CN1154007A

CN1154007A - 一种三相交流电动机保护装置

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Publication number: CN1154007A
Application number: CN95118972A
Authority: CN
Inventors: 田京涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1997-07-09
Also published as: AU1029097A; WO1997021262A1

Abstract

一种三相交流电动机保护装置，该保护装置包括嵌放于电动机定子槽中的对应于三相定子绕组的三相检测线圈和与之相连接的保护器，利用检测线圈的感应电压与旋转磁场强度的对应关系，对电动机的运行状态进行监视，当电动机处于堵转、过载、过压、欠压、定转子不同心、缺相、反转状态时，由保护器的输出控制电动机的主线路断开。

Description

一种三相交流电动机保护装置

本发明涉及一种交流电动机保护装置，其是利用嵌入电动机定子槽中的检测线圈检测旋转磁场从而实现对电动机的保护的。

目前，用于三相交流电动机保护的方法主要有检测绕组温度的、检测电流的、检测电压的三种。检测绕组温度的保护方法一般采用热敏电阻，将其埋设在绕组中，当绕组温度达到设定温度，即保护跳闸，其不足之处是对绕组温度上升很快的故障保护效果不好；当缺相而负载较轻时，电流不太大，温度上升慢，致使电动机较长时间缺相运行，容易由于过电压引起绕组匝间短路，此方法有时在轻载缺相情况下根本就不能起到保护作用。检测电流的保护可分为机械式和电子式，机械式一般是热继电器和空气开关的热脱扣，其动作离散性大，而且受外界因素影响大，不可靠；电子式检测电流很准确，对过载、缺相保护较可靠，但对于三角形接法断一相绕组的情况，若检测线电流，则保护的可靠性不高，若检测相电流，则保护的可靠性较高，但安装不便，需将电动机的六根线全部引出，这种保护需要根据电动机容量大小配置不同的保护器，不能通用，而且体积较大，成本较高。检测电动机进线电压的保护器主要用于缺相保护，这类保护器一般成本低，可通用，但只能保护取样处以前的缺相，对绕组断路故障不能起到保护作用，而且负载轻时，由于感应电压的作用，即使取样处以前的缺相有时也不能起到保护作用；采用中性点或人造中性点对电源零线电压取样进行缺相保护的方法，由于变压器中点漂移，或由于感应电压的影响，保护整定值不易确定，工作不太可靠。在现有技术中，尚未看到能对定转子不同心予以保护的方案。

本发明的目的是提供一种成本低、通用性强、可靠性高，能在三相交流电动机发生堵转、过载、过压、欠压、定转子不同心、缺相、反转时，发出保护信号，并可实现保护与电动机一体化。

本发明是通过下述装置来实现的。

一种三相交流电动机保护装置，其特征是：该保护装置包括嵌放于电动机定子槽中的对应于三相定子绕组的三相检测线圈和与之相连接的保护器，利用检测线圈的感应电压与旋转磁场强度的对应关系，对电动机的运行状态进行监视，当电动机处于不正常状态时，由保护器的输出控制电动机的主线路断开。

所述保护器是过载保护电路，其是利用过载时检测线圈的感应电压减小而进行过载保护的；或所述的保护器是欠压保护电路，其是利用欠压时检测线圈的感应电压减小而进行欠压保护的；或所述的保护器是过压保护电路，其是利用过压时检测线圈的感应电压增大而进行过压保护的；或所述的保护器是缺相保护电路，其是利用缺相时三相检测线圈的感应电压不再平衡而进行缺相保护的；或所述的保护器是定转子不同心保护电路，其是利用定转子不同心时属于同相的检测线圈的感应电压不再相等而进行定转子不同心保护的；或所述的保护器是转向保护电路，其是利用反转时三相检测线圈的感应电压的相序发生变化而进行转向保护的；或所述的保护器是上述保护电路的组合。

检测线圈的中心线与相应的电动机定子绕组的极相组的中心线重合。

对两极电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压；或对两极电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距的一半，每相设两个检测线圈，此两个检测线圈的轴线相隔180度机械角度，按电压相减的方向连接，并将连接线引出，三相共设六个检测线圈，三相检测线圈的轴线互隔120度机械角度，三相检测线圈按星形连接，从而在星点与每相两个检测线圈连接线之间得到对应每相的检测线圈的感应电压，在每相串联的两个检测线圈的两端得到同相检测线圈的感应电压的差值。

