熱敏電阻傳感器在電動機過負荷保護中的應用

屈安山

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

關鍵詞：熱敏電阻傳感器；電動機；過負荷保護

前言

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

1 電動機過負荷保護的現狀

傳統(tǒng)的方式是在電動機主回路中串接熱繼電器對電動機的工作電流進行測量，通過動作電流的整定，達到電動機過負荷保護的目的。但是，熱繼電器保護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的動作。用于與電動機主電路串聯(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板形成移動，從而推動觸點系統(tǒng)彈性變形到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，即常閉觸點打開，完成熱保護控制。當電動機工作正常時，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；當電動機電流過載時電加熱元件發(fā)熱增強，同時造成雙金屬片變形增大，當達到整定值時，通過導板推動觸點切換完成保護控制。

但由于從發(fā)熱變形推動的機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額定值的原則進行整定，即一般為0.99～1.05IN。但這個動作范圍在實踐中很難進行精確驗證，所以其保護效果也不太穩(wěn)定。

2 用熱敏電阻傳感器構成的電動機過負荷保護方式的探索

2.1 熱敏電阻的特點

（1）電阻溫度系數大，靈敏度高，可測量微小的溫度變化（0.002～0.005℃）。（2）結構簡單，體積小，直徑可以做到小于0.5mm，可以測量點溫度。（3）電阻率高，熱慣性小，響應速度快，響應時間可以短到毫秒級，適宜動態(tài)測量。（4）易于維護和進行遠距離控制。因為元件本身的電阻值可達3～700KΩ，當遠距離測量時，導線電阻的影響可以不予考慮。（5）熱敏電阻的缺點是互換性差，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（PTC）熱敏電阻；（2）電阻值隨溫度升高而降低的，稱為負溫度系數（NTC）熱敏電阻；（3）具有正或者負溫度系數特性，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（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時基電路的電動機溫度測量電路的基本構成

2.3.1 傳感器的選擇

因為目的是完成電動機過負荷狀態(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，是對電動機的運行溫度進行監(jiān)控，由于電動機熱保護的溫度測量范圍不會超過200℃，因此，選用電動機專用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溫度的PTC熱敏電阻傳感器，其結構形式為三頭串聯(lián)型，采用DIN44082標準。溫度范圍為60～190℃。

圖2 電動機專用PTC熱敏電阻傳感器

使用時將三個探頭分別放置在電動機三相繞組的有效測量位置，并將PTC探頭與被測繞組緊密結合并固定。其引線經過綁扎從電動機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，所以電動機的工作電流不會對其測量結果造成干擾。

2.3.2 測量電路的基本構成

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，測量電路還應有一定的輸出能力，所以選擇555時基電路作為測量轉換電路的核心元件，其典型型號為NE555。根據以上要求，電路構成如圖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）當電動機過載導致繞組發(fā)熱嚴重，使PTC處于高溫狀態(tài)時， Rt受熱阻值跳變性增大，當增大至一定值時，由于分壓關系，導致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輸出翻轉為低電平，KA吸合，切換電路。由KA的常閉觸點斷開電動機的控制回路，由其常開觸點啟動報警。

3 結束語

使用熱敏電阻傳感器構成的電動機過負荷保護電路取代傳統(tǒng)的熱繼電器保護方式，具有一定的必要性和很強的實用性。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時，根據需要直接降測量傳感器裝在電動機的繞組上，并在電動機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品選項的一部分。可以有效降提高電動機過負荷保護的效果，降低較大功率電動機的過負荷燒壞事故的可能性。