CN114552534A - 一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路 - Google Patents

一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路，包括异步电机(1)，异步电机(1)上连接有电压电流检测电路(2)，所述电压电流检测电路(2)的输出端上依次连接有隔直通交电容(3)、门限比较器(4)、充放电路模块(54)、施密特触发器(5)、第一与门(6)和故障锁存及处理触发器(7)，第一与门(6)上设有与充放电路模块(54)相连的启动定时电路模块(8)，故障锁存及处理触发器(7)的输出端上连接有隔离驱动电路(9)，隔离驱动电路(9)连接有与异步电机(1)相连的KM线圈(10)；本发明可以检测电机启动阶段的堵转故障并进行断电保护，提升异步电机运行的安全性及使用寿命。

Description

一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路
技术领域
本发明涉及建筑机电设备领域，特别涉及一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路。
背景技术
电机作为动力来源，被广泛使用在建筑行业，如筛料、混凝土搅拌、物料运输以及人员输送等等。由于电机应用的工况条件复杂以及保护措施不完善，经常遇到电机转子被堵转的情况，例如电机转子上传动机构被抱死或者变速齿轮因异物或故障导致堵转、电梯传动链条被卡死、传送装置的皮带卡住、水泵流体介质结冰或者泥沙堵转等等。一旦发生堵转，电机的电流急剧上升，其远大于额定工作电流，甚至能达到额定电流的十几倍，巨大的电流导致电机功耗急剧增加，电机内部的温度快速上升，电机线圈绝缘漆损坏，导致电机内部短路，进一步增大的电机的电流，严重时甚至会引起火灾。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路。本发明可以检测电机启动阶段的堵转故障并进行断电保护，提升异步电机运行的安全性及使用寿命。
本发明的技术方案：一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路，包括异步电机，异步电机上连接有电压电流检测电路，所述电压电流检测电路的输出端上依次连接有隔直通交电容、门限比较器、充放电路模块、施密特触发器、第一与门和故障锁存及处理触发器，第一与门上设有与充放电路模块相连的启动定时电路模块，故障锁存及处理触发器的输出端上连接有隔离驱动电路，隔离驱动电路连接有与异步电机相连的KM线圈；所述充放电路模块包括与门限比较器和施密特触发器相连的主电路，主电路上依次设有第一电阻和充放电支路，充放电支路上设有第一电容，第一电阻与充放电支路之间的主电路上设有与第一电容相连的充电电路，第一电阻与门限比较器之间的主电路上设有与第一电容相连的放电电路，放电电路上设有第二与门，所述充放电支路的末端设有与充电电路和放电电路相连的双联开关，双联开关的闭合方向与门限比较器的输出信号的高低电平相关；所述启动定时电路模块包括D触发器，D触发器的输出端与第一与门和第二与门的输入端相连，D触发器的输入端上设有第二电阻和与异步电机相连的运行开关，第二电阻两端连接有与其并联的第二电容，D触发器的调节端设有第三电阻，D触发器的复位端上设有与第三电阻相连的第三电容。
上述的一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路中，所述电压电流检测电路包括异步电机相连的电压波形变换电路模块和电流波形变换电路模块，电压波形变换电路模块和电流波形变换电路模块的末端共同连接有异或门，异或门的输出端设有低通滤波器；所述电压波形变换电路模块包括与异步电机任意两相电源线相连的电压转换电路，电压转换电路上设有相串联的第四电阻和第一双向稳压二极管，第一双向稳压二极管的两端连接有与其并联的第一光耦，第一光耦的输出端上设有与异或门输入端相连的电压信号输出电路，电压信号输出电路上连接有第一下拉电阻，第一下拉电阻两端连接有相并联的第一干扰滤波电容；所述电流波形变换电路模块包括异步电机任意一相电源线相连的电流转换电路，电流转换电路上设有相串联的第五电阻和第二双向稳压二极管，第二双向稳压二极管的两端连接有与其并联的第二光耦，第二光耦的输出端上设有与异或门输入端相连的电流信号输出电路，电流信号输出电路上连接有第二下拉电阻，第二下拉电阻两端连接有相并联的第二干扰滤波电容。
