【導(dǎo)讀】由于電動(dòng)機(jī)是工業(yè)化的基礎(chǔ)性制成，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是一個(gè)歷久彌新的話題，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或者運(yùn)行的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)各種各樣的情況，今天給大家?guī)?lái)一份非常詳細(xì)的經(jīng)典電動(dòng)機(jī)保護(hù)器分析實(shí)例，詳情見(jiàn)本文。
上世紀(jì)八十年代之前，電子技術(shù)的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)任務(wù)多由熱繼電器承擔(dān)，國(guó)內(nèi)型號(hào)為為JR20-XX系列、JR36-XX系列等。其保護(hù)機(jī)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(diào)整機(jī)構(gòu)組成。發(fā)熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬片輾壓而成。當(dāng)電動(dòng)機(jī)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(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)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圈失電而釋放，斷開(kāi)主電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。
熱繼電器以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)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(zhǎng)的時(shí)間，因此，熱繼電器不能用作短路保護(hù)，而只能用作過(guò)載保護(hù)。對(duì)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，通常采用在電源回路中串接熔斷器的方法來(lái)實(shí)施；熱繼電器依賴于機(jī)械結(jié)構(gòu)所形成的機(jī)械動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)，當(dāng)動(dòng)作結(jié)構(gòu)產(chǎn)生機(jī)械疲勞（老化）、機(jī)型形變時(shí)，會(huì)使動(dòng)作閥值偏離設(shè)定值，造成誤動(dòng)作或保護(hù)失效；普通的熱繼電器，不具備斷相保護(hù)功能。
用熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)的典型電路見(jiàn)下圖：
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電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路分析實(shí)例" src="http://data.51spec.com:88/51spec/202009/27/210824511.jpg" height="377" width="400"/>
圖1、用熱繼電器組成的電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)電路
熱繼電器FR1串接于主電路中，F(xiàn)R1的常閉觸點(diǎn)串接于控制回路，過(guò)載故障發(fā)生時(shí)，F(xiàn)R1控制觸點(diǎn)斷開(kāi)，交流接觸器KM1線圈失電，KM1開(kāi)斷，起到過(guò)載停機(jī)保護(hù)作用。
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1、電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的故障和保護(hù)特點(diǎn)：
1）電動(dòng)機(jī)的過(guò)載
電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要工作參數(shù)即額定工作電流，在定額電流以內(nèi)運(yùn)行，為安全工作區(qū)。機(jī)械負(fù)載或供電電壓變化，都會(huì)引起工作電流的變化，出現(xiàn)異常情況時(shí)使電動(dòng)機(jī)過(guò)載，轉(zhuǎn)速下降，電動(dòng)機(jī)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(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組絕緣老化、縮短電機(jī)使用壽命，嚴(yán)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(jī)的過(guò)載運(yùn)行，指轉(zhuǎn)差率增大由過(guò)流引起繞組異常溫升，所以又稱為過(guò)流運(yùn)行。
電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流大小與過(guò)電流時(shí)間之間的關(guān)系稱為過(guò)載特性。在實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)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，稱為反時(shí)限保護(hù)特性，見(jiàn)下圖。
圖2 電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)反限保護(hù)特性曲線
