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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 。

熱 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：

圖 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。

圖 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：

圖 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)

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。

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。

而 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。

在 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。

圖 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。

圖 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。

將 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。