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電動機保護(hu)器電路原理分析和維修
——HBHQ-0-1和JD6型電子式多功能電動機保護器
由(you)三(san)相交流電(dian)(dian)(dian)動機(ji)所(suo)構成的(de)電(dian)(dian)(dian)力拖動系(xi)統，形(xing)成了工業現代化的(de)基(ji)礎性支撐，對三(san)相交流電(dian)(dian)(dian)動機(ji)（以下簡稱電(dian)(dian)(dian)動機(ji)）的(de)保(bao)護，是一個歷久(jiu)彌新的(de)的(de)話題。
上世紀八十年代之前，電子技(ji)術的(de)應用尚處于初(chu)級階段，對電動機(ji)的(de)保護任(ren)務多(duo)由(you)熱繼電器承擔，國內(nei)型(xing)號為為 JR20-XX 系列、 JR36-XX 系列等。其保護機理如(ru)下：熱繼電器 由發熱元(yuan)件、雙(shuang)金屬片、觸點及一套傳動和調整機構組成。發熱元(yuan)件是一段阻值不(bu)大(da)的 絲，串接在(zai)被(bei)保護電(dian)動(dong)機的主電(dian)路(lu)中。雙金屬片由兩種不同(tong)熱(re)膨脹系(xi)數(shu)的金屬片輾壓而成(cheng)。當電(dian)動(dong)機過(guo)載時(shi)，通過(guo)發熱(re)元件的電(dian)流超過(guo)整定電(dian)流， 使有(you)不同膨脹系數的雙(shuang)金屬片發生(sheng)形變，當形變達到一定距離(li)時，就(jiu)推動連(lian)桿動作， 使(shi) 控制（ 常閉 ） 觸點斷開 ， 進而控制(zhi)主(zhu)(zhu)電(dian)路(lu)接觸(chu)器因線圈失電(dian)而釋放，斷開(kai)主(zhu)(zhu)電(dian)路(lu)， 實(shi)現 的過(guo)載保護(hu) 。
熱
以其體積小，結構簡單、成本(ben)低等優點得到了
廣泛應用。
但同時存在不易克服的下述缺點：
雙金屬(shu)片受熱彎曲過程中，熱量(liang)的傳遞(di)需要較(jiao)長的時間(jian)，因此，熱繼電器(qi)不能用(yong)作(zuo)短(duan)路保護，而(er)只能用(yong)作(zuo)過載(zai)保
護(hu)(hu)。對電動(dong)機(ji)的(de)短路保護(hu)(hu)，通(tong)(tong)常采用在電源回路中串接熔斷(duan)器的(de)方(fang)法來實施；熱繼(ji)電器依賴(lai)于機(ji)械結(jie)(jie)構所(suo)形(xing)(xing)成的(de)機(ji)械動(dong)作來實現停機(ji)保護(hu)(hu)，當動(dong)作結(jie)(jie)構產生(sheng)機(ji)械疲勞（老化）、機(ji)型形(xing)(xing)變時(shi)，會使(shi)動(dong)作閥值(zhi)偏(pian)離設定值(zhi)，造(zao)成誤動(dong)作或保護(hu)(hu)失(shi)效；普通(tong)(tong)的(de)熱繼(ji)電器，不(bu)具備斷(duan)相保護(hu)(hu)功(gong)能。
用熱(re)繼電器對電動機(ji)進行保護的典型電路見下圖(tu)：
圖 1 、用熱繼電(dian)器組(zu)成的(de)電(dian)動(dong)機過(guo)載(zai)保護電(dian)路
熱(re)繼電器 FR1 串(chuan)接于主(zhu)電路(lu)中， FR1 的常閉觸(chu)點(dian)串接于控制回路，過載故障(zhang)發生時， FR1 控制觸點斷開，交(jiao)流(liu)接觸器 KM1 線(xian)圈(quan)失電， KM1 開斷，起到過載停機(ji)保護作用(yong)。
1、電動機在起動和運行過程中(zhong)可能發生的(de)故障和保護特點：
1）電動機的過載
電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)的一個(ge)重要工作(zuo)參(can)數即額(e)定工作(zuo)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，在定額(e)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)以內運行，為安全工作(zuo)區(qu)。機(ji)械(xie)負載或供電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓變化(hua)，都會引起(qi)工作(zuo)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的變化(hua)，出現(xian)異(yi)常情況(kuang)時使(shi)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)過(guo)載，轉(zhuan)(zhuan)速下降，電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)繞(rao)組(zu)(zu)中的電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)增大，超過(guo)額(e)定工作(zuo)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，繞(rao)組(zu)(zu)溫度升(sheng)高。過(guo)載運行，會導致電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)繞(rao)組(zu)(zu)絕(jue)緣老化(hua)、縮短電(dian)(dian)(dian)機(ji)使(shi)用(yong)壽命(ming)，嚴重時使(shi)繞(rao)組(zu)(zu)絕(jue)緣擊穿造成短路，繞(rao)組(zu)(zu)起(qi)火燒(shao)毀(hui)等故障。電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)的過(guo)載運行，指轉(zhuan)(zhuan)差(cha)率增大由過(guo)流(liu)(liu)引起(qi)繞(rao)組(zu)(zu)異(yi)常溫升(sheng)，所以又稱為過(guo)流(liu)(liu)運行。