過(guò)載保護(hù)運(yùn)行閥值的整定點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95～1.05左右，即運(yùn)行電流在額定電流的1.1倍以下時(shí)，電動(dòng)機(jī)能長(zhǎng)期運(yùn)行不應(yīng)該產(chǎn)生保護(hù)停機(jī)動(dòng)作；過(guò)載程度繼續(xù)加大時(shí)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)隨過(guò)流程度而縮短。一般認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的4～7倍，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)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(jī)保護(hù)。比如在4倍額定電流時(shí)，延時(shí)10s產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，在7倍額定電流時(shí)，延時(shí)2s即應(yīng)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作。對(duì)運(yùn)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(hù)動(dòng)作，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載，則能作出有效的反應(yīng)。
2）電動(dòng)機(jī)的短路
短路保護(hù)是過(guò)載保護(hù)的一個(gè)極限情況。三相交流電動(dòng)機(jī)的短路故障，有單相接地短路故障、相間短路故障等，當(dāng)電纜短路時(shí)，更直接造成對(duì)三相電源的短路。電機(jī)內(nèi)部短路大都是電機(jī)絕緣損壞引起的，表現(xiàn)為線圈匝間短路、層間短路、相間短路和對(duì)地（電機(jī)外殼、轉(zhuǎn)子）短路等。單相對(duì)地短路，一般不會(huì)燒毀電機(jī)，據(jù)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(jī)嚴(yán)重?zé)龤А?br/>
一般，將大于電動(dòng)機(jī)8倍額定電流，視為短路電流。對(duì)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，要求實(shí)施速斷保護(hù)，時(shí)間常數(shù)越小越好（動(dòng)作越快越好）。
另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中因機(jī)械原因出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)時(shí)，其堵轉(zhuǎn)電流有可能達(dá)到額定電流的5～8倍，在運(yùn)行中出現(xiàn)5倍以上額定電流時(shí)，視為電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)故障，也應(yīng)實(shí)施相應(yīng)的反時(shí)限保護(hù)。
3）電機(jī)機(jī)的斷相
電動(dòng)機(jī)的斷相運(yùn)行，可分為以下幾種情況：
a、供電電源缺相。在電動(dòng)機(jī)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(hù)時(shí)電機(jī)因堵轉(zhuǎn)極易燒毀；在運(yùn)行中斷相，輕載時(shí)尚能運(yùn)轉(zhuǎn)，但運(yùn)行電流嚴(yán)重不平衡，可能出現(xiàn)過(guò)流運(yùn)行。重載時(shí)易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、嚴(yán)重過(guò)載而損壞。
b、電動(dòng)機(jī)繞組斷路故障。供電電源正常，因電動(dòng)機(jī)繞組斷路故障出現(xiàn)斷相運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)力，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大，故障現(xiàn)象同a；
c、電動(dòng)機(jī)電纜斷路故障。故障現(xiàn)象同供電電源缺相。
電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的出現(xiàn)，為完善地實(shí)施電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、短路和斷相保護(hù)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(hù)效果。本章內(nèi)容的重點(diǎn)是對(duì)各種電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路的原理分析和故障維修指導(dǎo)，對(duì)電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器以下簡(jiǎn)稱為電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。
2、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)故障信號(hào)的采樣方法：
1）對(duì)過(guò)載、短路故障信號(hào)的采樣。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行中的過(guò)載和短路故障，體現(xiàn)在流經(jīng)電動(dòng)機(jī)繞組的異常增大的電流值上，一般電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路是采用3只電流互感器采樣運(yùn)行電流信號(hào)，將采樣信號(hào)與電流基準(zhǔn)信號(hào)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(jī)信號(hào)。電路采集處理的為模擬電壓信號(hào)——電流互感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)電壓，送入電壓比較器電路，得到故障信號(hào)輸出。
