CN111697537A

CN111697537A - 多速电动机控制保护电路和多速电动机控制保护方法

Info

Publication number: CN111697537A
Application number: CN202010471963.5A
Authority: CN
Inventors: 陈河江; 张驰; 田克岩; 钟振新; 李琦; 薛强; 余晓忠; 冯丹; 宋昱; 白亮; 李永旺
Original assignee: SYNEFUELS CHINA Inc
Current assignee: SYNEFUELS CHINA Inc
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-09-22

Abstract

本发明涉及多速电动机控制保护电路和多速电动机控制保护方法。在多速电动机控制保护电路中，逻辑控制部基于具有多个速度运行模式的电动机的速度运行模式来设定单个电动机保护装置的动作整定值。电动机保护装置基于由逻辑控制部设定的动作整定值来保护电动机。

Description

多速电动机控制保护电路和多速电动机控制保护方法

技术领域

本发明涉及多速电动机的控制保护技术。

背景技术

在工业领域中低压(交流380V)电动机类的用电设备根据生产工艺要求，电动机需要在两种以上的速度下运行。由于在不同速度运行中，电动机的定子线圈接线方式不同，其运行电流也将不同。根据相关规程，电动机回路需要配置热保护。热保护的配置是按照电动机额定运行电流进行设置。由于速度控制的电动机在各个速度下的运行中的额定电流不同，就需要设置两个以上的热保护整定值来保证电动机在发生过载运行时进行保护跳闸，以保证电动机运行的安全性。

通常的热继电器或可编程保护器的热保护整定值是唯一的。热保护的依据是其中电流和动作时间对应的一种反时限曲线，且整定值是按电动机额定运行电流进行设定的。在直接起动和可逆起动控制方式下的电动机额定运行电流是唯一的，所以在这种控制电路中配置的热继电器或可编程保护器仅使用一个就能满足要求。双速或多速运行的电动机的工作原理是基于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。各种转速下的功率值也是不同的，不同功率运行下的电流也就不同，这就需要配两套或以上的热保护装置。

发明内容

本发明的目的在于通过单个保护装置实现两种速度运行模式下的保护整定值的设定，从而可以减少保护装置的数量。

本发明的一个方面提供了一种多速电动机控制保护电路，其包括：单个电动机保护装置；以及逻辑控制部，其基于具有多个速度运行模式的电动机的所述速度运行模式来设定所述电动机保护装置的动作整定值，其中，所述电动机保护装置基于由所述逻辑控制部设定的所述动作整定值来保护所述电动机。

根据一个示例，所述电动机保护装置的所述动作整定值在所述电动机的所述多个速度运行模式下具有不同的值。

根据一个示例，所述电动机是双速电动机，并具有高速运行模式和低速运行模式。

根据一个示例，所述电动机保护装置在所述高速运行模式下的所述动作整定值大于在所述低速运行模式的所述动作整定值。

根据一个示例，所述电动机保护装置是可编程保护器。

根据一个示例，所述逻辑控制部集成在所述电动机保护装置中。

根据一个示例，所述电动机保护装置包括单个电流互感器，所述单个电流互感器能够检测所述电动机在各个所述速度运行模式下的运行电流。

根据一个示例，在所述电动机的供电电路中布置有多个开关元件，以用于所述电动机的所述多个速度运行模式的切换。

根据一个示例，所述逻辑控制部基于利用电平来模拟所述多个开关元件的状态的逻辑电平信号来判定所述多速电动机处于所述多个速度运行模式中的哪个模式。

根据一个示例，所述逻辑控制部包括存储器，所述存储器存储有针对所述多个速度运行模式设定的多个所述动作整定值。

根据一个示例，所述电动机保护装置对所述电动机执行过电流保护。

本发明的另一方面提供了一种多速电动机控制保护方法，其包括以下步骤：通过逻辑控制部，基于具有多个速度运行模式的电动机的所述速度运行模式来设定单个电动机保护装置的动作整定值；以及通过所述电动机保护装置，基于由所述逻辑控制部设定的所述动作整定值来保护所述电动机。

下面将参考附图详细描述本发明。

附图说明

图1示出了根据现有技术的多速电动机保护控制电路。

图2示出了根据本发明的多速电动机保护控制电路。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

注意，附图是示意性的，且不是基于实际比例绘制的。附图中图示的部件的相对尺度和比例在尺寸方面被放大或缩小，且任何尺度仅是示例性的且不具有限制性。附图中的相同的结构、元件或部件由相同的附图标记表示，并省略其详细说明。