電(dian)動機的過電(dian)流(liu)大小與過電(dian)流(liu)時(shi)間(jian)之間(jian)的關系稱(cheng)為(wei)過載(zai)特性。在實際運行(xing)中，電(dian)機短時(shi)過載(zai)和(he)較(jiao)低程度的過載(zai)，是(shi)難以(yi)避免的，也是(shi)可以(yi)允許(xu)的，過電(dian)流(liu)大小和(he)過電(dian)流(liu)允許(xu)時(shi)間(jian)呈(cheng)反(fan)比，稱(cheng)為(wei) 反時限保(bao)護特性 ，見(jian)下圖。
圖 2 電動機過載保護反限保護特性曲線
過載保護運行(xing)閥值的(de)整定(ding)點(dian)在電動機(ji)額定(ding)電流的(de) 0.95～1.05左右，即運行電流在額定電流的1.1倍以下時，電動機能長期運行不應該產生保護停機動作；過載程度繼續加大時，保護動作時間應隨過流程度而縮短。一般認為，電動機的起動電流為額定電流的4～7倍，保護動作應該既能避開正常的起動電流，又能在過載時，實施有效的停機保護。比如在4倍額定電流時，延時10s產生保護動作，在7倍額定電流時，延時2s即應產生保護動作。對運行中的短時過載，有一定的時間延時處理，不會產生誤保護動作，對長時間過載，則能作出有效的反應。
2）電動(dong)機的短路(lu)
短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)保護(hu)是過載保護(hu)的(de)(de)(de)一(yi)個極限情(qing)況。三相(xiang)(xiang)交流電(dian)動機(ji)的(de)(de)(de)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)故(gu)(gu)障(zhang)，有單相(xiang)(xiang)接(jie)地(di)(di)(di)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)故(gu)(gu)障(zhang)、相(xiang)(xiang)間(jian)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)故(gu)(gu)障(zhang)等，當(dang)電(dian)纜短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)時，更直(zhi)接(jie)造成(cheng)對(dui)三相(xiang)(xiang)電(dian)源的(de)(de)(de)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)。電(dian)機(ji)內(nei)部短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)大(da)都(dou)是電(dian)機(ji)絕緣損壞引(yin)起的(de)(de)(de)，表現(xian)為(wei)線圈匝間(jian)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)、層間(jian)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)、相(xiang)(xiang)間(jian)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)和對(dui)地(di)(di)(di)（電(dian)機(ji)外殼、轉(zhuan)子）短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)等。單相(xiang)(xiang)對(dui)地(di)(di)(di)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)，一(yi)般不會(hui)(hui)燒毀電(dian)機(ji)，據外殼接(jie)地(di)(di)(di)電(dian)阻的(de)(de)(de)不同(tong)，形(xing)成(cheng)大(da)小不同(tong)的(de)(de)(de)接(jie)地(di)(di)(di)電(dian)流；（兩相(xiang)(xiang)或三相(xiang)(xiang)）相(xiang)(xiang)間(jian)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)時，會(hui)(hui)形(xing)成(cheng)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)短(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)電(dian)流，通(tong)常會(hui)(hui)使電(dian)機(ji)嚴重燒毀。
一(yi)般，將大于電(dian)動機 8倍額定電流，視為短路電流。對電動機的短路保護，要求實施速斷保護，時間常數越小越好（動作越快越好）。
另外，當電動(dong)機在運(yun)行(xing)中(zhong)因機械(xie)原因出現堵(du)轉時，其堵(du)轉電流有(you)可能達到(dao)額定電流的(de) 5～8倍，在運行中出現5倍以上額定電流時，視為電動機堵轉故障，也應實施相應的反時限保護。
3）電機(ji)機(ji)的斷相
電動機的斷相(xiang)運行，可分為以下幾(ji)種情況：
a、供電(dian)(dian)電(dian)(dian)源缺相(xiang)。在電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)機起(qi)動(dong)(dong)(dong)前斷(duan)相(xiang)，會造成起(qi)動(dong)(dong)(dong)困難或無(wu)法(fa)起(qi)動(dong)(dong)(dong)，起(qi)動(dong)(dong)(dong)聲(sheng)音異常(chang)，無(wu)保護(hu)時(shi)電(dian)(dian)機因堵(du)轉(zhuan)(zhuan)極易燒毀；在運(yun)行中斷(duan)相(xiang)，輕載(zai)時(shi)尚(shang)能運(yun)轉(zhuan)(zhuan)，但(dan)運(yun)行電(dian)(dian)流(liu)嚴(yan)重不平衡，可能出現過(guo)流(liu)運(yun)行。重載(zai)時(shi)易發生堵(du)轉(zhuan)(zhuan)、嚴(yan)重過(guo)載(zai)而損壞。
