CN100574033C - 塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，适用于三相交流电动机的保护。本发明是在塑壳式断路器或带漏电保护功能塑壳式漏电断路器基础上，对内部电气接线稍加变动，增加专用的延时器、失压脱扣器、三只电流检测互感器及零序电流互感器，在机外配置相应的CPU中央处理器及相关电路。本发明适应于三相交流电动机在缺相、漏电、过载、堵转时自动断电，达到保护电动机的功能，实现了电动机保护专业化和自动化。

Description

塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器

技术领域

本发明涉及一种三相电动机保护装置，尤其是塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器(开关)。

背景技术

三相交流电动机的损坏有三种情况：

1、电动机因长期使用而产生过热、机械震动或受潮，造成绝缘性能降低或损坏。馈送至电动机的三相电力线摩擦电动机外壳导致漏电，危及人的生命安全，引起电器火灾。

2、过载、堵转：电动机在工作时，由于负荷的变化造成电动机不能正常运转、卡死称为堵转。一旦发生堵转，电动机在几秒钟内即因过载堵转而损坏。

3、三相电动机在工作时需供给三相电源，由于供电系统接点较多，当保护措施不当时，A、B、C三相电源缺少一相的现象时常发生，一旦发生缺相必须在几秒钟内切断电源，否则电动机就因缺相损坏烧坏线圈。

对三相交流电动机的保护引起工矿企业及各用电单位的极大重视，它是实现安全生产的必备条件。

当前市场上的三相交流电动机保护大体有两种：一种是热继电器式，另一种是电子型保护器。

热继电器式保护器是在一个塑料壳体内安装三只电磁线圈，其线圈分别定量绕制在三个双金属片上。工作电流在电磁线圈通过时产生的热量，使双金属片受热弯曲而变形到一定程度时打开塑壳内电器触点，并发出一个电信号，该电信号使交流接触器或自动开关切断供电电源，达到保护电动机因过载而损坏的功能。

该产品存在如下缺陷：

1、由两只分立的元件即热继电器和交流接触器组成，安装不方便；

2、从保护性能上说，在使用时，要有具备一定专业知识的人士精确调试，其灵敏度极差；

3、没有缺相保护功能和漏电保护功能。

电子型三相交流电动机保护器也是由两个独立元件组合而成，即交流接触器或自动开关，配合电动机保护器组成。该产品是由三个电磁线圈配合电子电路组成。使用时三个电磁线圈安装在电动机三相电源上后，要经过精确调整，才能在电机工作时检测到电动机的工作电流。

当被保护电机发生过载、堵转、缺相时，三个电磁线圈能检测到不正常电信号，并发送至电子电路处理，由电子电路发出电信号给交流接触器或自动开关，切断电源，达到保护电动机的目的。

该产品主要缺陷：

1、要有两个以上的元件完成，即电动机保护器和交流接触器或自动开关，调试困难，灵敏度低；

2、大多数产品缺少漏电保护功能。

目前市场上广泛的塑壳式断路器及失压脱扣器，其操作方法及工作原理如下：

操作断路器的合分闸是靠人工(或专用电动操作装置)向下扳动手柄，带动断路器杠杆向下运动，使脱扣杆由脱扣解锁位置运动至锁定位置，完成再扣动作，再扳动断路器的手柄向上，带动断路器内部的杠杆向上运动至一定位置时，断路器内部合闸。

断路器脱扣杆有两个位置：一是锁定位置，只有在锁定位置时断路器才能合闸。二是脱扣解锁位置。脱扣杆在脱扣解锁位置时，断路器断开，不能合闸。合闸时需断路器脱扣杆通过内部机构，由脱扣解锁位置移至锁定位置。

其分闸有两种方法：

1)扳动断路器上面的手柄，带动断路器内部杠杆向下运动一定位置时断路器内部为分闸。

2)用一定的机械力和一定的运动距离撞击断路器内部的脱扣杆，使之向前或向后运动或扭动，使断路器内部脱扣器解锁而断路器断开。

其方法是：在断路器内部安装一个分励式或欠压式脱扣器，再给分励式或欠压式脱扣器施加电压和电流，使之产生一定的撞击力，撞击断路器内部脱扣杆由锁定位置至脱扣解锁位置，使断路器断开。

