CN1019714B - 机电一体化继电接触式断相保护器 - Google Patents
机电一体化继电接触式断相保护器Info
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Abstract
本发明提出了一新的利用继相时三相电流不平衡产生的零序电流来实现断相自动保护。它省去了价格昂贵、体积大、绕制工艺复杂的三只电流互感器，而是利用继电器(或接触器)自身的控制线圈铁芯兼起零序电流互感器的作用。和继电器(或接触器)组成一个整件，以一个继电器(或接触器)的体积和价格来实现原有继电器(或接触器)和断相保护器二个产品的作用。并可使产品同时兼有快速过载、短路保护作用。
Description
本发明属于电力自动控制装置，特别是一种新型的机电一体化继电接触式断相自动保护器。主要应用于电力、电器、机床等电器设备中保护用电设备，特别是电机免受断相烧毁的危险。
众所周知，电动机由于断相烧毁发生的事故，约占电机发生烧毁事故的60%以上。对电机等用电设备进行断相保护的方法多种多样，但主要有以下三种：
1、用双金属片式热继电器作断相保护。这种保护的优点是结构简单，使用方便，价格便宜。缺点是对频繁通断工作及正反转工作的电机不适用，特别是对带惰性负荷的鼠笼式异步电动机全压起动时，起动时间往往长达几秒到十几秒，在此过程中，由于很大的起动电流持续时间太长，将导致热继电器误动作。
2.利用三相电流不平衡产生的中性点电压位移进行继相保护。这种保护的优点是线路简单，价格便宜。缺点是应用范围有限，即对由于电源输出电压中性点有较大偏移的线路不适用。
3.利用三相电流不平衡产生的零序电流进行断相保护。这种保护的具体方法有多种，其中应用最广泛的是利用三次谐波电压的速饱和零序电流互感器的方法。这种保护的优点是线路比较简单，保护又较全面。缺点是要使用三只速饱和型电流互感器，其体积和成本增加较多。
上述的第三种保护方法生产的产品，如上海瓦屑电表厂生产的6HQ型系列产品等，以及专利申请号为89103938的“电动机节能断相自动保护器”等专利，它们都要使用三只磁环组成断相零序电流互感器，这样它们的价格高，体积大，绕制工艺麻烦，而不得不自成一体。在实际使用中，它们还要
配上继电器或接触器才能应用，又给用户增加了安装上的麻烦。
本发明的目的是利用断相时三相电流不平衡产生的零序电流传感器的方法来实现断相保护，但省去了价格昂贵、体积大、绕制工艺复杂的三只电流互感器，而是利用继电器（或接触器）自身的控制绕圈的铁芯兼起零序电流互感器的作用。这样价格便宜、体积小、绕制工艺简化，可以和继电器（或接触器）组成一个整体，实现机电一体化断相自动保护功能，以一个继电器（或接触器）的体积和价格来实现原有继电器（或接触器）和断相保护器二个产品的作用。
图1为本发明使用的E字形铁芯断相保护器电气原理图。其中动铁芯（1）、静铁芯（4）和线圈（2）为具有永磁式（或半永磁式-即剩磁铁式）继电器（或接触器）性能的铁芯和控制线圈。另外在铁芯（4）的三个芯柱上分别绕上线圈（5）、（6）、（7）作为三相电流的初级绕组，在线圈（2）上再加绕线圈（3）作为三相电流的次级绕组-即断相信号检出绕组。这个次级绕组的两端分别接到控制电路上去作断相控制信号的输出。
图2为本发明使用的口字形铁芯断相保护器电气原理图。其中动铁芯（1）、静铁芯（4）和线圈（2）为具有永磁式（或半永磁式-即剩磁铁式）继电器（或接触器）性能的铁芯和控制线圈。在口字形铁芯的一边芯柱上，中间开一长方形或其它合适形状的孔，通过这个孔，在此芯柱的两边分别绕二个线圈（5）、（6），在此芯柱上，也可在另一边芯柱上再绕一线圈（7）。这样绕制的线圈（5）、（6）、（7）分别通过三相电流就作为三相电流的初级绕组。再在原控制线圈（2）上绕制另一个线圈（3）作为三相电流的次级绕组-即断相信号检出绕组，线圈（3）的两端分别接到控制电路上去做断相控制信号的输出。
