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電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路原理分析和維修

 飛馬聚英堂 2015-07-28
圖2 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)反限保護(hù)特性曲線
過載保護(hù)運(yùn)行閥值的整定點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95~1.05左右,即運(yùn)行電流在額定電流的1.1倍以下時(shí),電動(dòng)機(jī)能長期運(yùn)行不應(yīng)該產(chǎn)生保護(hù)停機(jī)動(dòng)作;過載程度繼續(xù)加大時(shí),保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)隨過流程度而縮短。一般認(rèn)為,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的4~7倍,保護(hù)動(dòng)作應(yīng)該既能避開正常的起動(dòng)電流,又能在過載時(shí),實(shí)施有效的停機(jī)保護(hù)。比如在4倍額定電流時(shí),延時(shí)10s產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作,在7倍額定電流時(shí),延時(shí)2s即應(yīng)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作。對(duì)運(yùn)行中的短時(shí)過載,有一定的時(shí)間延時(shí)處理,不會(huì)產(chǎn)生誤保護(hù)動(dòng)作,對(duì)長時(shí)間過載,則能作出有效的反應(yīng)。
2)電動(dòng)機(jī)的短路
短路保護(hù)是過載保護(hù)的一個(gè)極限情況。三相交流電動(dòng)機(jī)的短路故障,有單相接地短路故障、相間短路故障等,當(dāng)電纜短路時(shí),更直接造成對(duì)三相電源的短路。電機(jī)內(nèi)部短路大都是電機(jī)絕緣損壞引起的,表現(xiàn)為線圈匝間短路、層間短路、相間短路和對(duì)地(電機(jī)外殼、轉(zhuǎn)子)短路等。單相對(duì)地短路,一般不會(huì)燒毀電機(jī),據(jù)外殼接地電阻的不同,形成大小不同的接地電流;(兩相或三相)相間短路時(shí),會(huì)形成較大的短路電流,通常會(huì)使電機(jī)嚴(yán)重?zé)龤А?br>一般,將大于電動(dòng)機(jī)8倍額定電流,視為短路電流。對(duì)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù),要求實(shí)施速斷保護(hù),時(shí)間常數(shù)越小越好(動(dòng)作越快越好)。
另外,當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中因機(jī)械原因出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)時(shí),其堵轉(zhuǎn)電流有可能達(dá)到額定電流的5~8倍,在運(yùn)行中出現(xiàn)5倍以上額定電流時(shí),視為電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)故障,也應(yīng)實(shí)施相應(yīng)的反時(shí)限保護(hù)。
3)電機(jī)機(jī)的斷相
電動(dòng)機(jī)的斷相運(yùn)行,可分為以下幾種情況:
a、供電電源缺相。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前斷相,會(huì)造成起動(dòng)困難或無法起動(dòng),起動(dòng)聲音異常,無保護(hù)時(shí)電機(jī)因堵轉(zhuǎn)極易燒毀;在運(yùn)行中斷相,輕載時(shí)尚能運(yùn)轉(zhuǎn),但運(yùn)行電流嚴(yán)重不平衡,可能出現(xiàn)過流運(yùn)行。重載時(shí)易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、嚴(yán)重過載而損壞。