分励脱扣器结构和原理：分励式脱扣器是由一个电磁线圈和电磁静衔铁、动衔铁、复位弹簧组成。工作时给电磁线圈施加一个电压和电流，电磁静衔铁和动衔铁吸合即产生一个撞击力，撞击断路器内部脱扣杆由锁定位置至脱扣解锁位置，使断路器脱扣，断开。

欠压式脱扣器结构和原理：欠压式脱扣器是由一个电磁线圈和电磁静衔铁、动衔铁、拉簧组成，电磁静衔铁和动衔铁在拉簧的作用下处于张开状态。工作时先施加电磁线圈一个电压和电流，电磁静衔铁和动衔铁产生一个电磁吸引力使之闭合。工作时切断电磁线圈所施加的电压和电流，电磁静衔铁和动衔铁失去电磁吸引力，在拉簧的作用下，动衔铁产生一个张开的撞击力，撞击断路器内部的脱扣杆由锁定位置至脱扣解锁位置，使之脱扣，断路器断开。

塑壳式断路器及分励脱扣器存在以下缺点：

1)在供电系统的电压低至一定值时，漏电断路器不能可靠工作，无法对电机保护。

2)带漏电保护功能的三相断路器内部都装分励式脱扣器，脱扣工作时是并接在三相电源上的两相上，在接脱扣器的两相电源缺少任一相，脱扣器失去工作条件，不能产生撞击力，撞开断路器脱扣杆，断路器不能分断，也就无法对电机保护。

3)一般的塑壳式断路器都没有工作电流无级连续可调设定和漏电保护功能。

发明内容

本发明提供一种塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，它是在塑壳式三相断路器内部进行局部改造，拆除三相断路器中一相过流和短路保护元件，给本电机保护器新增元件一定空间，安装电磁失压脱扣器、机械空气延时器、零序电流互感器、三只电流互感器；在机外配置CPU中央处理器及相关电路、显示、检测、记录仪等装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，包括机壳，安装在机壳上部的A、B、C三相供电上接线、断路器动触头、安装在机壳中部的断路器杠杆、断路器脱扣杆、过流保护元件，安装在机壳下部的三相向电动机送电的下接线；其特征在于，还包括延时器、失压脱扣器、电流检测互感器、零序电流互感器；所述的延时器通过上支架和下支架安装在机壳的某相槽中部；所述的断路器杠杆通过断路器杠杆接合件，与延时器的活塞杆上的接合件为单向接合；所述的失压脱扣器安装在延时器下方的机壳上；所述的活塞杆下部安装的缓冲件，与失压脱扣器上部的动衔铁为单向接合；所述的动衔铁上的撞击件，与断路器脱扣杆为单向撞击接合。

所述的延时器为气缸式延时器，它包括气缸、活塞、密封圈、固定在活塞杆上的接合件、压簧及缓冲件；所述的气缸上端通过上支架与机壳连接；所述的活塞安装在气缸内腔，活塞上制作的沟槽中安装密封圈；所述的活塞杆滑配合安装在下支架的孔中，下支架安装在机壳上；所述的压簧安装在接合件与下支架之间的活塞杆上；所述的缓冲件固定在活塞杆的下端。

所述的失压脱扣器，包括支架、电磁线圈、静衔铁、动衔铁、拉簧；所述的支架，其底板上固定电磁线圈，电磁线圈与静衔铁连接；所述的动衔铁卡装在支架立板上端的卡槽中，动衔铁的一端与撞击件连接，另一端通过拉簧与支架的底板连接；所述的动衔铁中心位于延时器上的缓冲件的下方。

