一種內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì)*

劉 毅，鄭鴻焱，施正洪

(1.江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 江陰 214400； 2.江陰市精密電器有限公司，江蘇 江陰 214400)

0 引 言

三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，如今已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防等領(lǐng)域。但是由于其自身的特點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)在頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及變負(fù)荷等工作方式下，極易發(fā)生故障，造成損壞。電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是為電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期、安全地正常運(yùn)行所設(shè)置的各種保護(hù)措施。保護(hù)裝置是電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，可靠的保護(hù)裝置可以防止對(duì)電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)、電氣控制設(shè)備以及人身安全等的損害[1]。電機(jī)保護(hù)器具有過(guò)載、斷相、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能，是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件，它的作用是給電動(dòng)機(jī)全面的保護(hù)控制。目前我國(guó)普遍采用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要有熱繼電器、溫度繼電器和電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。其中溫度保護(hù)是利用安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到一定溫度時(shí)繼電器動(dòng)作，通過(guò)控制電路斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的主電路[2]。對(duì)于單相小容量電動(dòng)機(jī)，可以用繼電器直接斷開(kāi)動(dòng)力電路。傳統(tǒng)的雙金屬盤式溫度繼電器簡(jiǎn)單、便宜、方便，但存在產(chǎn)品尺寸太大，傳熱慢，動(dòng)作溫度不能調(diào)整，動(dòng)作特性不穩(wěn)定，不容易實(shí)現(xiàn)自保等缺陷。

為了克服上述不足之處，筆者通過(guò)在電機(jī)保護(hù)器內(nèi)部設(shè)置PTC熱敏電阻，在電機(jī)過(guò)流過(guò)熱時(shí)，能有效切斷電路，性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了占用空間小，放置靈活，動(dòng)作可靠，具有較好的實(shí)用性。

1 內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機(jī)保護(hù)器由外殼、雙金屬片、動(dòng)觸點(diǎn)、電阻盒、彈簧片、熱敏電阻、絕緣紙、底板、靜觸點(diǎn)組成。

圖1 內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器結(jié)構(gòu)示意圖

在雙金屬片上焊接有電阻盒，從而保證了熱敏電阻位置的穩(wěn)固。同時(shí)，在熱敏電阻和電阻盒之間裝有帶弧度的彈簧片，依靠彈簧力保使熱敏電阻和底板的緊密貼合，從而保證了電機(jī)保護(hù)器動(dòng)作的可靠性和產(chǎn)品尺寸緊湊。

裝配時(shí)，首先將雙金屬片、動(dòng)觸點(diǎn)、電阻盒、外殼依次焊接在一起，同時(shí)將底板和靜觸點(diǎn)焊接在一起，接著分別將彈簧片、熱敏電阻安裝到電阻盒內(nèi)，然后裝上絕緣紙和底板，最后通過(guò)壓緊裝置壓緊外殼和底板，裝配成一個(gè)整體的內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器。

2 內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器的工作原理

普通電機(jī)保護(hù)器工作時(shí)電流經(jīng)過(guò)保護(hù)器的兩個(gè)端子，當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)或電流偏大，電機(jī)溫度升高到保護(hù)器的斷開(kāi)溫度時(shí)，保護(hù)器斷開(kāi)，切斷電路，由于電機(jī)斷電，溫度會(huì)慢慢降低，當(dāng)電機(jī)溫度低于保護(hù)器的恢復(fù)溫度時(shí)，保護(hù)器閉合，電機(jī)同時(shí)又會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。

內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器是在保護(hù)器的內(nèi)部并聯(lián)了一個(gè)熱敏電阻。當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)或電流偏大，電機(jī)溫度升高到保護(hù)器的斷開(kāi)溫度時(shí)，保護(hù)器斷開(kāi)，切斷電路，同時(shí)熱敏電阻由于并聯(lián)在電路中而開(kāi)始工作，能夠給保護(hù)器提供一個(gè)熱量，使保護(hù)器一直保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)。只有切斷電源后，隨著熱敏電阻斷電，電機(jī)和電機(jī)保護(hù)器的溫度都會(huì)慢慢降低，當(dāng)電機(jī)溫度低于電機(jī)保護(hù)器的恢復(fù)溫度時(shí)，電機(jī)保護(hù)器閉合，電機(jī)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)。這種內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器的好處是可以避免由于電機(jī)保護(hù)器的突然閉合，電機(jī)突然運(yùn)轉(zhuǎn)，給機(jī)器和操作機(jī)器的人帶來(lái)傷害。只有給機(jī)器徹底斷電后電機(jī)保護(hù)器才會(huì)恢復(fù)工作，否則線路一直呈短路狀態(tài)，保護(hù)機(jī)器和人的安全。

傳統(tǒng)的采用雙金屬片制成的盤式溫度繼電器，在電動(dòng)機(jī)中埋入熱元件，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行保護(hù)，一般需與電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配合使用，避免電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)溫度急劇上升，由于測(cè)溫元件的滯后性，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組受損[3]。但由于熱敏電阻安裝在電機(jī)保護(hù)器外部，一方面機(jī)器總體尺寸太大，另一方面存在自身傳熱較慢，動(dòng)作溫度不能調(diào)整，動(dòng)作特性不穩(wěn)定，不容易實(shí)現(xiàn)自保等缺陷。內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器通過(guò)將熱敏電阻放置于保護(hù)器內(nèi)部，有效地解決了由于熱敏電阻放置在保護(hù)器外部造成熱傳導(dǎo)慢，從而起不到保護(hù)器斷開(kāi)后馬上實(shí)現(xiàn)機(jī)器斷電自保的問(wèn)題。

我們用傳統(tǒng)的外置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器和這種內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器各5組做對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列。

表1 外置式和內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

對(duì)比表中數(shù)據(jù)，外置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器5組中有2組出現(xiàn)了斷開(kāi)后恢復(fù)的情況，只有3組是合格的，而內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器5組全部實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)，綜上得出對(duì)比結(jié)果，內(nèi)置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器對(duì)比原先外置式熱敏電阻電機(jī)保護(hù)器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱迅速，易于實(shí)現(xiàn)斷電自保的特點(diǎn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，該電機(jī)保護(hù)器已取得實(shí)用新型專利，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品試驗(yàn)，并實(shí)際應(yīng)用在公司自主研制開(kāi)發(fā)的一種用于熱偶開(kāi)關(guān)端子零件的自動(dòng)切腳機(jī)等一系列自動(dòng)化設(shè)備上，具有機(jī)構(gòu)緊湊，傳熱迅速，易于實(shí)現(xiàn)斷電自保等特點(diǎn)，確保了電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，能使整套自動(dòng)化設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定工作，有較好的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。