<现有技术中的电动机保护电路>

首先，参考图1说明现有技术中的电动机保护控制电路。

图1示出双速电动机的电路系统。如图1所示，电动机的电路系统包括供电电路SC和控制电路CC。

供电电路SC

在供电电路SC中，电动机M由三相电源L1、L2和L3供电。

断路器QF串联在供电电路的最上游。一般而言，断路器具有过载、短路和欠电压保护功能，从而用于在整体上保护供电电路SC和三相电源L1、L2和L3。

电动机M例如是双速电动机，并具有高速运行模式和低速运行模式。已知的是，双速电动机的定子绕组的联接方式常有两种：一种是绕组从△形改成双Y形，而另一种是绕组从单Y形改成双Y形。这两种接法都能使电动机产生的磁极对数减少一半即电动机的转速提高一倍。作为示例，如图1所示，电动机M是具有第一种接法的双速电动机。电动机M的三相定子绕组具有三个端部接点U1、V1和W1以及中部接点U2、V2和W2。在低速运行模式下，三相电源分别连接到接点U1、V1和W1，而接点U2、V2和W2悬空。在高速运行模式下，三相电源分别连接到U2、V2和W2，而接点U1、V1和W1并接在一起。

为此，供电电路SC在断路器QF的下游分为两条支路，即用于对定子绕组的节点U1、V1和W1供电的第一支路(图1中的左侧支路)和用于对定子绕组的节点U2、V2和W2供电的第二支路(图1中的右侧支路)。

为了在低速运行模式和高速运行模式进行切换，在第一支路和第二支路中串联连接有接触器KM1、KM2和KM3。具体地，在第一支路中，在三相电源线中分别串联连接有接触器KM1的常开节点。在第一支路中，在接触器KM1的下游，在每两相电源线之间分别连接有接触器KM3的常开节点。在第二支路中，在三相电源线中分别串联连接有接触器KM2的常开节点。

在第一支路中还设置有电流互感器TA1以用于感测低速运行模式下的第一支路电流值，并且在第二支路中还设置有电流互感器TA2以用于感测高速运行模式下的第二支路电流值。在第一和第二支路中，电流互感器TA1和TA2可以设置在接触器KM1、KM2和KM3的上游或下游。在图1中，电流互感器TA1和TA2设置在接触器KM1、KM2和KM3的上游。

控制电路CC

控制电路CC可以由三相电源L1、L2和L3中的任意两相供电。例如，在图1中，控制电路CC由L1、L2两相电源供电。替代地，控制电路CC也可以由更低电压等级的电源供电。

另外，在控制电路中CC最上游和最下游分别串联连接有熔断器FU1和FU2。

如图1所示，控制电路CC包括节点N1～N11。

上游节点N1和下游节点N11分别连接到L1相电源和L2相电源。

在节点N1和N2之间连接有保护装置JB1。在节点N2和N3之间连接有保护装置JB2。这里，保护装置JB1和JB2可以是可编程保护器。保护装置JB1和JB2分别利用设置在供电电路SC中的电流互感器TA1和TA2感测电动机M的电流值，以用于在判定电动机过载运行的情况下断开控制电路，并从而断开供电电路。这里，例如，电流互感器可以是相应保护装置的一部分。

替代地，保护装置可以使用热继电器。在这种情况下，可以省略电流互感器，并且热继电器的热元件可以串联在相应的支路中。

在节点N3和N4之间连接有按钮开关SB1的常闭节点。按钮开关SB1用作停止按钮，以停止电动机的运行。

在节点N4和节点N5之间并联连接有按钮开关SB2的常开节点和接触器KM1的常开节点。按钮开关SB2为低速启动按钮，并使电动机切换到低速运行模式。

在节点N5和节点N6之间连接有按钮开关SB3的常闭节点。按钮开关SB3为高速启动按钮，并使电动机切换到高速运行模式。

在节点N6和节点N7之间连接有接触器KM2或KM3的常闭接点。在节点N7和节点N11之间连接有接触器KM1的电磁线圈。

在节点N4和节点N8之间连接有按钮开关SB2的常闭节点。在节点N8和节点N9之间并联连接有按钮开关SB3的常开节点和接触器KM2或KM3的常开节点。在节点N9和节点N10之间连接有接触器KM1的常闭接点。在节点N10和节点N11之间并联连接有接触器KM2的电磁线圈和接触器KM3的电磁线圈。

电动机的操作

一方面，为了使电机进入或切换到低速运行模式，在控制电路CC中，按下按钮开关SB2。开关SB2的在节点N4和N5之间的常开接点闭合。同时，开关SB2的在节点N4和N8之间的常闭接点断开，从而使接触器KM2和KM3的线圈失电。因此，由于开关SB3的在节点N5和N6之间的常闭节点以及接触器KM2/KM3的在节点N6和N7的常闭接点闭合，所以接触器KM1的线圈得电。同时，接触器KM1在节点N4和N5之间的常开接点闭合。此常开接点用于自保持功能，也就是说，即使随后松开开关SB2，接触器KM1的线圈仍能够保持得电。