对6n极的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压；或对6n极的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，共设五个检测线圈，其中三个对应于一相，在圆周上互隔120度机械角度，将三个检测线圈的同铭端接在一起，从而在此三个检测线圈的另外三端的相互之间得到三个同相检测线圈的感应电压的差值，另外两个检测线圈对应于另外两相，三个同相检测线圈中的任意一个与另外两相的检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压，其中n＝1，2，3，…。

对除两极和6n极以外的其它极数的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压；或对除两极和6n极以外的其它极数的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设两个检测线圈，此两个检测线圈的轴线相隔180度机械角度，按电压相减的方向连接，并将连接线引出，三相共设六个检测线圈，三相检测线圈的轴线互隔120度机械角度，三相检测线圈按星形连接，从而在星点与每相两个检测线圈连接线之间得到对应每相的检测线圈的感应电压，在每相串联的两个检测线圈的两端得到同相检测线圈的感应电压的差值，其中n＝1，2，3...。

所述保护器包括一个电源电路，其中包括一个将变压器的两组二次线圈的电压经二极管V₁-V₈整流，电容器C₁-C₄滤波，三端稳压集成电路IC₁、IC₂稳压，电容器C₅-C₈滤波，由+Vcc和-Vcc两端点给出两个稳定电压的电路和将电源变压器的一组二次线圈的电压经二极管V₉-V₁₂整流，电容器C₉、C₁₀滤波，由T₁₀点给出反映电源电压变化的电压的电路。

所述保护器中包括一个反映三相检测线圈的感应电压的平均值的电路，其是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₁₃、V₁₄、V₁₅整流，电容器C₁₁、C₁₂、C₁₃滤波，由运放A₁取平均值，由运放A₁的输出端T₁₂给出平均值。

所述过载和/或欠压保护电路，是将反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂点的电压经运放A₇与设定电位器VR₃的滑动端的设定电压U₁ ^*取差放大，由运放A₈、A₉进行反时限延时后，由执行、显示电路实施过载和/或欠压保护，所述的设定电位器VR₃一固定端接地，另一固定端接反映电源电压变化的T₁₀，而反时限延时电路还受一个电动机断电检测电路控制，它是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₂₄、V₂₅、V₂₆取样，由运放A₁₀将其与一由电阻R₂₈、R₂₉将稳定电压+Vcc分压的电压U₂ ^*比较，由运放A₁₀的输出控制电子开关S₁、S₂进而控制反时限延时电路A₈、A₉，使得当电动机断电时，不使保护装置误动作。

所述过压保护电路是将反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂点的电压经运放A₄与设定电位器VR₂的滑动端的设定电压U₃ ^*比较，经运放A₅、A₆反时限延时，通过执行、显示电路实施过压保护，所述的设定电位器VR₂一固定端接地，另一固定端接稳定电压+Vcc。

所述缺相保护电路是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₁₃、V₁₄、V₁₅整流，电容器C₁₁、C₁₂、C₁₃滤波，由二极管V₁₆-V₂₁取最大差值，由运放A₂放大，由运放A₃将其与设定电位器VR₁的滑动端的设定电压U₄ ^*比较，通过执行、显示电路实施缺相保护，所述的设定电位器VR₁一固定端接地，另一固定端接反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂。

所述定转子不同心保护电路是将属于同相的检测线圈的感应电压的差值通过运放A₁₁、A₁₂、A₁₃放大，运放A₁₄、A₁₅、A₁₆低通滤波，由二极管V₂₉、V₃₀、V₃₁、电容器C₂₂取最大值整流、滤波，由运放A₁₇将其与设定电位器VR₇的滑动端的设定电压U₅ ^*比较，通过执行、显示电路实施定转子不同心保护，所述电位器VR₇一固定端按地，另一固定端接反映电源电压变化的T₁₀。

所述转向保护电路是将三相检测线圈的感应电压经三极管V₃₂、V₃₃、V₃₄将正弦波变换成对应的方波，由触发器IC₄、IC₅和与非门IC₃、IC₆组成的相序判断逻辑电路进行相序判断，进而通过执行、显示电路实施转向保护。