b、電動(dòng)機(jī)繞組斷路故障。供電電源正常,因電動(dòng)機(jī)繞組斷路故障出現(xiàn)斷相運(yùn)行,運(yùn)轉(zhuǎn)無力,電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大,故障現(xiàn)象同a;
c、電動(dòng)機(jī)電纜斷路故障。故障現(xiàn)象同供電電源缺相。
電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的出現(xiàn),為完善地實(shí)施電動(dòng)機(jī)的過載、短路和斷相保護(hù)提供了可能,一定程度上取代了熱繼電器,提升了控制功能和保護(hù)效果。本章內(nèi)容的重點(diǎn)是對(duì)各種電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路的原理分析和故障維修指導(dǎo),對(duì)電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器以下簡(jiǎn)稱為電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。
2、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)故障信號(hào)的采樣方法:
1)對(duì)過載、短路故障信號(hào)的采樣。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行中的過載和短路故障,體現(xiàn)在流經(jīng)電動(dòng)機(jī)繞組的異常增大的電流值上,一般電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路是采用3只電流互感器采樣運(yùn)行電流信號(hào),將采樣信號(hào)與電流基準(zhǔn)信號(hào)相比較,判斷是否處于過載或短路故障狀態(tài),故障時(shí)輸出停機(jī)信號(hào)。電路采集處理的為模擬電壓信號(hào)——電流互感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)電壓,送入電壓比較器電路,得到故障信號(hào)輸出。
當(dāng)產(chǎn)生單相對(duì)地短路故障信號(hào)的采樣,可通過零序電流互感器取得,原理同漏電保安器?;虿蓸与姍C(jī)外殼電壓,取得漏電信號(hào)。
2)對(duì)斷相故障信號(hào)的采樣。如上所述,電動(dòng)機(jī)的斷相故障表現(xiàn)為電源缺相、電動(dòng)機(jī)電纜斷路、電動(dòng)機(jī)繞組斷路等不同故障內(nèi)容,若采用對(duì)三相電源電壓進(jìn)行采樣的方法,僅能對(duì)電源缺相故障進(jìn)行保護(hù),無法完成對(duì)后兩種缺相故障的檢測(cè),是不究竟的一個(gè)方法。根本的方法,是采用對(duì)三相電流進(jìn)行采樣來判斷缺相故障的方法,對(duì)三種缺相故障都能做出準(zhǔn)確反應(yīng),采取相應(yīng)的技術(shù)措施,還能對(duì)三相電流不平衡作出判斷。
一般對(duì)缺相運(yùn)行的判斷,不是著眼于電流信號(hào)幅度的大小,而是著重于三相電流信號(hào)的有無,比較三相電流信號(hào)的有無,得到斷相故障信號(hào)。因而通常是將電流檢測(cè)信號(hào)處理為數(shù)字信號(hào),經(jīng)邏輯運(yùn)算,得到斷相故障保護(hù)信號(hào)。
3、電動(dòng)機(jī)的保護(hù)器的典型電路結(jié)構(gòu):


圖3 電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的典型結(jié)構(gòu)
從上圖可以看到,3只電流互感器LH1~LH3,將電動(dòng)機(jī)的三相運(yùn)行電流信號(hào)取出,分別送入后級(jí)過載、短路信號(hào)采樣處理電路和斷相信號(hào)采樣處理電路,處理成開關(guān)量信號(hào)再送入信號(hào)輸出電路和故障信號(hào)指示電路,輸出電路的形式也有多種,一般為繼電器接點(diǎn)信號(hào)輸出,或晶閘管器件開關(guān)信號(hào)輸出,或晶體管開路集電極信號(hào)輸出等。