b、電(dian)動(dong)機繞組斷(duan)路(lu)故障。供電(dian)電(dian)源(yuan)正常，因電(dian)動(dong)機繞組斷(duan)路(lu)故障出現斷(duan)相運行(xing)，運轉無力(li)，電(dian)動(dong)機振(zhen)動(dong)大(da)，故障現象同a；
c、 電動機電纜斷(duan)路故障。故障現(xian)象同供電電源缺相(xiang)。
電(dian)子式(shi)電(dian)動機(ji)(ji)保護器(qi)(qi)的(de)(de)(de)出現(xian)，為(wei)完善(shan)地(di)實施(shi)電(dian)動機(ji)(ji)的(de)(de)(de)過載、短路和斷相保護提供了可能，一定程(cheng)度上取(qu)代了熱繼電(dian)器(qi)(qi)，提升了控制功能和保護效果。本(ben)章內容的(de)(de)(de)重點是對各種電(dian)子式(shi)電(dian)動機(ji)(ji)保護器(qi)(qi)電(dian)路的(de)(de)(de)原(yuan)理(li)分析和故(gu)障維修指(zhi)導，對電(dian)子式(shi)電(dian)動機(ji)(ji)保護器(qi)(qi)以下簡稱(cheng)為(wei)電(dian)動機(ji)(ji)保護器(qi)(qi)。
2、電動機保護器(qi)對故障(zhang)信(xin)號的采樣(yang)方法：
1）對過(guo)載(zai)(zai)、短路(lu)(lu)故(gu)(gu)障(zhang)信(xin)號的(de)采(cai)樣(yang)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動機起動運行中的(de)過(guo)載(zai)(zai)和短路(lu)(lu)故(gu)(gu)障(zhang)，體現在流(liu)(liu)經(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動機繞組的(de)異常增大的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)值上，一般電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動機保(bao)護器電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)是采(cai)用3只電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)互感(gan)器采(cai)樣(yang)運行電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)信(xin)號，將采(cai)樣(yang)信(xin)號與電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)基準信(xin)號相比(bi)(bi)較(jiao)，判斷是否處于過(guo)載(zai)(zai)或短路(lu)(lu)故(gu)(gu)障(zhang)狀態，故(gu)(gu)障(zhang)時輸(shu)出(chu)停機信(xin)號。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)采(cai)集處理的(de)為(wei)模擬電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓信(xin)號——電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)互感(gan)器輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)信(xin)號經(jing)負載(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻轉變為(wei)信(xin)號電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓，送入電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓比(bi)(bi)較(jiao)器電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，得(de)到故(gu)(gu)障(zhang)信(xin)號輸(shu)出(chu)。
當(dang)產生單相對地短(duan)路故障信號的采(cai)(cai)樣，可通過零序(xu)電流互感器(qi)取得，原理同漏電保(bao)安器(qi)。或采(cai)(cai)樣電機外殼電壓，取得漏電信號。
2）對斷相(xiang)(xiang)(xiang)故(gu)(gu)障(zhang)信號(hao)的(de)(de)(de)采樣(yang)。如上所述，電(dian)(dian)動(dong)(dong)機的(de)(de)(de)斷相(xiang)(xiang)(xiang)故(gu)(gu)障(zhang)表現為(wei)電(dian)(dian)源(yuan)缺相(xiang)(xiang)(xiang)、電(dian)(dian)動(dong)(dong)機電(dian)(dian)纜斷路、電(dian)(dian)動(dong)(dong)機繞組斷路等不同故(gu)(gu)障(zhang)內容(rong)，若采用對三相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)壓進行采樣(yang)的(de)(de)(de)方法(fa)，僅能(neng)對電(dian)(dian)源(yuan)缺相(xiang)(xiang)(xiang)故(gu)(gu)障(zhang)進行保護，無法(fa)完成對后兩(liang)種缺相(xiang)(xiang)(xiang)故(gu)(gu)障(zhang)的(de)(de)(de)檢測(ce)，是不究(jiu)竟的(de)(de)(de)一個方法(fa)。