所述保护器是过载、欠压、缺相保护电路，其是由三相检测线圈的感应电压经二极管V₆₁、V₆₂、V₆₃整流，电容器C₂₅、C₂₆、C₂₇滤波，分别通过三极管V₆₄、V₆₅、V₆₆与设定电位器VR₈的滑动端的设定电压U₆ ^*比较，再经过电容器C₂₈、C₂₉、C₃₀适当反时限延时，经二极管V₆₇、V₆₈、V₆₉组成的与电路控制三极管V₇₀的导通与截止进而控制继电器J₂，在电动机处于过载、欠压、缺相状态时，使电动机的主线路断开，所述设定电位器VR₈的一固定端接地，另一固定端接三端稳压集成电路IC₇的输出端。

本发明公开的三相交流电动机保护装置，达到了如下的效果：

1、将检测线圈嵌放于电动机的定子槽中，无需改变现有电动机的任何尺寸和参数。对特定电动机来说，几个检测线圈节距、匝数均相等，工艺性好，且接线简单。

2、与电流取样的保护器相比，虽增加了一个电源变压器，但节省了三个电流互感器，体积减小，成本也有所下降，而且对不同容量的电动机可以通用。

3、与现有电压取样的缺相保护器相比，保护范围增大，可靠性提高。

4、本发明具有现有保护器均不具有的定转子不同心保护的功能。

5、保护器的电子电路较适合做成一个专用集成电路，这样可以减小体积，降低成本，而且利于将保护器装入电动机的出线盒中。因处理内容多，适合做成带CPU的保护器，进而组成电动机状态监视系统，使保护更加完善。

下面，结合附图介绍本发明。

图1、由空气开关执行保护跳闸的保护装置使用示意图

图2、由接触器执行保护跳闸的保护装置使用示意图

图3、保护装置的方框原理图

图4、除6n极以外其它极数电动机检测线圈接线原理图

图5、6n极电动机检测线圈接线原理图

图6、两极、24槽单层同心式绕组电动机检测线圈布置图

(a)三相定子绕组的展开图

(b)不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图

(c)考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图

图7、六极、18槽双层绕组电动机检测线圈布置图

(a)三相定子绕组展开图

(b)不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图

(c)考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图

图8、四极、24槽双层叠式绕组电动机检测线圈布置图

(a)三相定子绕组展开图

(b)不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图

(c)考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图

图9、一种保护器原理图

(a)电源电路原理图

(b)计算三相检测线圈感应电压平均值电路和缺相保护电路原理图

(c)过压、过载、欠压保护电路原理图

(d)定转子不同心保护电路原理图

(e)转向保护电路原理图

(f)执行、显示电路原理图

图10、除6n极以外其它极数电动机检测线圈与图9所示保护器接线图

图11、6n极电动机检测线圈与图9所示保护器接线图

图12、由分立原件构成的过载、欠压、缺相保护器

在交流电动机中，主磁场是旋转磁场，其磁密波沿气隙园周按正弦规律分布，并以同步转速n₁旋转，此旋转磁场与整距线圈交链的磁通量称为主磁通，即气隙磁通，用φm表示。在三相交流电动机内部设一检测线圈，将其嵌放在定子槽中，则在检测线圈中感应电压U_m，U_m＝4.44fWKwφm(W是检测线圈的匝数，Kw是检测线圈的绕组系数)。U_m的大小反映了检测线圈所处区域旋转磁场的强弱。

本装置正是利用检测线圈的感应电压与旋转磁场强度的对应关系，通过一电子保护器对检测线圈的感应电压进行监视，从而在电动机发生过载、欠压、过压、定转子不同心、缺相、反转时，或检测到感应电压的幅值的变化，或检测到感应电压的不均衡，或检测到感应电压相序的变化，从而对三相交流电动机进行保护。

图1是本保护装置用于由空气开关执行保护跳闸时的原理示意图，嵌设于电动机M中的检测线圈由连接导线4接至保护器1，当检测到电动机处于不正常状态时，保护器中的常开触点2闭合，使空气开关ZK中的分励脱扣线圈5得电，使空气开关ZK跳闸，从而保护了电动机。

图2是本保护装置用于由接触器执行保护跳闸时的原理示意图，嵌设于电动机M中的检测线圈由连接导线4接至保护器1，当检测到电动机处于不正常状态时，保护器中的常闭触点3打开，使接触器C失电，由接触器将电动机的主线路断开。

图3是本保护装置的方框原理图。其中三相检测线圈的感应电压分别接至转向保护、缺相保护、过压保护、过载保护、欠压保护等电路，三组同相检测线圈感应电压的差值送入定转子不同心保护电路，各种保护集中由保护器的执行、显示电路送出保护信号并显示相应故障。