需要說明的是:部分電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,采用微控制器處理電流采樣和電壓采樣信號(hào)(但電流信號(hào)采樣電路的前級(jí)電路同本章所述電路相似),可從操作顯示面板設(shè)置故障動(dòng)作電流值,并可以監(jiān)看運(yùn)行電流值、電壓電壓值等,其功能更為強(qiáng)大,智能化程度更高,但應(yīng)用面不夠廣泛。另外有的產(chǎn)品,如變頻器,軟起動(dòng)器等產(chǎn)品,其過載、短路及斷相保護(hù)電路作為控制電路的一個(gè)有機(jī)組成部分。本章所述電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,系全部采用模擬或數(shù)字電路硬件電路的,作為一個(gè)獨(dú)立部件被應(yīng)用的保護(hù)裝置(產(chǎn)品)。
本節(jié)內(nèi)容將這兩種型號(hào)的保護(hù)器電路放在一起,一是因?yàn)槠潆娐方Y(jié)構(gòu)與原理近似,二是多家低壓電器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)此類產(chǎn)品,其它型號(hào)如JD-5、JDB-80,電路結(jié)構(gòu)也與本文電路相似或相同,這類保護(hù)器在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)柜的生產(chǎn)和組裝中得到了廣泛的應(yīng)用。但缺點(diǎn)是該類產(chǎn)品的控制接線稍嫌復(fù)雜。在停機(jī)狀態(tài),顯示斷相故障,處于斷相保護(hù)中。輸出控制接點(diǎn)為常閉型觸點(diǎn),過載或斷相故障發(fā)生時(shí)動(dòng)作,觸點(diǎn)開斷,送出停機(jī)信號(hào)。
從各個(gè)工控網(wǎng)站眾多網(wǎng)友的發(fā)帖中,可以得知,不少人對(duì)這類電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的接線和控制原理不甚了解,故據(jù)手頭所繪(實(shí)物)電路圖,對(duì)其電路原理和控制特點(diǎn),做一個(gè)較為深入的分析,希望能對(duì)大家提供一點(diǎn)有益的參考。
1、保護(hù)器的控制接線


圖4保護(hù)器的控制接線圖
保護(hù)器控制接線見上圖,保護(hù)器有4個(gè)控制接線端子,1、2端子為保護(hù)器電源輸入(同時(shí)也是主電路接觸器線圈的電源控制端),可據(jù)要求選用380V或220V供電級(jí)別(上圖保護(hù)器采用380V控制電源),3、4為端子內(nèi)部常閉接點(diǎn),輸出故障動(dòng)作信號(hào)。上圖的控制接線,JD6保護(hù)器與接觸器線圈是一同得電的(保護(hù)器先于接觸器線圈得電時(shí),報(bào)斷相故障控制接點(diǎn)動(dòng)作?。?、4端子內(nèi)部常閉點(diǎn)串接于KM1的自鎖回路,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),KM1的自鎖被“破壞”,接觸器KM1與保護(hù)器JD6一同失電。保護(hù)器的端子內(nèi)部電路請(qǐng)參見下圖6、圖7。
2、時(shí)基電路NE555的電路原理簡(jiǎn)析
以上所述幾個(gè)型號(hào)的電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,電路的核心器件多采用時(shí)基電路NE555。本節(jié)保護(hù)器電路,采用NE555、NE556電路,故分析整機(jī)電路之前,先將NE555的性能與原理做一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。
NE555為原創(chuàng)產(chǎn)品型號(hào),以后有眾多仿制產(chǎn)品問世,如LM555、μA555、CA555、CB555等,統(tǒng)稱為555,一般為8腳雙列封裝,都可以代換使用。少數(shù)產(chǎn)品如RV6555DC、LB8555、M52051等,采用16腳雙列封裝,代換時(shí)需予注意引腳功能的不同。NE555電路芯片應(yīng)用靈活,經(jīng)常用來組成單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路及無穩(wěn)態(tài)電路三種電路形式,在工業(yè)(電子)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用用555芯片構(gòu)成的電路與時(shí)間控制有關(guān),所以又稱為時(shí)間電路或時(shí)基電路。


圖5 時(shí)基電路NE555等效功能框圖