所述的电流检测互感器安装在机壳下部，A、B、C三相电源连线分别穿过电流检测互感器。

所述的零序电流互感器安装在机壳下部，A、B、C三相电源连线穿过零序电流互感器。

本发明的积极效果是：

1、失压脱扣器和电子线路有效配合，解决了三相断路器缺少任何一相电源时，其断路器都能可靠地分断，避免电动机受损坏。

2、空气延时器解决了在断路器合闸瞬间下端三相暂无电压时，失压脱扣器仍能闭合一定的时间，保证了断路器能可靠合闸，合闸后又不影响电机保护器所有功能。

3、电动机保护机电一体化，安装调试更为方便，实现了电动机保护自动化。

4、保护功能齐全，对被保护电机供电线路的缺相、失压、漏电及电动机严重过载、堵转均可以实现有效的保护，反映灵敏，安全可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为面板示意图；

图3为图1中空气延时器结构示意图；

图4为图1中失压脱扣器结构示意图；

图5为空气延时器运动至A位置示意图；

图6为空气延时器运动至B位置示意图；

图7为电原理图；

图中：1、机壳，2、上接线，3、断路器动触头，4、断路器杠杆接合件，5、断路器杠杆，6、断路器脱扣杆，7、过流保护元件，8、零序电流互感器，9、下接线，10、电流检测互感器，20、延时器，21、量孔，22、活塞，23、密封圈，24、进气道，25、缓冲件，26、上支架，26-1、下支架，27、气缸，28、活塞杆，28-1、接合件，29、压簧，30、失压脱扣器，31、动衔铁，32、电磁线圈，33、撞击件，34、静衔铁，35、拉簧，36、支架，A：A相输入电源，B：B相输入电源，C：C相输入电源，K1：A相断路器动触头，K2：B相断路器动触头，K3：C相断路器动触头，JR2：B相热磁保护元件，JR3：C相热磁保护元件，L1：A相电流检测互感线圈，L2：B相电流检测互感线圈，L3：C相电流检测互感线圈，L4：A相零序电流互感线圈，L5：B相零序电流互感线圈，L6：C相零序电流互感线圈，L7：零序电流互感线圈，SYL：失压脱扣器线圈，J：操作继电器，A’：A相电动机接线，B’：B相电动机接线，C’：C相电动机接线。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示一种塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，包括机壳1，安装在机壳1上部的A、B、C三相供电上接线2、断路器动触头3、安装在机壳1中部的断路器杠杆5、断路器脱扣杆6、过流保护元件7，安装在机壳1下部的三相向电动机送电的下接线9；其特征在于，还包括延时器20、失压脱扣器30、电流检测互感器10、零序电流互感器8；还包括中央处理器(CPU)及相关保护电路、显示器、报警器、记录仪；所述的延时器20通过上支架26和下支架26-1安装在机壳1的某相槽中部；所述的断路器杠杆5通过断路器杠杆接合件4，与延时器20的活塞杆28上的接合件28-1为单向接合；所述的失压脱扣器30安装在延时器20下方的机壳1上；所述的活塞杆28下部安装的缓冲件25，与失压脱扣器30上部的动衔铁31为单向接合；所述的动衔铁31上的撞击件33，与断路器脱扣杆6为单向撞击接合。

所述的延时器20为气缸式延时器，它包括气缸27、活塞22、密封圈23、固定在活塞杆28上的接合件28-1、压簧29及缓冲件25；所述的气缸27上端通过上支架26与机壳1连接；所述的活塞22安装在气缸27内腔，活塞22上制作的沟槽中安装密封圈23；所述的活塞杆28滑配合安装在下支架26-1的孔中，下支架26-1安装在机壳1上；所述的压簧29安装在接合件28-1与下支架26-1之间的活塞杆28上；所述的缓冲件25固定在活塞杆28的下端。

所述的失压脱扣器30，包括支架36、电磁线圈32、静衔铁34、动衔铁31、拉簧35；所述的支架36，其底板上固定电磁线圈32，电磁线圈32与静衔铁34连接；所述的动衔铁31卡装在支架36立板上端的卡槽中，动衔铁31的一端与撞击件33连接，另一端通过拉簧35与支架36的底板连接；所述的动衔铁31中心位于延时器20上的缓冲件25的下方。