根本的(de)(de)(de)方法(fa)，是采用對三相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)流(liu)進行采樣(yang)來判(pan)斷缺相(xiang)(xiang)(xiang)故(gu)(gu)障(zhang)的(de)(de)(de)方法(fa)，對三種缺相(xiang)(xiang)(xiang)故(gu)(gu)障(zhang)都能(neng)做出(chu)(chu)準確反(fan)應，采取(qu)相(xiang)(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)技術措施，還能(neng)對三相(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)流(liu)不平衡作出(chu)(chu)判(pan)斷。
一般對缺相運(yun)行的(de)(de)判(pan)斷，不(bu)是著眼于(yu)(yu)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)(hao)幅度的(de)(de)大小，而是著重于(yu)(yu)三(san)相電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)有無，比較(jiao)三(san)相電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)有無，得到斷相故障信(xin)號(hao)(hao)。因而通常是將電(dian)流(liu)檢測信(xin)號(hao)(hao)處理為數字信(xin)號(hao)(hao)，經邏輯運(yun)算(suan)，得到斷相故障保護信(xin)號(hao)(hao)。
3、電動(dong)機(ji)的保護(hu)器的典型(xing)電路結構(gou)：
圖 3 電動機保護電路的典型結構
從上圖可以看到， 3只電流互感器LH1～LH3，將電動機的三相運行電流信號取出，分別送入后級過載、短路信號采樣處理電路和斷相信號采樣處理電路，處理成開關量信號再送入信號輸出電路和故障信號指示電路，輸出電路的形式也有多種，一般為繼電器接點信號輸出，或晶閘管器件開關信號輸出，或晶體管開路集電極信號輸出等。
需要說(shuo)明的(de)(de)是：部(bu)分電(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)保(bao)護(hu)器(qi)，采用微(wei)控制(zhi)器(qi)處理電(dian)(dian)流采樣和電(dian)(dian)壓采樣信號(hao)（但電(dian)(dian)流信號(hao)采樣電(dian)(dian)路的(de)(de)前級電(dian)(dian)路同本(ben)(ben)章所(suo)(suo)述電(dian)(dian)路相似），可從操作(zuo)(zuo)顯示面板(ban)設置故障動(dong)作(zuo)(zuo)電(dian)(dian)流值，并(bing)可以(yi)監(jian)看運(yun)行電(dian)(dian)流值、電(dian)(dian)壓電(dian)(dian)壓值等，其功(gong)能(neng)更為強大，智能(neng)化程度更高，但應用面不夠廣泛(fan)。另外有(you)的(de)(de)產(chan)品(pin)，如變(bian)頻器(qi)，軟起動(dong)器(qi)等產(chan)品(pin)，其過載、短路及斷相保(bao)護(hu)電(dian)(dian)路作(zuo)(zuo)為控制(zhi)電(dian)(dian)路的(de)(de)一個(ge)有(you)機(ji)(ji)組成部(bu)分。本(ben)(ben)章所(suo)(suo)述電(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)保(bao)護(hu)器(qi)，系全部(bu)采用模(mo)擬(ni)或數字(zi)電(dian)(dian)路硬件(jian)電(dian)(dian)路的(de)(de)，作(zuo)(zuo)為一個(ge)獨立部(bu)件(jian)被(bei)應用的(de)(de)保(bao)護(hu)裝置（產(chan)品(pin)）。
本節內(nei)容將這兩(liang)種型(xing)號(hao)的保(bao)護器(qi)電(dian)路放(fang)在一起(qi)，一是因為(wei)其電(dian)路結(jie)構與原理近似，二是多家低壓電(dian)器(qi)生產廠家生產此類產品，其它型(xing)號(hao)如 JD-5、JDB-80，電路結構也與本文電路相似或相同，這類保護器在電動機起動柜的生產和組裝中得到了廣泛的應用。但缺點是該類產品的控制接線稍嫌復雜。在停機狀態，顯示斷相故障，處于斷相保護中。輸出控制接點為常閉型觸點，過載或斷相故障發生時動作，觸點開斷，送出停機信號。
從(cong)各(ge)個(ge)工控網站(zhan)眾多網友的(de)(de)發(fa)帖中，可以得知，不少人對(dui)這類電動機保護器的(de)(de)接線和控制(zhi)原理(li)不甚(shen)了解(jie)，故(gu)據手頭(tou)所繪（實物）電路(lu)圖(tu)，對(dui)其電路(lu)原理(li)和控制(zhi)特點，做(zuo)一(yi)個(ge)較為深入的(de)(de)分析，希望(wang)能(neng)對(dui)大家提(ti)供一(yi)點有(you)益的(de)(de)參考。
1、保護器的控制接(jie)線
圖 4保護器的控制接線圖
保(bao)護(hu)器控制接線見上圖，保(bao)護(hu)器有 4個控制接線端子，1、2端子為保護器電源輸入（同時也是主電路接觸器線圈的電源控制端），可據要求選用380V或220V供電級別（上圖保護器采用380V控制電源），3、4為端子內部常閉接點，輸出故障動作信號。上圖的控制接線，JD6保護器與接觸器線圈是一同得電的（保護器先于接觸器線圈得電時，報斷相故障控制接點動作！），而且3、4端子內部常閉點串接于KM1的自鎖回路，當故障發生時，KM1的自鎖被“破壞”，接觸器KM1與保護器JD6一同失電。保護器的端子內部電路請參見下圖6、圖7。
2、時基電路NE555的電路原理簡析
