第3章 常用电动机的电子保护器

66第三章常用电动机的电子保护器第一节电力电子常用模块现代的电力电子技术，无论是对改造的传统工业，还是对创建高科技产业都至关重要。尤其对一些常用的电力电子模块和组件，更应该掌握，因为这是电动机保护电器和软起动电路的基础。一、整流管-晶闸管臂对模块1、双臂整流管模块电力电子整流模块是由整流电流IT(AV)为数百安、耐压VISOL为数千伏的大功率整流二极管通过并联或串联后，封装在盒内形成的产品。常见的双臂整流管模块如图3-1所示。图3-1a为双臂串联模块；图3-1b为双臂负极并联模块；图Me为双臂正极并联模块；图3-1d为外形尺寸图。图3-1d中“＋”为接线端，示意是用“＋”字螺钉；3-M5x12示意为这3个接线端的螺钉直径为5mm，长度为12mm，双臂整流管就是通过这3个端子与外电路联接的，以实现各种电力电子技术功能。双臂整流管模块型号颇多，其参数见附录A。例3-1单相双臂全波整流电路利用双臂串联整流管模块组成的单相全波整流电路如图3-2所示。不难看出，它与我们寻常所见的单相全波整流电路原理是一致的（参见《经典晶体管电子线路300例》，机械工业出版社），只不过本例所采用的是由大功整流二极管构成的双臂串联模块。例3-2单相双臂桥式整流电路图3-1双臂整流管模块单相双臂桥式整流电路是由双臂阴极（负极）并联和双臂阳极（正极）并联整流管模块构成，电路接成一个电桥形式，所以称为桥式整流电路，如图3-3所示。例3-3三相双臂桥式整流电路一用一个双臂串联模块和两个双臂整流管模块组成的桥式整流电路如图3-4所示。例3-4双臂串联电路，在反向电压较高的情况下，可选耐压较高的双臂串联整流管模块，67若是手头没有耐压较高的模块，可以将两个或两个以上的模块串联使用，使每个模块分别承受一半或几分之一最大反向电压、但因每茶整流管的反向；特性（即反一向电阻）不可‘能尧全一致，会造成电压分配不均匀，所以采用并联均压电阻RC的方法，如图3-5所示。图3-5a为双臂串联电路；图3-5b为并有均压电阻RG的双臂串联电路。图3-2单相双臂全波整流电路图3-3单相双臂桥式整流电路图3-4三相双臂桥式整流电路图3-5双臂串联电路不难看出，按图3-5a接线，所串联的双－臂中的二极管在工作中实际上只用到一只二极管，这样未免太浪费。所以在订货时可以向生产厂提出要求，或自行拆开模块将两只整流管的接线进行改接，如图3-5c所示。例3-5双臂并联电路，如果负载要求的电流很大，用一块模块时发热很厉害，这时可用一块双臂负极并联模块（或双臂正极并联模块），按图3-6所示改为双臂并联电路。2、双臂晶闸管模块由两只大功率晶闸管（额定电流数百安）通过并联或串联后，用以组成桥式电路的“双臂”，这种新型器件叫双臂晶闸管模块。常见的双臂晶闸管模块有串联式和并联式两种，如图3-7所示。其中图3-7a为双臂串联晶闸管模块，图3-7b为双臂负极并联晶闸管模块，图3-7c为外形尺寸图，参数见附录B。图3-6双臂并联电路例3-6大功率逆变器电路本例为单相逆变器，采用一块双臂负极并联晶闸管模块，功率大，负载能力强，如图3-8所示。当VS1被触发导通时，C上的电压经VS2加到VS1两端，使其受反向电压而关断。由于VS2导通，变压器T的绕组FO中有电流流过，变压器二次侧感应出下正上负的电压。68VS1、VS2依次轮换导通，变压器二次侧就感应出交流电压。改变双臂负极并联晶闸管模块的触发信号的频率，也就改变了逆变器输出的交流电压的频率。图3-7双臂晶闸管模块图3-8大功率逆变器电路图3-9晶闸管-整流管联臂模块3.晶闸管-整流管联臂模块顾名思义，晶闸管-整流管联臂模块，就是由一只晶闸管（俗称可控硅）和一只整流二极管，通过串联或并联组成模块，以适应电力电路的某些需要。常见的联臂模块如图3-9所示；图3-9a为整流管-晶闸管串联联臂模块；图3-9b为晶闸管-整流管串联联臂模块；图3-9c为整流管-晶闸管正极并联联臂模块；图3-9d为晶闸管-整流管负极并联联臂模块。