基于555定時(shí)器水位控制電路的檢修

云紅峰

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，礦用開關(guān)逐步趨向智能化、網(wǎng)絡(luò)化，老式開關(guān)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代礦井生產(chǎn)需要，因此我廠開展對智能開關(guān)保護(hù)器維修業(yè)務(wù)，著重對礦用隔爆型起動器內(nèi)PIB-80保護(hù)器中水位控制電路的原理、檢修過程及常見故障處理進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：水位控制電路；555定制器；常見故障

中圖分類號：TN46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0041-02

在市場經(jīng)濟(jì)的今天，經(jīng)濟(jì)環(huán)境發(fā)生了翻天覆地的變化，煤炭行業(yè)的競爭也變得非常激烈，如何增強(qiáng)檢修能力，降低維修成本，已成為相關(guān)單位亟待解決的難題。

1 水位控制電路內(nèi)元件

1.1 電阻

電阻元件的電阻值大小一般與溫度、材料、長度及橫截面積有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1℃時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓、分流的作用。對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻。

1.2 電容

電容是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質(zhì)構(gòu)成。當(dāng)在兩金屬電極間加上電壓時(shí)，電極上就會存儲電荷，所以電容器是儲能元件。任何兩個(gè)彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體，組成一個(gè)電容器。平行板電容器由電容器的極板和電介質(zhì)組成。電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制等方面。

1.3 電感

電感器是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器，但只有一個(gè)繞組。電感器具有一定的電感，它只阻礙電流的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下，電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過它；如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下，電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。

1.4 二極管

晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，PN結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。PN結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。

1.5 三極管

晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。

1.6 555定時(shí)器（圖1）

555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部電路有分壓器、電壓比較器C1和C2、簡單SR鎖存器、放電三極管T以及緩存器G組成，其內(nèi)部電路圖所示。三個(gè)5KΩ的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端懸空時(shí)，電壓比較器C1和C2、的基準(zhǔn)電壓分別為和。THR是比較器C1的信號輸入端，稱為閾值輸入端。TRJG是比較器C2的信號輸入端，稱為觸發(fā)輸入端，比較器C1和C2的輸出控制SR鎖存器和放電三極管T的狀態(tài)。放點(diǎn)三極管T的外接電路提供放電通路，在使用定時(shí)器時(shí)，該三極管的DIS一般都要外接上拉電阻。

R為直接復(fù)位輸入端，當(dāng)R為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端Q即為低電平。

當(dāng)THE任意狀態(tài)，THIG<時(shí)，比較器C1輸出低電平，C2輸出低電平，簡單SR鎖存器置1，放電三極管截止，輸出端Q為高電平。

當(dāng)THE>，THIG>時(shí)，比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，簡單SR鎖存器置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端Q為低電平。

當(dāng)THE<，THIG>時(shí)，簡單SR鎖存器R=1，S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。如表1。

1.7 直流繼電器

用于繼電保護(hù)與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標(biāo)對中間繼電器的定義是K，老國標(biāo)是KA。一般是直流電源供電。少數(shù)使用交流供電。

2 位控制電路原理（圖2、圖3）

水位控制電路上有三個(gè)控制輸入端THE端（低水位輸入端）、THIG（高水位輸入端）、GND（接地端）從上到下為高水位端、低水位端、接地端，高低水位高度根據(jù)排水高度決定。

狀態(tài)1：當(dāng)水位低于低水位探頭時(shí)，低水位探頭和高水位探頭未與接地探頭導(dǎo)通，THE端（低水位輸入端）、THIG端（高水位輸入端）輸入高電平，按照555定時(shí)器功能表可知Q（輸出端）為低電平，9013三極管b端也為低電平，所以9013三極管截止，繼電器線圈K未得電，開關(guān)不動作，水泵不能啟動。

狀態(tài)2：當(dāng)水位高于低水位探頭，低于高水位探頭時(shí)，低水位探頭與接地探頭導(dǎo)通，THE端（低水位輸入端）輸入低電平、THIG端（高水位輸入端）輸入高電平，輸出狀態(tài)不變（按照上次狀態(tài)執(zhí)行）所以Q（輸出端）為低電平，9013三極管b端也為低電平，所以9013三極管截止，繼電器線圈K未得電，開關(guān)不動作，水泵不能啟動。

