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電子式多功能電動(dòng)機保護器電路原理分析和維修
點(diǎn)擊次數:1353 發(fā)布時(shí)間:2018/12/13 19:56:01

電動(dòng)機保護器電路原理分析和維修

                          ——HBHQ-0-1和JD6型電子式多功能電動(dòng)機保護器

 

由三相交流電動(dòng)機所構成的電力拖動(dòng)系統,形成了工業(yè)現代化的基礎性支撐,對三相交流電動(dòng)機(以下簡(jiǎn)稱(chēng)電動(dòng)機)的保護,是一個(gè)歷久彌新的的話(huà)題。

上世紀八十年代之前,電子技術(shù)的應用尚處于初級階段,對電動(dòng)機的保護任務(wù)多由熱繼電器承擔,國內型號為為 JR20-XX 系列、 JR36-XX 系列等。其保護機理如下:熱繼電器 由發(fā)熱元件、雙金屬片、觸點(diǎn)及一套傳動(dòng)和調整機構組成。發(fā)熱元件是一段阻值不大的 電阻 絲,串接在被保護電動(dòng)機的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數的金屬片輾壓而成。當電動(dòng)機過(guò)載時(shí),通過(guò)發(fā)熱元件的電流超過(guò)整定電流, 使有不同膨脹系數的雙金屬片發(fā)生形變,當形變達到一定距離時(shí),就推動(dòng)連桿動(dòng)作, 使 控制( 常閉 觸點(diǎn)斷開(kāi) , 進(jìn)而控制主電路接觸器因線(xiàn)圈失電而釋放,斷開(kāi)主電路, 實(shí)現 電動(dòng)機 的過(guò)載保護 。

繼電器 以其體積小,結構簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)得到了 廣泛應用。
但同時(shí)存在不易克服的下述缺點(diǎn):
雙金屬片受熱彎曲過(guò)程中,熱量的傳遞需要較長(cháng)的時(shí)間,因此,熱繼電器不能用作短路保護,而只能用作過(guò)載保 護。對電動(dòng)機的短路保護,通常采用在電源回路中串接熔斷器的方法來(lái)實(shí)施;熱繼電器依賴(lài)于機械結構所形成的機械動(dòng)作來(lái)實(shí)現停機保護,當動(dòng)作結構產(chǎn)生機械疲勞(老化)、機型形變時(shí),會(huì )使動(dòng)作閥值偏離設定值,造成誤動(dòng)作或保護失效;普通的熱繼電器,不具備斷相保護功能。

用熱繼電器對電動(dòng)機進(jìn)行保護的典型電路見(jiàn)下圖:

用熱繼電器組成的電動(dòng)機過(guò)載保護電路

1 、用熱繼電器組成的電動(dòng)機過(guò)載保護電路

     熱繼電器 FR1 串接于主電路中, FR1 的常閉觸點(diǎn)串接于控制回路,過(guò)載故障發(fā)生時(shí), FR1 控制觸點(diǎn)斷開(kāi),交流接觸器 KM1 線(xiàn)圈失電, KM1 開(kāi)斷,起到過(guò)載停機保護作用。

1、電動(dòng)機在起動(dòng)和運行過(guò)程中可能發(fā)生的故障和保護特點(diǎn):

1)電動(dòng)機的過(guò)載

電動(dòng)機的一個(gè)重要工作參數即額定工作電流,在定額電流以?xún)冗\行,為安全工作區。機械負載或供電電壓變化,都會(huì )引起工作電流的變化,出現異常情況時(shí)使電動(dòng)機過(guò)載,轉速下降,電動(dòng)機繞組中的電流增大,超過(guò)額定工作電流,繞組溫度升高。過(guò)載運行,會(huì )導致電動(dòng)機繞組絕緣老化、縮短電機使用壽命,嚴重時(shí)使繞組絕緣擊穿造成短路,繞組起火燒毀等故障。電動(dòng)機的過(guò)載運行,指轉差率增大由過(guò)流引起繞組異常溫升,所以又稱(chēng)為過(guò)流運行。

電動(dòng)機的過(guò)電流大小與過(guò)電流時(shí)間之間的關(guān)系稱(chēng)為過(guò)載特性。在實(shí)際運行中,電機短時(shí)過(guò)載和較低程度的過(guò)載,是難以避免的,也是可以允許的,過(guò)電流大小和過(guò)電流允許時(shí)間呈反比,稱(chēng)為 反時(shí)限保護特性 ,見(jiàn)下圖。