晶闸管-整流管联臂模块的功率大，耐压高，用途颇广。例3-7三相半控桥式整流电路图3-10三相半控桥式整流电路69本例采用三只整流管-晶闸管串联联臂模块，组成三相半控桥式整流电路。电路如图3-10所示。在本例中，改变三只晶闸管VS1~VS3的触发脉冲出现的迟早（又叫“移相”），即可通过改变每周期内晶闸管的导通时间，从而调节输出的直流电压平均值。当直流电动机M的端电压改变时，转速即行改变。本例电路广泛用于功率较大的直流电机的无级调速（软起动中也有应用）。图3-11整流桥模块二、整流桥模块整流桥模块是电源作整流用的专用模块。其产品有五大类型如图3-11所示。图3-11a为三相桥式整流模块；图3-11b为单相桥式整流模块；图3-11c为负三臂整流桥模块；图3-11d为正三臂整流桥模块；图3-11e为单相半控桥式整流模块；图3-11f为整流模块外形尺寸图。目前，国产整流桥模块整流电流为100A左右，耐压可达数千伏。例3-8三相桥式整流电路采用一只三相桥式整流模块，就能轻而易举地组成一个三相桥式整流电路，电路如图3-12所示。图3-12三相桥式整流电路三、电子灭弧器电子灭弧器作为控制负载通断的交流接触器的灭弧装置，可避免由于拉弧而造成接触器触点的损坏，从而延长接触器的使用涛命，特别适合于在易燃易爆场合下工作的交流接触器，可大大地降低火灾及爆炸事故的发生。70电子灭弧器具有体积小、重量轻、功耗低、操作频率高及安装使用方便等优点。使用时，只需将各级灭弧器回路与接触器各级触点相并联，并将其控制端并接在接触器线圈两端即可。采用电子灭弧器可解决由于飞弧而造成的接触器的损坏，使其电寿命可提高到几百万次以上。型号说明1.交流电子灭弧器交流电子灭弧器适用于交流110V、220V、380V线路上，作为交流接触器触点的灭弧设备，外形如图3-13所示。图3-13交流电子灭弧器2.直流电子灭弧器直流电子灭弧器是与直流接触器配套的灭弧装置，可彻底消除接触器触点工作时产生的电弧，保护了触点，丛而大大地延缓了接触器的使用寿命。(1)电子灭弧器工作条件环境温度：-25℃~+40℃，环境温度：25℃时＜85％RH。(2)电子灭弧器使用注意事项1)本电子灭弧器应在低频（指接触器触点动作频率）下工作，触点吸合和释放时间间隔不要小于0.2s，否则将不起灭弧作用。2）接触器若长时间频繁动作，则应往意灭弧器的散热，或加适当的散热片(50~150A型）或加散热风扇(200~600A型），以免灭弧器过热烧毁。3）注意接线不要接错，以免烧毁灭弧器。4）电子灭弧器应固定在接触器旁。71四、晶闸管触发板在前面介绍的双臂晶闸看模块，需要配备晶闸管触发板才能进行工作。晶闸管触发板实际上就是把触发电路各元器件安装在印制线路板上，一旦选用后，只需将相关引线与晶闸管接妥即能工作，从而大大地节省了时间。晶闸管触发板品种颇多，现介绍数种以供选用。1.晶闸管触发模块晶闸管触发模块是为反并联结构晶闸管功率模块设计的触发电路模块，实现以较小的信号控制功率较大的电器设备。具有体积小、可靠性高、寿命长、与逻辑电路兼容、防潮、防腐蚀、耐冲击、抗振动及安装方便等特点。（1）技术参数1)输入控制电压：UIN4~32V。2)输入电流：IIN20mA。3)控制晶闸管门极电流：IG100mA。4)绝缘电压：UISOL=2500V。5)输出控制类型：零控、相控。6)输出电压：220V；380V。（2）型号说明2)TDM晶闸管触发模块参数：a输入电压UIN：4~32V。b输出控制类型：零控、相控。c工作电压：380V。图3-14晶闸管触发模块外形尺寸72（3）晶闸管触发模块外型尺寸晶闸管触发模块外形尺寸如图3-14所示。晶闸管触发模块的端子标注是按与F18系列产品所对应的端子标明的，MKC-2型端子“5”为K1，端子“4”为G1，端子“6”为K2，端子“7”为G2。＋、一直流控制输入。TDM触发模块与MKC-2一致。