CN1145865C - 水泵自动控制及电动机多功能保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泵自动控制及电动机多功能保护电路，用于制造单相电机全功能保护器，保护启动器，水泵保护自动控制器等许多产品，由于采用集成技术处理后，具有体积小，重量轻，灵敏度高，可靠性好的特点，广泛采用可以节省人力、财力、物力。

Description

水泵自动控制及电动机多功能保护电路

所属领域：

本发明一般涉及一种电动机的启动以及具有各种保护功能的电路，特别是一种用于水泵电机的自动控制线路，并集成化。

背景技术：

众所周知，电动机在运行过程中，各种参数必须符合额定的设计，若遇到超压、欠压、堵转、过载、漏电、缺相等故障，其保护电路必须迅速作出反应，或切断电源、或自动调整，以免损毁电动机，甚至伤及人身安全。在正规的工厂，上述故障都有专门的保护装置，但都体大昂贵，且灵敏度不高，可靠性差，很多时候电机已经烧坏了，而担任过载保护的热继电器不表态，主要原因是双金属片使用寿命太短。水泵，是人类的好帮手，农村、城市、矿山、工地用处极广，不管多少，哪怕是一台，也要有专人值班看守，常常发生水塔(高位水池)水满为患，或发生水源丢失，水泵空转而烧毁等等。如用于农村自动给水系统的水泵，工作条件十分恶劣，长年水泵都置于水井中，电器控制系统都就近设置，潮湿、温差大，加上电动机起动频繁，很容易出现上述的各种故障，烧毁电动机，加上农村科技水平低，若控制系统过于复杂，元件多，无法得到及时维护，所以很多类似的装置运行一阵后由于故障频繁而停用。因此，研制一种适应于水泵电动机的控制电路是有必要的。

发明内容：

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种能可靠运行的水泵自动控制及电动机多功能保护电路。

为实现上述目的，本发明的方案为：将具有下述特征的电路用集成技术处理，所述的电路包括：

a、电压取样电路的输入端与三相电源相接，其输出端与一个电压保护电路相接，电压保护的输出端与总控开关电路相接，并发出超压显示及欠压显示；

b、电流取样电路的输入端与三相电源相接，其输出端的高端与堵转保护电路，过载保护电路的输出端及总开关相接，并发出堵转显示及过载保护指示，电流取样电路的输出高端还与一个电机状态指示电路相接；

c、电流取样电路的低输出端与缺相保护电路相接，所述缺相保护电路的输出端与总控开关相接，并发出缺相保护显示；

d、一个漏电保护电路的输入端与一个漏电信号拾取装置相接，其输出端与总控开关相接，并发出漏电显示；

e、一个水塔自动控制电路的输入端与一个最高水位信号的拾取装置的输出端相接，并与一个最低水位拾取装置的输出端相接，其输出端与总控开关相接，并发出水满停机指示；

f、一个水源自动控制电路的输入端与最高水位信号拾取装置的输出端相接，并与一个最低水位信号拾取装置的输出端相接，其输出端与总控开关相接，并发出水源不足停机指示；

g、总控开关电路的输出端经执行装置与水泵电机相接。

采用上述电路方案并作成集成块用于水泵电机的控制则能克服已有技术中不可靠和寿命短的因素，实现了本发明的目的。

附图说明：

下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。

图1为水泵自动控制及电动机多功能保护电路的方框图；

图1为水泵自动控制及电动机多功能保护电路的总电路图；

图3为图1中的电压取样电路；

图4为图1中的电压保护电路；

图5为图1中的电流取样电路；

图6为图1中所述的堵转保护、过载保护、漏电保护电路图；

图7为图1中所述缺相保护电路图；

图8为图1中所述水塔自动控制电路图；

图9为图1中所述水源自动控制电路图；

图10为图1中所述数据总线电路图；

图11为图1中所述总控开关电路。

具体实施方式：

如图1所示的方框图，代表了本发明的方案。三相电源A、B、C与电压取样电路1相接，通过电路1输出高电压信号与低电压信号与电压保护电路2相接，电路2的输出通过数据总线3与总控开关电路4相接，并同时超、欠压保护指示5。