图4、图5是考虑定转子不同心保护时检测线圈的接线原理图。图4是除6n极以外其它极数电动机的检测线圈接线原理图，ao、bo、co按星形连接提供三相检测线圈的感应电压，a′a与ao、b′b与bo、c′c与co分别按电压相减的方向连接，a′o、b′o、c′o提供同相检测线圈感应电压的差值。图5是6n极电动机检测线圈接线原理图，ax，bx，cx按星形连接，提供三相检测线圈的感应电压，xa，ya，za将同铭端连在一起，xy，yz，zx提供同相检测线图感应电压的差值。其中n＝1，2，3…。

图6、图7、图8是三个在三相交流电动机中嵌设检测线圈的具体例子。图6是一个两极，24槽单层同心式绕组电动机检测线圈布置图，其中图6(a)是三相定子绕组展开图，其极距是12，线圈节距为1-10，1-12。图6(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，检测线圈节距取1-12，检测线圈的轴线与相应的定子绕组的极相组的中心线重合，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而由ao、bo、co得到三相检测线圈的感应电压。图6(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，检测线圈节距取1-6，检测线圈的轴线与相应的定子绕组的极相组的中心线重合，每相设两个检测线圈，其中ao、bo、co三个检测线圈互隔120度机械角度，三个检测线圈按星形连接，从而由ao、bo、co得到三相检测线圈的感应电压；a′a、b′b、c′c三个检测线圈的轴线分别与ao、bo、co三个检测线圈的轴线相隔180度机械角度，连接方向是使同相的两个检测线圈的感应电压相减，从而由a′o、b′o、c′o得到三组同相检测线圈的感应电压的差值。

图7是一个六极、18槽双层绕组电动机检测线圈布置图，其中图7(a)是三相定子绕组的展开图，其极距为3，线圈节距为1-4。图7(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，检测线圈节距取1-4，检测线圈与相应的定子绕组的线圈嵌在相同的槽中，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而由ao、bo、co得到三相检测线圈的感应电压。图7(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，检测线圈节距取1-4，检测线圈与对应定子绕组的线圈嵌在相同的槽中，共设五个检测线圈，其中ax、ay、az三个检测线圈属于同一相，在园周上互隔120度机械角度，它们的同铭端是连在一起的，从而在xy、yz、zx得到三个同相检测线圈感应电压的差值；bx、cx两个检测线圈对应于另外两相，ax、bx、cx三个检测线圈是按星形连接的，从而由ax、bx、cx得到三相检测线圈的感应电压。

图8是一个四极、24槽双层叠式绕组电动机检测线圈布置图，其中图8(a)是三相定子绕组的展开图，其极距为6，线圈节距为1-6，2联一组。图8(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，检测线圈节距取1-7，检测线圈的轴线与相应的定子绕组的极相组的中心线重合，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而由ao、bo、co得到三相检测线圈的感应电压。图8(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，检测线圈节距取1-7，检测线圈的轴线与相应的定子绕组的极相组的中心线重合，每相设两个检测线圈，其中ao、bo、co三个检测线圈互隔120度机械角度，三个检测线圈按星形连接，从而由ao、bo、co得到三相检测线圈的感应电压；a′a、b′b、c′c三个检测线圈的轴线分别与ao、bo、co三个检测线圈的轴线相隔180度机械角度，连接方向是使同相的两个检测线圈的感应电压相减，从而由a′o、b′o、c′o得到三组同相检测线圈感应电压的差值。

图9是一种保护器原理图，其由六张图组成，此六张图构成的保护器基本上符合图3所示保护装置的方框原理图中的保护器中各部份的关系，只是过载保护和欠压保护由同一线路完成了，再就是过载、欠压、过压保护电路前部共用了三相检测线圈感应电压平均值计算电路。图9中符号相同的端点是连接在一起的。

图9(a)是电源电路，其由两部份组成，一部份是稳压电源，其是将变压器的两组二次线圈的电压经二级管V₁-V₈组成的两个全桥整流，经电容器C₁-C₄滤波，然后经二个三端稳压集成电路78XX、79XX稳压，再经电容器C₅-C₈滤波，从而得到+Vcc、-Vcc两个稳定电压。另一部份是电源电压取样电路，其是将变压器的一组二次线圈的电压经二极管V₉-V₁₂组成的全桥进行整流，再经电容器C₉、C₁₀滤波，从而在T₁₀端得到反映电源电压变化的信号电压。