以上所(suo)述幾個型號的電(dian)子式電(dian)動機保護器，電(dian)路的核心器件多采用時基電(dian)路 NE555。本節保護器電路，采用NE555、NE556電路，故分析整機電路之前，先將NE555的性能與原理做一個簡要介紹。
NE555為原(yuan)創產品型號，以(yi)后有(you)眾多仿制(zhi)產品問世，如LM555、 μ A555、CA555、CB555等，統(tong)稱為(wei)555，一(yi)般為(wei)8腳(jiao)雙(shuang)列(lie)封(feng)(feng)裝，都可以(yi)代換使用(yong)。少數產品如RV6555DC、LB8555、M52051等，采用(yong)16腳(jiao)雙(shuang)列(lie)封(feng)(feng)裝，代換時(shi)需予(yu)注(zhu)意引腳(jiao)功能的不同。NE555電(dian)路(lu)芯(xin)片(pian)應(ying)用(yong)靈活，經常用(yong)來(lai)組成單穩態電(dian)路(lu)、雙(shuang)穩態電(dian)路(lu)及(ji)無穩態電(dian)路(lu)三種電(dian)路(lu)形式，在工業（電(dian)子）控制(zhi)領域得(de)到廣泛應(ying)用(yong)用(yong)555芯(xin)片(pian)構成的電(dian)路(lu)與時(shi)間控制(zhi)有(you)關，所(suo)以(yi)又稱為(wei)時(shi)間電(dian)路(lu)或時(shi)基(ji)電(dian)路(lu)。
圖 5 時基電路NE555等效功能框圖
NE556內(nei)含又(you)時基電(dian)(dian)路，為(wei)雙列14腳封裝(zhuang)，相(xiang)當于集成了兩片NE555電(dian)(dian)路。上述(shu)555電(dian)(dian)路內(nei)部集成電(dian)(dian)路為(wei)雙極型晶(jing)體(ti)管器件，適應(ying)電(dian)(dian)源電(dian)(dian)壓范圍5～15V。
而 ICM7555、ICM7556器件，其電路結構與NE555、NE556相同，但內部集成器件為CMOS場效應器件，同類器件型號有：555CMS、556CMS、 μ PD5555、 μ PD5556、LMC555、LMC556、TLC555、TLC556和(he)5G7555、5G7556等，適用電源(yuan)電壓范圍為2～18V，器件(jian)功率損耗更(geng)低，適用供電范圍更(geng)寬。
若供電條件滿足，一般(ban)情況(kuang)下（不考慮工作電流的(de)差異時），雙極(ji)型器件和(he) CMOS器件的555、556也可以互換。
上圖５為(wei) 555時基電路的等效功能框圖，555器件是模擬電路和數字電路的“混成”電路，內含兩組比 較放(fang)大器 A1、A2，兩路與非門電路1、2、反相驅動器N1和放電晶體管Q1。A1、A2比較器的輸出分別作為與非門1、2的復位（R）置位（S）信號，以控制由門1、門2構成的R-S觸發器的狀態。R-S觸發器的輸出，直接控制放電晶體管T1的通斷，又經反相驅動器，提供信號輸出。
555電路(lu)芯(xin)片(pian)和各腳(jiao)(jiao)功能：8腳(jiao)(jiao)、1腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)供(gong)電腳(jiao)(jiao)；4腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)主(zhu)復(fu)位(wei)控制端(duan)(duan)，又(you)(you)稱為(wei)(wei)優(you)先(xian)復(fu)位(wei)端(duan)(duan)，當4腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)強(qiang)制0電平時，不管(guan)A1、A2的(de)(de)輸(shu)(shu)入(ru)/輸(shu)(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)如何，3腳(jiao)(jiao)輸(shu)(shu)出(chu)Vo=0；3腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)輸(shu)(shu)出(chu)端(duan)(duan)；5腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)控制端(duan)(duan)，增(zeng)加外電路(lu)時，可(ke)改變芯(xin)片(pian)內(nei)部固定分壓值，從而改變輸(shu)(shu)入(ru)觸(chu)發信(xin)(xin)(xin)號(hao)和門限(xian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)電壓閥值；7腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)放(fang)(fang)電端(duan)(duan)，與3腳(jiao)(jiao)輸(shu)(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)相(xiang)反，通常用于對2、6腳(jiao)(jiao)外接電容進行放(fang)(fang)電控制，完成(cheng)定時控制和電路(lu)狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)轉換；2腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)觸(chu)發信(xin)(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)入(ru)端(duan)(duan)，6腳(jiao)(jiao)為(wei)(wei)門限(xian)電壓輸(shu)(shu)入(ru)端(duan)(duan)，兩引腳(jiao)(jiao)輸(shu)(shu)入(ru)信(xin)(xin)(xin)號(hao)決定著輸(shu)(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)。555芯(xin)片(pian)作為(wei)(wei)觸(chu)發器(qi)來應用時，2腳(jiao)(jiao)又(you)(you)稱為(wei)(wei)置位(wei)（S）端(duan)(duan)（下降(jiang)沿信(xin)(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)入(ru)有效），6腳(jiao)(jiao)又(you)(you)稱為(wei)(wei)復(fu)位(wei)（R）端(duan)(duan)（上(shang)升沿信(xin)(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)入(ru)有效）。
