HHD2-F-G电动机保护器的无源型电路原理解析

结合电动机保护器（以下简称保护器）实际电路说明其工作原理。原（实物）电路元器件没有序号，为原理分析的方便，部分元器件的序号为作者所标注。

图2-4 HHD2-F-G无源型电动机保护器控制接线图

（1）“交流开关”电路 整流电路D1～D4、单向晶闸管VT1和晶体管Q1、Q2等组成“交流开关”电路，控制交流接触器KM1的得电和失电，从而对电动机进行运转和停机、故障保护停机的控制。

在控制电路起动按钮SB1按下之前，控制电路呈断开状态，交流接触器KM1的线圈与保护器HHD2均处于失电（停止工作）状态，KM1不吸合，电动机处于停机状态。当按下起动按钮SB1时，由电源线L1、L2引入的380V控制电源，经FU1、SB1、SB2、KM1线圈电阻引入到HHD2保护器的1、2端子。二极管D1～D4组成整流电路，将输入交流电压“调向”成直流脉动电压，加到单向晶闸管VT1的阳极上。D1～D4整流电源与VT1、D12的共同作用，使单向晶闸管VT1起到“交流开关”的作用——经整流“调向”，使电源电压的正、负半波均流经VT1。在VT1导通后，VT1、D12的串联电压降降为2V左右，D1～D4整流电路变为“直通”，控制电路的380V电压加于KM1线圈上，交流接触器KM1得电吸合，电动机运转。晶闸管VT1因流过KM1线圈电流而使导通状态得以维持。

VT1起到交流开关的作用，此交流开关的通断受控于晶体管Q1和Q2。正常情况下，当按下起动按钮SB1而使控制电路接通时，电网电压的每个半波期间，脉动直流电压经R1、R2、R3引入晶体管Q2的基极，Q2饱和导通，将Q1的基极电压拉低为“地”电平，使Q1处于可靠的截止状态。同时整流后的脉动直流电压经R4、R5引入晶闸管VT1的门极，VT1受控导通，“交流开关”电路处于通态，交流接触器KM1线圈得电吸合，负载电动机得电运行。

因为按下SB1的时间为随机的，输入脉动直流电压的幅度是不确定的，电路设计考虑了输入峰值电压的电路元器件的耐受能力，故触发电阻选用了两只150kΩ串联电阻，这就要求选用晶闸管VT1，可以用极小的（数10μA级或更小）触发电流即能使其可靠导通，以保证在电网过零点附近VT1就能导通，使KM1线圈能得到接近电源电压的供电电源。维修中若需换用VT1，应选用所需触发电流值较小的器件。

图2-5 HHD2-F-G无源型电动机保护器整机电路

（2）过载故障保护电路 由电流互感器LH1～LH3和四级运算放大器N1～N4电路等元器件组成故障保护电路。LH1、N1、N2等元器件组成过载保护电路。N1～N4运放电路的工作电源，是在电动机运行后由电流互感器LH1取得的电流信号经D8～D11整流和C1电容滤波后取得直流电压，LH1的感应电流信号，也经R13限流，作为发光二极管HL1的驱动电流，用于“工作”指示。同时，LH1感应电流信号，经整流滤波变为信号电压后，也作为电流检测信号，送入N1、N2电路。(www.xing528.com)

电路中电位器RP1置于保护器内部，用于设定电流保护动作值的上限。电位器RP2安装操作面板的调节孔内，可由用户据电动机的功率大小，进行现场的保护动作阈值整定，该系列产品的保护电流动作值整定范围为1～160A，适应0.5～75kW功率的三相电动机的过载及断相保护。

D8～D11整流和电容滤波后取得直流电压，经R17、D13稳压电路为运放电路N1、N2同相输入端引入约0.7V的稳定电压，作为比较基准电压，当RP2中心臂输出电流信号大于0.7V时，N2的14输出脚变为低电平，发光二极管HL2点亮，指示运行中出现“过载”状态。N2、HL2电路仅用于过载状态的指示与监控，并不产生停机保护动作，电动机起动过程中或运行中短时间有过载发生时，HL2点亮，用于过载警示。

过载停机保护电路由R17、C2和N1运算放大器等元器件组成，R17、C2对RP2中心臂输出的电流检测信号进行积分延时后，输入N1的反相端，当电动机的过载状态维持一定时间后，才发送停机信号，以避过起动电流信号和忽略短时过载信号。当过载程度加重，RP2中心臂输入信号电压升高时，N1的反相输入端10脚到达0.7V以上的时间变短，反之时间延长，因而也具有一定的反时限特性。过载信号生效时，N1的13脚变为低电平，使Q2的基极偏压消失，Q2由饱和导通变为截止状态，此时R1、R2、Q1的发射结形成Q1的基极偏流回路，Q1导通，将晶闸管VT1的门极电压“短接”到地，VT1截止，“交流开关”电路处于“断开”状态，KM1线圈失电，电动机停机运转，起到了过载时保护停机的作用。

（3）断相故障保护电路LH1～LH3和运算放大器N3、N4组成断相故障保护电路，要注意：LH1～LH3等3只电流互感器是不同的，LH3感应电流（电压）兼作控制电路的电源及工作指示，LH3的电流输出能力较强，LH1、LH2仅能输出电压信号，无电流输出能力（厂家从节约成本考虑，LH1、LH2的耗材更少）。电源A相线电流信号由LH1取得，经二极管D7整流和电容滤波，由R10、R11分压后送入N4的同相端，L2相、L3相线电流信号由LH2、LH3取得，经整流滤波变为直流信号电压后，经R6、R7和R8分压后引入N3的同相输入端。N3、N4的反相输入端引入的是由LH1感应电流信号整流滤波后直流电压，经R9、R12分压后取得，这是一个“浮动”的基准电压，当运行电流增大时，N3、N4反相输入端的电压也“同步”升高，反之，“同步减小”，因而N3、N4两输入端输入的三相电流信号不仅有“电流有无”的比较，还有“电流大小”的比较，不仅能反映出某相电流为零的断相故障，而且对某相电流严重偏小的“三相不平衡”做出反应，均能提供停机保护，显然，此处用“浮动”基准电压比用固定基准电压信号，效果更好。

正常运行状态下，N3、N4的同相端电压信号总是高于反相端电压信号，输出端为高阻状态，对晶体管Q2的工作状态没有影响，当某相电流严重偏低或出现断相故障时，N3或N4的同相端输入电压低于反相端电压信号，输出变为低电平，使Q1截止，Q2导通，VT1关断，电动机停止，实施了断相保护动作。

电路中采用的四组运算放大器（LM339运放芯片内含四组放大器），其输出电路形式为开路集电极输出，其电路形式如图2-6所示。运算放大器的输出电路形式一般有两种：一种为常规的推挽电路输出方式，禁止将输出端并联——当并联电路输出状态不一致时，易形成对供电电源的短路而烧毁！而开路集电极输出电路形式，当Q8（见图2-6）截止时，输出脚2与3、12脚之间呈现“高阻抗”状态，也可以认为是开路状态，对外电路不产生影响，当Q8处于导通状态时，2脚与12脚之间呈现“低阻”状态，可认为2脚与12脚之间是导通状态。因而LM339的输出脚需外接上拉电阻，形成信号输出。因外接上拉电阻的作用不会产生对电源的短路，允许输出端并联应用。

图2-6 LM339运算电路中的N3电路形式