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1 引言 從雙金屬片式熱過載繼電器工作原理中可以發(fā)現(xiàn)熱過載繼電器有如下的缺點(diǎn)： 1. 由于采用的是受熱變形的原理，導(dǎo)致一些小電流(小于0.5A)單相電機(jī)很難應(yīng)用; 2. 額定電流的調(diào)節(jié)只是通過調(diào)節(jié)插頭的距離來實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)較粗，且不準(zhǔn)確; 3. 雙金屬片的熱變形特性會(huì)隨著時(shí)間而變化，從而導(dǎo)致熱過載繼電器誤動(dòng)作或者不動(dòng)作; 4. 熱過載繼電器工作在惡劣環(huán)境中，雙金屬片會(huì)因金屬腐蝕而失效; 5. 由于是雙金屬片受熱變形，雖然有溫度補(bǔ)償金屬片，環(huán)境溫度對(duì)熱過載繼電器影響仍然很大; 6. 從圖1可以看出，雙金屬式熱過載繼電器內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)部件多，惡劣振動(dòng)環(huán)境和安裝位置會(huì)對(duì)眾多運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生影響，從而能引起繼電器不動(dòng)作或者誤動(dòng)作。 機(jī)動(dòng)門脈動(dòng)真空滅菌器是現(xiàn)代醫(yī)院必不可少的設(shè)備之一，此設(shè)備開關(guān)門的動(dòng)力來自于小功率單相電機(jī)，根據(jù)設(shè)備的大小不同，額定動(dòng)作電流一般在0.2A～0.5A之間，原來都是使用三相雙金屬片式熱過載繼電器來實(shí)現(xiàn)對(duì)門電機(jī)的保護(hù)，由于雙金屬片式熱過載繼電器存在上述缺陷，且這種門電機(jī)功率很小，堵轉(zhuǎn)電流也不大，所以造成門電機(jī)經(jīng)常因保護(hù)失效而徹底損壞，使得整個(gè)滅菌器設(shè)備不能使用，給醫(yī)院正常工作帶來很大影響。所以筆者針對(duì)這種小功率的單相電機(jī)設(shè)計(jì)了新型的電子式電機(jī)過流保護(hù)器。 2 新型電子式單相電機(jī)過流保護(hù)器的原理和特點(diǎn) 針對(duì)傳統(tǒng)的雙金屬片式熱過載繼電器的這些缺陷，筆者利用二極管、運(yùn)算放大器和比較器設(shè)計(jì)了一種新型的電子式單相電機(jī)過流保護(hù)器，其原理如圖2所示。保護(hù)器的IN、OUT兩端串聯(lián)到給單相電機(jī)供電的AC 220V交流回路中，交流回路正負(fù)方向工作電流Iw每次經(jīng)過6個(gè)二極管和檢流電阻R0(R0的電阻值為0.51歐姆)，所以在IN、OUT兩端產(chǎn)生值為6*Vf+Iw*R0的交流電壓，由于二極管壓降Vf大致固定為1V左右，電機(jī)的額定電流在0.2-0.5A左右，所以此交流電壓值為AC 6.1—6.4V。此工頻交流電壓經(jīng)整流橋B1整流后，由低壓差穩(wěn)壓器U1穩(wěn)壓產(chǎn)生+5V電源，用于給整個(gè)電路供電。由D5到D8四個(gè)二極管組成整流電路使得檢流電阻R0兩端的電壓 壓高于參考電壓Vref時(shí)，U3打開自身的開漏輸出，從而使得繼電器K1線圈得電，繼電器K1的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 當(dāng)門電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，其工作電流Iw隨著增大，電壓Vt增大，根據(jù)上述VO1、VO2傳導(dǎo)函數(shù)關(guān)系可以得出VO2也隨著增大，由于預(yù)先設(shè)定的參考電壓Vref不變，從而使得增大后的VO2大于Vref，這樣電壓比較器U3就會(huì)打開輸出，繼電器K1的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。常開觸點(diǎn)連接到控制系統(tǒng)中用于及時(shí)斷開電機(jī)的供電回路，并立即發(fā)出聲光報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單相電機(jī)的過流保護(hù)。 從圖2可以看出，該過流保護(hù)器僅使用了一些二極管、運(yùn)算放大器、電壓比較器和一些電阻等價(jià)格低廉的元件，完成小功率單相電機(jī)的過流保護(hù)，并且保護(hù)電流精密可調(diào)節(jié)、保護(hù)器動(dòng)作速度快且準(zhǔn)確，克服了傳統(tǒng)的雙金屬片式熱過載繼電器的弊端。 3 該設(shè)計(jì)方案的元器件選型 該電子式過流保護(hù)器的設(shè)計(jì)方案需要在單相電機(jī)的供電回路中串連進(jìn)去兩組(每組6個(gè))方向相反的二極管——D1到D12，在不影響電機(jī)正常工作的情況下，取得過流保護(hù)器工作所需的一個(gè)較小的電源交流源(AV 6V左右)，此交流電壓經(jīng)過整流穩(wěn)壓后產(chǎn)生直流5V電源給整個(gè)電路供電;電流取樣電阻R0兩端的直流電壓經(jīng)運(yùn)放U2差分放大、同相放大后進(jìn)入電壓比較器U3和預(yù)先設(shè)定的參考電壓Vref進(jìn)行比較輸出后驅(qū)動(dòng)繼電器K1。由于筆者實(shí)際使用的單相電機(jī)額定工作電流0.2～0.5A左右，所以設(shè)計(jì)的過流保護(hù)器保護(hù)電流設(shè)定值為0.2～1.2A之間可通過5K的電位器R10調(diào)整。根據(jù)理論計(jì)算和筆者實(shí)際的使用經(jīng)驗(yàn)，圖2中的元器件選擇如下： R0: 0.51Ω 5W 1% R5,R6,R7,R8：27K 1% R9：1K 1% R10：5K 3386型電位器 R11：12K 1% R1,R12,R13：2.2K 5% R4：30K 1% R2,R3：20K 1% C1: 10uF/25V C2: 47uF/16V C7: 100nF/50V D1到D12：S3N B1：MB16S U1：MIC39100-5.0BS U2：LM358 U3：LM311 LED1：紅色LED發(fā)光管 K1：G5V-2-H1-05V (注：歐姆龍，2常開2常閉繼電器) 上面的元件中，電流采樣電阻R0由于直接串聯(lián)到電機(jī)供電回路中，所以選擇功率5瓦的插件電阻，R10選擇5K的3386型可調(diào)電位器，其他電阻沒有功率要求，選擇普通的0805封裝的片阻即可;電容C1，C2選擇普通的鋁電解電容，電容C7選擇普通的J檔的磁片電容;D1到D12選擇IF為3A，VF為1.2V的整流型二極管S3N;B1選擇貼片的肖特基整流橋MB16S;因?yàn)榉�(wěn)壓前的電壓只有6V左右，所以要得到5V的電壓，U1必須壓差低于1V的穩(wěn)壓器，所以筆者選擇壓差為410MV的低壓差穩(wěn)壓器――MIC39100-5.0BS ;U2選擇市場上最常用的運(yùn)算放大器：LM358，價(jià)格低，購買方便;U3選擇市場上最常見的電壓比較器LM311，帶開漏輸出，可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器;K1可根據(jù)實(shí)際需要的觸點(diǎn)容量選擇2常開的功率型繼電器即可。 |