電動(dòng)機過(guò)載保護反限保護特性曲線(xiàn)

2 電動(dòng)機過(guò)載保護反限保護特性曲線(xiàn)

過(guò)載保護運行閥值的整定點(diǎn)在電動(dòng)機額定電流的 0.95~1.05左右,即運行電流在額定電流的1.1倍以下時(shí),電動(dòng)機能長(cháng)期運行不應該產(chǎn)生保護停機動(dòng)作;過(guò)載程度繼續加大時(shí),保護動(dòng)作時(shí)間應隨過(guò)流程度而縮短。一般認為,電動(dòng)機的起動(dòng)電流為額定電流的4~7倍,保護動(dòng)作應該既能避開(kāi)正常的起動(dòng)電流,又能在過(guò)載時(shí),實(shí)施有效的停機保護。比如在4倍額定電流時(shí),延時(shí)10s產(chǎn)生保護動(dòng)作,在7倍額定電流時(shí),延時(shí)2s即應產(chǎn)生保護動(dòng)作。對運行中的短時(shí)過(guò)載,有一定的時(shí)間延時(shí)處理,不會(huì )產(chǎn)生誤保護動(dòng)作,對長(cháng)時(shí)間過(guò)載,則能作出有效的反應。

2)電動(dòng)機的短路

短路保護是過(guò)載保護的一個(gè)極限情況。三相交流電動(dòng)機的短路故障,有單相接地短路故障、相間短路故障等,當電纜短路時(shí),更直接造成對三相電源的短路。電機內部短路大都是電機絕緣損壞引起的,表現為線(xiàn)圈匝間短路、層間短路、相間短路和對地(電機外殼、轉子)短路等。單相對地短路,一般不會(huì )燒毀電機,據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 )使電機嚴重燒毀。

一般,將大于電動(dòng)機 8倍額定電流,視為短路電流。對電動(dòng)機的短路保護,要求實(shí)施速斷保護,時(shí)間常數越小越好(動(dòng)作越快越好)。

另外,當電動(dòng)機在運行中因機械原因出現堵轉時(shí),其堵轉電流有可能達到額定電流的 5~8倍,在運行中出現5倍以上額定電流時(shí),視為電動(dòng)機堵轉故障,也應實(shí)施相應的反時(shí)限保護。

3)電機機的斷相

電動(dòng)機的斷相運行,可分為以下幾種情況:

a、供電電源缺相。在電動(dòng)機起動(dòng)前斷相,會(huì )造成起動(dòng)困難或無(wú)法起動(dòng),起動(dòng)聲音異常,無(wú)保護時(shí)電機因堵轉極易燒毀;在運行中斷相,輕載時(shí)尚能運轉,但運行電流嚴重不平衡,可能出現過(guò)流運行。重載時(shí)易發(fā)生堵轉、嚴重過(guò)載而損壞。

b、電動(dòng)機繞組斷路故障。供電電源正常,因電動(dòng)機繞組斷路故障出現斷相運行,運轉無(wú)力,電動(dòng)機振動(dòng)大,故障現象同a;

c、 電動(dòng)機電纜斷路故障。故障現象同供電電源缺相。

電子式電動(dòng)機保護器的出現,為完善地實(shí)施電動(dòng)機的過(guò)載、短路和斷相保護提供了可能,一定程度上取代了熱繼電器,提升了控制功能和保護效果。本章內容的重點(diǎn)是對各種電子式電動(dòng)機保護器電路的原理分析和故障維修指導,對電子式電動(dòng)機保護器以下簡(jiǎn)稱(chēng)為電動(dòng)機保護器。

2、電動(dòng)機保護器對故障信號的采樣方法:

1)對過(guò)載、短路故障信號的采樣。電動(dòng)機起動(dòng)運行中的過(guò)載和短路故障,體現在流經(jīng)電動(dòng)機繞組的異常增大的電流值上,一般電動(dòng)機保護器電路是采用3只電流互感器采樣運行電流信號,將采樣信號與電流基準信號相比較,判斷是否處于過(guò)載或短路故障狀態(tài),故障時(shí)輸出停機信號。電路采集處理的為模擬電壓信號——電流互感器輸出的電流信號經(jīng)負載電阻轉變?yōu)樾盘栯妷?,送入電壓比較器電路,得到故障信號輸出。

