基于555定時器水位控制電路的檢修

云紅峰

摘 要：隨著科學技術發展，礦用開關逐步趨向智能化、網絡化，老式開關已經滿足不了現代礦井生產需要，因此我廠開展對智能開關保護器維修業務，著重對礦用隔爆型起動器內PIB-80保護器中水位控制電路的原理、檢修過程及常見故障處理進行分析。

關鍵詞：水位控制電路；555定制器；常見故障

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

在市場經濟的今天，經濟環境發生了翻天覆地的變化，煤炭行業的競爭也變得非常激烈，如何增強檢修能力，降低維修成本，已成為相關單位亟待解決的難題。

1 水位控制電路內元件

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，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數，其定義為溫度每升高1℃時電阻值發生變化的百分數。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經過它就產生內能。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構成。當在兩金屬電極間加上電壓時，電極上就會存儲電荷，所以電容器是儲能元件。任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體，組成一個電容器。平行板電容器由電容器的極板和電介質組成。電容器是電子設備中大量使用的電子元件之一，廣泛應用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調諧回路，能量轉換，控制等方面。

1.3 電感

電感器是能夠把電能轉化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結構類似于變壓器，但只有一個繞組。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下，電路接通時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下，電路斷開時它將試圖維持電流不變。

1.4 二極管

晶體二極管為一個由P型半導體和n型半導體形成的PN結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于PN結兩邊載流子濃度差引起的擴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。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時，PN結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現象。PN結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，也用作無觸點開關。晶體三極管，是半導體基本元器件之一，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體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。

1.6 555定時器（圖1）

555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555定時器的內部電路有分壓器、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，其內部電路圖所示。三個5KΩ的電阻串聯組成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。當控制電壓端懸空時，電壓比較器C1和C2、的基準電壓分別為和。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。放點三極管T的外接電路提供放電通路，在使用定時器時，該三極管的DIS一般都要外接上拉電阻。

R為直接復位輸入端，當R為低電平時，不管其他輸入端的狀態如何，輸出端Q即為低電平。

當THE任意狀態，THIG<時，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THE>，THIG>時，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導通，輸出端Q為低電平。

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

1.7 直流繼電器

用于繼電保護與自動控制系統中，以增加觸點的數量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結構和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區別在于：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的，因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數量比較多。新國標對中間繼電器的定義是K，老國標是KA。一般是直流電源供電。少數使用交流供電。

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，高低水位高度根據排水高度決定。

狀態1：當水位低于低水位探頭時，低水位探頭和高水位探頭未與接地探頭導通，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，開關不動作，水泵不能啟動。

狀態2：當水位高于低水位探頭，低于高水位探頭時，低水位探頭與接地探頭導通，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，輸出狀態不變（按照上次狀態執行）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，開關不動作，水泵不能啟動。

狀態3：當水位高于高水位探頭時，低水位探頭和高水位探頭與接地探頭導通，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9013三極管導通，繼電器線圈K得電，開關閉合，水泵啟動。

狀態4：當水位高于低水位探頭，低于高水位探頭時，低水位探頭與接地探頭導通，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，輸出狀態不變（按照上次狀態執行）所以Q（輸出端）為高電平，9013三極管b端也為高電平，所以9013三極管導通，繼電器線圈K得電，開關閉合，水泵啟動。

3 水位控制電路檢修過程及步驟

（1）將PIB-80保護器接通電源，保護器內電源指示燈亮。（2）將PIB-80保護器控制開關打到水控位置，將用撥鈕開關1、2模擬低水位探頭和高水位探頭。（3）當撥鈕開關1打開、撥鈕開關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1）。（4）當撥鈕開關1閉合、撥鈕開關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2）。（5）當撥鈕開關1閉合、撥鈕開關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3）。（6）當撥鈕開關1閉合、撥鈕開關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，無法輸出準確電壓。（2）保護器控制開關接觸不良。（3）555定時器損壞。（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接觸不良。（7）繼電器驅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

將保護器控制開關打到水控位置。

（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，將開關兩側用萬用表是否通斷，接觸電阻小于10Ω，如果接觸電阻大于10Ω應將控制開關換掉。（3）檢查555定時器是否完好，模擬狀態1、2、3、4時輸出端Q是否有信號輸出，如有信號始終為高電平或低電平時，說明555定時器損壞。（4）當555定時器輸出端Q為高電平時，其他元器件正常時，說明三極管9013損壞。（5）當555定時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，說明高低水位輸入端輸入電阻R7、R5損壞。（6）當555定時器輸出端Q為高電平時，三極管工作正常，但是繼電器不吸合，說明繼電器K損壞。（7）當電源電路正常555定時器輸出端Q為高電平，三極管工作正常，繼電器兩端有電阻時說明繼電器驅動電阻R3損壞。（8）當555定時器輸出端Q為高電平，三極管9013基極b和Q之間有電壓約等于12V時，說明三極管9013基極電阻損壞。（9）當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好時壞，說明接地探頭未可靠接地。

參考文獻

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