在供电电路SC中，接触器KM1的所有常开接点闭合，且接触器KM2和KM3的所有常开接点断开。在这种情况下，三相电源L1、L2和L3通过第一支路对电动机M的节点U1、V1和W1供电，从而电动机M进入低速运行模式。

另一方面，为了将电机进入或切换到高速运行模式，在控制电路CC中，按下按钮开关SB3。于是，开关SB3的在节点N5和N6之间的常闭接点断开，从而使接触器KM1的线圈失电，且因此接触器KM1的在节点N4和N5之间的常开接点断开。同时，开关SB3的在节点N8和N9之间的常开接点闭合。因此，由于接触器KM1的在节点N9和N10之间的常闭接点闭合，所以接触器KM2和KM3的线圈得电。同时，接触器KM2/KM3的在节点N8和N9之间的常开接点闭合。此接点用于自保持功能，也就是说，即使随后松开开关SB3，接触器KM2和KM3的线圈仍能够保持得电。

在供电电路SC中，接触器KM1的所有常开接点断开，且接触器KM2和KM3的所有常开接点闭合。在这种情况下，三相电源L1、L2和L3通过第二支路对电动机M的节点U2、V2和W2供电，从而电动机M进入高速运行模式。

另外，为了使电动机M停止运行，按下开关SB1。因此，所有接触器KM1、KM2和KM3的线圈失电，因此，电动机M的供电电路被接触器KM1或KM2切断，并停止运行。

作为替代方案，接触器KM3的功能可以完全由接触器KM2实现。在此情况下，各个部件的运行原理和图1的运行原理完全相同。这里不再详细描述。

然而，在该现有技术中，与低速运行模式相比，在高速运行模式下，三相电源L1、L2和L3向电动机M的提供的功率更高，且电动机的运行功率及运行电流更大。因此，为了针对每种模式安全地保护电动机免于过载运行，需要在第一支路和第二支路中配备具有不同电流整定值的保护装置。例如，在图1中，保护装置JB1和JB2串联连接在控制电路CC中，以分别防止电动机在低速运行模式和高速运行模式下过载运行。保护装置JB1和JB2的电流整定值是分别针对电动机的低速运行模式和高速运行模式设定的，并且是固定的、唯一的值。

由此可见，在现有技术中，保护装置在不同的支路中设置单独的保护器。这种配置导致复杂的控制结构及较高的电路搭建成本。

<本发明的实施例>

作为示例，本发明基于图1所示的电路系统进行改进。然而，在阅读了本发明之后，本领域技术人员应当了解，本发明的技术也可以应用到不同于图1所示的电路系统。

如图2所示，在供电电路中，没有分别在第一支路和第二支路中设置电流互感器。相反地，在供电电路的主路中仅设置一个电流互感器TA。也就是说，单个电流互感器TA既可以感测电动机M在低速运行模式的运行电流，也可以感测电动机M在高速运行模式下的运行电流。

相应地，在控制电路中仅串联连接有一个保护装置JB。保护装置JB为具有控制功能的保护器。保护装置JB可以基于电流互感器TA的感测电流值执行保护动作，例如过载保护。

另外，在控制电路CC中进一步设置有逻辑控制部LJ。逻辑控制部LJ在端口P1、P2和P3处接收利用电平来模拟接触器KM1、KM2和KM3的状态的逻辑电平信号L_KM1、L_KM2、和L_KM3。逻辑控制部LJ基于逻辑电平信号L_KM1、L_KM2、和L_KM3的电平(例如，电平的逻辑运算)来判定电动机M是处于高速运行模式、低速运行模式还是停止模式。

逻辑电平信号L_KM1、L_KM2、和L_KM3可以基于接触器KM1、KM2和KM3的任意的常开节点、任意的常闭节点或电磁线圈获得。例如，逻辑电平信号L_KM1、L_KM2、和L_KM3的低电平表示接触器KM1、KM2和KM3的失电状态，并且高电平表示接触器KM1、KM2和KM3的得电状态。

在低速运行模式下，接触器KM1的线圈得电，并且接触器KM2、KM3的线圈失电。因此，逻辑电平信号L_KM1的电平为高电平，且逻辑电平信号L_KM2和L_KM3的电平为低电平。由此，基于这些电平的逻辑运算，逻辑控制部LJ判定电动机M处于低速运行模式，并因此将保护装置的电流整定值设定为对应于低速运行模式的较低值，作为低速运行模式下的保护动作整定值，例如10A。

