時間繼電器在自動控制中的應用研究

周斌 封杰 吳育騰 周立波 鄭海涯 楊程

摘 要：時間繼電器具有集成度高、外圍電路簡單和在延時過程中延時顯示直觀等諸多優點，在各種電子產品中得到廣泛的應用。尤其是在自動控制領域，時間繼電器芯片已基本取代傳統的電動式時間繼電器或用RC 充電電路以及單結晶體管所完成的延時觸發時間控制電路時間繼電器，成為現代自動控制系統中不可或缺的部分。本文根據時間繼電器的基本理論和原理，分析了它在自動控制中的應用。

關鍵詞：時間繼電器;自動控制;工程應用

1時間繼電器的基本理論

1.1時間繼電器的概念

自動控制是指脫離了人的直接參與活動， 通過某些控制裝備使被控制的裝備還能像原定的計劃或是規律運行[1]。而時間繼電器作為一種輔助元件會用于各種保護和自動控制的裝置中，是目前自動控制系統中最基礎的輔助元件之一， 普遍應用于額定交流電壓在380V以下、頻率50Hz/60Hz和直流電壓220V及以下的自動控制電路中，使被控元件通過時間續電器達到時間控制和指示等作用， 在保護裝置中發揮著實現主保護與后備保護的選擇性配合的作用[2]。

1.2時間繼電器的工作原理

時間繼電器是一種自動化控制領域中重要元件，是一種延時功能由電子線路來實現的控制器，可廣泛適用于各種自動控制電路中作時間控制、指示等用途[3]。時間繼電器廣泛應用于生產、生活的各個領域，具有不可替代的作用。典型的時間繼電器由時基電路、分頻電路、計數電路顯示驅動電路和一些外圍設定和保護電路組成。下面的圖1給出了一個典型時間繼電器的原理框圖。

時間繼電器最主要的功能是延時，因此整個電路有三部分對其實現功能影響最大，分別是：產生時基信號的振蕩器、對信號實現分頻的分頻器和進行延時控制的計數器。

2時間繼電器校驗方法

2.1利用集中錄波變位信息或后臺變位信息進行校驗

當斷路器本體位置各相分、合位均接入故障錄波屏、測控屏時，可以利用故障錄波、后臺的斷路器位置變位信息對三相不一致時間繼電器進行校驗，但是存在誤差，誤差產生原因為：斷路器固有分閘時間，一般為幾十毫秒。

當接入錄波、測控的斷路器各相分、合閘位置信號為操作箱TWJ、HWJ信號時，雖能夠利用故障錄波、后臺的斷路器位置變位信息對三相不一致時間繼電器進行校驗，但是存在誤差，誤差產生原因為：斷路器固有分閘時間（一般為幾十毫秒）及TWJ、HWJ繼電器動作時間（一般為幾個毫秒）。

當接入錄波、測控的斷路器位置未按各相分、合位單獨接入時，此時無法利用故障錄波、后臺的斷路器位置變位信息對三相不一致時間繼電器進行校驗。

2.2 利用傳統繼電保護測試儀進行校驗

需要將繼電器拆下拿至繼電保護小室內進行校驗或是將繼電保護測試儀由兩人抬至場地斷路器機構處進行測試，且由于沒有專用的二次接線，導致接線不方便，存在接觸不良造成測試時間不準確、測試效率低、直流短路等風險，而且需要多人配合，測試結果會因為試驗接線不正確或者松動導致不準確，若一旦發生短路現象，有可能燒壞繼電器及繼電保護測試儀，導致工作無法正常進行，增加停電時間，不利于電網的安全穩定。需要人工記錄數據，容易丟失，且無法與上次進行對比分析。這種測試方法一個三相不一致繼電器往往需要半個多小時的時間，工作效率較低。另外，在智能站定檢工作中，往往只攜帶數字化保護測試儀，無法利用測試儀對斷路器本體三相不一致時間繼電器進行時間測試。

