技术交流-丹东科亮

PTC 结构图：
我公司生产的PTC结构是：基片是圆形的，其目的。 1、便利基片生产的自动化。 2、基片在烧结过程中受热温度均匀，产品的一致性好。 3、圆基片的尖端放电。 我公司的PTC由于采用圆片外表面无需加包封树脂，其耐电压远远 满足客户的要求，尤其是ABB公司的技术要求比较高，都满足了要求。 由于没有包封树脂，减少了热响应时间，感温反映时间缩短。提高保 护可靠性。
工作原理
PTC热敏电阻温度传感元件的结构分为两大类：一类是高分子 材料的PTC热敏电阻元件，它的结构是由聚乙烯掺入导电的石墨粉所 组成。其导电机理是高分子聚乙烯受热后膨胀，将导电的石墨粉拉开 间距从而阻值变大，其缺点是居里点温度不可调整（居里温度为2倍 的常温阻值所对应的温度）且仅为80℃左右。它主要用于过电流（通 常称为不熔断保险丝）保护。另一类为半导体陶瓷的PTC热敏电阻元 件，它的主体结构是钛酸钡（BaTiO3）陶瓷（也称为半导体陶瓷）， 即是由掺入不同量的锶和铅来改变不同的居里点所组成。它的导电机 理是在小于居里温度时，它的分子结构晶格不是正六方体，掺杂的（ 例如钇）自由电子移动阻力较小（阻值很小），所以可以导电；而当 温度为居里点温度时，它的分子结构晶格为正立方体，所以自由电子 移动阻力增大（阻值很大）。它主要用于温度控制、彩电消磁及单相 电动机起动等。用于电动机保护的PTC热敏电阻属于这种钛酸钡（ BaTiO3）陶瓷结构，其特征可以从MZ6型单支热敏电阻的阻温曲线中看 出，如下图所示。
外壳 动触点
双金属片
静触点
固定铁钉
底板
绝缘纸
三相星接电动机保护器：
适用于星型连接的电动机，将保护器连接在三相电动机绕组的星点上。当 电动机超温或过电流时能自动的切断星点连接处，从而切断了三相电源。当温 度下降后自动恢复电源接通。
控制原理图：
安装注意事项：
b 、非定值式保护
这类保护主要是利用金属电阻值的随温度呈线性变化而变化特性，并且 传感器是与检测仪表或智能化仪表组成的电动机保护装置。其特点是：保护温 度可按要保护的对象及要求设置温度值。检测温度比较精准，反应准确，缺点 是：成本高些。这类传感器主要有： （1）Pt100温度传感器 原理是利用金属鉑在温度变化时，金属电阻与温度变化是呈线性的原理 ，制成各种形状的温度传感器（详见阻温表）。 安装方式有： 1、线圈绕组位置 该种传感器安装在普通电机的绕组端部，引线沿壳体引出固定在接线盒 内，最后烘干完成。使用时，接专用PT100型测温仪表。 2、绕组槽 将WZPDA条形热电阻传感器嵌入在绕组与铁心之间，引线沿壳体引到电机 接线盒内。使用时，接PT100型测温仪表。 3、轴承 将电机轴承室打一孔（穿通）绞相应的螺纹，再将轴承测温用热电阻传感 器安装牢固，使得传感器的端面接触到轴承外环上，连线引到接线盒内。



M:电机 Q:电磁开关 U:PTC温控模块 TA:停止按钮 QA:启动按钮 T1、T2、T3:热敏电阻
样品照片：
安装注意事项：


2）热敏开关
热敏开关是利用两种膨胀系数不同的金属材料通过碾压使彼此牢固结合在一起，其中膨胀系数较高的一层为主动 层，膨胀系数低的一层为被动层（如下图1）。将双金属片在常温下压成要求的碟片，见（图2中的a）。当该碟片在 规定的温度下被动层受主动层拉伸产生向内的压力，而主动层产生向外拉力从而使得蝶形双金属片翻转，见（图2中 的b ）.当环境温度下降时双金属片又回到常温状态。
式中： a1=3.96847×10-3／ ℃ a2=-5.847×10-7／ ℃2 a3=-4.22×10-12／ ℃3
四线制：接线如下图
电动机使用WZP铂热电阻传感器的选型：
（2）铜热电阻：
WZC铜热电阻温度传感器元件，因为它的测温范围为-40~150℃，其温度系 数K=0.428Ω /℃，在要求测量范围及精度不高时可以采用（但很少采用）。
双金属开关式温度传感元件（以下简称热敏开关）广泛应用于机械设备、家用电器、电子、电路中，以及电动机
过热保护等。它属于定值式的非线性温度传感元件，其特点是结构简单、成本低廉、性能可靠。该MK1热敏开关主要 适应于三相电机。对于电机的欠压、过压、过载等反映在线圈上的温度，传导到热敏开关使其发生形变断开。 此开关特点是：当电动机由于缺相、堵转时，温度升高的特别快。热敏开关外壳是金属的热熔性比较大，吸热时 间长，反应较迟钝。不适用电动机的堵转、缺相保护，只适用于电动机过载保护时的超温保护。

