传统的双金属断路器广泛地用于保护电器中的电动机,但是它们不能保持断开的状态,需要另外采取措施,防止它们反复地接通和断开。双金属片是用两种不同的金属粘结在一起的。当电流超过双金属断路器的额定电流时,过大的电流所产生的热量会引起双金属片弯曲,因而引起一组触点断开,将电流切断。由于没有电流流到电路中,双金属保护器会回到正常状态,触点接通,所以电流恢复流动。在电动机堵止的情况下,双金属断路器的触点会一直反复地断开、闭合,一直到把电源切断。
间歇运行电动机的保护技术
为了防止过热,使用的电路保护器的“动作”必须很快,但是不要比原先打算的快,避免给使用者带来厌烦。在设计方面的挑战是要制定一个保护计划,它能有效地保护电动机,又不会出现令人感到厌烦的误动作。
图1PPTC保护器在电动机电路中的典型应用
如图1所示,PPTC保护器可以安装在电动机的电路中起保护作用,防止因为电流过大或者过热而损坏电动机。如果把这个器件装在电动机里面,它会对电动机中流过的电流作出反应,也会对温升作出反应,在出现故障时,温度就会升高。
连续运行电动机的保护技术
连续运行的电动机,例如在电冰箱和空调设备使用的电动机,都针对体积和成本进行了优化。因为它们还带动风扇,有一部分气流会在电动机上流过,因而电动机可以在发热更多的情况下工作,否则是不可以的。因此,风扇电动机不转动时的电流一般只有运行电流的两倍,相比之下,用在其他产品上时,一般是三到四倍。当风扇不转动时,要求熔断器会可靠地熔断,而在电动机接通电源时,它并不会熔断──这是很讨厌的。所以要找一个这样的熔断器,并且确定它的容量,就变得很复杂。
在讨论间歇运作电动机时,我们看到,PTCC器件在保护电动机方面有明显的优点。电动机的弱点随着温度而改变,随之改变PTCC器件的特性,可以反应慢一些──如果需要的话。
在电动机带动风扇的情况下,由于有气流流过,对PPTC器件和电动机两者都有益。用这个方法,PPTC器件的动作电流将大幅度上升,这是因为有气流,不会达到动作的温度。但是,不论是什么原因,如果风扇不转动,于是没有气流,失去了气流的冷却作用,电动机的温度会很快上升。这种状况会引起PPTC器件动作,从低电阻状态变成高电阻状态,于是限制了流到电动机的电流。
PPTC器件在应用设计方面的考虑
保持电流及动作电流
图2是PPTC保护器的保持电流和动作电流随温度的变化。区域A是PPTC器件动作,由低阻状态变成高阻状态,起电路保护作用的电流和温度。区域B是电路可以处在正常工作状态的PPTC器件电流和温度。在区域C,PPTC器件有可能动作、进入高电阻状态或者仍然处在低电阻状态,这取决于具体器件的电阻及其环境。
图2保持电流和动作电流随温度的变化
环境条件对器件性能的影响:
当热量发散到四周环境的速度低于产生热量的速度时,PPTC器件就会动作,进入高电阻状态。如果产生的热量大于散发到四周环境的热量,器件的温度就会升高。温度上升的速度和器件动作进入高电阻状态所需要的总能量取决于故障电流和传热环境。
在正常工作的情况下,器件所产生的热量和散发到四周的热量是平衡的:
I2R=U(T-TA)
式中:I=在器件中流过的电流,R=器件的电阻,U=总的热传导系数,T=器件的温度,TA=环境温度。
不论是电流增大或者环境温度上升,还是电流和环境温度两者都上升,都会引起器件的温度升高到某个数值,这时它的电阻迅速增大。由于电阻发生很大的变化,相应地引起电路中的电流下降,从而保护电路不会损坏。