在图9(b)中包括一个计算三相检测线圈的感应电压的平均值的电路，其是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₁₃、V₁₄、V₁₅整流，电容器C₁₁、C₁₂、C₁₃滤波，由运放A₁取平均值，由运放A₁的输出端T₁₂给出平均值。

在电源电压一定的条件下，随着负载增大，定子电流增大，定子漏阻抗压降随之增大，相应使定子反电势减小，与反电势相对应的气隙磁通也减小，于是检测线圈的感应电压也随之下降。本保护器就是以此原理为基础进行过载保护的。图9(c)中包括一个过载保护电路，其是将反映三相检测线圈的感应电压平均值的T₁₂点的电压经运放A₇与设定电位器VR₃的滑动端的设定电压U₁ ^*取差放大，由积分电路A₈，比较电路A₉进行反时限延时后，由图9(f)的执行、显示电路执行保护，并显示相应故障。可调电阻器VR₅可调整延时的长短。由于电源电压有一定波动，过载设定电位器VR₃一固定端接地，另一固定端接在反映电源电压变化的电压端T₁₀上，这样可使保护器的动作值更能反映负载的变化，而受电源电压的波动的影响减小。由于在电动机断电时，感应电压为零，这时从感应电压上反映出的是比电动机堵转还要严重的过载信号，有必要设一检测电路，使电动机断电时能自动关断反时限延时电路，不使保护装置误动作。 A₁₀即是这样的一个检测电路，它是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₂₄、V₂₅、V₂₆取样，由运放A₁₀将其与一由电阻R₂₈、R₂₉将稳定电压+Vcc分压的电压U₂ ^*比较，由运放A₁₀的输出控制电子开关S₁、S₂，使当电动机断电时，S₁导通而停止反时限延时充电过程，S₂导通将可调电阻VR₆并联在积分电容器C₁₅上，对其进行放电，这样在电动机频繁起制动时，可模拟电动机停转时的冷却过程，调整VR₆可调整放电速度。VR₄是用于周期性过载时，模拟电动机轻载时的冷却过程，调整其大小可以调整积分电容反向充电速度即放电速度。

过载保护电路同时也起到了欠压保护作用。随着电源电压降低，磁场减弱，电流增大，这样由于电源电压降低加之定子漏阻抗压降增大，使检测线圈感应电压下降的速度较电源电压下降速度快，使保护器动作。实际上，过载和欠压均引起电流增大，而过载、欠压保护电路正是利用电流增大使定子漏阻抗压降增大而进行保护的。在负载较小时，电流相应比较小，这时允许电源电压低些，这说明这种欠压保护是合理的。

过压的主要负害是引起铁芯过饱和，引起铁芯过热，励磁电流增大。而随着负载增加，由于定子漏阻抗压降增大，铁芯饱和程度有所下降，所以过压保护应以磁场的强弱为标准，将检测线圈的感应电压与一不随电源电压变化的设定值比较，当铁芯达到一定饱和程度时，就予以保护。这样，在电动机负荷较大时，允许电源电压高些，这时电压的升高补偿了定子漏阻抗压降的影响，磁场比正常电压时有所增强，在相同的负载下，电流有所下降，不会对电动机造成危害。在图9(c)中包括一个过压保护电路，其是将反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂点的电压经运放A₄与设定电位器VR₂的滑动端的设定电压U₃ ^*比较，经运放A₅、A₆反时限延时，通过执行、显示电路实施过压保护，设定电位器VR₂一固定端接地，另一固定端接稳定电压+Vcc。

三相交流电动机缺相主要有三种情况：星形接法断一相，角形接法电源断一相，角形接法绕组断一相。无论发生哪一种形式的缺相，由于电源的对称性或绕组的对称性遭到破坏，使旋转磁场不再是园形的了。而三相检测线圈是按互隔120度电角度分布的，所以三相检测线圈的感应电压能反映出旋转磁场的这一变化，三个感应电压彼此不再相等。利用比较电路对三个感应电压彼此比较，就可以对缺相故障进行保护。在图9(b)中包括一个利用三相检测线圈感应电压的最大差值进行缺相保护的例子。三个检测线圈的感应电压经二极管V₁₃、V₁₄、V₁₅整流，电容器C₁₁、C₁₂、C₁₃滤波，由二极管V₁₆-V₂₁取最大差值，由运放A₂放大，由运放A₃将其与设定电位器VR₁的滑动端的设定电压U₄ ^*比较，通过执行、显示电路实施缺相保护，所述设定电位器VR₁一固定端接地，另一固定端接反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂端。