R3×（Rtmin+2r）=R2×R4 此时电桥平衡，则直流Δ U=0
2r=r1+r2 即：
Δ U=（ Rtmin+2r／ Rtmin+2r+R4）×E-（R2 ／R2+R3） ×E=0 （一） 当温度上升时使Rt=Rtmin+Δ Rt 桥路失去平衡，有 Δ U=（ Rtmin+Δ Rt+2R1／ Rtmin+Δ Rt+2R1+R4）×E-（R2 ／R2+R3） ×E=0 则Δ U≠0 R1=r1+r2


一、电动机保护的发展史
电动机的诞生，就是把人们从繁重的体力劳动中解脱出来。同时又由于使 用的不慎而烧毁，给人们带来了烦恼。而电动机的保护又给人们留下了一个长 时间难解的难题。电机保护也由最初利用铅丝过热熔断保护，到后来在供电电 路中加装双金属过热保护继电器，前前后后经历几十年。随着科学的进步和发 展，时至今日采用各种方式对电动机加装的保护，解脱了因电动机烧毁带来的 不便。
原理是利用几种金属氧化物的合成，经高温工艺烧结制成半导体陶瓷，NTC是电阻值随 温度减少。PTC是温度达到居里温度点后电阻值产生阶跃变化的机理。利用这一特性制 成保护装置。特点是： 在常温下（25℃）时是以低阻态存在，当温度上升达到一定值后，即电动机要求 的温度保护点时（又称为Tk点）PTC热敏电阻阻值产生阶跃变化。在TK-5℃以下时温度 上升而电阻却变化很小。当达到Tk点时其电阻值可达常温阻值的数倍以上，所以利用这 一特性制成电动机保护用的感温原件（详见曲线图）。这种保护现作为国际上电动机保 护通用方式。其特点：感温元件体积小，成本低、反应速度快，可靠性高。可作为电动 机堵转、缺相、过载的理想的保护元件。使用时需配专用的保护模块与之配套。
×E-（R2+Δr+r ／R2+Δr+r+R3） ×E




由此可见，连接导线电阻的变化对测量的影响基本消除，尽管这种 补偿是不完全的，连接导线的温度附加误差依然存在，但采用三线制 接法在环境0～50℃内使用，可以满足工程要求。如果还要提高检测精 度，那么只能采用四线制接线。 Pt100温度特性： 应用范围-200～850℃ 在-200～0℃其电阻温度特性方程为： Rt=R0〔1+a1t+a2t2+a3t3＜t-100＞〕 在0～850℃ 电阻温度特性为： Rt=R0〔1+a1t+a2t2〕

工作原理

热电阻温度传感器元件工作原理如下：金属导体电阻是随温度增加而增加 ，温度与电阻变化是呈线性的（曲线图见下图）。阻值与温度的关系式如下： R=R0+KT 式中 R—热电阻的阻值； R0—0℃时的阻值； K—温度系数； T—热电阻所在位置处被测量的温度。 Pt100测温范围为-200~800℃，温度系数 K=0.385Ω /℃
外置式电动机保护器工作原理：


2 、电动机内置式保护
电动机内置式保护又分成： 定值式保护； 非定值式保护。

a、定值式保护
定值式保护是将要保护对象的控温点以固定形式制造出来。其特点是利用某些材 料对温度敏感特性，制成固定温度点式的保护装置。目前有两种：
来自百度文库
1）PTC热敏电阻 热敏电阻分为正温度系数和负温度系数两种。PTC是正温度系数热敏电阻英文缩写。
热敏电阻的选型：
根据电动机的绝缘等级的不同，选择热敏电阻的Tk点比绝缘等级低5～ 10℃（如下表）。
控制原理图： PTC串联式 M:电机 Q:电磁开关 U:PTC温控模块 H:故障指示灯 TA:停止按钮 QA:启动按钮 R1、R2、R3:热敏电阻
PTC星联式保护：
当ΔRt＜＜ Rtmin+2r+R4时，ΔU与ΔRt之间呈现较好的正比关系。根据ΔU 的变化可知道Rt的变化，从而测得温度。