3固態時間繼電器測試系統研制

具體系統包括手持式測試儀主機、鋰離子可充電電池、測試開關等模塊組成，最主要的是主機中的單片機，單片機分別與所述升壓電路、電壓檢測模塊、觸點檢測模塊控制連接，所述升壓電路還與所述電壓檢測模塊控制連接，另外單片機能夠輸出指令控制升壓電路升壓至設定值，接收電壓檢測模塊的信息，輸出指令控制液晶顯示屏顯示準備就緒的信息，記錄測試開始的時間，接收觸點檢測模塊的信息，并根據各種輸入信息，計算出時間繼電器的動作時間，并輸出指令控制液晶顯示屏顯示計算結果。

3.1 系統的工作原理

單片機輸出控制升壓電路升壓至設定值的指令，接收電壓檢測模塊提示電壓已經達到設定值的信息，記錄開始測試的時間，接受觸點檢測模塊的信息，根據各種輸入信息，計算出測試結果。具體工作的原理為：所述升壓電路一方面與單片機連接，接受單片機輸出的指令，按要求通過電壓輸出端子將升壓后的電壓輸出到待測的時間繼電器。升壓電路另一方面連接電壓檢測模塊接受檢測，電壓檢測模塊判斷升壓電路是否升壓至設定值，電壓檢測模塊再將電壓達到設定值的時刻告知單片機，表明準備工作就緒，可以開始測試。

按下測試鍵后單片機記錄開始測試的時間，時間繼電器獲得升壓后的電壓，經過一定時間的延時開始接點動作，觸點檢測模塊一方面和單片機連接，另一方面通過觸點檢測端子與被測的時間繼電器連接，檢測到時間繼電器接點動作后，將開始接點動作的時刻告知單片機，參與結果計算，接點開始動作的時刻與測試開始時間之間的時間差，即為所要測試的繼電器的動作時間。

3.2 系統的實現

（1）固態時間繼電器測試系統研制。工作方式1：電源適配器：AC220V輸入，DC5V輸出，可對內置電池進行充電;工作方式2：內置電池可靠工作時長：0.5h-1h以上測試電源輸出電壓：DC +110V 及 DC-110V 測試插腳（6個標準孔）

1、節點兩對（節點1開入端1、節點1開入端2;節點2開入端1、節點2開入端2）2、電源正輸出（+110V），電源負輸出（-110V）測試線及線頭要求：

1、二次線8組，每組兩顆，每顆長度1m。二次線一頭與測試儀標準孔對接，一頭為針式接頭，用于SJ2形式的繼電器連接。2、配備足夠數量二次線轉換頭，主要適用于針插式繼電器進）。

存儲記錄：200條以上測試報告模板（同時顯示節點1測試結果及節點2測試結果）1、節點1測試結果：被測繼電器名稱、繼電器型號、測試時間（年月日）、動作時間值（ms）2、節點2測試結果：被測繼電器名稱、繼電器型號、測試時間（年月日）、動作時間值（ms）

測試功能：時間繼電器動作時間，尺寸：200 x 120 x 60 mm，重量：1.5kg以下;鍵盤：英文/數字鍵盤，

外觀布局：1、6個測試孔布局在測試儀頭部，電源與節點應盡量遠離，電源正用紅色、電源負用黑色，節點顏色與電源顏色應明顯區別;2、測試儀上部為屏幕區;3、測試儀下部為按鍵區。存儲接口：USB接口，時間記錄精度：0.1ms。

（2）智能控制系統開發。采用集成電路控制，支持二次開發，預留兩組以上控制信號輸出接線端子。

（3）程序編制。滿足工作邏輯功能，裝置可實現自動測試。

4結語

本研究主要簡要的分析時間繼電器在自動控制應用當中的應用作用，時間繼電器的發展和技術的革新是亟待自動控制系統當中發揮的重要，特別是在時間精度和延時方式上都取得了較為長遠的進步，研究時間繼電器在自動控制系統當中的應用作用，能夠確保時間繼電器更好的發展，也可以促使其不斷地滿足當前社會發展的需要。

參考文獻：

[1] 馬懷征. 綜述自動控制理論[J]. 科技與企業， 2013（24）.

[2] 原宇光， 于波. 關于時間繼電器的應用分析[J]. 黑龍江科技信息， 2007（02）：50.

[3] 楊鳳蘭. 時間繼電器校準方法及測量結果的不確定度評定[J]. 計量技術， 2007（07）：67-68.