當(dāng)產(chǎn)生單相對(duì)地短路故障信號(hào)的采樣，可通過(guò)零序電流互感器取得，原理同漏電保安器。或采樣電機(jī)外殼電壓，取得漏電信號(hào)。
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2）對(duì)斷相故障信號(hào)的采樣。如上所述，電動(dòng)機(jī)的斷相故障表現(xiàn)為電源缺相、電動(dòng)機(jī)電纜斷路、電動(dòng)機(jī)繞組斷路等不同故障內(nèi)容，若采用對(duì)三相電源電壓進(jìn)行采樣的方法，僅能對(duì)電源缺相故障進(jìn)行保護(hù)，無(wú)法完成對(duì)后兩種缺相故障的檢測(cè)，是不究竟的一個(gè)方法。根本的方法，是采用對(duì)三相電流進(jìn)行采樣來(lái)判斷缺相故障的方法，對(duì)三種缺相故障都能做出準(zhǔn)確反應(yīng)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，還能對(duì)三相電流不平衡作出判斷。
一般對(duì)缺相運(yùn)行的判斷，不是著眼于電流信號(hào)幅度的大小，而是著重于三相電流信號(hào)的有無(wú)，比較三相電流信號(hào)的有無(wú)，得到斷相故障信號(hào)。因而通常是將電流檢測(cè)信號(hào)處理為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)邏輯運(yùn)算，得到斷相故障保護(hù)信號(hào)。
3、電動(dòng)機(jī)的保護(hù)器的典型電路結(jié)構(gòu)：
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電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路分析實(shí)例" src="http://data.51spec.com:88/51spec/202009/27/210824461.jpg" height="249" width="400"/>
圖3 電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的典型結(jié)構(gòu)
從上圖可以看到，3只電流互感器LH1～LH3，將電動(dòng)機(jī)的三相運(yùn)行電流信號(hào)取出，分別送入后級(jí)過(guò)載、短路信號(hào)采樣處理電路和斷相信號(hào)采樣處理電路，處理成開(kāi)關(guān)量信號(hào)再送入信號(hào)輸出電路和故障信號(hào)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(hào)輸出，或晶閘管器件開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出，或晶體管開(kāi)路集電極信號(hào)輸出等。
需要說(shuō)明的是：部分電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，采用微控制器處理電流采樣和電壓采樣信號(hào)（但電流信號(hào)采樣電路的前級(jí)電路同本章所述電路相似），可從操作顯示面板設(shè)置故障動(dòng)作電流值，并可以監(jiān)看運(yùn)行電流值、電壓電壓值等，其功能更為強(qiáng)大，智能化程度更高，但應(yīng)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(hù)電路作為控制電路的一個(gè)有機(jī)組成部分。本章所述電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，系全部采用模擬或數(shù)字電路硬件電路的，作為一個(gè)獨(dú)立部件被應(yīng)用的保護(hù)裝置（產(chǎn)品）。
本節(jié)內(nèi)容將這兩種型號(hào)的保護(hù)器電路放在一起，一是因?yàn)槠潆娐方Y(jié)構(gòu)與原理近似，二是多家低壓電器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)此類產(chǎn)品，其它型號(hào)如JD-5、JDB-80，電路結(jié)構(gòu)也與本文電路相似或相同，這類保護(hù)器在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)柜的生產(chǎn)和組裝中得到了廣泛的應(yīng)用。但缺點(diǎn)是該類產(chǎn)品的控制接線稍嫌復(fù)雜。在停機(jī)狀態(tài)，顯示斷相故障，處于斷相保護(hù)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(jī)信號(hào)。
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(duì)這類電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的接線和控制原理不甚了解，故據(jù)手頭所繪（實(shí)物）電路圖，對(duì)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(duì)大家提供一點(diǎn)有益的參考。
1、保護(hù)器的控制接線
圖4保護(hù)器的控制接線圖