555電路芯(xin)片的工作(zuo)原理(li)：
A1比(bi)較(jiao)器的同(tong)相(xiang)端(duan)(duan)和(he)A2比(bi)較(jiao)器的反相(xiang)端(duan)(duan)分(fen)別為3只(zhi)5k電(dian)阻分(fen)壓設定(ding)為2/3Vcc和(he)1/3Vcc，當主復位(wei)控制(zhi)端(duan)(duan)4腳(jiao)為“1”高電(dian)平時，2、6腳(jiao)輸入(ru)的觸發和(he)門限電(dian)壓信(xin)號(hao)既可(ke)(ke)以(yi)(yi)是數字信(xin)號(hao)，也(ye)可(ke)(ke)以(yi)(yi)是模擬(ni)電(dian)壓信(xin)號(hao)，而(er)且通過5腳(jiao)外加(jia)電(dian)路(lu)的調整，可(ke)(ke)以(yi)(yi)改(gai)變2、6腳(jiao)輸入(ru)信(xin)號(hao)的動(dong)作閥值。
在 5腳空置的情況下，和4腳為高電平時，電路依據2、6腳輸入電壓信號幅度與1/3Vcc和2/3Vcc閥值電壓的比較，決定輸出狀態。當2腳輸入電壓值＜1/3Vcc和6腳輸入電壓值＜2/3Vcc時，電路處于輸出置位狀態，Vo=1；當2腳輸入電壓值＞1/3Vcc和6腳輸入電壓值＞2/3Vcc時，電路處于輸出復位狀態，Vo=0；當2腳輸入電壓值＜1/3Vcc和6腳輸入電壓值＞2/3Vcc，為不允許輸入狀態。
3、 HBHQ-0-1電動機斷相過載保護器
HBHQ-0-1電(dian)(dian)動機斷(duan)(duan)相過載保護器整機電(dian)(dian)路(lu)，由控制電(dian)(dian)源、斷(duan)(duan)相保護電(dian)(dian)路(lu)和過載保護電(dian)(dian)路(lu)組成。
圖 6 HBHQ-0-1電動機斷相過載保護器整機電路
〔電源電路〕由電源變(bian)壓器降(jiang)壓取(qu)得(de)交流 12V電壓，經簡單整流濾波，得到直流控制電壓，LED1用作電源指示，但實際標注為“運行”指示，這時因為控制接線原因，使保護器和主回路接觸器一同得到電源，故障停機時一同失掉電源的緣故。
〔斷相(xiang)保護電路(lu)〕 LH1～LH3電流互感器感應電流信號經整流濾波，變為直流電壓信號，提供Q1～Q3晶體管的基極偏流，3只晶體管串聯成一體。當電動機正常運行時，Q1～Q3均處于飽和導通狀態，Q1的集電極電壓基本上為電源的地電平，二極管D3反偏截止，U2電路無高平信號輸入，也不產生保護停機信號輸出。
當發(fa)生斷相故障(zhang)時(shi)，如 LH1電流互感器因斷相感應信號為零時，Q2失去偏流由飽和導通變為截止，Q1集電極上升為高電平，二極管D3正向導通，將斷相故障信號輸入U2觸發器電路，U2輸出停機保護信號。
〔過(guo)載(zai)保(bao)護電路〕 U1（NE555）電路與R2、C2等元件組成了“變形多諧振蕩器（無穩態）電路”，擔負著輸出過載保護信號的任務。保護器上電瞬間，因C2電容兩端電壓不能突變的緣故，U1的2、6腳輸入電壓信號低于1/3VCC，電路處于置位狀態，3腳輸出高電平，“過載”指示燈無電流流通而熄滅，晶體管Q4飽和導通，二極管D2反偏截止，U2無高電平過載保護信號輸入；
正常運(yun)行(xing)情況下，電(dian)動機的運(yun)行(xing)電(dian)流(liu)值在 1.1倍額定電流以內，從電流互感器LH4感應的運行電流信號經D1、C1整流濾波后的直流電壓值低于2/3VCC，U1維持原輸出狀態不變。半可變電位器RP1作為LH1的負載電阻，起到將感應電流信號轉化為電壓信號的作用，同時RP1用于過載保護動作閥值的整定——對應電動機額定電流的大小進行整定。此時放電端7腳內部晶體管處于截止（高阻）狀態，對外電路沒有影響。
過載情況下（或上電起動(dong)時(shi)隨著(zhu)起動(dong)電流的上升）， D1、C1整流濾波得到的電流信號電壓上升，當U1的2、6腳所接電容C2充電電壓超過2/3Vcc時，電路進入復位狀態，輸出腳變為地電平，過載指示燈點亮，晶體管Q4失去基極偏壓而截止，二極管D2的正端獲得高電平電壓由截止轉為正向導通，將過載保護信號送入U2停機信號輸出電路。同時U1的7腳內部放電管對地導通，一方面將經過R1輸入的過電流信號短接到地，一方面經R2提供C2的放電通路。當C2上電壓下降為1/3VCC電壓值時，U1輸出狀態產生翻轉，晶體管Q4又再度導通，U1向U2的電動機過載信號的傳輸通道被暫時切斷。同時，U1的7腳內部放電管又再度截止，C2放電結束。顯然，當電動機過載的發生為短時或瞬時信號時，U1只有一個短時的向U2發送過載信號的時間（取決于R2、C2電路的時間常數），當運行中過載時間變長，或起動過程中產生過載時，D1、C1整流所得電流信號電壓，再度為C2充電，使C2上電壓上升為2/3Vcc時，U1輸出狀態翻轉，重新接通向U2傳輸過載信號的通道。在過載較長時間發生的過程中，過載指示燈反復幾次出現熄滅和點亮，說明U1產生了數次“振蕩輸出”。
〔停機信號(hao)輸出電路〕 RP4、C4、U2等電路組成停機信號輸出電路。其中RP4、C4為過載延時電路，一是提供一定的延時，避過電動機起動時間產生的過載信號，二是在運行中發生過載時，按反時限保護特性要求，延時輸出過載保護信號。D2、D3為隔離二極管，在U1輸入過載信號時，經R5、RP2、R6提供C4的充電電流，U1狀態翻轉時，D2反偏截止，“截斷”C4的放電電流回路，從而在U1的“振蕩輸出”信號作用下，C4上信號電壓能“逐漸累加并升高”，當過載達到一定的時間后，使過載信號生效，U2輸出停機保護信號。
