腳在低電平時(shí)分頻器連續(xù)工作,當(dāng)接入高電平時(shí)計(jì)數(shù)器分頻器暫停工作。當(dāng)外接2變成低電平后,計(jì)時(shí)顯示又可在原計(jì)時(shí)顯示基礎(chǔ)上累加計(jì)時(shí),從而可實(shí)現(xiàn)累加計(jì)時(shí)功能。在工作原理圖中開關(guān)K2可實(shí)現(xiàn)此功能。
  K3為工作模式選擇,當(dāng)K3接通時(shí),時(shí)間繼電器的工作模式為間隔定時(shí),也就是當(dāng)時(shí)間繼電器接通工作電源后,芯片OUT輸出端先輸出高電平,致使內(nèi)部執(zhí)行繼電器工作,待所設(shè)定的延時(shí)到達(dá)后OUT無高電平輸出,執(zhí)行繼電器釋放;如K3不接通,時(shí)間繼電器為常規(guī)的通電延時(shí)型,
  工作狀態(tài)與間隔定時(shí)相反。
  總之,針對(duì)時(shí)間繼電器的工作特點(diǎn)而研制的時(shí)間專用芯片有其多時(shí)基選擇、時(shí)間預(yù)置方便、顯示直觀、時(shí)間整定誤差小等優(yōu)點(diǎn),是常規(guī)的CMOS計(jì)數(shù)分頻集成電路無法來實(shí)現(xiàn)的。
  典型應(yīng)用控制線路分析
  在常規(guī)Y-△的電動(dòng)機(jī)控制線路中,時(shí)間繼電器的延時(shí)控制使電機(jī)在Y形啟動(dòng)切換至△形運(yùn)行起到有效的控制。
  按下Y-△控制回路啟動(dòng)按鈕SB2,時(shí)間繼電器KT得電,在得電的同時(shí)KT的瞬動(dòng)觸點(diǎn)對(duì)SB2形成自鎖,KM3接觸器線圈得電,KM3主觸頭閉合,其常開輔助觸頭閉合,主回路KM1接觸器得電,主回路接通;KM3常閉輔助觸頭斷開,確保接觸器KM3工作時(shí),KM2不能投入工作,此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于Y形啟動(dòng)狀態(tài)。
  當(dāng)時(shí)間繼電器KT延時(shí)到達(dá)后(KT的時(shí)間設(shè)置可根據(jù)所控制Y-△啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率來設(shè)定)。時(shí)間繼電器的延時(shí)常開和延時(shí)常閉觸頭轉(zhuǎn)換,致使交流接觸器KM3線圈失電,主觸頭斷開,交流接觸器KM2得電,其輔助觸頭對(duì)KM1、KT觸點(diǎn)進(jìn)行自鎖,保證交流接觸器KM2吸合工作,使電機(jī)在△形運(yùn)行。
  時(shí)間繼電器電磁兼容性
  時(shí)間繼電器的使用環(huán)境
  時(shí)間繼電器作為自動(dòng)控制器件應(yīng)用較廣泛,尤其是在涉及低壓電器控制網(wǎng)絡(luò)中有較多電器設(shè)備環(huán)境中使用時(shí)電磁干擾問題更趨于嚴(yán)重。組成時(shí)間繼電器的內(nèi)部元器件的損壞這時(shí)已不是引起時(shí)間繼電器故障(失效)的主要原因,而在于應(yīng)用場(chǎng)合中的各種干擾通過電磁耦合、電容耦合直接進(jìn)入時(shí)間繼電器,干擾其正常的延時(shí)控制。時(shí)間繼電器在此干擾環(huán)境下能否正常工作往往會(huì)影響到整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常邏輯功能,甚至還可能造成大的質(zhì)量事故和經(jīng)濟(jì)損失。所以時(shí)間繼電器在各種惡劣環(huán)境都應(yīng)有較高的可靠性和抗干擾能力,也就是說時(shí)間繼電器必須有良好的電磁兼容性能,只有這樣才能完善其產(chǎn)品質(zhì)量,提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
  時(shí)間繼電器的抗電磁干擾措施
  工作電源部分的抑制措施
  在實(shí)際工作使用中,一般采用下述方法來進(jìn)行抑制,提高其產(chǎn)品的抗干擾能力。
  采用隔離變壓器;選擇合適的壓敏電阻;在供電輸出口加高頻旁路電容等方法提高產(chǎn)品的抗干擾能力。
  執(zhí)行繼電器的抗干擾
  當(dāng)執(zhí)行繼電器的繞組(感性負(fù)載)被接通和斷開時(shí)。線圈中會(huì)產(chǎn)生一連串上升速度快,頻率和幅度都相當(dāng)高的尖峰脈沖電磁振蕩輻射,對(duì)直流繼電器繞組通常采用以下方法來減少干擾:
  在線圈兩端反并二極管或RC器件,如控制觸點(diǎn)對(duì)交流感性負(fù)載的控制,也可考慮在觸點(diǎn)并接RC 器件,從而能對(duì)觸點(diǎn)在通斷時(shí)產(chǎn)生的干擾進(jìn)行有效的吸收。
  屏蔽
  屏蔽能有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾,一則可限制內(nèi)部產(chǎn)生的電磁能輻射出去;二則可防止外來 輻射進(jìn)入,在對(duì)內(nèi)部電子線路采用整體屏蔽措施,也可對(duì)內(nèi)部信號(hào)線采用屏蔽線,增強(qiáng)其抗干擾能力。

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