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保護(hù)器控制接線見(jiàn)上圖，保護(hù)器有4個(gè)控制接線端子，1、2端子為保護(hù)器電源輸入（同時(shí)也是主電路接觸器線圈的電源控制端），可據(jù)要求選用380V或220V供電級(jí)別（上圖保護(hù)器采用380V控制電源），3、4為端子內(nèi)部常閉接點(diǎn)，輸出故障動(dòng)作信號(hào)。上圖的控制接線，JD6保護(hù)器與接觸器線圈是一同得電的（保護(hù)器先于接觸器線圈得電時(shí)，報(bào)斷相故障控制接點(diǎn)動(dòng)作！），而且3、4端子內(nèi)部常閉點(diǎn)串接于KM1的自鎖回路，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，KM1的自鎖被“破壞”，接觸器KM1與保護(hù)器JD6一同失電。保護(hù)器的端子內(nèi)部電路請(qǐng)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(hào)的電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，電路的核心器件多采用時(shí)基電路NE555。本節(jié)保護(hù)器電路，采用NE555、NE556電路，故分析整機(jī)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(hào)，以后有眾多仿制產(chǎn)品問(wèn)世，如LM555、μA555、CA555、CB555等，統(tǒng)稱為555，一般為8腳雙列封裝，都可以代換使用。少數(shù)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(yīng)用靈活，經(jīng)常用來(lái)組成單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路及無(wú)穩(wěn)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(yīng)用用555芯片構(gòu)成的電路與時(shí)間控制有關(guān)，所以又稱為時(shí)間電路或時(shí)基電路。
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圖5 時(shí)基電路NE555等效功能框圖
NE556內(nèi)含又時(shí)基電路，為雙列14腳封裝，相當(dāng)于集成了兩片NE555電路。上述555電路內(nèi)部集成電路為雙極型晶體管器件，適應(yīng)電源電壓范圍5～15V。
而ICM7555、ICM7556器件，其電路結(jié)構(gòu)與NE555、NE556相同，但內(nèi)部集成器件為CMOS場(chǎng)效應(yīng)器件，同類器件型號(hào)有：555CMS、556CMS、μPD5555、μPD5556、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(shù)字電路的“混成”電路，內(nèi)含兩組比較放大器A1、A2，兩路與非門電路1、2、反相驅(qū)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1、2的復(fù)位（R）置位（S）信號(hào)，以控制由門1、門2構(gòu)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(qū)動(dòng)器，提供信號(hào)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(fù)位控制端，又稱為優(yōu)先復(fù)位端，當(dāng)4腳為強(qiáng)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(nèi)部固定分壓值，從而改變輸入觸發(fā)信號(hào)和門限信號(hào)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(duì)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(zhuǎn)換；2腳為觸發(fā)信號(hào)輸入端，6腳為門限電壓輸入端，兩引腳輸入信號(hào)決定著輸出狀態(tài)。555芯片作為觸發(fā)器來(lái)應(yīng)用時(shí)，2腳又稱為置位（S）端（下降沿信號(hào)輸入有效），6腳又稱為復(fù)位（R）端（上升沿信號(hào)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(shè)定為2/3Vcc和1/3Vcc，當(dāng)主復(fù)位控制端4腳為“1”高電平時(shí)，2、6腳輸入的觸發(fā)和門限電壓信號(hào)既可以是數(shù)字信號(hào)，也可以是模擬電壓信號(hào)，而且通過(guò)5腳外加電路的調(diào)整，可以改變2、6腳輸入信號(hào)的動(dòng)作閥值。
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在5腳空置的情況下，和4腳為高電平時(shí)，電路依據(jù)2、6腳輸入電壓信號(hào)幅度與1/3Vcc和2/3Vcc閥值電壓的比較，決定輸出狀態(tài)。當(dāng)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(dāng)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(fù)位狀態(tài)，Vo=0；當(dāng)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(jī)斷相過(guò)載保護(hù)器
HBHQ-0-1電動(dòng)機(jī)斷相過(guò)載保護(hù)器整機(jī)電路，由控制電源、斷相保護(hù)電路和過(guò)載保護(hù)電路組成。
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電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路分析實(shí)例" src="http://data.51spec.com:88/51spec/202009/27/210824601.jpg" height="251" width="400"/>
圖6 HBHQ-0-1電動(dòng)機(jī)斷相過(guò)載保護(hù)器整機(jī)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(biāo)注為“運(yùn)行”指示，這時(shí)因?yàn)榭刂平泳€原因，使保護(hù)器和主回路接觸器一同得到電源，故障停機(jī)時(shí)一同失掉電源的緣故。
〔斷相保護(hù)電路〕LH1～LH3電流互感器感應(yīng)電流信號(hào)經(jīng)整流濾波，變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，提供Q1～Q3晶體管的基極偏流，3只晶體管串聯(lián)成一體。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，Q1～Q3均處于飽和導(dǎo)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(hào)輸入，也不產(chǎn)生保護(hù)停機(jī)信號(hào)輸出。