狀態(tài)3：當(dāng)水位高于高水位探頭時(shí)，低水位探頭和高水位探頭與接地探頭導(dǎo)通，THE端（低水位輸入端）輸入低電平、THIG端（高水位輸入端）輸入低電平，按照555定時(shí)器功能表可知Q（輸出端）為高電平，9013三極管b端也為高電平，所以9013三極管導(dǎo)通，繼電器線圈K得電，開關(guān)閉合，水泵啟動。

狀態(tài)4：當(dāng)水位高于低水位探頭，低于高水位探頭時(shí)，低水位探頭與接地探頭導(dǎo)通，THE端（低水位輸入端）輸入低電平、THIG端（高水位輸入端）輸入高電平，輸出狀態(tài)不變（按照上次狀態(tài)執(zhí)行）所以Q（輸出端）為高電平，9013三極管b端也為高電平，所以9013三極管導(dǎo)通，繼電器線圈K得電，開關(guān)閉合，水泵啟動。

3 水位控制電路檢修過程及步驟

（1）將PIB-80保護(hù)器接通電源，保護(hù)器內(nèi)電源指示燈亮。（2）將PIB-80保護(hù)器控制開關(guān)打到水控位置，將用撥鈕開關(guān)1、2模擬低水位探頭和高水位探頭。（3）當(dāng)撥鈕開關(guān)1打開、撥鈕開關(guān)2打開，繼電器K打開，說明正常。反之水位控制電路損壞（模擬狀態(tài)1）。（4）當(dāng)撥鈕開關(guān)1閉合、撥鈕開關(guān)2打開，繼電器K打開，說明正常。反之水位控制電路損壞（模擬狀態(tài)2）。（5）當(dāng)撥鈕開關(guān)1閉合、撥鈕開關(guān)2閉合，繼電器K閉合，說明正常。反之水位控制電路損壞（模擬狀態(tài)3）。（6）當(dāng)撥鈕開關(guān)1閉合、撥鈕開關(guān)2打開，繼電器K閉合，說明正常。反之水位控制電路損壞（模擬狀態(tài)4）。

4 水位控制電路常見故障

（1）水位控制電路電源電路不正常，無法輸出準(zhǔn)確電壓。（2）保護(hù)器控制開關(guān)接觸不良。（3）555定時(shí)器損壞。（4）三極管9013損壞。（5）高低水位輸入端輸入電阻R7、R5損壞或阻值異常。（6）繼電器線圈損壞或觸點(diǎn)接觸不良。（7）繼電器驅(qū)動電阻損壞或阻值異常。（8）三極管9013基極電阻損壞或阻值異常。（9）接地探頭未可靠接地。

5 故障診斷

將保護(hù)器控制開關(guān)打到水控位置。

（1）用萬用表檢測Vcc是否是12V，GND是否為0V，如有不同說明電源電路有問題。（2）檢查控制開關(guān)，將開關(guān)兩側(cè)用萬用表是否通斷，接觸電阻小于10Ω，如果接觸電阻大于10Ω應(yīng)將控制開關(guān)換掉。（3）檢查555定時(shí)器是否完好，模擬狀態(tài)1、2、3、4時(shí)輸出端Q是否有信號輸出，如有信號始終為高電平或低電平時(shí)，說明555定時(shí)器損壞。（4）當(dāng)555定時(shí)器輸出端Q為高電平時(shí)，其他元器件正常時(shí)，說明三極管9013損壞。（5）當(dāng)555定時(shí)器正常輸入信號始終為低電平輸出端Q有信號輸出但輸出信號不正常時(shí)，說明高低水位輸入端輸入電阻R7、R5損壞。（6）當(dāng)555定時(shí)器輸出端Q為高電平時(shí)，三極管工作正常，但是繼電器不吸合，說明繼電器K損壞。（7）當(dāng)電源電路正常555定時(shí)器輸出端Q為高電平，三極管工作正常，繼電器兩端有電阻時(shí)說明繼電器驅(qū)動電阻R3損壞。（8）當(dāng)555定時(shí)器輸出端Q為高電平，三極管9013基極b和Q之間有電壓約等于12V時(shí)，說明三極管9013基極電阻損壞。（9）當(dāng)高低水位輸入端入電阻R7、R5正常，模擬過程中高低水位無輸入或時(shí)好時(shí)壞，說明接地探頭未可靠接地。

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