當產(chǎn)生單相對地短路故障信號的采樣,可通過(guò)零序電流互感器取得,原理同漏電保安器?;虿蓸与姍C外殼電壓,取得漏電信號。

2)對斷相故障信號的采樣。如上所述,電動(dòng)機的斷相故障表現為電源缺相、電動(dòng)機電纜斷路、電動(dòng)機繞組斷路等不同故障內容,若采用對三相電源電壓進(jìn)行采樣的方法,僅能對電源缺相故障進(jìn)行保護,無(wú)法完成對后兩種缺相故障的檢測,是不究竟的一個(gè)方法。根本的方法,是采用對三相電流進(jìn)行采樣來(lái)判斷缺相故障的方法,對三種缺相故障都能做出準確反應,采取相應的技術(shù)措施,還能對三相電流不平衡作出判斷。

一般對缺相運行的判斷,不是著(zhù)眼于電流信號幅度的大小,而是著(zhù)重于三相電流信號的有無(wú),比較三相電流信號的有無(wú),得到斷相故障信號。因而通常是將電流檢測信號處理為數字信號,經(jīng)邏輯運算,得到斷相故障保護信號。

3、電動(dòng)機的保護器的典型電路結構:

電動(dòng)機保護電路的典型結構

3 電動(dòng)機保護電路的典型結構

從上圖可以看到, 3只電流互感器LH1~LH3,將電動(dòng)機的三相運行電流信號取出,分別送入后級過(guò)載、短路信號采樣處理電路和斷相信號采樣處理電路,處理成開(kāi)關(guān)量信號再送入信號輸出電路和故障信號指示電路,輸出電路的形式也有多種,一般為繼電器接點(diǎn)信號輸出,或晶閘管器件開(kāi)關(guān)信號輸出,或晶體管開(kāi)路集電極信號輸出等。

需要說(shuō)明的是:部分電動(dòng)機保護器,采用微控制器處理電流采樣和電壓采樣信號(但電流信號采樣電路的前級電路同本章所述電路相似),可從操作顯示面板設置故障動(dòng)作電流值,并可以監看運行電流值、電壓電壓值等,其功能更為強大,智能化程度更高,但應用面不夠廣泛。另外有的產(chǎn)品,如變頻器,軟起動(dòng)器等產(chǎn)品,其過(guò)載、短路及斷相保護電路作為控制電路的一個(gè)有機組成部分。本章所述電動(dòng)機保護器,系全部采用模擬或數字電路硬件電路的,作為一個(gè)獨立部件被應用的保護裝置(產(chǎn)品)。

 

本節內容將這兩種型號的保護器電路放在一起,一是因為其電路結構與原理近似,二是多家低壓電器生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品,其它型號如 JD-5、JDB-80,電路結構也與本文電路相似或相同,這類(lèi)保護器在電動(dòng)機起動(dòng)柜的生產(chǎn)和組裝中得到了廣泛的應用。但缺點(diǎn)是該類(lèi)產(chǎn)品的控制接線(xiàn)稍嫌復雜。在停機狀態(tài),顯示斷相故障,處于斷相保護中。輸出控制接點(diǎn)為常閉型觸點(diǎn),過(guò)載或斷相故障發(fā)生時(shí)動(dòng)作,觸點(diǎn)開(kāi)斷,送出停機信號。

 

從各個(gè)工控網(wǎng)站眾多網(wǎng)友的發(fā)帖中,可以得知,不少人對這類(lèi)電動(dòng)機保護器的接線(xiàn)和控制原理不甚了解,故據手頭所繪(實(shí)物)電路圖,對其電路原理和控制特點(diǎn),做一個(gè)較為深入的分析,希望能對大家提供一點(diǎn)有益的參考。

1、保護器的控制接線(xiàn)