附图说明如下：
图1为本发明使用的E字形铁芯断相保护器电气原理图;
图2为本发明使用的口字形铁芯断相保护器电气原理图;
图3和图4为本发明保护器的结构示意图;
图5为本发明控制电路的一个典型线圈。
下面简述一下永磁式（或半永磁式-即剩磁铁式）继电器（或接触器）式断相保护器的工作原理。
永磁式继电器（或接触器）的控制线圈的铁芯为永久磁铁或部分为永久磁铁。半永磁式-即剩磁铁式继电器（或接触器）的铁芯为半永久磁铁-即剩磁铁（可在控制线圈通某一方向的电流使铁芯具有剩磁，而可在控制线圈通一反方向电流使铁芯的剩磁消失）。
当线圈（2）通电时，线圈（2）产生的电磁力使永磁式（或半永磁式-即剩磁铁式）断电器（或接触器）的动铁芯（1）和静铁芯（4）吸合。当线圈（2）不通电时，由于动铁芯（1）和静铁芯（4）所产生的磁性并未消失，因而使继电器（或接触器）继续保持在吸合状态不变，从而使主电路保护在通电状态。当线圈（2）再次通电（或反向通电）时，动铁芯（1）和静铁芯（4）才会分离，因而使继电器（或接触器）释放而使主电路断开。
本发明的断相保护恰好就利用通电吸合后，当线圈（2）不通电时，动铁芯（1）和静铁芯（4）所产生的磁性继续保护使继电器（或接触器）维持在吸合状态不变的这段特性。这时动铁芯（1）和静铁芯（4）处于磁饱和状态。因而就形成了速饱和式零序电流互感器，这样使继电器（或接触器）的铁芯兼做零序电流互感器的铁芯。
当电机正常运转时，线圈（5）、（6）、（7）分别通过三相电流，线圈（3）作为三相电流的次级绕组-即断相信号检出绕组，它所感应的三个基波电压大小相等，相位互差120°，故基波合成电压为零。而它们的三次谐波电压则是同相的，因此互相迭加，这个电压就成为电机正常运转时的输出信号。当发生断相时，剩余的健全的两相线电流大小相等、相位相反，线圈（3）上感应的基波和三次谐波电压均互相抵消，输出为零。这样就可以把这个输出为零的信号作为电机断相的信号输出去控制继电器（或接触器），断开继电器（或接触器）的触头（8）、（9），保护电机（0）或其它类型的用电设备不因断相而烧毁。
线圈（5）、（6）、（7）作为三相电流的初级绕组一般仅绕一匝或数匝，线圈（3）作为三相电流的次级绕组-即断相信号检出绕组一般为数百到数千匝。
图3和图4分别为本发明的E字形和口字形铁芯的机电一体化断相保护器结构示意图。它们主要都是由动铁芯（1）、静铁芯（4），控制线圈（2），断相信号检出线圈（3），三相电流初级绕组线圈（5）、（6）、（7）动触头（8），静触头（9），支架（10），底座或外壳（11）和控制电路板（12）等组成。根据实际需要可在原有记磁式（或半永磁式-即剩磁铁式）继电器（或接触器）的基础上增加三相电流初级绕组线圈（5）、（6）、（7）和次级绕组线圈（3）以及控制电路板（12）组成，也可以重新设计，其控制电路板（12）紧固在底座或外壳（11）上。
图5为机电一体化继电接触式断相保护器控制电路实施的一个典型线路，它相当于图3和图4中的控制电路板（12）。它用5只二极管、2只可控硅、5只电阻和3只电容组成。图中L1（相当于图1、图2中的控制线圈（2））为继电器（或接触器）的控制线圈。三相电流的三个初级绕组在图中省去未画。L2（相当于图1、图2中的线圈（3））为三相电流的次级绕组-即断相信号检出绕组。它的两端分别接在可控硅SCR2的控制极和阴极上。二极管D4、D5为限幅二极管，以保护可控硅SCR2的安全，以防断相信号检出绕组输出电压过大而损坏。下面结合图5叙述一下本发明的断相自动保护过程：
按下起动按钮QA，电源经二极管D2、D3对继电器（或接触器）的控制线圈L1通电，其铁芯（图中未画出）被磁化吸合而接通供电电路。三相电流流过三相电流初级绕组，这正常的三相电流在次级绕组L2上有感应电压输出，可控硅SCR2导通，电源电压通过可控硅SCR2加在电阻R2、R3、R4上，此电压在电阻R4上的分压通过电阻R5对电容器C3充电，可控硅SCR1不导通。与此同时，电源电压经二极管D1、电阻R1，对电容器C1充电。
