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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現熱過載繼電器有如下的缺點： 1. 由于采用的是受熱變形的原理，導致一些小電流(小于0.5A)單相電機很難應用; 2. 額定電流的調節只是通過調節插頭的距離來實現，調節較粗，且不準確; 3. 雙金屬片的熱變形特性會隨著時間而變化，從而導致熱過載繼電器誤動作或者不動作; 4. 熱過載繼電器工作在惡劣環境中，雙金屬片會因金屬腐蝕而失效; 5. 由于是雙金屬片受熱變形，雖然有溫度補償金屬片，環境溫度對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部機械結構復雜，運動部件多，惡劣振動環境和安裝位置會對眾多運動部件產生影響，從而能引起繼電器不動作或者誤動作。 機動門脈動真空滅菌器是現代醫院必不可少的設備之一，此設備開關門的動力來自于小功率單相電機，根據設備的大小不同，額定動作電流一般在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現對門電機的保護，由于雙金屬片式熱過載繼電器存在上述缺陷，且這種門電機功率很小，堵轉電流也不大，所以造成門電機經常因保護失效而徹底損壞，使得整個滅菌器設備不能使用，給醫院正常工作帶來很大影響。所以筆者針對這種小功率的單相電機設計了新型的電子式電機過流保護器。 2 新型電子式單相電機過流保護器的原理和特點 針對傳統的雙金屬片式熱過載繼電器的這些缺陷，筆者利用二極管、運算放大器和比較器設計了一種新型的電子式單相電機過流保護器，其原理如圖2所示。保護器的IN、OUT兩端串聯到給單相電機供電的AC 220V交流回路中，交流回路正負方向工作電流Iw每次經過6個二極管和檢流電阻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。此工頻交流電壓經整流橋B1整流后，由低壓差穩壓器U1穩壓產生+5V電源，用于給整個電路供電。由D5到D8四個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，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的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。 當門電機堵轉時，其工作電流Iw隨著增大，電壓Vt增大，根據上述VO1、VO2傳導函數關系可以得出VO2也隨著增大，由于預先設定的參考電壓Vref不變，從而使得增大后的VO2大于Vref，這樣電壓比較器U3就會打開輸出，繼電器K1的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。常開觸點連接到控制系統中用于及時斷開電機的供電回路，并立即發出聲光報警，從而實現對單相電機的過流保護。 從圖2可以看出，該過流保護器僅使用了一些二極管、運算放大器、電壓比較器和一些電阻等價格低廉的元件，完成小功率單相電機的過流保護，并且保護電流精密可調節、保護器動作速度快且準確，克服了傳統的雙金屬片式熱過載繼電器的弊端。 3 該設計方案的元器件選型 該電子式過流保護器的設計方案需要在單相電機的供電回路中串連進去兩組(每組6個)方向相反的二極管——D1到D12，在不影響電機正常工作的情況下，取得過流保護器工作所需的一個較小的電源交流源(AV 6V左右)，此交流電壓經過整流穩壓后產生直流5V電源給整個電路供電;電流取樣電阻R0兩端的直流電壓經運放U2差分放大、同相放大后進入電壓比較器U3和預先設定的參考電壓Vref進行比較輸出后驅動繼電器K1。由于筆者實際使用的單相電機額定工作電流0.2～0.5A左右，所以設計的過流保護器保護電流設定值為0.2～1.2A之間可通過5K的電位器R10調整。根據理論計算和筆者實際的使用經驗，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由于直接串聯到電機供電回路中，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;因為穩壓前的電壓只有6V左右，所以要得到5V的電壓，U1必須壓差低于1V的穩壓器，所以筆者選擇壓差為410MV的低壓差穩壓器――MIC39100-5.0BS ;U2選擇市場上最常用的運算放大器：LM358，價格低，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，可以直接驅動繼電器;K1可根據實際需要的觸點容量選擇2常開的功率型繼電器即可。 |