保護器的控制接線(xiàn)圖

4保護器的控制接線(xiàn)圖

保護器控制接線(xiàn)見(jiàn)上圖,保護器有 4個(gè)控制接線(xiàn)端子,1、2端子為保護器電源輸入(同時(shí)也是主電路接觸器線(xiàn)圈的電源控制端),可據要求選用380V或220V供電級別(上圖保護器采用380V控制電源),3、4為端子內部常閉接點(diǎn),輸出故障動(dòng)作信號。上圖的控制接線(xiàn),JD6保護器與接觸器線(xiàn)圈是一同得電的(保護器先于接觸器線(xiàn)圈得電時(shí),報斷相故障控制接點(diǎn)動(dòng)作?。?,而且3、4端子內部常閉點(diǎn)串接于KM1的自鎖回路,當故障發(fā)生時(shí),KM1的自鎖被“破壞”,接觸器KM1與保護器JD6一同失電。保護器的端子內部電路請參見(jiàn)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)型號的電子式電動(dòng)機保護器,電路的核心器件多采用時(shí)基電路 NE555。本節保護器電路,采用NE555、NE556電路,故分析整機電路之前,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,以后有眾多仿制產(chǎn)品問(wèn)世,如LM555、 μ A555、CA555、CB555等,統稱(chēng)為555,一般為8腳雙列封裝,都可以代換使用。少數產(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電路芯片應用靈活,經(jīng)常用來(lái)組成單穩態(tài)電路、雙穩態(tài)電路及無(wú)穩態(tài)電路三種電路形式,在工業(yè)(電子)控制領(lǐng)域得到廣泛應用用555芯片構成的電路與時(shí)間控制有關(guān),所以又稱(chēng)為時(shí)間電路或時(shí)基電路。

 

時(shí)基電路NE555等效功能框圖

5 時(shí)基電路NE555等效功能框圖

NE556內含又時(shí)基電路,為雙列14腳封裝,相當于集成了兩片NE555電路。上述555電路內部集成電路為雙極型晶體管器件,適應電源電壓范圍5~15V。

ICM7555、ICM7556器件,其電路結構與NE555、NE556相同,但內部集成器件為CMOS場(chǎng)效應器件,同類(lèi)器件型號有:555CMS、556CMS、 μ PD5555、 μ PD5556、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(mǎn)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字電路的“混成”電路,內含兩組比 較放大器 A1、A2,兩路與非門(mén)電路1、2、反相驅動(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(mén)1、2的復位(R)置位(S)信號,以控制由門(mén)1、門(mén)2構成的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)反相驅動(dòng)器,提供信號輸出。

555電路芯片和各腳功能:8腳、1腳為供電腳;4腳為主復位控制端,又稱(chēng)為優(yōu)先復位端,當4腳為強制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),可改變芯片內部固定分壓值,從而改變輸入觸發(fā)信號和門(mén)限信號的電壓閥值;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)的轉換;2腳為觸發(fā)信號輸入端,6腳為門(mén)限電壓輸入端,兩引腳輸入信號決定著(zhù)輸出狀態(tài)。555芯片作為觸發(fā)器來(lái)應用時(shí),2腳又稱(chēng)為置位(S)端(下降沿信號輸入有效),6腳又稱(chēng)為復位(R)端(上升沿信號輸入有效)。

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電阻分壓設定為2/3Vcc和1/3Vcc,當主復位控制端4腳為“1”高電平時(shí),2、6腳輸入的觸發(fā)和門(mén)限電壓信號既可以是數字信號,也可以是模擬電壓信號,而且通過(guò)5腳外加電路的調整,可以改變2、6腳輸入信號的動(dòng)作閥值。

5腳空置的情況下,和4腳為高電平時(shí),電路依據2、6腳輸入電壓信號幅度與1/3Vcc和2/3Vcc閥值電壓的比較,決定輸出狀態(tài)。當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),電路處于輸出復位狀態(tài),Vo=0;當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)機斷相過(guò)載保護器

HBHQ-0-1電動(dòng)機斷相過(guò)載保護器整機電路,由控制電源、斷相保護電路和過(guò)載保護電路組成。

電動(dòng)機斷相過(guò)載保護器整機電路

6 HBHQ-0-1電動(dòng)機斷相過(guò)載保護器整機電路

〔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)際標注為“運行”指示,這時(shí)因為控制接線(xiàn)原因,使保護器和主回路接觸器一同得到電源,故障停機時(shí)一同失掉電源的緣故。

〔斷相保護電路〕 LH1~LH3電流互感器感應電流信號經(jīng)整流濾波,變?yōu)橹绷麟妷盒盘?,提供Q1~Q3晶體管的基極偏流,3只晶體管串聯(lián)成一體。當電動(dòng)機正常運行時(shí),Q1~Q3均處于飽和導通狀態(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(wú)高平信號輸入,也不產(chǎn)生保護停機信號輸出。