U1與R7、R8等元件一(yi)(yi)起，組成“變(bian)(bian)形觸(chu)發(fa)器(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路”。R8、C3積分電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路提供保(bao)(bao)護器(qi)上(shang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)瞬間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)延(yan)時作用，使(shi)(shi)U2的(de)(de)(de)(de)2腳(jiao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓有一(yi)(yi)個(ge)(ge)由零(ling)上(shang)升至Vcc電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)(de)(de)過程，使(shi)(shi)之在上(shang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)瞬間(jian)(jian)產(chan)生(sheng)(sheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)置(zhi)位信(xin)號(hao)(hao)，使(shi)(shi)U3的(de)(de)(de)(de)3腳(jiao)保(bao)(bao)持(chi)高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)輸出，繼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)KA1處于失電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)狀態(tai)，不(bu)會受上(shang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)沖擊產(chan)生(sheng)(sheng)誤動(dong)作，隨后2腳(jiao)變(bian)(bian)為上(shang)拉高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)。在過載、斷相信(xin)號(hao)(hao)未作用期間(jian)(jian)，即D2、D3處于反偏截止時，U2維持(chi)原(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路狀態(tai)不(bu)變(bian)(bian)，當(dang)(dang)過載和(he)斷相信(xin)號(hao)(hao)生(sheng)(sheng)效(xiao)時，6腳(jiao)輸出高于2/3Vcc以上(shang)的(de)(de)(de)(de)信(xin)號(hao)(hao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓，相當(dang)(dang)于輸入了(le)一(yi)(yi)個(ge)(ge)上(shang)升沿復位信(xin)號(hao)(hao)，U2的(de)(de)(de)(de)輸出腳(jiao)3腳(jiao)變(bian)(bian)為地電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位，繼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)KA1得電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)作，常閉(bi)觸(chu)點開斷，控制電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)(de)(de)自(zi)鎖條件不(bu)成立，接(jie)觸(chu)器(qi)KM1失電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)（見圖４），實施(shi)了(le)故障發(fa)生(sheng)(sheng)時對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機的(de)(de)(de)(de)停機保(bao)(bao)護。
4、 JD6型(xing)全電(dian)子式多功能電(dian)動(dong)機保(bao)護器
JD6型全電子式多功能電動機保護器的整機電路見下圖７，電路結構與HBHQ-0-1電動機斷相過載保護器非常相近，但工作方式稍有區別，而且工作性能有所提升。
〔過載(zai)保(bao)護(hu)電(dian)路〕由電(dian)流互感器(qi) LH4、U1的第一組時基電路所組成。在Vc控制端3腳外加一只穩壓二極管，將控制端電壓穩壓于2/3Vcc電源電壓以下，提高了過載保護的動作精度。圖1-11的過載保護電路，過載信號電壓是與2/3Vcc電源電壓相比較，以產生信號輸出，由于電源電壓的變化（無穩壓措施），使信號比較的基準點（2/3Vcc電源電壓）產生隨機性變化，過載保護動作閥值也會有相應變化，動作精度較低。圖７電路，過載信號電壓與D12負端的穩壓基準電壓相比較，則動作閥值的精度能得以保證。電路也以“振蕩方式”輸出過載保護信號。
圖 7 JD6型全電子式多功能電動機保護器
〔過(guo)(guo)載反時(shi)限控制電路(lu)(lu)(lu)、斷相保護(hu)(hu)電路(lu)(lu)(lu)與末級停(ting)機(ji)信號輸出(chu)電壓〕斷相保護(hu)(hu)電路(lu)(lu)(lu)和過(guo)(guo)載反時(shi)限控制電路(lu)(lu)(lu)因共(gong)用一個(ge)元件 C2，而構成一個密不可分的整體。U1內部第2組時基電路組成停機信號停機電路。為保護動作流程分析的方便，故將這3部分電路放于一處進行分析。
當(dang)電動機運行于正常狀態(tai)， LH1～LH3電流互感器三相電流信號正常產生，Q1、Q2、Q3晶體管均處于飽和導通狀態，電容C2的正、負極之間的電位差為0，U1內部第2組時基電路的觸發端電壓和門限電壓輸入端的電壓約為電源電壓Vcc（即8腳輸入電壓＞1/3Vcc，12腳輸入電壓＞2/3Vcc），U1內部滿足復位條件，輸出端9腳Vo=0，繼電器KA1不動作。這里對第2組時基電路的應用方式，將觸發輸入腳2與門限電壓控制腳12短接于一起，可等效為一個兩端信號電路，若同時將1/3Vcc看作低電平，將2/3Vcc看作是高電平的話，電路的輸入/輸出信號邏輯關系構成反相關系，可將其等效為“反相器電路”。電路輸出狀態的翻轉，是輸入信號與1/3Vcc、2/3Vcc兩個基準電壓相比較的結果，這樣一來，電路的實際效果又相當于“遲滯電壓比較器”了。