所述的三只电流检测互感器10安装在机壳1下侧，A、B、C三相电源连线分别穿过三只电流检测互感器。

所述的零序电流互感器8安装在机壳1下侧，A、B、C三相电源连线穿过零序电流互感器。

一种与塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器相配合的控制电路的电原理接线及操作程序，其特征在于：

1)接线方式：

上接线2的A、B、C接三相交流电源，下接线9的A’、B’、C’接三相交流电动机；

2)辅助电源：

控制电路CPU的辅助电源由A相和C相分别通过限流整流取用，B相为辅助电源中性公用接地线，辅助电源为经净化稳压的直流电源；

3)合闸送电程序：

先将保护器手柄向下扳动一定距离，完成再扣动作，实现空气延时器20储能和失压脱扣的预闭合，再将保护器手柄向上扳动一定距离，断路器开关K1、K2、K3接通；

4)热磁保护元件JR2、JR3工作原理：

热磁保护元件包括双金属过热保护元件和瞬态短路电磁保护元件两部分；在电源电压有故障或CPU有故障的情况下，当电动机的工作电流超过本保护器设定的极限值时，电流经过热磁保护双金属加热元件，双金属片受热而变形，推动断路器脱扣杆6由锁定位置移动到脱扣解锁位置，断路器动触头K1、K2、K3自动断开；当瞬间电流超过本保护器设定值时，此时瞬态短路电磁保护元件将断路器脱扣杆6由锁定位置迅速推向脱扣解锁位置，K1、K2、K3自动断开；

5)保护器配合电动机正常工作的手动设定程序：

在安装本保护器和电动机后，需按相关说明，根据电动机功率大小，手工拨动本保护器的拨码开关，使之与配合的电动机功率相对应，再按合闸程序合闸送电；

6)保护器配合电动机工作的自动设定程序及工作原理：

自动设定程序：

a、按清除按钮，清除CPU原有数椐；

b、将保护器手柄向下扳动一定距离，完成再扣动作；

c、将保护器手柄向上扳动一定距离，保护器内部K1、K2、K3三个动触点自动接通；

d、电动机正常负荷工作两分钟后，按记忆纽CPU自动记忆当前的工作电流信号；

7)电动机工作电流轻微连续超载、连续过载保护功能自动设定的原理：

当电动机工作电流超过额定电流1.1倍到1.2倍时(轻微超载)，控制电路不发出停电命令；当超过额定电流的1.3倍并连续过载工作时，控制电路在数秒钟～数十秒内自动分断，切断电源，同时发光二极管自动报警；其工作原理是：此时的电流经L1’、L2’、L3’送至CPU，CPU根据设定数椐进行判断，CPU对轻微连续超载不发出停电命令；对于超过1.3倍的电流经CPU判断后，在一小时内自动向操作继电器(J)发出停电命令，切断失压脱扣器电磁线圈32电压和电流，失压脱扣器动衔铁31和撞击件33在拉簧35作用下，将断路器脱扣杆6由锁定位置移动到脱扣解锁位置，其保护器内部的三个动触头K1、K2、K3自动断开；

8)严重过载、堵转的设定及工作原理：

当交流电动机出现严重过载或堵转时，被保护电动机的工作电流超过额定电流的1.5～2.5倍时，三相电流经L1’、L2’、L3’送至CPU，CPU判定并自动发出停电命令；