当发生断相事故时，三相电流在次级绕组L2上的感应电压为零，可控硅SCR2截止，电容器C3上充的电荷经过电阻R4对可控硅SCR1的控制极和阴极放电，使得可控硅SCR1导通，这时电容器C1上充的电荷就通过继电器（或接触器）的控制线圈L1释放，其铁芯释放而断开供电电路。
此外，在三相电流正常的情况下，按下停止按钮CA，可控硅SCR1也会导通，继电器（或接触器）也会释放。从而完成断相保护与继电器（或接触器）一体化功能。
在发生过载或短路的情况下，三相电流流过初级绕组就会产生很强的磁场，这个交变磁通会使铁芯退磁释放，从而使本发明的断相保证器具有快速过载短路保护功能，它可以做成具有继电器（或接触器）-断路器-断相保护器多功能的三位一体的价格低廉的新型电器。
Claims (4)
1、一种电力自动控制装置，特别是一种新型的机电一体化继电接触式断相保护器，它主要由动铁芯(1)、静铁芯(4)、控制线圈(2)、断相信号检出线圈(3)、三相电流初级绕组线圈(5、6、7)、动触头(8)、静触头(9)、支架(10)、底座或外壳(11)和控制电路板(12)等组成，其特征在于：在永磁式(断电器或接触器的控制线圈的铁芯为永久磁铁或部分为永久磁铁)或半永磁式--即剩磁铁式(继电器或接触器的控制线圈的铁芯为半永久磁铁-即剩磁铁，可在控制线圈通某一方向的电流使铁芯具有剩磁，而在控制线圈通一反方向电流使铁芯的剩磁消失)继电器(或接触器)的控制线圈(2)所用的铁芯(1、4)形状为E字形或口字形，E字形铁芯的断相保护器是在铁芯的三个芯柱上分别绕上线圈(5、6、7)作为三相电流的初级绕组，铁芯的芯柱上再绕上两个线圈，一个作为控制绕组线圈(2)(即L1)，另一个作为三相电流的次级绕组线圈-即断相信号检出绕组线圈(3)(L2)，而口字形铁芯的断相保护器是在铁芯一边的芯柱上中间开一个长方形或其它合适形状的孔，通过这个孔在此芯柱的两边分别绕两个线圈(5、6)，在此芯柱上，也可在另一边芯柱上再绕一个线圈(7)，这样绕制的线圈(5、6、7)分别通过三相电流就作为三相电流的初级绕组，铁芯一边的芯柱上再绕上两个线圈，一个作为控制线圈(2)(即L1)，另一个作为三相电流的次级绕组--即断相信号检出绕组线圈(3)(即L2)。
2、根据权利要求1所述的机电一体化继电接触式断相保护器，其特征在于：断相信号检出绕组线圈（3）的两端分别接到控制电路板（12）的电路上去作断相控制信号，线圈（3）和线圈（5、6、7）以及铁芯（1、4）组成速饱和式零序电流互感器，通电吸合后线圈（2）不通电。动铁芯（1）和静铁芯（4）处于磁饱和状态。控制电路板（12）紧固在底座或外壳（11）上。
3、根据权利要求1所述的机电一体化继电接触式断相保护器，其特征在于：控制电路板（12）由5只二极管、2只可控硅、5只电阻和3只电容组成，三相电流的次级绕组-即断相信号检出绕线线圈（3）（即L2）的两端分别接在可控硅SCR2的控制极和阴极上，其两端还并联有保护可控硅SCR2安全的限幅二极管（D4、D5）。
4、根据权利要求1所述的机电一体化继电接触式断相保护器，其特征在于：线圈（5、6、7）作为三相电流的初级绕组，一般仅绕一匝或数匝，线圈（3）作为三相电流的次级绕组-即断相信号检出绕组一般为数百到数千匝，在过载或短路时三相电流产生的强磁场会使铁芯退磁释放从而产生快速过载短路保护。
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| CN 90101137 CN1019714B (zh) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | 机电一体化继电接触式断相保护器 |
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