NE556內(nèi)含又時(shí)基電路,為雙列14腳封裝,相當(dāng)于集成了兩片NE555電路。上述555電路內(nèi)部集成電路為雙極型晶體管器件,適應(yīng)電源電壓范圍5~15V。
而ICM7555、ICM7556器件,其電路結(jié)構(gòu)與NE555、NE556相同,但內(nèi)部集成器件為CMOS場(chǎng)效應(yīng)器件,同類器件型號(hào)有:555CMS、556CMS、μPD5555、μPD5556、LMC555、LMC556、TLC555、TLC556和5G7555、5G7556等,適用電源電壓范圍為2~18V,器件功率損耗更低,適用供電范圍更寬。
若供電條件滿足,一般情況下(不考慮工作電流的差異時(shí)),雙極型器件和CMOS器件的555、556也可以互換。
上圖5為555時(shí)基電路的等效功能框圖,555器件是模擬電路和數(shù)字電路的“混成”電路,內(nèi)含兩組比較放大器A1、A2,兩路與非門電路1、2、反相驅(qū)動(dòng)器N1和放電晶體管Q1。A1、A2比較器的輸出分別作為與非門1、2的復(fù)位(R)置位(S)信號(hào),以控制由門1、門2構(gòu)成的R-S觸發(fā)器的狀態(tài)。R-S觸發(fā)器的輸出,直接控制放電晶體管T1的通斷,又經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器,提供信號(hào)輸出。
555電路芯片和各腳功能:8腳、1腳為供電腳;4腳為主復(fù)位控制端,又稱為優(yōu)先復(fù)位端,當(dāng)4腳為強(qiáng)制0電平時(shí),不管A1、A2的輸入/輸出狀態(tài)如何,3腳輸出Vo=0;3腳為輸出端;5腳為控制端,增加外電路時(shí),可改變芯片內(nèi)部固定分壓值,從而改變輸入觸發(fā)信號(hào)和門限信號(hào)的電壓閥值;7腳為放電端,與3腳輸出狀態(tài)相反,通常用于對(duì)2、6腳外接電容進(jìn)行放電控制,完成定時(shí)控制和電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換;2腳為觸發(fā)信號(hào)輸入端,6腳為門限電壓輸入端,兩引腳輸入信號(hào)決定著輸出狀態(tài)。555芯片作為觸發(fā)器來應(yīng)用時(shí),2腳又稱為置位(S)端(下降沿信號(hào)輸入有效),6腳又稱為復(fù)位(R)端(上升沿信號(hào)輸入有效)。
555電路芯片的工作原理:
A1比較器的同相端和A2比較器的反相端分別為3只5k電阻分壓設(shè)定為2/3Vcc和1/3Vcc,當(dāng)主復(fù)位控制端4腳為“1”高電平時(shí),2、6腳輸入的觸發(fā)和門限電壓信號(hào)既可以是數(shù)字信號(hào),也可以是模擬電壓信號(hào),而且通過5腳外加電路的調(diào)整,可以改變2、6腳輸入信號(hào)的動(dòng)作閥值。
在5腳空置的情況下,和4腳為高電平時(shí),電路依據(jù)2、6腳輸入電壓信號(hào)幅度與1/3Vcc和2/3Vcc閥值電壓的比較,決定輸出狀態(tài)。當(dāng)2腳輸入電壓值<1/3Vcc和6腳輸入電壓值<2/3Vcc時(shí),電路處于輸出置位狀態(tài),Vo=1;當(dāng)2腳輸入電壓值>1/3Vcc和6腳輸入電壓值>2/3Vcc時(shí),電路處于輸出復(fù)位狀態(tài),Vo=0;當(dāng)2腳輸入電壓值<1/3Vcc和6腳輸入電壓值>2/3Vcc,為不允許輸入狀態(tài)。
3、HBHQ-0-1電動(dòng)機(jī)斷相過載保護(hù)器
HBHQ-0-1電動(dòng)機(jī)斷相過載保護(hù)器整機(jī)電路,由控制電源、斷相保護(hù)電路和過載保護(hù)電路組成。


圖6 HBHQ-0-1電動(dòng)機(jī)斷相過載保護(hù)器整機(jī)電路
〔電源電路〕由電源變壓器降壓取得交流12V電壓,經(jīng)簡(jiǎn)單整流濾波,得到直流控制電壓,LED1用作電源指示,但實(shí)際標(biāo)注為“運(yùn)行”指示,這時(shí)因?yàn)榭刂平泳€原因,使保護(hù)器和主回路接觸器一同得到電源,故障停機(jī)時(shí)一同失掉電源的緣故。