在电流互感器TA检测到电动机M的运行电流大于例如10A整定值的情况下，保护装置JB判定电动机M过载运行，并因此进行保护跳闸，以保证电动机运行的安全性。

另一方面，在高速运行模式下，接触器KM1的线圈失电，并且接触器KM2、KM3的线圈得电。因此，逻辑电平信号L_KM1的电平为低电平，且逻辑电平信号L_KM2和L_KM3的电平为高电平。由此，基于这些电平的逻辑运算，逻辑控制部LJ判定电动机M处于高速运行模式，并因此将保护装置的电流整定值设定为对应于高速运行模式的较高值，作为高速运行模式下的保护动作整定值，例如20A。

在电流互感器TA检测到电动机M的运行电流大于例如20A的整定值的情况下，保护装置JB判定电动机M过载运行，并因此进行保护跳闸，以保证电动机运行的安全性。

另外，在停止模式下，接触器KM1失电，并且接触器KM2、KM3失电。因此，逻辑电平信号L_KM1的电平为低电平，且逻辑电平信号L_KM2和L_KM3的电平为低电平。由此，基于这些电平的逻辑运算，逻辑控制部LJ判定电动机M处于停止模式，并因此不执行任何动作。

为此，逻辑控制部LJ可以包含存储器。存储器预先存储有分别针对低速运行模式和高速运行模式为保护装置JB设定的电流整定值。

这里，电平和相应的状态的对应关系仅是示例性的，且相应的状态可以使用相反的电平来表示。例如，可以使用高电平电平表示接触器的失电状态，且同时使用低电平表示接触器的得电状态。

作为示例，保护装置JB可以是可编程保护器，例如智能继电器。在这种情况下，逻辑控制部LJ可以是保护装置JB的一部分。例如，逻辑控制部可以集成在保护装置JB中。

另外，接触器也可以由能够切换电动机的速度运行模式的其它开关元件来代替。

本发明不限于应用于双速电动机。例如，电动机可以是双绕组三速、四速电动机等。

另外，本发明不限于应用于电动机的过载/过电流保护，而且还可以应用于诸如电动机的欠电流保护等其它保护。

根据本发明，能够利用一个保护装置实现两种速度运行模式下的保护整定值的设定，从而可以减少保护装置的数量。

尽管在上面已经参照附图说明了根据本发明的电动机控制逻辑电路，但是本发明不限于此，且本领域技术人员应理解，在不偏离本发明随附权利要求书限定的实质或范围的情况下，可以做出各种改变、组合、次组合以及变型。

Claims

1.一种多速电动机控制保护电路，其包括：

单个电动机保护装置；以及

逻辑控制部，其基于具有多个速度运行模式的电动机的所述速度运行模式来设定所述电动机保护装置的动作整定值，

其中，所述电动机保护装置基于由所述逻辑控制部设定的所述动作整定值来保护所述电动机。

2.根据权利要求1所述的多速电动机控制保护电路，其中，所述电动机保护装置的所述动作整定值在所述电动机的所述多个速度运行模式下具有不同的值。

3.根据权利要求2所述的多速电动机控制保护电路，其中，所述电动机是双速电动机，并具有高速运行模式和低速运行模式。

4.根据权利要求3所述的多速电动机控制保护电路，其中，所述电动机保护装置在所述高速运行模式下的所述动作整定值大于在所述低速运行模式的所述动作整定值。

5.根据权利要求1所述的多速电动机控制保护电路，其中，

所述电动机保护装置是可编程保护器。

6.根据权利要求5所述的多速电动机控制保护电路，其中，

所述逻辑控制部集成在所述电动机保护装置中。

7.根据权利要求1所述的多速电动机控制保护电路，其中，

所述电动机保护装置包括单个电流互感器，所述单个电流互感器能够检测所述电动机在各个所述速度运行模式下的运行电流。

8.根据权利要求1所述的多速电动机控制保护电路，其中，

在所述电动机的供电电路中布置有多个开关元件，以用于所述电动机的所述多个速度运行模式的切换。

9.根据权利要求8所述的多速电动机控制保护电路，其中，

所述逻辑控制部基于利用电平来模拟所述多个开关元件的状态的逻辑电平信号来判定所述多速电动机处于所述多个速度运行模式中的哪个模式。

10.根据权利要求1所述的多速电动机控制保护电路，其中，

所述逻辑控制部包括存储器，所述存储器存储有针对所述多个速度运行模式设定的多个所述动作整定值。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的多速电动机控制保护电路，其中，所述电动机保护装置对所述电动机执行过电流保护。

12.一种多速电动机控制保护方法，其包括以下步骤：

通过逻辑控制部，基于具有多个速度运行模式的电动机的所述速度运行模式来设定单个电动机保护装置的动作整定值；以及

通过所述电动机保护装置，基于由所述逻辑控制部设定的所述动作整定值来保护所述电动机。