前述的一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路中，所述异步电机的T形等效电路包括与三相电源线相连的总电路，总电路上依次设有定子铜损耗电阻、定子漏磁通电抗、铁损耗电阻和主磁通电抗，总电路上还具有与铁损耗电阻和主磁通电抗相并联的转子电路，转子电路上依次设有转子铜损耗电阻、转子漏磁通电抗和转子负载电阻。
前述的一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路中，所述转子负载电阻阻值为
Figure BDA0003534194840000031
S为转差率，R'r为转子铜损耗电阻阻值。
前述的一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路中，所述故障锁存及处理触发器上设有报警电路。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明电压电流检测电路的输出端上依次连接有隔直通交电容、门限比较器、充放电路模块、施密特触发器、第一与门和故障锁存及处理触发器，第一与门上设有与充放电路模块相连的启动定时电路模块，故障锁存及处理触发器的输出端上连接有隔离驱动电路，隔离驱动电路连接有与异步电机相连的KM线圈；通过电压电流检测电路获取异步电机电压与电流的相位差电压信号，隔直通交电容获取相位差电压信号中的变化量，变化量在门限比较器中与设定阈值进行比较，若超过设定阈值则输出低电平信号，反之则输出高电平信号，充放电路模块将门限比较器在异步电机启动阶段持续输出高电平信号的时间转化为模拟电压，施密特触发器将模拟电压与设定比较值进行比较，若门限比较器的高电平信号持续时间超过设定比较值，则输出高电平，反之则输出低电平，此信号最终通过第一与门到达故障锁存及处理触发器，若故障锁存及处理触发器接收到高电平信号，即电机发生堵转则输出翻转为高电平，经隔离驱动电路驱动KM线圈通电，使异步电机停止工作；将异步电机启动阶段的电压与电流相位差变化量和其持续时间结合进行判断是否发生堵转，判断准确性佳，并且当发生堵转时可以及时控制异步电机关闭，有效提升异步电机运行的安全性及使用寿命。
2、本发明充放电路模块包括与门限比较器和施密特触发器相连的主电路，主电路上依次设有第一电阻和充放电支路，充放电支路上设有第一电容，第一电阻与充放电支路之间的主电路上设有与第一电容相连的充电电路，第一电阻与门限比较器之间的主电路上设有与第一电容相连的放电电路，放电电路上设有第二与门，所述充放电支路的末端设有与充电电路和放电电路相连的双联开关，双联开关的闭合方向与门限比较器的输出信号的高低电平相关；当门限比较器输出高电平时，双联开关与充电电路相闭合，通过第一电阻对第一电容进行充电，第一电容电压持续升高，而当门限比较器输出低电平信号时，双联开关与放电电路相闭合，此时第一电容短路放电，电压为零，施密特触发器可以通过第一电容的高电平时间来获取模拟电压，获取过程直观可靠，有效提升检测的准确性。
3、本发明启动定时电路模块包括D触发器，D触发器的输出端与第一与门和第二与门的输入端相连，D触发器的输入端上设有第二电阻和与异步电机相连的运行开关，第二电阻两端连接有与其并联的第二电容，D触发器的调节端设有第三电阻，D触发器的复位端上设有与第三电阻相连的第三电容；未启动异步电机即运行开关未按下时，D触发器的输出端为低电平，调节端输出为高电平，第三电容充满电，而当异步电机启动后及运行开关按下时，D触发器的输出端为高电平，调节端输出为低电平，第三电容经第三电阻进行放电，直至复位端降低为低电平时，D触发器复位，输出端继续保持低电平，实现完整计时，第一与门和第二与门可以依据D触发器的高电平信号时间来控制其内部的信号传输时间，从而防止施密特触发器和故障锁存及处理触发器长时间工作，提升使用寿命。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明异步电机的T形等效电路示意图。
