屈安山

摘 要：文章對(duì)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(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用方面的問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)明敘述。希望可以對(duì)相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：熱敏電阻傳感器；電動(dòng)機(jī)；過(guò)負(fù)荷保護(hù)

前言

在工程實(shí)踐和日常生活中，運(yùn)行著大量的電動(dòng)機(jī)，對(duì)于需要連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，為了避免其在運(yùn)行中因過(guò)電流故障發(fā)生損壞，對(duì)其運(yùn)行溫度進(jìn)行可靠地監(jiān)控是非常必要的，因?yàn)殡姎庠O(shè)備在運(yùn)行中，可以過(guò)載，但不能過(guò)熱。而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度測(cè)量與控制的可靠性決定著電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)控制的成敗，因此，研究和探索電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的有效方式很有必要性。

1 電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的方式是在電動(dòng)機(jī)主回路中串接熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作電流進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)動(dòng)作電流的整定，達(dá)到電動(dòng)機(jī)過(guò)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(lái)推動(dòng)控制觸點(diǎn)的動(dòng)作。用于與電動(dòng)機(jī)主電路串聯(lián)測(cè)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(guò)雙金屬片的受熱變形推動(dòng)導(dǎo)板形成移動(dòng)，從而推動(dòng)觸點(diǎn)系統(tǒng)彈性變形到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，完成熱保護(hù)控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作正常時(shí)，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(dòng)作；當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流過(guò)載時(shí)電加熱元件發(fā)熱增強(qiáng)，同時(shí)造成雙金屬片變形增大，當(dāng)達(dá)到整定值時(shí)，通過(guò)導(dǎo)板推動(dòng)觸點(diǎn)切換完成保護(hù)控制。

但由于從發(fā)熱變形推動(dòng)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(dòng)機(jī)額定值的原則進(jìn)行整定，即一般為0.99～1.05IN。但這個(gè)動(dòng)作范圍在實(shí)踐中很難進(jìn)行精確驗(yàn)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(dòng)機(jī)過(guò)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(cè)量微小的溫度變化（0.002～0.005℃）。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，直徑可以做到小于0.5mm，可以測(cè)量點(diǎn)溫度。（3）電阻率高，熱慣性小，響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間可以短到毫秒級(jí)，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量。（4）易于維護(hù)和進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。因?yàn)樵旧淼碾娮柚悼蛇_(dá)3～700KΩ，當(dāng)遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)，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(shí)基電路的電動(dòng)機(jī)溫度測(cè)量電路的基本構(gòu)成

2.3.1 傳感器的選擇

因?yàn)槟康氖峭瓿呻妱?dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷狀態(tài)的溫度測(cè)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(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)控，由于電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)的溫度測(cè)量范圍不會(huì)超過(guò)200℃，因此，選用電動(dòng)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(cè)量電動(dòng)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(dòng)機(jī)專用PTC熱敏電阻傳感器

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

2.3.2 測(cè)量電路的基本構(gòu)成

由于用于溫度測(cè)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?yàn)檫@種元件采集信號(hào)時(shí)基本不取電流。同時(shí)作為控制要求，測(cè)量電路還應(yīng)有一定的輸出能力，所以選擇555時(shí)基電路作為測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的核心元件，其典型型號(hào)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(cè)控制工作過(guò)程分析

（1）正常情況下，即電動(dòng)機(jī)繞組流過(guò)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(shí)，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(dòng)作，表示溫度正常。（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載導(dǎo)致繞組發(fā)熱嚴(yán)重，使PTC處于高溫狀態(tài)時(shí)， Rt受熱阻值跳變性增大，當(dāng)增大至一定值時(shí)，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(shí)，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(kāi)電動(dòng)機(jī)的控制回路，由其常開(kāi)觸點(diǎn)啟動(dòng)報(bào)警。

3 結(jié)束語(yǔ)

使用熱敏電阻傳感器構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)過(guò)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(shí)用性。從所用元件來(lái)看，整體成本也不高。所以建議廠家在制造較大功率的電動(dòng)機(jī)時(shí)，根據(jù)需要直接降測(cè)量傳感器裝在電動(dòng)機(jī)的繞組上，并在電動(dòng)機(jī)的接線盒處做好測(cè)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(xiàng)的一部分。可以有效降提高電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的效果，降低較大功率電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷燒壞事故的可能性。