在实际应用中热电阻被安装在电动机或设备中。感受被测介质的温度变 化，而测量电阻在电桥桥路通常是作为信号处理器（温度变送器）或显示仪 表的输入单元。随相应的仪表安装于控制室。由于热电阻的引入，桥路连接 导线的电阻值也随环境温度的变化而变化时，根据（一）式中所示，当环境 温度变化时，连接导线电阻值r的变化2Δ r将与热电阻阻值变化相叠加此时： Δ U=（ Rtmin+Δ Rt+2r+2Δ r／ Rtmin+Δ Rt+2r+2Δ r+R4）×E-（R2 ／R2+R3） ×E （二）
测量接线方式有以下几种：

特点：测量温度精确度高，体积可根据使用条件制成绕丝的或选 择片状Pt100。 Pt100 接线方式： 两线制：在传感器两端分别接一红一白引线。接线（如图 ）， 特点测量时含两导线的电阻，具体分析后。
为了测量出电阻在温度变化时的阻值，采用电桥电路来测量。即电阻的 变化，转化为电压的输出变化。 当温度处于测量下限时Rt=Rtmin、合理设计桥路电阻值使之满足：



比较式（一）和式（二） Δ U出现变化，从而给测量带来较大的温度附 加误差。因此，工业上常采用三线制解法来消除导线误差。
三线制： 在传感器一端接白线另一端接两根红线。 从热电阻接线端上引出两根线，使导线电阻分别加在电桥相邻 的两个桥臂Ab、Ac上以及供电线路上。因此：
ΔU=（ Rtmin+ΔRt+r+Δr+R1／ Rtmin+Δr+r+ΔRt+R4）
3热电偶型温度传感器这一类都是利用两种不同金属材料焊接在一起将结合部放在被检测位置上其原理是工作原理根据塞贝克效应在两种不同的金属或金属合金的接点t处温度不同将产生不同的热电动势感温器区与感温区外之间称温度梯度区既是热电势产生区见下图
电动机保护的种类及发展趋势
丹东科亮电子有限公司
前 言
丹东科亮电子有限公司是专业从事电动 机保护研发和生产的企业。其主要生产产品是 为电动机、发电机、船舶发电机、风力发电机 等相关产业提供保护产品的。我公司生产的产 品主要有PTC热敏电阻、热敏开关、温度传感 器类、防潮加热带、PTC温控模块、各种智能 仪表、各类温度变送器、各种水泄漏检测控制 装置等，现开发出磁式、旋变式编码器。现有 生产厂房达七千多平方米面积，固定资产达八 百万，员工170多人。技术人员44名，中高级 技术人员17名。是国家高新技术企业。
热敏开关的选型是以电动机的绝缘等级低10～15℃。
热敏开关结构图
主要技术指标：
控制原理图：
过流、超温热敏开关： 17AM热敏开关的结构如下图所示。当电动机绕组温度超过规定温 度时双金属片弯曲带动触点离开静触点，使电路断开。当环境温度低 于回翻值时双金属片恢复原状态自动接通电路。当电动机的运行电流 超过设限值时，电流通过双金属片而产生热量，则双金属片形变弯曲 带动触电离开静触电，使电路断开。当温度达到回复值时双金属片恢 复原状使电路接通。（此开关用在2KW以下单相电动机的保护上）
用理论分析热敏开关吸热容量为：
Q=λ s(T2-T1)
λ ：材料导热系数 S: 传热面积 △T：温度差 经计算热敏开关的热容量达1.4W多。由于热容量较大，根本不适用电动机的温度剧升如堵转、缺相的保护。 W/m2℃ （黄铜的导热系数为125.6 W/m2℃ ） m2
热敏开关使用最佳方案：
但可与本公司的智能型电动机综合保护器配套使用，完成电动机外部的 相序、电压高低检测、电流、过载、堵转、缺相保护（市场销售的无超温保 护），电动机内部的超温保护。 PTO开关选型：


二、电动机保护的种类
目前电动机的保护可分为两种基本保护方式，一种是内置式控制保护；另一种是外 置式控制保护。随着微电脑技术的发展可将内置式和外置式控制保护有机的结合起来，利 用微电脑运算速度快、检测准确、控制方便，从而实现综合控制，达到综合保护目的。


1、电动机外置式保护
外置式保护目前有，利用微电脑检测电动机运行电流、电压等参数作保护依据。将 电动机的电流及各种参数设置输入微电脑中，运行时就依据设置的参数来检测判断电动机 运行情况。