9)缺相保护功能的设定及工作原理：

a、当A、B相缺相时，设定面板上发光二极管熄灭并报警，此时人工不能操作合闸；其原理是：当A、B缺相时，由于失压脱扣器30的电磁线圈32通过J接至A’、B’，操作合闸后，A’、B’无电压，失压脱扣器30不能闭合，其失压脱扣器动衔铁撞击件33推动断路器脱扣杆6由锁定位置至脱扣解锁位置，断路器动触头3不能闭合；

b、当C相缺相时，控制电路设定，人工操作不能使断路器动触头3闭合；即使操作本保护器手柄，保护器闭合，也只能维持0.5秒内随之分断；其工作原理是：

当C相缺相，CPU仍能正常工作，当本保护器合闸后，CPU能检测到A、B两相电流成倍骤增的信号，及时发出切断电源命令；

c、当K1、K2、K3接触不良，或A’、B’、C’和电动机三根馈线接触不良时，CPU都能检测到此种异常信号，发出切断电源命令；

10)漏电保护功能工作原理：

本保护器能保护A’、B’、C’所产生的漏电流，其原理是：零序电流互感线圈L7能自动检测到A’、B’、C’因三相电动机电源馈线破损、电动机绝缘老化或受季节变化、潮湿而引起漏电流，即IA+IB+IC≠0，传输给CPU一个漏电信号，经CPU判定发出停电命令；

11)欠压保护的工作原理：

当系统电压接点接触不良引起欠压，或因供电线路不合理引起欠压，当这些电压满足不了失压脱扣器30工作电压时，CPU发出指令，失压脱扣器30释放，断路器脱扣杆6被推至脱扣解锁位置，K1、K2、K3断开；

12)RA、RB、RC、RVA、RVB、RVC的功能：R为限流元件，RV为电压吸收元件，能有效吸收本保护器断开后，因电动机的惯性运转产生的感应电动势，防止电动机和本保护器在停电后因该电动势对控制电路的损坏。本发明的工作原理及操作方法：

1、接线：

如图1所示：断路器上接线2的A、B、C接三相交流380V50Hz电源，断路器下接线9的A’、B’、C’接380V50Hz三相交流电动机。

2、合闸送电，电机运转：

如图5、图6所示：当电动机要运转时，合闸送电程序及工作原理是：人工向下扳动断路器分合闸手柄，带动断路器杠杆5向下运转。断路器杠杆接合件4单向向下推动延时器20活塞杆28及接合件28-1向下运动，缓冲件25向下运动迫使失压脱扣器30上的动衔铁31向下运动闭合。断路器脱扣杆6也从脱扣解锁位置运行至锁定位置，同时空气延时器的气缸27通过进气道24进入一定量的空气。再向上扳动断路器手柄运动一定距离，即断路器内部合闸，断路器杠杆接合件4向上运动一定距离，离开了延时器20活塞杆接合件28-1。由于空气延时器20的气缸27内储一定量的空气，压簧29推动活塞杆28及接合件28-1向上运动时，密封圈23已封死进气道24，气缸27内空气只能通过量孔21在一定时间缓慢排出，缓冲件25也就不能迅速离开脱扣器动衔铁31，此时在断路器杠杆5向上运动作用下，断路器动触头3已处于接通状态，此时断路器下接线9有三相交流电源使三相交流电动机工作，同时断路器下接线9的A’、B’向失压脱扣器30的电磁线圈32送电，静衔铁34产生磁力与动衔铁31闭合。在延时器压簧29的作用下，气缸27内部空气从量孔21排出，延时器杠杆及接合件28向上运动一定距离，缓冲件25也离开脱扣器动衔铁31一定距离，在此过程中断路器和电动机都能正常工作。

延时器还可以通过另一种方法实现：不设计量孔21，其余结构不变，密封圈23把活塞22与气缸27相对封闭，当排气时气缸27内的空气通过密封圈23与气缸27之间的自由密封间隙缓慢排出，达到延时的目的。

3、缺相保护功能：

如图5、图6、图7所示：

1)当断路器上接线2的A、B相，下接线9的A’、B’相缺任意一相电源时，其失压脱扣器30的静衔铁34失去电磁吸合力，在拉簧35的作用下，动衔铁31和动衔铁撞击件33迅速张开，向上产生1N的撞击力，撞击断路器脱扣杆6由锁定位置运行至脱扣解锁位置，断路器动触头3全部断开，切断电源，达到保护电动机的目的。