當(dāng)發(fā)生斷相故障時(shí)，如LH1電流互感器因斷相感應(yīng)信號(hào)為零時(shí)，Q2失去偏流由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，Q1集電極上升為高電平，二極管D3正向?qū)?，將斷相故障信?hào)輸入U(xiǎn)2觸發(fā)器電路，U2輸出停機(jī)保護(hù)信號(hào)。
〔過(guò)載保護(hù)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(wěn)態(tài)）電路”，擔(dān)負(fù)著輸出過(guò)載保護(hù)信號(hào)的任務(wù)。保護(hù)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(hào)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(dǎo)通，二極管D2反偏截止，U2無(wú)高電平過(guò)載保護(hù)信號(hào)輸入；
正常運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流值在1.1倍額定電流以內(nèi)，從電流互感器LH4感應(yīng)的運(yùn)行電流信號(hào)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(zhǎng)H1的負(fù)載電阻，起到將感應(yīng)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的作用，同時(shí)RP1用于過(guò)載保護(hù)動(dòng)作閥值的整定——對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)額定電流的大小進(jìn)行整定。此時(shí)放電端7腳內(nèi)部晶體管處于截止（高阻）狀態(tài)，對(duì)外電路沒(méi)有影響。
過(guò)載情況下（或上電起動(dòng)時(shí)隨著起動(dòng)電流的上升），D1、C1整流濾波得到的電流信號(hào)電壓上升，當(dāng)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(fù)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(zhuǎn)為正向?qū)ǎ瑢⑦^(guò)載保護(hù)信號(hào)送入U(xiǎn)2停機(jī)信號(hào)輸出電路。同時(shí)U1的7腳內(nèi)部放電管對(duì)地導(dǎo)通，一方面將經(jīng)過(guò)R1輸入的過(guò)電流信號(hào)短接到地，一方面經(jīng)R2提供C2的放電通路。當(dāng)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(zhuǎn)，晶體管Q4又再度導(dǎo)通，U1向U2的電動(dòng)機(jī)過(guò)載信號(hào)的傳輸通道被暫時(shí)切斷。同時(shí)，U1的7腳內(nèi)部放電管又再度截止，C2放電結(jié)束。顯然，當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載的發(fā)生為短時(shí)或瞬時(shí)信號(hào)時(shí)，U1只有一個(gè)短時(shí)的向U2發(fā)送過(guò)載信號(hào)的時(shí)間（取決于R2、C2電路的時(shí)間常數(shù)），當(dāng)運(yùn)行中過(guò)載時(shí)間變長(zhǎng)，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(hào)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(zhuǎn)，重新接通向U2傳輸過(guò)載信號(hào)的通道。在過(guò)載較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生的過(guò)程中，過(guò)載指示燈反復(fù)幾次出現(xiàn)熄滅和點(diǎn)亮，說(shuō)明U1產(chǎn)生了數(shù)次“振蕩輸出”。
〔停機(jī)信號(hào)輸出電路〕RP4、C4、U2等電路組成停機(jī)信號(hào)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(jī)起動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生的過(guò)載信號(hào)，二是在運(yùn)行中發(fā)生過(guò)載時(shí)，按反時(shí)限保護(hù)特性要求，延時(shí)輸出過(guò)載保護(hù)信號(hào)。D2、D3為隔離二極管，在U1輸入過(guò)載信號(hào)時(shí)，經(jīng)R5、RP2、R6提供C4的充電電流，U1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，D2反偏截止，“截?cái)唷盋4的放電電流回路，從而在U1的“振蕩輸出”信號(hào)作用下，C4上信號(hào)電壓能“逐漸累加并升高”，當(dāng)過(guò)載達(dá)到一定的時(shí)間后，使過(guò)載信號(hào)生效，U2輸出停機(jī)保護(hù)信號(hào)。
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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(hù)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(hào)，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(hào)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(dāng)過(guò)載和斷相信號(hào)生效時(shí)，6腳輸出高于2/3Vcc以上的信號(hào)電壓，相當(dāng)于輸入了一個(gè)上升沿復(fù)位信號(hào)，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(duì)電動(dòng)機(jī)的停機(jī)保護(hù)。