在电动机运行中，由于轴承损坏，轴颈磨损，端盖轴承室磨损、端盖止口磨损，或由于制造、安装、调整不良，会引起电动机的定转子不同心，严重时会发生扫膛，损坏铁芯和绕组。定转子同心时，由于电机结构上的对称性，属于同一相的各检测线圈的感应电压大小相等，相位一致，即使三相电压不对称，使三相检测线圈的感应电压彼此不相等，但同相的各检测线圈的感应电压还是相等的。若由于某种原因引起定转子不同心，则气隙不再均匀，这时由于气隙磁阻的影响，属于同相的检测线圈的感应电压不再相等，其差值随对应位置气隙大小差别的增大而增大，尤其是当同相检测线圈对应的定子绕组的极相组是串联关系时，这种感应电压的差值最明显。将两个属于同相的检测线圈按感应电压相减的方向串起来，得到两者的差值，这一差值即反映了此二检测线圈对应位置的气隙大小的差别。图9(d)是定转子不同心保护电路原理图。对除6n极以外的其它极数的电动机，每相取相隔180度机械角度的二个检测线圈彼此反串，将分属三相的三个感应电压差值分别送入差分放大器A₁₁、A₁₂、A₁₃。对6n极电动机，取属于同相互隔120度机械角度的三个检测线圈，同铭端相连，得到三个感应电压差值分别送入差分放大器A₁₁、A₁₂、A₁₃。然后经运放A₁₄、A₁₅、A₁₆低通滤波，由二极管V₂₉、V₃₀、V₃₁，电容器C₂₂取最大值整流滤波，由运放A₁₇将其与设定电位器VR₇的滑动端的设定电压U₅ ^*比较，通过执行、显示电路实施定转子不同心保护，所述电位器VR₇一固定端接地，另一固定端接反映电源电压变化的T₁₀，使定转子不同心保护免受电源电压波动的影响。

三相检测线圈的感应电压彼此相差120度电角度，其相序沿磁场旋转方向排列，也就是沿电机旋转方向排列，对三个检测线圈的感应电压的相序进行判断，即可进行转向保护。图9(e)是转向保护电路，其是将三相检测线圈的感应电压经三极管V₃₂、V₃₃、V₃₄将正弦波变换成对应的方波，由触发器IC₄、IC₅和与非门IC₃、IC₆组成的相序判断逻辑电路进行相序判断，进而通过执行、显示电路实施转向保护。

前述的各种保护，由图9(f)所示的执行、显示电路执行保护并显示相应故障。无论发生哪种故障，均由相应的保护电路给出一个高电平，触发可控硅V₄₁，使继电器J₁得电动作，发出保护信号，并且每一种故障对应一个故障显示发光二极管，当发生某种故障时，触发对应的可控硅，进而使对应的发光二极管发光，并能在电动机跳闸后继续发光，以便了解跳闸原因。

图10给出了除6n极以外其它极数电动机的检测线圈与图9所示保护器的接线图，图11给出了6n极电动机的检测线圈与图9所示保护器的接线图。若不考虑定转子不同心保护，则只用保护器的GND、T₁、T₂、T₃四个接线端。

以上是一个保护功能较多的保护器，在此，再给出一个保护功能少但很简单的由分立元件构成的保护器。

前面已经说明，当电动机发生过载或欠压时，三相检测线圈的感应电压下降，据此可对电动机进行过载、欠压保护。另外，当电动机发生缺相时，电动机内部各处气隙磁通不同程度地减小，试验表明，即使在空载情况下，无论发生哪种形式的缺相故障，三相检测线圈的感应电压中至少有一个感应电压低于电动机正常工作时满载时的检测线圈感应电压。这样，只要监视检测线圈感应电压值的降低，就可实现过载、欠压、缺相保护。图12是由分立元件构成的过载、欠压、缺相保护器，其是由三相检测线圈的感应电压经二极管V₆₁、V₆₂、V₆₃整流，电容器C₂₅、C₂₆、C₂₇滤波，分别通过三极管V₆₄、V₆₅、V₆₆与设定电位器VR₈的滑动端的设定电压U₆ ^*比较，再经过电容器C₂₈、C₂₉、C₃₀适当反时限延时，经二极管V₆₇、V₆₈、V₆₉组成的与电路控制三极管V₇₀的导通与截止，进而控制继电容器J₂，在电动机处于过载、欠压、缺相状态时，使电动机的主线路断开，所述设定电位器VR₈一固定端接地，另一固定端接三端稳压集成电路IC₇的输出端。

