一种内置式热敏电阻电机保护器设计*

2021-09-15郑鸿焱施正洪

机械研究与应用 2021年4期

刘毅，郑鸿焱，施正洪

(1.江阴职业技术学院机电工程学院，江苏江阴 214400； 2.江阴市精密电器有限公司，江苏江阴 214400)

0 引言

三相交流异步电动机具有结构简单、价格低廉等优势，如今已被广泛应用于工农业、交通运输、国防等领域。但是由于其自身的特点，电动机在频繁的起动、制动、正反转以及变负荷等工作方式下，极易发生故障，造成损坏。电动机的保护是为电动机长期、安全地正常运行所设置的各种保护措施。保护装置是电气控制系统不可缺少的组成部分，可靠的保护装置可以防止对电动机、电网、电气控制设备以及人身安全等的损害[1]。电机保护器具有过载、断相、堵转等保护功能，是发电、供电、用电系统的重要器件，它的作用是给电动机全面的保护控制。目前我国普遍采用的电动机保护器主要有热继电器、温度继电器和电子式电动机保护器。其中温度保护是利用安装在电动机内部的温度传感器来实现的。当电动机达到一定温度时继电器动作，通过控制电路断开电动机的主电路[2]。对于单相小容量电动机，可以用继电器直接断开动力电路。传统的双金属盘式温度继电器简单、便宜、方便，但存在产品尺寸太大，传热慢，动作温度不能调整，动作特性不稳定，不容易实现自保等缺陷。

为了克服上述不足之处，笔者通过在电机保护器内部设置PTC热敏电阻，在电机过流过热时，能有效切断电路，性能稳定、结构简单，同时实现了占用空间小，放置灵活，动作可靠，具有较好的实用性。

1 内置式热敏电阻电机保护器的结构设计

内置式热敏电阻电机保护器的结构如图1所示。电机保护器由外壳、双金属片、动触点、电阻盒、弹簧片、热敏电阻、绝缘纸、底板、静触点组成。

图1 内置式热敏电阻电机保护器结构示意图

在双金属片上焊接有电阻盒，从而保证了热敏电阻位置的稳固。同时，在热敏电阻和电阻盒之间装有带弧度的弹簧片，依靠弹簧力保使热敏电阻和底板的紧密贴合，从而保证了电机保护器动作的可靠性和产品尺寸紧凑。

装配时，首先将双金属片、动触点、电阻盒、外壳依次焊接在一起，同时将底板和静触点焊接在一起，接着分别将弹簧片、热敏电阻安装到电阻盒内，然后装上绝缘纸和底板，最后通过压紧装置压紧外壳和底板，装配成一个整体的内置式热敏电阻电机保护器。

2 内置式热敏电阻电机保护器的工作原理

普通电机保护器工作时电流经过保护器的两个端子，当电机堵转或电流偏大，电机温度升高到保护器的断开温度时，保护器断开，切断电路，由于电机断电，温度会慢慢降低，当电机温度低于保护器的恢复温度时，保护器闭合，电机同时又会运转。

内置式热敏电阻电机保护器是在保护器的内部并联了一个热敏电阻。当电机堵转或电流偏大，电机温度升高到保护器的断开温度时，保护器断开，切断电路，同时热敏电阻由于并联在电路中而开始工作，能够给保护器提供一个热量，使保护器一直保持断开状态。只有切断电源后，随着热敏电阻断电，电机和电机保护器的温度都会慢慢降低，当电机温度低于电机保护器的恢复温度时，电机保护器闭合，电机才可以运转。这种内置式热敏电阻电机保护器的好处是可以避免由于电机保护器的突然闭合，电机突然运转，给机器和操作机器的人带来伤害。只有给机器彻底断电后电机保护器才会恢复工作，否则线路一直呈短路状态，保护机器和人的安全。

传统的采用双金属片制成的盘式温度继电器，在电动机中埋入热元件，根据电动机的温度进行保护，一般需与电流监测系统配合使用，避免电动机堵转时温度急剧上升，由于测温元件的滞后性，导致电动机绕组受损[3]。但由于热敏电阻安装在电机保护器外部，一方面机器总体尺寸太大，另一方面存在自身传热较慢，动作温度不能调整，动作特性不稳定，不容易实现自保等缺陷。内置式热敏电阻电机保护器通过将热敏电阻放置于保护器内部，有效地解决了由于热敏电阻放置在保护器外部造成热传导慢，从而起不到保护器断开后马上实现机器断电自保的问题。

我们用传统的外置式热敏电阻电机保护器和这种内置式热敏电阻电机保护器各5组做对比试验，试验数据如表1所列。