4、JD6型全電子式多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
JD6型全電子式多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的整機(jī)電路見(jiàn)下圖７，電路結(jié)構(gòu)與HBHQ-0-1電動(dòng)機(jī)斷相過(guò)載保護(hù)器非常相近，但工作方式稍有區(qū)別，而且工作性能有所提升。
〔過(guò)載保護(hù)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(wěn)壓二極管，將控制端電壓穩(wěn)壓于2/3Vcc電源電壓以下，提高了過(guò)載保護(hù)的動(dòng)作精度。圖1-11的過(guò)載保護(hù)電路，過(guò)載信號(hào)電壓是與2/3Vcc電源電壓相比較，以產(chǎn)生信號(hào)輸出，由于電源電壓的變化（無(wú)穩(wěn)壓措施），使信號(hào)比較的基準(zhǔn)點(diǎn)（2/3Vcc電源電壓）產(chǎn)生隨機(jī)性變化，過(guò)載保護(hù)動(dòng)作閥值也會(huì)有相應(yīng)變化，動(dòng)作精度較低。圖７電路，過(guò)載信號(hào)電壓與D12負(fù)端的穩(wěn)壓基準(zhǔn)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(hù)信號(hào)。
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電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路分析實(shí)例" src="http://data.51spec.com:88/51spec/202009/27/210824601.jpg" height="277" width="400"/>
圖7 JD6型全電子式多功能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
〔過(guò)載反時(shí)限控制電路、斷相保護(hù)電路與末級(jí)停機(jī)信號(hào)輸出電壓〕斷相保護(hù)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(gòu)成一個(gè)密不可分的整體。U1內(nèi)部第2組時(shí)基電路組成停機(jī)信號(hào)停機(jī)電路。為保護(hù)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(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于正常狀態(tài)，LH1～LH3電流互感器三相電流信號(hào)正常產(chǎn)生，Q1、Q2、Q3晶體管均處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電容C2的正、負(fù)極之間的電位差為0，U1內(nèi)部第2組時(shí)基電路的觸發(fā)端電壓和門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(nèi)部滿足復(fù)位條件，輸出端9腳Vo=0，繼電器KA1不動(dòng)作。
這里對(duì)第2組時(shí)基電路的應(yīng)用方式，將觸發(fā)輸入腳2與門限電壓控制腳12短接于一起，可等效為一個(gè)兩端信號(hào)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，電路的輸入/輸出信號(hào)邏輯關(guān)系構(gòu)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(zhuǎn)，是輸入信號(hào)與1/3Vcc、2/3Vcc兩個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的結(jié)果，這樣一來(lái)，電路的實(shí)際效果又相當(dāng)于“遲滯電壓比較器”了。
當(dāng)斷相故障出現(xiàn)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(duì)C2的充電電流回路，充電的結(jié)果使C2負(fù)端電位向地電平變化，相當(dāng)于為U1的8、12腳輸入了一個(gè)負(fù)向脈沖，U1內(nèi)部反相器電路受低電平信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，輸出端9腳變?yōu)楦唠娖剑^電器KA1得電動(dòng)作，控制線路主接觸器失電，電動(dòng)機(jī)停機(jī)。
回頭再看過(guò)載反時(shí)限控制電路的動(dòng)作過(guò)程。當(dāng)過(guò)載信號(hào)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(nèi)部電路到電源地的，對(duì)C2的充電電流回路，此回路因串接有RP2原因，時(shí)間常數(shù)較大，故能將電動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間的過(guò)載信號(hào)避過(guò)去，對(duì)運(yùn)行中產(chǎn)生的過(guò)載信號(hào)，則具有反時(shí)限保護(hù)特性。調(diào)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(jié)果，使C1負(fù)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(jī)停止運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了過(guò)載停機(jī)保護(hù)。