2)当断路器上接线2C相及断路器下接线9 C’相缺少电源时，电流检测互感器10检测到缺相信号并送至CPU中央处理器，CPU发一个信号，切断失压脱扣器30的电磁线圈32的电源，断路器动触头3断开，切断供电电源，达到保护电动机的目的。

4、过载堵转保护功能：

如图7所示：过载和堵转时电动机电流增大，电流检测互感器10检测到过载、堵转信号并送至CPU中央处理器，由CPU发出切断命令的信号，切断失压脱扣器30的电磁线圈32电源，迫使断路器动触头3断开，切断电源，达到保护电机的目的。

5、漏电保护功能：

如图7所示：漏电保护由零序电流互感器8检测到漏电信号并送至CPU中央处理器，CPU发一个信号切断失压脱扣器30电磁线圈32电源，迫使断路器动触头断开，切断供电电源，达到保护电动机的目的。

6、人工停电操作程序：

如图7所示：当电动机需要停止工作时，需人工将保护器手柄向下扳到一定距离，其断路器内部断开。断路器上接线2的A、B、C接三相交流380V50Hz电源因断路器内部断路器动触头3断开，断路器下接线9的A’、B’、C’无电源，电动机停止运转。

Claims (5)

1、一种塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，包括机壳(1)，安装在机壳(1)上部的A、B、C三相供电上接线(2)、断路器动触头(3)、安装在机壳(1)中部的断路器杠杆(5)、断路器脱扣杆(6)、过流保护元件(7)，安装在机壳(1)下部的三相向电动机送电的下接线(9)；其特征在于，还包括延时器(20)、失压脱扣器(30)、电流检测互感器(10)、零序电流互感器(8)；所述的延时器(20)通过上支架(26)和下支架(26-1)安装在机壳(1)的某相槽中部；所述的断路器杠杆(5)通过断路器杠杆接合件(4)，与延时器(20)的活塞杆(28)上的接合件(28-1)为单向接合；所述的失压脱扣器(30)安装在延时器(20)下方的机壳(1)上；所述的活塞杆(28)下部安装的缓冲件(25)，与失压脱扣器(30)上部的动衔铁(31)为单向接合；所述的动衔铁(31)上的撞击件(33)，与断路器脱扣杆(6)为单向撞击接合。

2、根据权利要求1所述的塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，其特征在于：所述的延时器(20)为气缸式延时器，它包括气缸(27)、活塞(22)、密封圈(23)、固定在活塞杆(28)上的接合件(28-1)、压簧(29)及缓冲件(25)；所述的气缸(27)上端通过上支架(26)与机壳(1)连接；所述的活塞(22)安装在气缸(27)内腔，活塞(22)上制作的沟槽中安装密封圈(23)；所述的活塞杆(28)滑配合安装在下支架(26-1)的孔中，下支架(26-1)安装在机壳(1)上；所述的压簧(29)安装在接合件(28-1)与下支架(26-1)之间的活塞杆(28)上；所述的缓冲件(25)固定在活塞杆(28)的下端。

3、根据权利要求1所述的塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，其特征在于：所述的失压脱扣器(30)，包括支架(36)、电磁线圈(32)、静衔铁(34)、动衔铁(31)、拉簧(35)；所述的支架(36)，其底板上固定电磁线圈(32)，电磁线圈(32)与静衔铁(34)连接；所述的动衔铁(31)卡装在支架(36)立板上端的卡槽中，动衔铁(31)的一端与撞击件(33)连接，另一端通过拉簧(35)与支架(36)的底板连接；所述的动衔铁(31)中心位于延时器(20)上的缓冲件(25)的下方。

4、根据权利要求1所述的塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，其特征在于：所述的电流检测互感器(10)安装在机壳(1)下部，A、B、C三相电源连线分别穿过电流检测互感器。

5、根据权利要求1所述的塑壳式机电一体化三相交流电动机保护器，其特征在于：所述的零序电流互感器(8)安装在机壳(1)下部，A、B、C三相电源连线穿过零序电流互感器。

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