〔斷相保護(hù)電路〕LH1~LH3電流互感器感應(yīng)電流信號(hào)經(jīng)整流濾波,變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào),提供Q1~Q3晶體管的基極偏流,3只晶體管串聯(lián)成一體。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí),Q1~Q3均處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),Q1的集電極電壓基本上為電源的地電平,二極管D3反偏截止,U2電路無高平信號(hào)輸入,也不產(chǎn)生保護(hù)停機(jī)信號(hào)輸出。
當(dāng)發(fā)生斷相故障時(shí),如LH1電流互感器因斷相感應(yīng)信號(hào)為零時(shí),Q2失去偏流由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂?,Q1集電極上升為高電平,二極管D3正向?qū)?,將斷相故障信?hào)輸入U(xiǎn)2觸發(fā)器電路,U2輸出停機(jī)保護(hù)信號(hào)。
〔過載保護(hù)電路〕U1(NE555)電路與R2、C2等元件組成了“變形多諧振蕩器(無穩(wěn)態(tài))電路”,擔(dān)負(fù)著輸出過載保護(hù)信號(hào)的任務(wù)。保護(hù)器上電瞬間,因C2電容兩端電壓不能突變的緣故,U1的2、6腳輸入電壓信號(hào)低于1/3VCC,電路處于置位狀態(tài),3腳輸出高電平,“過載”指示燈無電流流通而熄滅,晶體管Q4飽和導(dǎo)通,二極管D2反偏截止,U2無高電平過載保護(hù)信號(hào)輸入;
正常運(yùn)行情況下,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流值在1.1倍額定電流以內(nèi),從電流互感器LH4感應(yīng)的運(yùn)行電流信號(hào)經(jīng)D1、C1整流濾波后的直流電壓值低于2/3VCC,U1維持原輸出狀態(tài)不變。半可變電位器RP1作為LH1的負(fù)載電阻,起到將感應(yīng)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的作用,同時(shí)RP1用于過載保護(hù)動(dòng)作閥值的整定——對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)額定電流的大小進(jìn)行整定。此時(shí)放電端7腳內(nèi)部晶體管處于截止(高阻)狀態(tài),對(duì)外電路沒有影響。
過載情況下(或上電起動(dòng)時(shí)隨著起動(dòng)電流的上升),D1、C1整流濾波得到的電流信號(hào)電壓上升,當(dāng)U1的2、6腳所接電容C2充電電壓超過2/3Vcc時(shí),電路進(jìn)入復(fù)位狀態(tài),輸出腳變?yōu)榈仉娖?,過載指示燈點(diǎn)亮,晶體管Q4失去基極偏壓而截止,二極管D2的正端獲得高電平電壓由截止轉(zhuǎn)為正向?qū)?,將過載保護(hù)信號(hào)送入U(xiǎn)2停機(jī)信號(hào)輸出電路。同時(shí)U1的7腳內(nèi)部放電管對(duì)地導(dǎo)通,一方面將經(jīng)過R1輸入的過電流信號(hào)短接到地,一方面經(jīng)R2提供C2的放電通路。當(dāng)C2上電壓下降為1/3VCC電壓值時(shí),U1輸出狀態(tài)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn),晶體管Q4又再度導(dǎo)通,U1向U2的電動(dòng)機(jī)過載信號(hào)的傳輸通道被暫時(shí)切斷。同時(shí),U1的7腳內(nèi)部放電管又再度截止,C2放電結(jié)束。顯然,當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載的發(fā)生為短時(shí)或瞬時(shí)信號(hào)時(shí),U1只有一個(gè)短時(shí)的向U2發(fā)送過載信號(hào)的時(shí)間(取決于R2、C2電路的時(shí)間常數(shù)),當(dāng)運(yùn)行中過載時(shí)間變長,或起動(dòng)過程中產(chǎn)生過載時(shí),D1、C1整流所得電流信號(hào)電壓,再度為C2充電,使C2上電壓上升為2/3Vcc時(shí),U1輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn),重新接通向U2傳輸過載信號(hào)的通道。在過載較長時(shí)間發(fā)生的過程中,過載指示燈反復(fù)幾次出現(xiàn)熄滅和點(diǎn)亮,說明U1產(chǎn)生了數(shù)次“振蕩輸出”。