附图中的标记为：1-异步电机；2-电压电流检测电路；3-隔直通交电容；4-隔离降压电路模块；5-施密特触发器；6-第一与门；7-故障锁存及处理触发器；8-启动定时电路模块；9-隔离驱动电路；10-KM线圈；11-主电路；12-第一电阻；13-充放电支路；14-第一电容；15-充电电路；16-放电电路；17-第二与门；18-双联开关；19-D触发器；20-第二电阻；21-运行开关；23-第二电容；24-第三电阻；25-第三电容；26-电压波形变换电路模块；27-电流波形变换电路模块；28-异或门；29-低通滤波器；30-电压转换电路；31-第四电阻；32-第一双向稳压二极管；33-第一光耦；34-电压信号输出电路；35-第一下拉电阻；36-第一干扰滤波电容；37-电流转换电路；38-第五电阻；39-第二双向稳压二极管；40-第二光耦；41-电流信号输出电路；42-第二下拉电阻；43-第二干扰滤波电容；44-总电路；45-定子铜损耗电阻；46-定子漏磁通电抗；47-铁损耗电阻；48-主磁通电抗；49-转子电路；50-转子铜损耗电阻；51-转子漏磁通电抗；52-转子负载电阻；53-报警电路；54-放电路模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路，如附图1所示，包括异步电机1，异步电机1上连接有电压电流检测电路2，所述电压电流检测电路2的输出端上依次连接有隔直通交电容3、门限比较器4、充放电路模块54、施密特触发器5、第一与门6和故障锁存及处理触发器7，第一与门6上设有与充放电路模块54相连的启动定时电路模块8，故障锁存及处理触发器7的输出端上连接有隔离驱动电路9，隔离驱动电路9连接有与异步电机1相连的KM线圈10,KM线圈10与异步电机1电源线上的KM触点相连接；所述充放电路模块54包括与门限比较器4和施密特触发器5相连的主电路11，主电路11上依次设有第一电阻12和充放电支路13，充放电支路13上设有第一电容14，第一电阻12与充放电支路13之间的主电路11上设有与第一电容14相连的充电电路15，第一电阻12与门限比较器4之间的主电路11上设有与第一电容14相连的放电电路16，放电电路16上设有第二与门17，所述充放电支路13的末端设有与充电电路15和放电电路16相连的双联开关18，双联开关18的闭合方向与门限比较器4的输出信号的高低电平相关，当门限比较器输出高电平时，双联开关与充电电路相闭合，通过第一电阻对第一电容进行充电，第一电容电压持续升高，而当门限比较器输出低电平信号时，双联开关与放电电路相闭合，此时第一电容短路放电，电压为零，施密特触发器可以通过第一电容的高电平时间来获取模拟电压；所述启动定时电路模块8包括D触发器19，D触发器19的输出端与第一与门6和第二与门17的输入端相连，D触发器19的输入端上设有第二电阻20和与异步电机1相连的运行开关21，第二电阻20两端连接有与其并联的第二电容23，D触发器19的调节端设有第三电阻24，D触发器19的复位端上设有与第三电阻24相连的第三电容25，未启动异步电机即运行开关未按下时，D触发器的输出端为低电平，调节端输出为高电平，第三电容充满电，而当异步电机启动后及运行开关按下时，D触发器的输出端为高电平，调节端输出为低电平，第三电容经第三电阻进行放电，直至复位端降低为低电平时，D触发器复位，输出端继续保持低电平，实现完整计时，第一与门和第二与门可以依据D触发器的高电平信号时间来控制其内部的信号传输时间，从而防止施密特触发器和故障锁存及处理触发器长时间工作，通过调节第三电阻24和第三电容25的参数来调整定时时间；所述电压电流检测电路2包括异步电机1相连的电压波形变换电路模块26和电流波形变换电路模块27，电压波形变换电路模块26和电流波形变换电路模块27的末端共同连接有异或门28，异或门28的输出端设有低通滤波器29，电压波形变换电路模块26实现任意两