當發(fā)生斷相故障時(shí),如 LH1電流互感器因斷相感應信號為零時(shí),Q2失去偏流由飽和導通變?yōu)榻刂?,Q1集電極上升為高電平,二極管D3正向導通,將斷相故障信號輸入U2觸發(fā)器電路,U2輸出停機保護信號。

〔過(guò)載保護電路〕 U1(NE555)電路與R2、C2等元件組成了“變形多諧振蕩器(無(wú)穩態(tài))電路”,擔負著(zhù)輸出過(guò)載保護信號的任務(wù)。保護器上電瞬間,因C2電容兩端電壓不能突變的緣故,U1的2、6腳輸入電壓信號低于1/3VCC,電路處于置位狀態(tài),3腳輸出高電平,“過(guò)載”指示燈無(wú)電流流通而熄滅,晶體管Q4飽和導通,二極管D2反偏截止,U2無(wú)高電平過(guò)載保護信號輸入;

正常運行情況下,電動(dòng)機的運行電流值在 1.1倍額定電流以?xún)?,從電流互感器LH4感應的運行電流信號經(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L(cháng)H1的負載電阻,起到將感應電流信號轉化為電壓信號的作用,同時(shí)RP1用于過(guò)載保護動(dòng)作閥值的整定——對應電動(dòng)機額定電流的大小進(jìn)行整定。此時(shí)放電端7腳內部晶體管處于截止(高阻)狀態(tài),對外電路沒(méi)有影響。

過(guò)載情況下(或上電起動(dòng)時(shí)隨著(zhù)起動(dòng)電流的上升), D1、C1整流濾波得到的電流信號電壓上升,當U1的2、6腳所接電容C2充電電壓超過(guò)2/3Vcc時(shí),電路進(jìn)入復位狀態(tài),輸出腳變?yōu)榈仉娖?,過(guò)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為正向導通,將過(guò)載保護信號送入U2停機信號輸出電路。同時(shí)U1的7腳內部放電管對地導通,一方面將經(jīng)過(guò)R1輸入的過(guò)電流信號短接到地,一方面經(jīng)R2提供C2的放電通路。當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,晶體管Q4又再度導通,U1向U2的電動(dòng)機過(guò)載信號的傳輸通道被暫時(shí)切斷。同時(shí),U1的7腳內部放電管又再度截止,C2放電結束。顯然,當電動(dòng)機過(guò)載的發(fā)生為短時(shí)或瞬時(shí)信號時(shí),U1只有一個(gè)短時(shí)的向U2發(fā)送過(guò)載信號的時(shí)間(取決于R2、C2電路的時(shí)間常數),當運行中過(guò)載時(shí)間變長(cháng),或起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)載時(shí),D1、C1整流所得電流信號電壓,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,重新接通向U2傳輸過(guò)載信號的通道。在過(guò)載較長(cháng)時(shí)間發(fā)生的過(guò)程中,過(guò)載指示燈反復幾次出現熄滅和點(diǎn)亮,說(shuō)明U1產(chǎn)生了數次“振蕩輸出”。

〔停機信號輸出電路〕 RP4、C4、U2等電路組成停機信號輸出電路。其中RP4、C4為過(guò)載延時(shí)電路,一是提供一定的延時(shí),避過(guò)電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生的過(guò)載信號,二是在運行中發(fā)生過(guò)載時(shí),按反時(shí)限保護特性要求,延時(shí)輸出過(guò)載保護信號。D2、D3為隔離二極管,在U1輸入過(guò)載信號時(shí),經(jīng)R5、RP2、R6提供C4的充電電流,U1狀態(tài)翻轉時(shí),D2反偏截止,“截斷”C4的放電電流回路,從而在U1的“振蕩輸出”信號作用下,C4上信號電壓能“逐漸累加并升高”,當過(guò)載達到一定的時(shí)間后,使過(guò)載信號生效,U2輸出停機保護信號。

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(guò)程,使之在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)置位信號,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(guò)載、斷相信號未作用期間,即D2、D3處于反偏截止時(shí),U2維持原電路狀態(tài)不變,當過(guò)載和斷相信號生效時(shí),6腳輸出高于2/3Vcc以上的信號電壓,相當于輸入了一個(gè)上升沿復位信號,U2的輸出腳3腳變?yōu)榈仉娢?,繼電器KA1得電動(dòng)作,常閉觸點(diǎn)開(kāi)斷,控制電路的自鎖條件不成立,接觸器KM1失電(見(jiàn)圖4),實(shí)施了故障發(fā)生時(shí)對電動(dòng)機的停機保護。

