热敏电阻传感器在电动机过负荷保护中的应用

屈安山

摘 要：文章对目前应用非常广泛的热敏电阻传感器的基本原理及其在电动机过负荷保护的实际应用方面的问题进行了简明叙述。希望可以对相关工作提供参考。

关键词：热敏电阻传感器；电动机；过负荷保护

前言

在工程实践和日常生活中，运行着大量的电动机，对于需要连续运行的电动机，为了避免其在运行中因过电流故障发生损坏，对其运行温度进行可靠地监控是非常必要的，因为电气设备在运行中，可以过载，但不能过热。而电动机运行温度测量与控制的可靠性决定着电动机过负荷保护控制的成败，因此，研究和探索电动机过负荷保护的有效方式很有必要性。

1 电动机过负荷保护的现状

传统的方式是在电动机主回路中串接热继电器对电动机的工作电流进行测量，通过动作电流的整定，达到电动机过负荷保护的目的。但是，热继电器保护的基本原理是采用双金属片发热的变形来推动控制触点的动作。用于与电动机主电路串联测量电流的是电加热元件，被电加热元件环绕的是发热变形的双金属片，通过双金属片的受热变形推动导板形成移动，从而推动触点系统弹性变形到另一个稳定状态，即常闭触点打开，完成热保护控制。当电动机工作正常时，电加热元件发热正常，双金属片变形也正常，热继电器不动作；当电动机电流过载时电加热元件发热增强，同时造成双金属片变形增大，当达到整定值时，通过导板推动触点切换完成保护控制。

但由于从发热变形推动的机械摩擦力到弹簧的拉力都存在着很大的离散性，所以其整定精度不高。一般按照接近或略大于电动机额定值的原则进行整定，即一般为0.99～1.05IN。但这个动作范围在实践中很难进行精确验证，所以其保护效果也不太稳定。

2 用热敏电阻传感器构成的电动机过负荷保护方式的探索

2.1 热敏电阻的特点

（1）电阻温度系数大，灵敏度高，可测量微小的温度变化（0.002～0.005℃）。（2）结构简单，体积小，直径可以做到小于0.5mm，可以测量点温度。（3）电阻率高，热惯性小，响应速度快，响应时间可以短到毫秒级，适宜动态测量。（4）易于维护和进行远距离控制。因为元件本身的电阻值可达3～700KΩ，当远距离测量时，导线电阻的影响可以不予考虑。（5）热敏电阻的缺点是互换性差，电阻-温度曲线为非线性。

2.2 热敏电阻的分类

按热敏电阻的温度特性分为三类：

（1）电阻值随温度升高而升高的，称为正温度系数（PTC）热敏电阻；（2）电阻值随温度升高而降低的，称为负温度系数（NTC）热敏电阻；（3）具有正或者负温度系数特性，但在某一温度范围电阻值发生巨大变化的，称为突变型温度系数（CTR）热敏电阻。

这三类热敏电阻的温度特性曲线如图1所示。

2.3 基于PTC热敏电阻传感器和555时基电路的电动机温度测量电路的基本构成

2.3.1 传感器的选择

因为目的是完成电动机过负荷状态的温度测量，因此必须选择微功耗型热敏电阻。具体到本控制任务，是对电动机的运行温度进行监控，由于电动机热保护的温度测量范围不会超过200℃，因此，选用电动机专用PTC热敏电阻传感器即可满足本控制要求。图2为所选择的用于测量电動机温度的PTC热敏电阻传感器，其结构形式为三头串联型，采用DIN44082标准。温度范围为60～190℃。

图2 电动机专用PTC热敏电阻传感器

使用时将三个探头分别放置在电动机三相绕组的有效测量位置，并将PTC探头与被测绕组紧密结合并固定。其引线经过绑扎从电动机的接线盒处用专用端子引出。由于传递的信号是电阻的变化，所以电动机的工作电流不会对其测量结果造成干扰。

2.3.2 测量电路的基本构成

由于用于温度测量的热敏电阻都是微功耗元件，因此，采集热敏电阻阻值变化的电路必须是运放类元件，因为这种元件采集信号时基本不取电流。同时作为控制要求，测量电路还应有一定的输出能力，所以选择555时基电路作为测量转换电路的核心元件，其典型型号为NE555。根据以上要求，电路构成如图3所示。

2.3.3 温度监测控制工作过程分析

（1）正常情况下，即电动机绕组流过正常的工作电流，PTC温度处于略高于室温，比如，40～60℃。调节RP使得Ui小于电源电压的1/3，本例在中即小于2V时，低电位触发端2端起作用，IC输出为高电平，继电器KA不动作，表示温度正常。（2）当电动机过载导致绕组发热严重，使PTC处于高温状态时， Rt受热阻值跳变性增大，当增大至一定值时，由于分压关系，导致Ui大于电源电压的2/3，即大于4V时，高电位触发端6端起作用，IC输出翻转为低电平，KA吸合，切换电路。由KA的常闭触点断开电动机的控制回路，由其常开触点启动报警。

3 结束语

使用热敏电阻传感器构成的电动机过负荷保护电路取代传统的热继电器保护方式，具有一定的必要性和很强的实用性。从所用元件来看，整体成本也不高。所以建议厂家在制造较大功率的电动机时，根据需要直接降测量传感器装在电动机的绕组上，并在电动机的接线盒处做好测量接口供后续电路使用，甚至可以连控制电路一并做好作为产品选项的一部分。可以有效降提高电动机过负荷保护的效果，降低较大功率电动机的过负荷烧坏事故的可能性。