相正弦交流电压信号转换为过零点发生跳变的方波电压信号，电流波形变换电路模块27实现正弦交流电流信号转换为过零点发生跳变的方波电压信号，两方波电压信号经异或门28与低通滤波器29后转化为相位差模拟电压信号；所述电压波形变换电路模块26包括与异步电机1任意两相电源线相连的电压转换电路30，电压转换电路30上设有相串联的第四电阻31和第一双向稳压二极管32，第一双向稳压二极管32的两端连接有与其并联的第一光耦33，第一光耦33的输出端上设有与异或门28输入端相连的电压信号输出电路34，电压信号输出电路34上连接有第一下拉电阻35，第一下拉电阻35两端连接有相并联的第一干扰滤波电容36；所述电流波形变换电路模块27包括异步电机1任意一相电源线相连的电流转换电路37，电流转换电路37上设有相串联的第五电阻38和第二双向稳压二极管39，第二双向稳压二极管39的两端连接有与其并联的第二光耦40，第二光耦40的输出端上设有与异或门28输入端相连的电流信号输出电路41，电流信号输出电路41上连接有第二下拉电阻42，第二下拉电阻42两端连接有相并联的第二干扰滤波电容43；如附图2所示，所述异步电机1的T形等效电路包括与三相电源线相连的总电路44，总电路44上依次设有定子铜损耗电阻45、定子漏磁通电抗46、铁损耗电阻47和主磁通电抗48，总电路44上还具有与铁损耗电阻47和主磁通电抗48相并联的转子电路49，转子电路49上依次设有转子铜损耗电阻50、转子漏磁通电抗51和转子负载电阻52，异步电机从静止开始加速，直至达到稳定转速nw，对应的，其转差率S从静止时为1，逐渐减小，直到达到稳定时的转差率Sw。Sw与nw的关系为
Figure BDA0003534194840000091
其中：n0为异步电机的同步转速。正常启动时，转差率S从开始为1逐渐减小到稳定的Sw，其转子轴上的机械负载折算到电路中的电阻连续变化，导致T形等效电路的阻抗连续变化，最终导致
Figure BDA0003534194840000092
与
Figure BDA0003534194840000093
的相位连续变化。但是，如果异步电机在启动时刻发生堵转故障，那么异步电机一直保持静止，对应转差率S始终为1，也就是
Figure BDA0003534194840000094
与
Figure BDA0003534194840000095
的相位在启动阶段始终保持不变。通过上述分析可知，异步电机正常启动和堵转启动的一个显著特征就是异步电机T形等效电路图中电压向量
Figure BDA0003534194840000096
与电流向量
Figure BDA0003534194840000097
之间的相位是否发生变化。如果启动阶段
Figure BDA0003534194840000098
与
Figure BDA0003534194840000099
的相位几乎不变，则异步电机处于启动堵转，基于此特征，可以快速、准确地检测异步启动是否发生堵转；所述转子负载电阻52阻值为
Figure BDA00035341948400000910
S为转差率，R'r为转子铜损耗电阻50阻值；所述故障锁存及处理触发器7上设有报警电路53，在电机关闭的同时进行报警，及时提醒使用者。
工作原理：通过电压电流检测电路获取异步电机电压与电流的相位差电压信号，隔直通交电容获取相位差电压信号中的变化量，变化量在门限比较器中与设定阈值进行比较，若超过设定阈值则输出低电平信号，反之则输出高电平信号，充放电路模块将门限比较器在异步电机启动阶段持续输出高电平信号的时间转化为模拟电压，施密特触发器将模拟电压与设定比较值进行比较，若门限比较器的高电平信号持续时间超过设定比较值，则输出高电平，反之则输出低电平，此信号最终通过第一与门到达故障锁存及处理触发器，若故障锁存及处理触发器接收到高电平信号，即电机发生堵转则输出翻转为高电平，经隔离驱动电路驱动KM线圈通电，使异步电机停止工作；将异步电机启动阶段的电压与电流相位差变化量和其持续时间结合进行判断是否发生堵转，判断准确性佳，并且当发生堵转时可以及时控制异步电机关闭，有效提升异步电机运行的安全性及使用寿命。

Claims (5)

