大功率过温断电保护开关
作者：黄 炜
来源：《发明与创新（职业教育）》 2019年第1期
黄 炜
（长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124）
摘 要：众多科研院所用的某些仪器设备，一方面由于相关工作的需要，需24小时不间断地运行；另一方面，受限于实际情况，相关设备只能在散热条件相对简陋的环境下使用。因此，一旦运行环境过温，则设备不仅会因过热而损坏，同时可能诱发火灾。为此，研制一种能对运行环境温度进行实时监测，当环境温度超过设定阈值即切断供电的保护开关，对于简陋条件下大功率科研设备的安全使用具有一定的现实意义。
关键词：大功率；大功率
一、研究方案
“温度控制”是与“过温断电保护”相近的概念。目前，市售的相关温度控制器如普彩PC-PW2、星河XH-W2102及品益PS-SM5等产品的基本原理如图1所示：
在供电电源及功率设备之间安装电磁开关，温度传感器实时感知运行环境温度并传输到控制器；控制器用于判断环境温度是否处于设定的区间并向电磁开关输出控制信号，其供电电源的输入端接驳到电磁开关的进线；温控设备用于调节运行环境温度。则当运行环境温度不在设定的范围时，电磁开关切断功率设备供电[1]。当环境温度恢复到设定的范围时，电磁开关闭合，功率设备继续运行。上述产品具有环境温度恢复即重新供电的特点，因此，当温控设备不能有效工作时，可能使功率设备因运行环境的温度波动而反复处于开机/关机的震荡状态，严重时不仅造成了设备的损坏，同时可能诱发电气火灾。因此，当运行环境过温时，彻底关闭电源供电，待故障排除后重新供电，才能确保功率设备的运行安全。过温断电保护的原理如图2所示：
基本原理如下：
第一，在供电电源和功率设备之间用分励脱扣开关代替普通的电磁开关。分励脱扣开关具有合闸、关断、脱扣三种状态，可通过外部激励信号，使处于合闸状态的开关脱扣，达到切断电源供电的目的。再次供电，需人工手动复位并合闸；
第二，控制器通过温度传感器实时监测运行环境温度，当环境温度大于给定阈值时，向分励脱扣开关输出脱扣激励信号；
第三，为有效避免功率设备进入开机/关机的震荡工作模式，控制器直流电源的输入端接驳到分励脱扣开关的输出端。当脱扣开关脱扣后，同时切断了控制器的供电，人工复位合闸后，控制器重新启动工作。
二、研制过程
根据图2，选择主要器件如图3所示：
第一，德力西CDM3 3340分励脱扣开关。额定电流100A，带分励脱扣器，可在外部24V脱扣信号的激励下脱扣，脱扣激励信号不得超过2秒。脱扣后合闸需手动复位；
第二，河XH-W3001温度控制器。控温范围-50~110℃，标配1米防水温度探头，控温范围可设置。带继电器24V控制输出，可直接驱动24V分励脱扣器工作；
第三，芯WX-DC2416AC/DC电源。交流220V输入，直流24V6A输出，用于温度控制器及分励脱扣器的直流供电；
除上述主要部件外，尚需导线若干用于部件之间的电气连接；24V直流散热风扇及拨动开关各一个。组装过程如图4所示：
图4中，（1）是开关内部接线示意图：24V电源的交流端接分励脱扣开关的Load输出端，直流输出分别为散热风扇及温度控制器供电；温度控制器的继电器控制输出端连接到分励脱扣器；分励脱扣开关的Line输入端接入到供电回路，Load输出端为功率负载供电。（2）是开关外观，其中的波动开关串接在分励脱扣器与温度控制器的输出回路上，用于消除相互间的影响。
部件组装完毕且确认无误后，关闭拨动开关，将分励脱扣开关的Line输入端接入供电回路，输出端接功率负载同时合闸。此时，温度控制器的屏幕显示温度传感探头感知的当前温度。根据说明书设置温度控制器为制冷模式，并分别设置温度上下限，设置完毕后打开拨动开关，过温断电保护开关进入温度检测及保护模式。
三、应用案例
某校某实验室的小型密封机柜，内部安装了非自动空调，由不间断电源UPS为交换机、路由器、服务器等若干设备供电，因研究需要这些设备需24小时运行。某次经历了停电并恢复供电过程后，其它设备继续工作而空调停工，导致密封机柜内部温度升高，烧毁了部分网络设备。为此，在设备与UPS供电回路之间安装了本文提及的大功率过温断电保护开关，虽然在后继的几个月中经历的数次停电，但断电保护开关都在温度过高时及时切断了设备供电，有效避免了设备烧毁，确保了财产安全。
参考文献
[1] 蓝伟.煤矿高压防爆开关保护装置设计与研究[J].机械管理开发，2018（10）：30-31
大功率过温断电保护开关