以上两个保护器的实施例是利用检测磁场的方法保护电动机。若将此方法与检测绕组温度的方法结合应用，在电动机的绕组中埋入热敏电阻，在保护器中增加相应的保护电路，这样，可利用检测绕组温度的方法对不严重的过载、欠压、环境温度过高、通风散热不良等原因引起电动机过热的情况予以保护，利用检测磁场的方法对严重过载、过压、缺相、反转、定转子不同心的情况予以保护，两种方法的优势互补，使保护更加完善。而且检测线圈和热敏电阻均布置于电动机内部，它们的引线可一起引出，与保护器的连接方便。另外，由于过载保护分两段进行，检测磁场的保护方法仅需对严重过载进行保护，以弥补检测温度的保护方法对温度上升很快故障保护效果不好的缺陷，这样使得过载保护的设定值的调整比仅由检测磁场的方法进行过载保护时设定值的调整方便得多。

Claims

1、一种三相交流电动机保护装置，其特征是：该保护装置包括嵌放于电动机定子槽中的对应于三相定子绕组的三相检测线圈和与之相连接的保护器，利用检测线圈的感应电压与旋转磁场强度的对应关系，对电动机的运行状态进行监视，当电动机处于不正常状态时，由保护器的输出控制电动机的主线路断开。

2、根据权利要求1所述的保护装置，其特征是：所述保护器是过载保护电路，其是利用过载时检测线圈的感应电压减小而进行过载保护的；或所述的保护器是欠压保护电路，其是利用欠压时检测线圈的感应电压减小而进行欠压保护的；或所述的保护器是过压保护电路，其是利用过压时检测线圈的感应电压增大而进行过压保护的；或所述的保护器是缺相保护电路，其是利用缺相时三相检测线圈的感应电压不再平衡而进行缺相保护的；或所述的保护器是定转子不同心保护电路，其是利用定转子不同心时属于同相的检测线圈的感应电压不再相等而进行定转子不同心保护的；或所述的保护器是转向保护电路，其是利用反转时三相检测线圈的感应电压的相序发生变化而进行转向保护的；或所述的保护器是上述保护电路的组合。

3、根据权利要求1所述的保护装置，其特征是：检测线圈的中心线与相应的电动机定子绕组的极相组的中心线重合。

4、根据权利要求3所述的保护装置，其特征是：对两极电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压；或对两极电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距的一半，每相设两个检测线圈，此两个检测线圈的轴线相隔180度机械角度，按电压相减的方向连接，并将连接线引出，三相共设六个检测线圈，三相检测线圈的轴线互隔120度机械角度，三相检测线圈按星形连接，从而在星点与每相两个检测线圈连接线之间得到对应每相的检测线圈的感应电压，在每相串联的两个检测线圈的两端得到同相检测线圈的感应电压的差值。

5、根据权利要求3所述的保护装置，其特征是：对6n极的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设一个检测线图，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压；或对6n极的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，共设五个检测线圈，其中三个对应于一相，在圆周上互隔120度机械角度，将三个检测线圈的同铭端接在一起，从而在此三个检测线圈的另外三端的相互之间得到三个同相检测线圈的感应电压的差值，另外两个检测线圈对应于另外两相，三个同相检测线圈中的任意一个与另外两相的检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压，其中n＝1，2，3，...。

6、根据权利要求3所述的保护装置，其特征是：对除两极和6n极以外的其它极数的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设一个检测线圈，三相共设三个检测线圈，三个检测线圈按星形连接，从而得到三相检测线圈的感应电压；或对除两极和6n极以外的其它极数的电动机，检测线圈的节距接近电动机的极距，每相设两个检测线圈，此两个检测线圈的轴线相隔180度机械角度，按电压相减的方向连接，并将连接线引出，三相共设六个检测线圈，三相检测线圈的轴线互隔120度机械角度，三相检测线圈按星形连接，从而在星点与每相两个检测线圈连接线之间得到对应每相的检测线圈的感应电压，在每相串联的两个检测线圈的两端得到同相检测线圈的感应电压的差值，其中n＝1，2，3...。

