按下SB2起动按钮后,接触器闭合,电动机起动。与此同时,电路中的继电器K闭合,它的常开触点闭合自保,于是当SB2返回后,接触器仍然保持吸合状态,电动机也继续运转;
按下SB1停止按钮后,接触器线圈失电打开,电动机停止运行。
当电动机正常运行时,若出现了过载,则继电器K返回,其自保触点打开,继而使得接触器线圈失电,接触器打开,电动机停止运行。
我们看下图:
R1、R2和R3的作用是判断是否出现缺相。当三相都正常时,电阻R1、R2和R3的右侧公共端电压基本为零。为什么?
若设Iam=Ibm=Icm,也即三相电流的幅值均相等,则在电阻的右端,三相电流在此合并,有:
假定C相缺失,则三相电流合并后的值就是上式的右边,即:Iamcos(¢-30)。显见,它就是相位差为-30度的正弦电流。明白这个道理后,我们来设计这部分电路:
我们看到,三个电阻并联后经过二极管半波整流,再经过RP2连接到N,而电容C则起到滤波作用。我们希望可变电阻RP2上的分压能达到10V,而且RP2活动臂上的输出电流可达1毫安;我们还知道半波整流后的电压等于电源电压的0.45倍,于是有:
流过电阻RP2的电流为10毫安,10V除以10毫安等于1千欧,也即可变电阻RP2的阻值为1千欧,功率为1W。
当C相缺相时相当于R1接A相,而R2接B相,于是有:380X1.414/0.01=53732,再除以2,得到26866,取标称值为270千欧。也即R1、R2和R3均为270千欧,功率为27W。
当然,我们可以选用氧化膜电阻,一者体积小,二者耐热性能和阻值稳定性都好。
请大家注意到图中电容和R1、R2、R3的关系:电阻在前,电容在后,这就是积分电路。换句话说,这里的电容起到电机缺相保护信号的延迟作用。
我们初步确定延迟时间为4秒。
时间常数等于电阻与电容的乘积。由于这里的R1和R2分别接到交流电源的两相,而交流电源的内阻极小,几乎可以忽略不计,因此我们由此知道,时间常数中的电阻就是两只电阻的并联值,也即270/2=135千欧
我们还知道,当3倍时间常数时,电容上的电压基本充满。于是把4秒除以3,得到时间常数为1.333秒。把1.333除以135千欧,得到4.94X10^6法拉。取标称值,得到电容的容量为5微法。电容的耐压为690V
现在先给大家说明一个很有用的设计原则。我们先来看下图:
大家注意看,图中的R1和R2产生了分压,R2上的电压等于UR2/(R1+R2)。但是我们从中间抽走了一部分电流,这样就一定会影响到R2上的分压值。那么抽走的这部分电流与支路中的电流有什么关系呢?从以上简单的推导中我们看出,只要支路电流等于抽走的电流的10倍,则R2上的分压几乎没有影响,抽走后R2的分压为之前的90%。
这就是在电路设计中的原则。此原则非常好用,在电路设计中比比皆是,请大家充分注意。
====================================
最后,给大家介绍几个相关的电路,如下:
图中与TA1到TA3相连的是整流二极管,之后的是稳压二极管。前者用于整流,将电流/电压变换器输出的交流电压信号整流成直流信号,然后再用稳压二极管削幅
当三相电流平衡时,六只整流二极管输出的直流电压很低,接近于零。其后部又有稳压二极管对电压削幅,故稳压二极管后部通过电阻连接的一只电容上的电压很低 。
当电动机过载时,三相电流急剧增大,于是二极管整流后的直流电压也增大,此电压减去稳压二极管的电压后,其差值在后部电容上充电 。
换句话说,此电容上的电压值与电机过载相关,而且是经过一定时间的延迟 。
知道为什么?我们看到电容的前端有一只电阻,由此构成了RC延迟电路。我们来看看电阻与电容的乘积等于什么:
电阻X电容=(电压/电流)X(电量/电压)=(电压/电流)X(电流X时间/电压)=时间 。
所以,RC电路也被称为延时电流。这里的RC电路用于对电动机过载保护的延迟动作。
现在我们来看看晶体管电路,如下:
我们在图中首先看到由三个二极管构成的电路,它有一个名字,叫做正与门,就是对于高电平脉冲,这个电路允许通过,而低电平脉冲,这个电路则关闭。
再看后面由T1和T2构成的电路,它有一个名字,叫做施密特触发器。我也不清楚这个触发器是否是一位叫做施密特的人发明的。
我们先来看左图:这里的晶体管处于开关状态:当是输入信号是高电平脉冲时,晶体管饱和,它输出低电平,也即输出与输入电压正好反相。
再看T1晶体管:当输入信号是零电平时,晶体管T1截止关断,所以它的集电极电压Uct1为高电平。Uct1取高电平的结果是T2导通,T2的集电极电压Uct2取低电平。T3是PNP管,其电压极性与NPN管正好相反,所以当T2的集电极取低电平后,这个电压对于PNP管来说,正好是让它导通的电压。T3导通后,其集电极所接的继电器K就导通。
当T1的基极输入信号为高电平时,T1导通,T2截止,T3也跟着截止,继电器K关断返回。
总结一下:当电动机未发生过载、欠压和短路时,正与门没有输入信号因而关闭,所以T1截止,T2和T3导通,K闭合;反之,当电动机发生过载、欠压或者短路时,正与门有输入信号因而打开,T1导通,T2截止,T3也截止,K打开返回。
施密特触发器的工作特性非常类似于继电器。大家一定知道继电器的工作特性,如下:
这张图是从电器学中拷贝出来的。之所以用拷贝图,目的是让大家知道继电特性的重要性。
什么意思呢?X是输入参数,可以理解为继电器线圈的电压。Y是输出参数,可以理解为继电器的触头动作。触头打开时为0,闭合时为1。
我们从零开始慢慢增加电压,当继电器吸合时的线圈电压为X1。我们继续增加,直到额定电压,这时继电器线圈上的电压是Xw。Xw>X1,这是因为要确保继电器可靠吸合。
我们从Xw开始缓慢地降低电压。当电压等于X1时,继电器不会动作;当电压降低到X2时,继电器返回。于是我们就把X2/X1叫做返回系数。显然,返回系数一定大于零但小于或者等于1。
施密特触发器具有继电特性,它也有返回系数。因此,施密特触发器广泛用于甄别电路的输入级,也被用在集成电路的输入级中,是应用面最广泛的标准电路之一。
对于继电器来说,继电特性是大一些好还是小一些好?这要看用在什么场合。值得指出的是,继电特性等于1的继电器指的是类似多功能电力仪表的出口继电器,或者PLC的出口继电器。虽然这些继电器自身也符合继电特性的原则,但它们在电力仪表和PLC的程序控制下,能够做到继电特性等于1
研究低压电器,或者继电保护元件,我们会发现常常出现数电和模电知识,可见这两门基础知识的重要性。
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