从同样的三相电源A、B、C与电流取样电路6相接，电路6输出大电流信号与堵转(短路)保护电路7及过载保护电路8，电机状态指示电路9相接，电路7和8通过数据总线3与总控开关4相接。并同时发出过载或堵转保护指示10，电路9还发出电机运行指示12。电路6发出的小电流信号与缺相保护电路11相接，电路1通过数据总线与总控开关电路相接，并发出缺相保护指示53。

一个漏电信号13与漏电保护电路14相接，电路14通过数据总线3与总控开关4相接，并发出漏电保护指示15。

通过一个水塔水位信号拾取装置16输出最高水位信号及最低水位信号与水塔自动控制电路17相接，电路17通过一个水源水位信号拾取装置19输出最高水平信号及最低水位信号与水源自动控制电路20相接，电路20的输出端通过数据总线3与总控开关电路4相接，并发出水源停机指示21。

总控开关电路的输出端执行机构与所控制的水泵电动机相接。

上述电路不仅限于三相电源，对于单相电源同样适应。

如图2所示是根据框图设计的具体线路图，如图中各个电路的具体功能，可以划分为与框图相对应的电路，如电压取样电路1，电压保护电路2，数据总线电路3，电流取样电路6，堵转保护电路7，过载保护电路8，缺相保护电路11，漏电保护电路14，水塔供水自动控制电路17，水源自动控制电路20，总控开关电路4等等。将上述的具体线路及元件通过集成技术做成一块或两块集成块，通过封装处理的集成块，具有防震、耐温差，防潮，可靠性高的特点，再与少量的外接元件结合，就作成了一个体积较小，功能齐全，经久耐用，维修简便的多功能电机保护器，或电机保护启动器，或水泵多功能自动控制保护器等多种产品。本实施例作成的集成块型号为BHQ，在试验中使用效果较好。

如图3所述的是具体的电压取样电路1的原理图，电压取样电路，电源的各相均连有一个由电阻组成的分压器，一个第一晶体二极管并接在分压电阻上，其负端连有一组互为反极性的第二二极管和第三二极管，其中一组第二二极管的负端相接，形成共同的高信号输出，另外一组第三二极管的正端相接，形成共同的低信号输出。

在图3所示的电路仅举一相说明上述原理。如A相电源连有一个由电阻22、23、24组成的分压器，第一二极管25并接在分压器上，其负端连有一个第二二极管26的正极，一个第三二极管27的负极，所有各相中类似第二二极管26的负端连在一起，类似第三二极管27的正端连在一起。

上述电路的工作原理是由各相电源连接的三个分压器取得各相的电压变化值，通过第一二极管25或另二个类似的第二二极管和第三二极管整流，作为超压保护的输入端，低电压信号经第三二极管27等输出作为欠压保护的输入端。

如图4所述的电压保护电路2，由高电压保护电路与欠压保护电路组成。其中高电压保护电路包括来自电压取样电路的高电平输出端与一个NPN型第一晶体三极管28基极相接，第一三极管28的发射极与一个比较电压29相接，集电极与一个PN P型第二晶体三极管30的基极耦合，第二三极管30的集电极与一个NPN型第三晶体三极管31的基极耦合。

欠压保护电路包括来自电压取样电路的低电压输出端与一个PNP型晶体第四三极管32的基极相连，第四三极管32的发射极与一个比较电压33相接，集电板与一个NPN型第五晶体三极管34的基极耦合。两电路原理为：在高压保护电路中，如由高压取样电路中获得高电压信号超过比较电压29，则第一晶体三极管28导通，第二晶体三极管3，第三晶体三极管31均导通，于是由第三晶体三极管31的集电极输出信号到数据总线并发出超压保护指示。

在欠压保护电路中，如电压取样电路中获得低电压(欠压)信号，则第四三极管32导通，并由第五三极管34的集电极输出信号到数据总线并发出欠压保护指示。

在上述两种情况下，总控开关接到数据总线传输来的信号，立即关闭总控开关以免电动机电流过大而损毁。如果电源恢复到正常电压，系统可以自动启动电动机工作。

如图5所示的电流取样电路其原理是通过电流互感器从电源中取得信号，每个电流互感器的输出端与一个倍压整流装置相连，倍压整流装置的输出端与一组互为反相连接的晶体二极管相连。