〔停機(jī)信號(hào)輸出電路〕RP4、C4、U2等電路組成停機(jī)信號(hào)輸出電路。其中RP4、C4為過載延時(shí)電路,一是提供一定的延時(shí),避過電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生的過載信號(hào),二是在運(yùn)行中發(fā)生過載時(shí),按反時(shí)限保護(hù)特性要求,延時(shí)輸出過載保護(hù)信號(hào)。D2、D3為隔離二極管,在U1輸入過載信號(hào)時(shí),經(jīng)R5、RP2、R6提供C4的充電電流,U1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí),D2反偏截止,“截?cái)唷盋4的放電電流回路,從而在U1的“振蕩輸出”信號(hào)作用下,C4上信號(hào)電壓能“逐漸累加并升高”,當(dāng)過載達(dá)到一定的時(shí)間后,使過載信號(hào)生效,U2輸出停機(jī)保護(hù)信號(hào)。
U1與R7、R8等元件一起,組成“變形觸發(fā)器電路”。R8、C3積分電路提供保護(hù)器上電瞬間的延時(shí)作用,使U2的2腳電壓有一個(gè)由零上升至Vcc電源電壓的過程,使之在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)置位信號(hào),使U3的3腳保持高電平輸出,繼電器KA1處于失電狀態(tài),不會(huì)受上電沖擊產(chǎn)生誤動(dòng)作,隨后2腳變?yōu)樯侠唠娖?。在過載、斷相信號(hào)未作用期間,即D2、D3處于反偏截止時(shí),U2維持原電路狀態(tài)不變,當(dāng)過載和斷相信號(hào)生效時(shí),6腳輸出高于2/3Vcc以上的信號(hào)電壓,相當(dāng)于輸入了一個(gè)上升沿復(fù)位信號(hào),U2的輸出腳3腳變?yōu)榈仉娢唬^電器KA1得電動(dòng)作,常閉觸點(diǎn)開斷,控制電路的自鎖條件不成立,接觸器KM1失電(見圖4),實(shí)施了故障發(fā)生時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的停機(jī)保護(hù)。
4、JD6型全電子式多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
JD6型全電子式多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的整機(jī)電路見下圖7,電路結(jié)構(gòu)與HBHQ-0-1電動(dòng)機(jī)斷相過載保護(hù)器非常相近,但工作方式稍有區(qū)別,而且工作性能有所提升。
〔過載保護(hù)電路〕由電流互感器LH4、U1的第一組時(shí)基電路所組成。在Vc控制端3腳外加一只穩(wěn)壓二極管,將控制端電壓穩(wěn)壓于2/3Vcc電源電壓以下,提高了過載保護(hù)的動(dòng)作精度。圖1-11的過載保護(hù)電路,過載信號(hào)電壓是與2/3Vcc電源電壓相比較,以產(chǎn)生信號(hào)輸出,由于電源電壓的變化(無穩(wěn)壓措施),使信號(hào)比較的基準(zhǔn)點(diǎn)(2/3Vcc電源電壓)產(chǎn)生隨機(jī)性變化,過載保護(hù)動(dòng)作閥值也會(huì)有相應(yīng)變化,動(dòng)作精度較低。圖7電路,過載信號(hào)電壓與D12負(fù)端的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電壓相比較,則動(dòng)作閥值的精度能得以保證。電路也以“振蕩方式”輸出過載保護(hù)信號(hào)。

圖7 JD6型全電子式多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
〔過載反時(shí)限控制電路、斷相保護(hù)電路與末級(jí)停機(jī)信號(hào)輸出電壓〕斷相保護(hù)電路和過載反時(shí)限控制電路因共用一個(gè)元件C2,而構(gòu)成一個(gè)密不可分的整體。U1內(nèi)部第2組時(shí)基電路組成停機(jī)信號(hào)停機(jī)電路。為保護(hù)動(dòng)作流程分析的方便,故將這3部分電路放于一處進(jìn)行分析。