當斷相故障(zhang)出現時， Q1～Q3的串聯電路被“切斷”，由此形成經電源Vcc、C2、D9、R10、電源地的對C2的充電電流回路，充電的結果使C2負端電位向地電平變化，相當于為U1的8、12腳輸入了一個負向脈沖，U1內部反相器電路受低電平信號觸發產生翻轉，輸出端9腳變為高電平，繼電器KA1得電動作，控制線路主接觸器失電，電動機停機。
回頭再看過(guo)載(zai)反時限控(kong)制(zhi)電(dian)路的動(dong)作過(guo)程。當過(guo)載(zai)信號發生時， U1的5腳變為地電平電壓，形成經電源Vcc、C2、D10、RP2、U1的5腳內部電路到電源地的，對C2的充電電流回路，此回路因串接有RP2原因，時間常數較大，故能將電動機起動期間的過載信號避過去，對運行中產生的過載信號，則具有反時限保護特性。調整RP2的阻值，可改變過載延時動作時間。C2充電的結果，使C1負端也即U1的6、12腳逐漸降低到1/3Vcc電壓值以下時，繼電器KA1得電動作，電動機停止運行，實現了過載停機保護。
電路(lu)中的(de) C2是個關鍵元件，具有“雙重身份”，斷相與過載信號發生時，都依賴其產生停機保護觸發信號。在很多電路中，我們往往只看出某元件的“第一身份”，不能看出元件的“第二——隱蔽身份”，對電路原理的深入分析也因此“卡殼”，這是需要注意的地方。D9、D10為隔離二極管，以避免斷相、過載信號發生時C2的兩個充、放電回路產生互相影響。當過載信號發生時引起形成C2的充電回路時，D9處于反偏截止狀態，隔斷Q3射極高電位對C2負端電壓的影響；當斷相信號發生（過載信號尚未發生）時，D10反偏截止，隔斷了U1的5腳高電位對C2負端電壓的影響。
5、JD6等相似電動機保護器的故障檢修要點（以圖６、圖７實際電路為例）
1）“生成(cheng)電(dian)(dian)流檢測(ce)信(xin)號”。檢修(xiu)中(zhong)，當為保護器1、2電(dian)(dian)源端子供入AC380V電(dian)(dian)源后，因無電(dian)(dian)流信(xin)號產生，斷(duan)(duan)相檢測(ce)電(dian)(dian)路報出斷(duan)(duan)相故障信(xin)號，電(dian)(dian)路處于故障動作狀態中(zhong)。這說明斷(duan)(duan)相保護電(dian)(dian)路及末級停機信(xin)號產生電(dian)(dian)路，基(ji)本上是正(zheng)常的(de)。但(dan)由(you)此一來，對過載及反時限(xian)控(kong)制電(dian)(dian)路的(de)檢修(xiu)，則造成(cheng)不(bu)便。
將 Q3的集電極與Q1的發射極用導線進行“暫時性的”短接，則相當于人為生成了三相電流檢測信號，屏蔽了斷相故障信號。
對過載保(bao)護電路的檢測。用 DC12V（應高于保護器Vcc電源的2/3）電壓施加于電容C3兩端，“人工生成”過載檢測信號，調整RP1，可使“電流信號”發生變化，即對過載程度的“深淺”進行調節，可檢驗電路是否能正常輸出過載信號，及電路的反時限保護特性是否符合要求。當過載倍數為1.2倍左右時，延時動作時間約為5min以下，過載倍達3～7倍時，延時動作時間應為幾十秒～幾秒。
2）根據電(dian)路特點進行檢(jian)修(xiu)(xiu)。電(dian)動(dong)機保護器的核心(xin)部件(jian)是NE555（NE556），檢(jian)修(xiu)(xiu)之前，須對NE555的各腳功能(neng)、電(dian)路原理進行必要的了解，做到對各腳的電(dian)壓狀態心(xin)中(zhong)有數。再進一步結合具體電(dian)路，找到改(gai)變輸(shu)入信號、使(shi)輸(shu)出狀態發生變化的檢(jian)修(xiu)(xiu)方法，則檢(jian)修(xiu)(xiu)能(neng)力與(yu)檢(jian)修(xiu)(xiu)效率都會有所提(ti)高，反過來，又強化了電(dian)路故障分析能(neng)力。
圖７電路(lu)(lu)中(zhong)，對(dui)故障停機信號產(chan)生（末級(ji)）電路(lu)(lu)的檢修，如(ru)果對(dui)電路(lu)(lu)形式(shi)有(you)所了解，則自然(ran)能得出高效的檢測方法。將本級(ji)電路(lu)(lu)作為反相器來看，當 8、12腳與電源地瞬時短接時，輸出腳9腳應變為高電平，KA1得電吸合；當8、12腳與電源正端瞬時短接時，輸出腳9腳應變為低電平，KA1失電釋放。通過兩個簡易的“短接手法”，則能快速判別U1電路的好壞。
6、電動(dong)機保護(hu)器故障維修(xiu)實例
〔故障實例１〕 一只 JD6型電動機保護器（見圖７），起動期間，過載指示燈亮，即輸出停機信號，無反時限過載保護功能，電動不能正常起動。保護器的反時限電路，由RP2、C2等元件組成，由于過載指示燈能正常點亮，說明U1的5腳輸出信號正常，前級電路也是好的。檢測RP2等電阻元件，都是好的，拆下C2檢測其容量，發現其電容量嚴重下降，造成電路的延時時間過短，不能避過起動電流。更換C2后，故障排除。
〔故障實例２〕 一臺電動機保護器（電路構成見圖６），按下控制線路起(qi)動按鈕后，接觸器不(bu)吸(xi)合，隨即報斷相(xiang)故障信號，電動機不(bu)能(neng)起(qi)動。
單獨(du)為保護器引(yin)入控(kong)制電(dian)(dian)源，隨即(ji)斷相指示燈點亮，繼電(dian)(dian)器發出得電(dian)(dian)吸(xi)合聲(sheng)，說明(ming)電(dian)(dian)路動作正常。停電(dian)(dian)，測保護器 3、4腳電阻值為無窮大，故障原因為繼電器KA1觸點接觸不良，使主電路接觸器不能得電吸合。更換繼電器KA1，故障排除。
〔故(gu)障(zhang)實(shi)例３〕 JD6電動機保護器，上電，繼電器即吸合，常閉觸點斷開，主電路接觸器不能得電吸合。單獨為保護器上電，先屏蔽斷相故障信號，斷相指示亮不再點亮，但繼電器KA1仍處于吸合狀態，測U1的8、12腳為高電平電壓，便輸出腳9腳也為高電平電壓，判斷U1內部輸出級電路損壞，更換U1后，故障排除。