7、根据权利要求2所述的保护装置，其特征是：所述保护器包括一个电源电路，其中包括一个将变压器的两组二次线圈的电压经二极管V₁-V₈整流，电容器C₁-C₄滤波，三端稳压集成电路IC₁、IC₂稳压，电容器C₅-C₈滤波，由+Vcc和-Vcc两端点给出两个稳定电压的电路和将电源变压器的一组二次线圈的电压经二极管V₉-V₁₂整流，电容器C₉、C₁₀滤波，由T₁₀点给出反映电源电压变化的电压的电路。

8、根据权利要求2所述的保护装置，其特征是：所述保护器中包括一个反映三相检测线圈的感应电压的平均值的电路，其是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₁₃、V₁₄、V₁₅整流，电容器C₁₁、C₁₂、C₁₃滤波，由运放A₁取平均值，由运放A₁的输出端T₁₂给出平均值。

9、根据权利要求7、8所述的保护装置，其特征是：所述过载和/或欠压保护电路，是将反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂点的电压经运放A₇与设定电位器VR₃的滑动端的设定电压U₁ ^*取差放大，由运放A₈、A₉进行反时限延时后，由执行、显示电路实施过载和/或欠压保护，所述的设定电位器VR₃一固定端接地，另一固定端接反映电源电压变化的T₁₀，而反时限延时电路还受一个电动机断电检测电路控制，它是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₂₄、V₂₅、V₂₆取样，由运放A₁₀将其与一由电阻R₂₈、R₂₉将稳定电压+Vcc分压的电压U₂ ^*比较，由运放A₁₀的输出控制电子开关S₁、S₂进而控制反时限延时电路A₈、A₉，使得当电动机断电时，不使保护装置误动作。

10、根据权利要求7、8所述的保护装置，其特征是：所述过压保护电路是将反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂点的电压经运放A₄与设定电位器VR₂的滑动端的设定电压U₃ ^*比较，经运放A₅、A₆反时限延时，通过执行、显示电路实施过压保护，所述的设定电位器VR₂一固定端接地，另一固定端接稳定电压+Vcc。

11、根据权利要求8所述的保护装置，其特征是：所述缺相保护电路是将三相检测线圈的感应电压经二极管V₁₃、V₁₄、V₁₅整流，电容器C₁₁、C₁₂、C₁₃滤波，由二极管V₁₆-V₂₁取最大差值，由运放A₂放大，由运放A₃将其与设定电位器VR₁的滑动端的设定电压U₄ ^*比较，通过执行、显示电路实施缺相保护，所述的设定电位器VR₁一固定端接地，另一固定端接反映三相检测线圈感应电压平均值的T₁₂。

12、根据权利要求4、5、6、7所述的保护装置，其特征是：所述定转子不同心保护电路是将属于同相的检测线圈的感应电压的差值通过运放A₁₁、A₁₂、A₁₃放大，运放A₁₄、A₁₅、A₁₆低通滤波，由二极管V₂₉、V₃₀、V₃₁、电容器C₂₂取最大值整流、滤波，由运放A₁₇将其与设定电位器VR₇的滑动端的设定电压U₅ ^*比较，通过执行、显示电路实施定转子不同心保护，所述电位器VR₇一固定端接地，另一固定端接反映电源电压变化的T₁₀。

13、根据权利要求2所述的保护装置，其特征是：所述转向保护电路是将三相检测线圈的感应电压经三极管V₃₂、V₃₃、V₃₄将正弦波变换成对应的方波，由触发器IC₄、IC₅和与非门IC₃、IC₆组成的相序判断逻辑电路进行相序判断，进而通过执行、显示电路实施转向保护。

14、根据权利要求1所述的保护装置，其特征是：所述保护器是过载、欠压、缺相保护电路，其是由三相检测线圈的感应电压经二极管V₆₁、V₆₂、V₆₃整流，电容器C₂₅、C₂₆、C₂₇滤波，分别通过三极管V₆₄、V₆₅、V₆₆与设定电位器VR₈的滑动端的设定电压U₆ ^*比较，再经过电容器C₂₈、C₂₉、C₃₀适当反时限延时，经二极管V₆₇、V₆₈、V₆₉组成的与电路控制三极管V₇₀的导通与截止进而控制继电器J₂，在电动机处于过载、欠压、缺相状态时，使电动机的主线路断开，所述设定电位器VR₈的一固定端接地，另一固定端接三端稳压集成电路IC₇的输出端。