4、 JD6型全電子式多功能電動(dòng)機保護器

JD6型全電子式多功能電動(dòng)機保護器的整機電路見(jiàn)下圖7,電路結構與HBHQ-0-1電動(dòng)機斷相過(guò)載保護器非常相近,但工作方式稍有區別,而且工作性能有所提升。

〔過(guò)載保護電路〕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腳外加一只穩壓二極管,將控制端電壓穩壓于2/3Vcc電源電壓以下,提高了過(guò)載保護的動(dòng)作精度。圖1-11的過(guò)載保護電路,過(guò)載信號電壓是與2/3Vcc電源電壓相比較,以產(chǎn)生信號輸出,由于電源電壓的變化(無(wú)穩壓措施),使信號比較的基準點(diǎn)(2/3Vcc電源電壓)產(chǎn)生隨機性變化,過(guò)載保護動(dòng)作閥值也會(huì )有相應變化,動(dòng)作精度較低。圖7電路,過(guò)載信號電壓與D12負端的穩壓基準電壓相比較,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(guò)載保護信號。

    JD6型全電子式多功能電動(dòng)機保護器

7 JD6型全電子式多功能電動(dòng)機保護器

〔過(guò)載反時(shí)限控制電路、斷相保護電路與末級停機信號輸出電壓〕斷相保護電路和過(guò)載反時(shí)限控制電路因共用一個(gè)元件 C2,而構成一個(gè)密不可分的整體。U1內部第2組時(shí)基電路組成停機信號停機電路。為保護動(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。

當電動(dòng)機運行于正常狀態(tài), LH1~LH3電流互感器三相電流信號正常產(chǎn)生,Q1、Q2、Q3晶體管均處于飽和導通狀態(tài),電容C2的正、負極之間的電位差為0,U1內部第2組時(shí)基電路的觸發(fā)端電壓和門(mén)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內部滿(mǎn)足復位條件,輸出端9腳Vo=0,繼電器KA1不動(dòng)作。這里對第2組時(shí)基電路的應用方式,將觸發(fā)輸入腳2與門(mén)限電壓控制腳12短接于一起,可等效為一個(gè)兩端信號電路,若同時(shí)將1/3Vcc看作低電平,將2/3Vcc看作是高電平的話(huà),電路的輸入/輸出信號邏輯關(guān)系構成反相關(guān)系,可將其等效為“反相器電路”。電路輸出狀態(tài)的翻轉,是輸入信號與1/3Vcc、2/3Vcc兩個(gè)基準電壓相比較的結果,這樣一來(lái),電路的實(shí)際效果又相當于“遲滯電壓比較器”了。

當斷相故障出現時(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C2的充電電流回路,充電的結果使C2負端電位向地電平變化,相當于為U1的8、12腳輸入了一個(gè)負向脈沖,U1內部反相器電路受低電平信號觸發(fā)產(chǎn)生翻轉,輸出端9腳變?yōu)楦唠娖?,繼電器KA1得電動(dòng)作,控制線(xiàn)路主接觸器失電,電動(dòng)機停機。

回頭再看過(guò)載反時(shí)限控制電路的動(dòng)作過(guò)程。當過(guò)載信號發(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腳內部電路到電源地的,對C2的充電電流回路,此回路因串接有RP2原因,時(shí)間常數較大,故能將電動(dòng)機起動(dòng)期間的過(guò)載信號避過(guò)去,對運行中產(chǎn)生的過(guò)載信號,則具有反時(shí)限保護特性。調整RP2的阻值,可改變過(guò)載延時(shí)動(dòng)作時(shí)間。C2充電的結果,使C1負端也即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)機停止運行,實(shí)現了過(guò)載停機保護。

電路中的 C2是個(gè)關(guān)鍵元件,具有“雙重身份”,斷相與過(guò)載信號發(fā)生時(shí),都依賴(lài)其產(chǎn)生停機保護觸發(fā)信號。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(guò)載信號發(fā)生時(shí)C2的兩個(gè)充、放電回路產(chǎn)生互相影響。當過(guò)載信號發(fā)生時(shí)引起形成C2的充電回路時(shí),D9處于反偏截止狀態(tài),隔斷Q3射極高電位對C2負端電壓的影響;當斷相信號發(fā)生(過(guò)載信號尚未發(fā)生)時(shí),D10反偏截止,隔斷了U1的5腳高電位對C2負端電壓的影響。

