熱敏電阻傳感器在電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)中的應(yīng)用

屈安山

摘 要：文章對目前應(yīng)用非常廣泛的熱敏電阻傳感器的基本原理及其在電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的實際應(yīng)用方面的問題進(jìn)行了簡明敘述。希望可以對相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：熱敏電阻傳感器；電動機(jī)；過負(fù)荷保護(hù)

前言

在工程實踐和日常生活中，運(yùn)行著大量的電動機(jī)，對于需要連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)，為了避免其在運(yùn)行中因過電流故障發(fā)生損壞，對其運(yùn)行溫度進(jìn)行可靠地監(jiān)控是非常必要的，因為電氣設(shè)備在運(yùn)行中，可以過載，但不能過熱。而電動機(jī)運(yùn)行溫度測量與控制的可靠性決定著電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)控制的成敗，因此，研究和探索電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的有效方式很有必要性。

1 電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的方式是在電動機(jī)主回路中串接熱繼電器對電動機(jī)的工作電流進(jìn)行測量，通過動作電流的整定，達(dá)到電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的目的。但是，熱繼電器保護(hù)的基本原理是采用雙金屬片發(fā)熱的變形來推動控制觸點(diǎn)的動作。用于與電動機(jī)主電路串聯(lián)測量電流的是電加熱元件，被電加熱元件環(huán)繞的是發(fā)熱變形的雙金屬片，通過雙金屬片的受熱變形推動導(dǎo)板形成移動，從而推動觸點(diǎn)系統(tǒng)彈性變形到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，即常閉觸點(diǎn)打開，完成熱保護(hù)控制。當(dāng)電動機(jī)工作正常時，電加熱元件發(fā)熱正常，雙金屬片變形也正常，熱繼電器不動作；當(dāng)電動機(jī)電流過載時電加熱元件發(fā)熱增強(qiáng)，同時造成雙金屬片變形增大，當(dāng)達(dá)到整定值時，通過導(dǎo)板推動觸點(diǎn)切換完成保護(hù)控制。

但由于從發(fā)熱變形推動的機(jī)械摩擦力到彈簧的拉力都存在著很大的離散性，所以其整定精度不高。一般按照接近或略大于電動機(jī)額定值的原則進(jìn)行整定，即一般為0.99～1.05IN。但這個動作范圍在實踐中很難進(jìn)行精確驗證，所以其保護(hù)效果也不太穩(wěn)定。

2 用熱敏電阻傳感器構(gòu)成的電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)方式的探索

2.1 熱敏電阻的特點(diǎn)

（1）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，可測量微小的溫度變化（0.002～0.005℃）。（2）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，直徑可以做到小于0.5mm，可以測量點(diǎn)溫度。（3）電阻率高，熱慣性小，響應(yīng)速度快，響應(yīng)時間可以短到毫秒級，適宜動態(tài)測量。（4）易于維護(hù)和進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。因為元件本身的電阻值可達(dá)3～700KΩ，當(dāng)遠(yuǎn)距離測量時，導(dǎo)線電阻的影響可以不予考慮。（5）熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性差，電阻-溫度曲線為非線性。

2.2 熱敏電阻的分類

按熱敏電阻的溫度特性分為三類：

（1）電阻值隨溫度升高而升高的，稱為正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻；（2）電阻值隨溫度升高而降低的，稱為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻；（3）具有正或者負(fù)溫度系數(shù)特性，但在某一溫度范圍電阻值發(fā)生巨大變化的，稱為突變型溫度系數(shù)（CTR）熱敏電阻。

這三類熱敏電阻的溫度特性曲線如圖1所示。

2.3 基于PTC熱敏電阻傳感器和555時基電路的電動機(jī)溫度測量電路的基本構(gòu)成

2.3.1 傳感器的選擇

因為目的是完成電動機(jī)過負(fù)荷狀態(tài)的溫度測量，因此必須選擇微功耗型熱敏電阻。具體到本控制任務(wù)，是對電動機(jī)的運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)控，由于電動機(jī)熱保護(hù)的溫度測量范圍不會超過200℃，因此，選用電動機(jī)專用PTC熱敏電阻傳感器即可滿足本控制要求。圖2為所選擇的用于測量電動機(jī)溫度的PTC熱敏電阻傳感器，其結(jié)構(gòu)形式為三頭串聯(lián)型，采用DIN44082標(biāo)準(zhǔn)。溫度范圍為60～190℃。

圖2 電動機(jī)專用PTC熱敏電阻傳感器

使用時將三個探頭分別放置在電動機(jī)三相繞組的有效測量位置，并將PTC探頭與被測繞組緊密結(jié)合并固定。其引線經(jīng)過綁扎從電動機(jī)的接線盒處用專用端子引出。由于傳遞的信號是電阻的變化，所以電動機(jī)的工作電流不會對其測量結(jié)果造成干擾。

2.3.2 測量電路的基本構(gòu)成

由于用于溫度測量的熱敏電阻都是微功耗元件，因此，采集熱敏電阻阻值變化的電路必須是運(yùn)放類元件，因為這種元件采集信號時基本不取電流。同時作為控制要求，測量電路還應(yīng)有一定的輸出能力，所以選擇555時基電路作為測量轉(zhuǎn)換電路的核心元件，其典型型號為NE555。根據(jù)以上要求，電路構(gòu)成如圖3所示。

2.3.3 溫度監(jiān)測控制工作過程分析

（1）正常情況下，即電動機(jī)繞組流過正常的工作電流，PTC溫度處于略高于室溫，比如，40～60℃。調(diào)節(jié)RP使得Ui小于電源電壓的1/3，本例在中即小于2V時，低電位觸發(fā)端2端起作用，IC輸出為高電平，繼電器KA不動作，表示溫度正常。（2）當(dāng)電動機(jī)過載導(dǎo)致繞組發(fā)熱嚴(yán)重，使PTC處于高溫狀態(tài)時， Rt受熱阻值跳變性增大，當(dāng)增大至一定值時，由于分壓關(guān)系，導(dǎo)致Ui大于電源電壓的2/3，即大于4V時，高電位觸發(fā)端6端起作用，IC輸出翻轉(zhuǎn)為低電平，KA吸合，切換電路。由KA的常閉觸點(diǎn)斷開電動機(jī)的控制回路，由其常開觸點(diǎn)啟動報警。

3 結(jié)束語

使用熱敏電阻傳感器構(gòu)成的電動機(jī)過負(fù)荷保護(hù)電路取代傳統(tǒng)的熱繼電器保護(hù)方式，具有一定的必要性和很強(qiáng)的實用性。從所用元件來看，整體成本也不高。所以建議廠家在制造較大功率的電動機(jī)時，根據(jù)需要直接降測量傳感器裝在電動機(jī)的繞組上，并在電動機(jī)的接線盒處做好測量接口供后續(xù)電路使用，甚至可以連控制電路一并做好作為產(chǎn)品選項的一部分?？梢杂行Ы堤岣唠妱訖C(jī)過負(fù)荷保護(hù)的效果，降低較大功率電動機(jī)的過負(fù)荷燒壞事故的可能性。