2.YCB型移相式晶闸管触发板，YCB移相式晶闸管触发板可用于触发两只反并联的单向晶闸管模块，进行单相移相式调压控制。利用该触发板可构成单相（开环）交流调压电路。(1)技术参数1)功能：反并联单向晶闸管单相移相式调压控制。2）交流输入电压：双12V，（AC，50Hz），电流≤100mA。3）主回路额定工作电压：380V(AC；50Hz)。4)输入、输出间绝缘电压：≥2500V。5)触发电流：100mA。6)触发脉冲宽度180°~α7)触发脉冲下降时间：≤1μs。触发脉冲上升时间：≤150ns。8)控制线性误差：≤2％。9)直流控制电压（UC）输入范围：0~5V，控制电≤1mA。10)控制电位器：10kΩ。11)工作环境：环境温度：-10~+40℃环境湿度：85%RH。(2)外型尺寸长×宽×高70mm×43mm×25mm。(3)YCB触发板外形（见图3-15）图3-15YCB触发板外形图3-16YCB移相式晶闸管触发板例3-9YCB型移相式晶闸管触礁发板典型应用电路，电路如图3-16所示。图中T为变压器，RP为调相电位器，调节它可以改变加在负载RL两端的电压。3.DJCB型单相交流（闭环）触发板DJCB单相交流（闭环）触发板采用德国酉门子公司生产的高性能移相触发电路TCA785。该板集同步信号检测、锯齿波形成电路、闭环PI调节器以及脉冲变压器输出单元为一体，具有恒压输出功能的晶闸管单相交流调压系统的触发控制单元。可手动也可自动地对输出电压73进行控制。可构成具有稳压输出功熊的单相交流调压系统。(1)技术参数1)功能：晶闸管单相交流调压（具有稳压输出功能）控制。2)交流输入电压，双15V（AC,50Hz），电流≤100mA。3)主电路额定工作电压：380V(AC,50Hz)。4)电压同步信号输入范围：10~220V（AC，50Hz），电流≤1.lmA。5）触发脉冲宽度：600μs。6)脉冲移相范围：0°~180°。7)输入直流控制电压：0~l0V，电流≤1mA。8）手动控制电位器：l0kΩ。9)电压反馈参数：交流电压反馈输入≤10V。10）工作环境：环境温度：-10~＋45℃。环境湿度：85%RH。(2)外型尺寸长×宽×高125mm×100mm×25mm。(3)外型见图3-17。图3-17DJCB单相交流（闭环）触发板图3-18DJCB触发板典型应用电路例3-10DJCB单相交流（闭环）触发板典型应用电路，电路如图3-18所示。图中Ro与Rf为分压电阻；RP为调压电位器，调节它即可改变负载RL两端的电压。电路中的一些端子似乎是悬空没有，其实不然。在实际应用中有个约定：同名端相接，即：只要文字符号（即代号）是相同的，即可以认为这两点（或多点）是连接在一起的。如A板上的“G1”与VS1的控制极“G1”都是“G1”，那么这两点应用导线连接起来。按照上述规律，不难找到G3、KI、K3、F1的来龙去脉了。第二节通用电动机电子保护器自从19世纪80年代发明了三相交流异步电动机以来，由于它的转子回路内的电流不必从外部通入，转子结构极为坚固耐用而且便于维护，因而在这漫长的岁月中，为人类的经济和文明做出了不朽的贡献。人们对它也极为珍惜，从它诞生之日起就一直在寻求它的保护装74置，相继发明了熔丝（俗称保险丝）、热继电器、过电流继电器、过电压继电器等，曾挽救了一些电动机的生命，也延长了一批电动机的寿命，但仍有因保护失灵而“牺牲”了一些电动机。人们通过无数次教训，总结了不少好经验。特别是进入了电子时代以来，利用电子的特有性能，从20世纪60年代以来，经过数十载的艰苦努力，终于让电动机电子保护器走出实验室，成为产品走向社会。一、正存ZLDB系列电动机电子保护器ZLDB系列保护器是北京正存电子电器有限责任公司的产品，它是针对金属片热继电器各种缺点而设计的电子式电动机保护器，广泛应用于75kW以下三相交流异步电动机过载电流与断相保护场合，取代JRO-16系列双金属片式热继电器。1．综述（1）型号说明（2）主要技术特点1）取样信号合金电阻式。2）过载电流保护电容式。3