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于正常狀態(tài),LH1~LH3電流互感器三相電流信號(hào)正常產(chǎn)生,Q1、Q2、Q3晶體管均處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),電容C2的正、負(fù)極之間的電位差為0,U1內(nèi)部第2組時(shí)基電路的觸發(fā)端電壓和門限電壓輸入端的電壓約為電源電壓Vcc(即8腳輸入電壓>1/3Vcc,12腳輸入電壓>2/3Vcc),U1內(nèi)部滿足復(fù)位條件,輸出端9腳Vo=0,繼電器KA1不動(dòng)作。這里對(duì)第2組時(shí)基電路的應(yīng)用方式,將觸發(fā)輸入腳2與門限電壓控制腳12短接于一起,可等效為一個(gè)兩端信號(hào)電路,若同時(shí)將1/3Vcc看作低電平,將2/3Vcc看作是高電平的話,電路的輸入/輸出信號(hào)邏輯關(guān)系構(gòu)成反相關(guān)系,可將其等效為“反相器電路”。電路輸出狀態(tài)的翻轉(zhuǎn),是輸入信號(hào)與1/3Vcc、2/3Vcc兩個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的結(jié)果,這樣一來,電路的實(shí)際效果又相當(dāng)于“遲滯電壓比較器”了。
當(dāng)斷相故障出現(xiàn)時(shí),Q1~Q3的串聯(lián)電路被“切斷”,由此形成經(jīng)電源Vcc、C2、D9、R10、電源地的對(duì)C2的充電電流回路,充電的結(jié)果使C2負(fù)端電位向地電平變化,相當(dāng)于為U1的8、12腳輸入了一個(gè)負(fù)向脈沖,U1內(nèi)部反相器電路受低電平信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn),輸出端9腳變?yōu)楦唠娖?,繼電器KA1得電動(dòng)作,控制線路主接觸器失電,電動(dòng)機(jī)停機(jī)。
回頭再看過載反時(shí)限控制電路的動(dòng)作過程。當(dāng)過載信號(hào)發(fā)生時(shí),U1的5腳變?yōu)榈仉娖诫妷?,形成?jīng)電源Vcc、C2、D10、RP2、U1的5腳內(nèi)部電路到電源地的,對(duì)C2的充電電流回路,此回路因串接有RP2原因,時(shí)間常數(shù)較大,故能將電動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間的過載信號(hào)避過去,對(duì)運(yùn)行中產(chǎn)生的過載信號(hào),則具有反時(shí)限保護(hù)特性。調(diào)整RP2的阻值,可改變過載延時(shí)動(dòng)作時(shí)間。C2充電的結(jié)果,使C1負(fù)端也即U1的6、12腳逐漸降低到1/3Vcc電壓值以下時(shí),繼電器KA1得電動(dòng)作,電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了過載停機(jī)保護(hù)。
電路中的C2是個(gè)關(guān)鍵元件,具有“雙重身份”,斷相與過載信號(hào)發(fā)生時(shí),都依賴其產(chǎn)生停機(jī)保護(hù)觸發(fā)信號(hào)。在很多電路中,我們往往只看出某元件的“第一身份”,不能看出元件的“第二——隱蔽身份”,對(duì)電路原理的深入分析也因此“卡殼”,這是需要注意的地方。D9、D10為隔離二極管,以避免斷相、過載信號(hào)發(fā)生時(shí)C2的兩個(gè)充、放電回路產(chǎn)生互相影響。當(dāng)過載信號(hào)發(fā)生時(shí)引起形成C2的充電回路時(shí),D9處于反偏截止?fàn)顟B(tài),隔斷Q3射極高電位對(duì)C2負(fù)端電壓的影響;當(dāng)斷相信號(hào)發(fā)生(過載信號(hào)尚未發(fā)生)時(shí),D10反偏截止,隔斷了U1的5腳高電位對(duì)C2負(fù)端電壓的影響。
5、JD6等相似電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的故障檢修要點(diǎn)(以圖6、圖7實(shí)際電路為例)
1)“生成電流檢測(cè)信號(hào)”。檢修中,當(dāng)為保護(hù)器1、2電源端子供入AC380V電源后,因無電流信號(hào)產(chǎn)生,斷相檢測(cè)電路報(bào)出斷相故障信號(hào),電路處于故障動(dòng)作狀態(tài)中。這說明斷相保護(hù)電路及末級(jí)停機(jī)信號(hào)產(chǎn)生電路,基本上是正常的。但由此一來,對(duì)過載及反時(shí)限控制電路的檢修,則造成不便。