1.一种建筑异步电机启动堵转故障处理电路，包括异步电机(1)，异步电机(1)上连接有电压电流检测电路(2)，其特征在于：所述电压电流检测电路(2)的输出端上依次连接有隔直通交电容(3)、门限比较器(4)、充放电路模块(54)、施密特触发器(5)、第一与门(6)和故障锁存及处理触发器(7)，第一与门(6)上设有与充放电路模块(54)相连的启动定时电路模块(8)，故障锁存及处理触发器(7)的输出端上连接有隔离驱动电路(9)，隔离驱动电路(9)连接有与异步电机(1)相连的KM线圈(10)；所述充放电路模块(54)包括与门限比较器(4)和施密特触发器(5)相连的主电路(11)，主电路(11)上依次设有第一电阻(12)和充放电支路(13)，充放电支路(13)上设有第一电容(14)，第一电阻(12)与充放电支路(13)之间的主电路(11)上设有与第一电容(14)相连的充电电路(15)，第一电阻(12)与门限比较器(4)之间的主电路(11)上设有与第一电容(14)相连的放电电路(16)，放电电路(16)上设有第二与门(17)，所述充放电支路(13)的末端设有与充电电路(15)和放电电路(16)相连的双联开关(18)，双联开关(18)的闭合方向与门限比较器(4)的输出信号的高低电平相关；所述启动定时电路模块(8)包括D触发器(19)，D触发器(19)的输出端与第一与门(6)和第二与门(17)的输入端相连，D触发器(19)的输入端上设有第二电阻(20)和与异步电机(1)相连的运行开关(21)，第二电阻(20)两端连接有与其并联的第二电容(23)，D触发器(19)的调节端设有第三电阻(24)，D触发器(19)的复位端上设有与第三电阻(24)相连的第三电容(25)。
2.根据权利要求1所述的建筑异步电机启动堵转故障处理电路，其特征在于：所述电压电流检测电路(2)包括异步电机(1)相连的电压波形变换电路模块(26)和电流波形变换电路模块(27)，电压波形变换电路模块(26)和电流波形变换电路模块(27)的末端共同连接有异或门(28)，异或门(28)的输出端设有低通滤波器(29)；所述电压波形变换电路模块(26)包括与异步电机(1)任意两相电源线相连的电压转换电路(30)，电压转换电路(30)上设有相串联的第四电阻(31)和第一双向稳压二极管(32)，第一双向稳压二极管(32)的两端连接有与其并联的第一光耦(33)，第一光耦(33)的输出端上设有与异或门(28)输入端相连的电压信号输出电路(34)，电压信号输出电路(34)上连接有第一下拉电阻(35)，第一下拉电阻(35)两端连接有相并联的第一干扰滤波电容(36)；所述电流波形变换电路模块(27)包括异步电机(1)任意一相电源线相连的电流转换电路(37)，电流转换电路(37)上设有相串联的第五电阻(38)和第二双向稳压二极管(39)，第二双向稳压二极管(39)的两端连接有与其并联的第二光耦(40)，第二光耦(40)的输出端上设有与异或门(28)输入端相连的电流信号输出电路(41)，电流信号输出电路(41)上连接有第二下拉电阻(42)，第二下拉电阻(42)两端连接有相并联的第二干扰滤波电容(43)。
3.根据权利要求1所述的建筑异步电机启动堵转故障处理电路，其特征在于：所述异步电机(1)的T形等效电路包括与三相电源线相连的总电路(44)，总电路(44)上依次设有定子铜损耗电阻(45)、定子漏磁通电抗(46)、铁损耗电阻(47)和主磁通电抗(48)，总电路(44)上还具有与铁损耗电阻(47)和主磁通电抗(48)相并联的转子电路(49)，转子电路(49)上依次设有转子铜损耗电阻(50)、转子漏磁通电抗(51)和转子负载电阻(52)。
4.根据权利要求1所述的建筑异步电机启动堵转故障处理电路，其特征在于：所述转子负载电阻(52)阻值为
Figure FDA0003534194830000031
S为转差率，R'r为转子铜损耗电阻(50)阻值。
5.根据权利要求1所述的建筑异步电机启动堵转故障处理电路，其特征在于：所述故障锁存及处理触发器(7)上设有报警电路(53)。
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