如图5所示的电流取样电路图，如在a相，通过电流互感器35取得a相的电流变化，与互感器输入端相接的是由二极管36、37组成的倍压整流电路，然后连接两个互为反相连接的二极管38、39。其他两相类似，最后输出高电流信号和低电流信号供后续电路控制使用。

如图6所述的用于堵转，过载、漏电的保护电路，该电路实际上是一个可控硅的工作原理。但由于用集成工艺无法在硅片上作出可控硅元件，所以用本方案的设计来代替，从实际中取得了良好的效果，也是对集成工艺的一个发展。

本方案的保护电路包括一个第六PNP型晶体三极管40，其发射极与基极接成共发射极形成源极，其基极还与另一NPN型第七晶体三极管41的集电极相接，第六三极管40的集电极与第七三极管41的基极耦合形成控制极，第七三极管41的发射极形成漏极。

本电路的工作原理为：当控制极悬空或为负时，第六三极管40，第七三极管41均不导通，第七三极管41的集电极输出为正。当控制极变正约0.65V时，第六三极管40，第七三极管41均导通，第七三极管41集电极输出为负；此时即使控制极再悬空，第六三极管40，第七三极管41仍保持导通。只有当源、漏极任何一极悬空或控制极变负近于地时，第六三极管40、第七三极管41才截止，第七三极管41的集电极恢复为正。输出信号可以从源极取出，也可从漏极取出。

如图7所示为缺相保护电路，包括一个第八NPN型三极管42，其发射极接有一组二极管，并与第九PNP型三极管43的发射极相接，所述第九三极管43的集电极与一个第十PNP型三极管44的集电极及一个第十一NPN型三极管45的基极相接，第十三极管44的基极与第十一三极管45的集电极相接。

本电路的工作原理为：当电动机运行正常时，第八三极管42导通，给第九三极管43建立一个正电压。一旦电源缺相，电源取样电路就给第九三极管43的基极送来一个负电平使之导通，第十三极管44随之导通，第十一三极管45集电极输出负电平去数据总线关闭总控开关电路，使电机失电停转，保护了电动机。同时第十三极管44发射极输出负电平点亮设在外围的发光二极管，指示缺相故障，经排除后方可启动电动机。

如图8所示的水塔自动控制电路，也可叫做“导电液面电子行程开关”。本电路的原理包括两个第十二晶体三极管46和第十三晶体三极管47，其基极分别接有设在水塔D、E两处的感应片，第十二三极管46的发射极与第十三三极管47的集电极相接，第十二三极管46的基极与集电极还分别与第十四三极管48的集电极与基极相接，第十四三极管48还接成共发射极线路。

电路原理为：上述电路的接法上部为已叙述的集成可控硅原理，有源极，漏极及控制极，当水淹在D、E两点时均为正电位表示水位正常，集成可控硅及第十三三极管47都导通，给数据总线一个负电平关闭总控开关，使电动机停转，停止给水塔送水，同时点亮外围设置的发光二极管指示人们水塔水已满。当水塔水面下降，D点露出水面而由正电位变为悬空时，因可控硅的特点而继续导通，水面继续下落到E点露出水而而悬空时，第十三三极管47因基极无电位而截止，使可控硅失电而截止，输出一个正电平到数据总线去打开总控开关，使电机运行给水塔送水，同时设在外围的相应发光二极管熄灭。当水塔水面上升，淹没了E点，第十三三极管47导通，但可控硅不会导通，水泵仍在工作，只有当水面淹没了D点时，可控硅导通，才输出负电平给数据总线关闭总控开关，使电动机停转，停止送水。

如图9所示水源自动控制电路，其控制原理与水塔自动控制电路相近，是在水塔自动控制电路去数据总线的输出端加有一个由第十五三极管49组成的反相器。

如图10所示的数据总线，由一组二极管组成或非门电路，任何一个二极管出现正偏导通，输出端50就会输出一个负电平去关闭总控开关，如果全部二极管反偏，输出端50则输出正电平去打开总控开关使电机工作。