5、JD6等相似電動(dòng)機保護器的故障檢修要點(diǎn)(以圖6、圖7實(shí)際電路為例)

1)“生成電流檢測信號”。檢修中,當為保護器1、2電源端子供入AC380V電源后,因無(wú)電流信號產(chǎn)生,斷相檢測電路報出斷相故障信號,電路處于故障動(dòng)作狀態(tài)中。這說(shuō)明斷相保護電路及末級停機信號產(chǎn)生電路,基本上是正常的。但由此一來(lái),對過(guò)載及反時(shí)限控制電路的檢修,則造成不便。

Q3的集電極與Q1的發(fā)射極用導線(xiàn)進(jìn)行“暫時(shí)性的”短接,則相當于人為生成了三相電流檢測信號,屏蔽了斷相故障信號。

對過(guò)載保護電路的檢測。用 DC12V(應高于保護器Vcc電源的2/3)電壓施加于電容C3兩端,“人工生成”過(guò)載檢測信號,調整RP1,可使“電流信號”發(fā)生變化,即對過(guò)載程度的“深淺”進(jìn)行調節,可檢驗電路是否能正常輸出過(guò)載信號,及電路的反時(shí)限保護特性是否符合要求。當過(guò)載倍數為1.2倍左右時(shí),延時(shí)動(dòng)作時(shí)間約為5min以下,過(guò)載倍達3~7倍時(shí),延時(shí)動(dòng)作時(shí)間應為幾十秒~幾秒。

2)根據電路特點(diǎn)進(jìn)行檢修。電動(dòng)機保護器的核心部件是NE555(NE556),檢修之前,須對NE555的各腳功能、電路原理進(jìn)行必要的了解,做到對各腳的電壓狀態(tài)心中有數。再進(jìn)一步結合具體電路,找到改變輸入信號、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(guò)來(lái),又強化了電路故障分析能力。

圖7電路中,對故障停機信號產(chǎn)生(末級)電路的檢修,如果對電路形式有所了解,則自然能得出高效的檢測方法。將本級電路作為反相器來(lái)看,當 8、12腳與電源地瞬時(shí)短接時(shí),輸出腳9腳應變?yōu)楦唠娖?,KA1得電吸合;當8、12腳與電源正端瞬時(shí)短接時(shí),輸出腳9腳應變?yōu)榈碗娖?,KA1失電釋放。通過(guò)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)機保護器故障維修實(shí)例

〔故障實(shí)例1〕 一只 JD6型電動(dòng)機保護器(見(jiàn)圖7),起動(dòng)期間,過(guò)載指示燈亮,即輸出停機信號,無(wú)反時(shí)限過(guò)載保護功能,電動(dòng)不能正常起動(dòng)。保護器的反時(shí)限電路,由RP2、C2等元件組成,由于過(guò)載指示燈能正常點(diǎn)亮,說(shuō)明U1的5腳輸出信號正常,前級電路也是好的。檢測RP2等電阻元件,都是好的,拆下C2檢測其容量,發(fā)現其電容量嚴重下降,造成電路的延時(shí)時(shí)間過(guò)短,不能避過(guò)起動(dòng)電流。更換C2后,故障排除。

〔故障實(shí)例2〕 一臺電動(dòng)機保護器(電路構成見(jiàn)圖6),按下控制線(xiàn)路起動(dòng)按鈕后,接觸器不吸合,隨即報斷相故障信號,電動(dòng)機不能起動(dòng)。

單獨為保護器引入控制電源,隨即斷相指示燈點(diǎn)亮,繼電器發(fā)出得電吸合聲,說(shuō)明電路動(dòng)作正常。停電,測保護器 3、4腳電阻值為無(wú)窮大,故障原因為繼電器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)機保護器,上電,繼電器即吸合,常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),主電路接觸器不能得電吸合。單獨為保護器上電,先屏蔽斷相故障信號,斷相指示亮不再點(diǎn)亮,但繼電器KA1仍處于吸合狀態(tài),測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內部輸出級電路損壞,更換U1后,故障排除。

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