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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(hào)發(fā)生時(shí)，都依賴其產(chǎn)生停機(jī)保護(hù)觸發(fā)信號(hào)。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(duì)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(hào)發(fā)生時(shí)C2的兩個(gè)充、放電回路產(chǎn)生互相影響。當(dāng)過(guò)載信號(hào)發(fā)生時(shí)引起形成C2的充電回路時(shí)，D9處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，隔斷Q3射極高電位對(duì)C2負(fù)端電壓的影響；當(dāng)斷相信號(hào)發(fā)生（過(guò)載信號(hào)尚未發(fā)生）時(shí)，D10反偏截止，隔斷了U1的5腳高電位對(duì)C2負(fù)端電壓的影響。
5、JD6等相似電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(cè)信號(hào)”。檢修中，當(dāng)為保護(hù)器1、2電源端子供入AC380V電源后，因無(wú)電流信號(hào)產(chǎn)生，斷相檢測(cè)電路報(bào)出斷相故障信號(hào)，電路處于故障動(dòng)作狀態(tài)中。這說(shuō)明斷相保護(hù)電路及末級(jí)停機(jī)信號(hào)產(chǎn)生電路，基本上是正常的。但由此一來(lái)，對(duì)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(dǎo)線進(jìn)行“暫時(shí)性的”短接，則相當(dāng)于人為生成了三相電流檢測(cè)信號(hào)，屏蔽了斷相故障信號(hào)。
對(duì)過(guò)載保護(hù)電路的檢測(cè)。用DC12V（應(yīng)高于保護(hù)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(cè)信號(hào)，調(diào)整RP1，可使“電流信號(hào)”發(fā)生變化，即對(duì)過(guò)載程度的“深淺”進(jìn)行調(diào)節(jié)，可檢驗(yàn)電路是否能正常輸出過(guò)載信號(hào)，及電路的反時(shí)限保護(hù)特性是否符合要求。當(dāng)過(guò)載倍數(shù)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(dá)3～7倍時(shí)，延時(shí)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)為幾十秒～幾秒。
2）根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行檢修。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的核心部件是NE555（NE556），檢修之前，須對(duì)NE555的各腳功能、電路原理進(jìn)行必要的了解，做到對(duì)各腳的電壓狀態(tài)心中有數(shù)。再進(jìn)一步結(jié)合具體電路，找到改變輸入信號(hào)、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(qiáng)化了電路故障分析能力。
圖７電路中，對(duì)故障停機(jī)信號(hào)產(chǎn)生（末級(jí)）電路的檢修，如果對(duì)電路形式有所了解，則自然能得出高效的檢測(cè)方法。將本級(jí)電路作為反相器來(lái)看，當(dāng)8、12腳與電源地瞬時(shí)短接時(shí)，輸出腳9腳應(yīng)變?yōu)楦唠娖?，KA1得電吸合；當(dāng)8、12腳與電源正端瞬時(shí)短接時(shí)，輸出腳9腳應(yīng)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(jī)保護(hù)器故障維修實(shí)例
〔故障實(shí)例１〕一只JD6型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（見(jiàn)圖７），起動(dòng)期間，過(guò)載指示燈亮，即輸出停機(jī)信號(hào)，無(wú)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)功能，電動(dòng)不能正常起動(dòng)。保護(hù)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(hào)正常，前級(jí)電路也是好的。檢測(cè)RP2等電阻元件，都是好的，拆下C2檢測(cè)其容量，發(fā)現(xiàn)其電容量嚴(yán)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(tái)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（電路構(gòu)成見(jiàn)圖６），按下控制線路起動(dòng)按鈕后，接觸器不吸合，隨即報(bào)斷相故障信號(hào)，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。
單獨(dú)為保護(hù)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(cè)保護(hù)器3、4腳電阻值為無(wú)窮大，故障原因?yàn)槔^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(jī)保護(hù)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(dú)為保護(hù)器上電，先屏蔽斷相故障信號(hào)，斷相指示亮不再點(diǎn)亮，但繼電器KA1仍處于吸合狀態(tài)，測(cè)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(nèi)部輸出級(jí)電路損壞，更換U1后，故障排除。