如图11为总控开关电路，所述的总控开关为一支达林顿管，其输入端受数据总线控制，51端接电源，52端接负载(直流继电器)。

上述电路可用以制造单相电机全功能保护器，保护启动器，水泵保护自动控制器等许多产品，由于采用集成技术处理后，具有体积小，重量轻，灵敏度高，可靠性好的特点，广泛采用可以节省人力、财力、物力。

综上所述，本发明是成功的。

Claims (8)

1、一种水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：所述的电路包括：

a、电压取样电路的输入端与三相电源相接，其输出端与一个电压保护电路相接，电压保护的输出端与总控开关电路相接，并发出超压显示及欠压显示；

b、电流取样电路的输入端与三相电源相接，其输出端的高端与堵转保护电路，过载保护电路的输出端及总开关相接，并发出堵转显示及过载保护指示，电流取样电路的输出高端还与一个电机状态指示电路相接；

c、电流取样电路的低输出端与缺相保护电路相接，所述缺相保护电路的输出端与总控开关相接，并发出缺相保护显示；

d、一个漏电保护电路的输入端与一个漏电信号拾取装置相接，其输出端与总控开关相接，并发出漏电显示；

e、一个水塔自动控制电路的输入端与一个最高水位信号的拾取装置的输出端相接，并与一个最低水位拾取装置的输出端相接，其输出端与总控开关相接，并发出水满停机指示；

f、一个水源自动控制电路的输入端与最高水位信号拾取装置的输出端相接，并与一个最低水位信号拾取装置的输出端相接，其输出端与总控开关相接，并发出水源不足停机指示；

g、总控开关电路的输出端经执行装置与水泵电机相接。

2、根据权利要求1所述的水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：所述的电压取样电路，电源的各相均连有一个由电阻组成的分压器，一个第一晶体二极管并接在分压电阻上，其负端连有一组互为反极性的第二二极管和第三二极管，其中一组第二二级管的负端相接，形成共同的高信号输出，另外一组第三二极管的正端相接，形成共同的低信号输出。

3、根据权利要求1所述的水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：电压保护电路(2)，由高电压保护电路与欠压保护电路组成，其中高电压保护电路包括来自电压取样电路的高电平输出端与一个NPN型第一晶体三极管(28)基极相接，第一三极管(28)的发射极与一个比较电压(29)相接，集电极与一个PNP型第二晶体三极管(30)的基极耦合，第二三极管(30)的集电极与一个NPN型第三晶体三极管(31)的基极耦合。

4、根据权利要求1所述的水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：所述的电流取样电路，通过三个电流信号拾取装置取得信号，每个电流信号拾取装置输出端与一个倍压整流装置相连，倍压整流装置的输出端与一组互为反相连接的晶体二极管相连。

5、根据权利要求1所述的水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：所述的用于堵转，过载、漏电的保护电路，包括一个PNP型第六晶体三极管(40)，其发射极与基极接成共发射极形成源极，其基极还与另一第七NPN型晶体三极管(41)的集电极相接，第六三极管(40)的集电极与第七三极管(41)的基极耦合形成控制极，第七三极管(41)的发射极形成漏极。

6、根据权利要求1所述的水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：所述的水塔自动控制电路，包括两个第十二晶体三极管(46)和第十三晶体三极管(47)，其基极分别接有设在水塔A、B两处的感应片，第十二三极管(46)的发射极与第十三三极管(47)的集电极相接，第十二三极管(46)的基极与集电极还分别与第十四三极管(48)的集电极与基极相接，第十四三极管(48)还接成共发射极线路。

7、根据权利要求1所述的水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：所述水源自动控制电路，在水塔自动控制电路去数据总线的输出端加有一个由第十五三极管(49)组成的反相器。

8、根据权利要求1所述的水泵自动控制及电动机多功能保护电路，其特征在于：所述的总控开关电路为一支达林顿管。

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