將Q3的集電極與Q1的發(fā)射極用導(dǎo)線進(jìn)行“暫時(shí)性的”短接,則相當(dāng)于人為生成了三相電流檢測(cè)信號(hào),屏蔽了斷相故障信號(hào)。
對(duì)過載保護(hù)電路的檢測(cè)。用DC12V(應(yīng)高于保護(hù)器Vcc電源的2/3)電壓施加于電容C3兩端,“人工生成”過載檢測(cè)信號(hào),調(diào)整RP1,可使“電流信號(hào)”發(fā)生變化,即對(duì)過載程度的“深淺”進(jìn)行調(diào)節(jié),可檢驗(yàn)電路是否能正常輸出過載信號(hào),及電路的反時(shí)限保護(hù)特性是否符合要求。當(dāng)過載倍數(shù)為1.2倍左右時(shí),延時(shí)動(dòng)作時(shí)間約為5min以下,過載倍達(dá)3~7倍時(shí),延時(shí)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)為幾十秒~幾秒。
2)根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行檢修。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的核心部件是NE555(NE556),檢修之前,須對(duì)NE555的各腳功能、電路原理進(jìn)行必要的了解,做到對(duì)各腳的電壓狀態(tài)心中有數(shù)。再進(jìn)一步結(jié)合具體電路,找到改變輸入信號(hào)、使輸出狀態(tài)發(fā)生變化的檢修方法,則檢修能力與檢修效率都會(huì)有所提高,反過來,又強(qiáng)化了電路故障分析能力。
圖7電路中,對(duì)故障停機(jī)信號(hào)產(chǎn)生(末級(jí))電路的檢修,如果對(duì)電路形式有所了解,則自然能得出高效的檢測(cè)方法。將本級(jí)電路作為反相器來看,當(dāng)8、12腳與電源地瞬時(shí)短接時(shí),輸出腳9腳應(yīng)變?yōu)楦唠娖剑琄A1得電吸合;當(dāng)8、12腳與電源正端瞬時(shí)短接時(shí),輸出腳9腳應(yīng)變?yōu)榈碗娖?,KA1失電釋放。通過兩個(gè)簡(jiǎn)易的“短接手法”,則能快速判別U1電路的好壞。
6、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器故障維修實(shí)例
〔故障實(shí)例1〕一只JD6型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(見圖7),起動(dòng)期間,過載指示燈亮,即輸出停機(jī)信號(hào),無反時(shí)限過載保護(hù)功能,電動(dòng)不能正常起動(dòng)。保護(hù)器的反時(shí)限電路,由RP2、C2等元件組成,由于過載指示燈能正常點(diǎn)亮,說明U1的5腳輸出信號(hào)正常,前級(jí)電路也是好的。檢測(cè)RP2等電阻元件,都是好的,拆下C2檢測(cè)其容量,發(fā)現(xiàn)其電容量嚴(yán)重下降,造成電路的延時(shí)時(shí)間過短,不能避過起動(dòng)電流。更換C2后,故障排除。
〔故障實(shí)例2〕一臺(tái)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(電路構(gòu)成見圖6),按下控制線路起動(dòng)按鈕后,接觸器不吸合,隨即報(bào)斷相故障信號(hào),電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。
單獨(dú)為保護(hù)器引入控制電源,隨即斷相指示燈點(diǎn)亮,繼電器發(fā)出得電吸合聲,說明電路動(dòng)作正常。停電,測(cè)保護(hù)器3、4腳電阻值為無窮大,故障原因?yàn)槔^電器KA1觸點(diǎn)接觸不良,使主電路接觸器不能得電吸合。更換繼電器KA1,故障排除。
〔故障實(shí)例3〕JD6電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,上電,繼電器即吸合,常閉觸點(diǎn)斷開,主電路接觸器不能得電吸合。單獨(dú)為保護(hù)器上電,先屏蔽斷相故障信號(hào),斷相指示亮不再點(diǎn)亮,但繼電器KA1仍處于吸合狀態(tài),測(cè)U1的8、12腳為高電平電壓,便輸出腳9腳也為高電平電壓,判斷U1內(nèi)部輸出級(jí)電路損壞,更換U1后,故障排除。

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