CN1189988C - 三相电动机自动控制与全天候监护装置 - Google Patents

Abstract

一种三相电动机自动控制与全天候监护装置，交流接触器由可控硅VS₁、VS₂控制；由接于三相电源的二极管整流、经降压、滤波、稳压为工作电源而取代电源变压器；以电流感生电压线圈、比较器、光电耦合器及可控硅VS₃为主，组成电压、电流监护电路，而不用熔断器、热继电器；采取全电子技术，无触点、无过热、无打火，对电源侧、电机侧全天候监护；若电源故障，正常后能自动复位；结构简单、成本低、易普及、灵敏可靠，集控制、监护于一体；适于工农业生产、人民生活，尤适于防火、防爆，无人值守的各功率电机。

Description

三相电动机自动控制与全天候监护装置

                                  技术领域

本发明涉及电动机的控制与监护，具体地说是一种对三相电动机实行手动、自动控制与全天候监护的新型装置。

                                  背景技术

时至电子世界的今天，三相电机控制系统仍延续使用直接通断交流接触器的电磁线圈来起动电机、停止电机。控制回路里必须串接起动常开按钮和停止常闭按钮，起动常开按钮与交流接触器常开辅助触点并联，若自动控制还须在上述回路串接继电器触点。其保护系统仍延续使用熔断器或以空气自动开关替代熔断器，熔断器或空气开关因受电机起动电流的影响，容量需增大几倍，再用其保护电机，显然欠佳；仍延续使用热继电器防止电机过流、缺相，因构造所致，需经热转换后再推动触点断开，经几次热动作后，整定值大多出现误差，有的受热变形而不可逆，灵敏性、稳定性、准确性，以及经济耐用等方面都比电子控制要差。不仅如此，多一只热继电器，使主回路、控制回路增加八个接点和一付触点，加上熔断器、起动停止按钮、交流接触器辅助触点，使一个极简单的控制开关，其主回路和控制回路的接点、触点近三十个。实践证明，电路里接点、触点多，导致氧化腐蚀、过热、打火乃至烧焦，影响电机正常运转而造成损失。

由于上述问题，各类缺相过载保护装置应运而生，在这些保护装置里，大多有为保护装置提供电源的变压器，另有继电器及其常开或常闭触点串接在控制回路里，这与电子技术时代极不和谐。此外，这些装置都侧重缺相保护，有的用二只交流接触器分别接在三相线上；有的用三只电压继电器，其常开触点串接在控制回路里；有的用三只二极管，正极与三相线相接，三个负极与降压电阻相接，电阻的另一端与稳压管负极相接，稳压管正极经电阻接于三极管基极；还有的用三只电流互感器分别串接在三相线上；也有用三只等值电容或电阻星接，成零电位点的等等。以上五种保护装置只能局限于特定缺相的保护。究其原因是把缺相简单的看成是缺一相电，而不区分缺相的方位，缺相的时间(上述“方位”指缺相的断相点具体在什么位置，是高压侧缺相，还是低压侧缺相，是远端缺相，还是近端缺相。上述“时间”指缺相时是负荷高峰还是负荷低谷，还是没有负荷)。下面就缺相作一简析：同样是缺一相电，常因缺相的方位和时间不同而不同。因负荷的峰谷是随时间的变化而变化，低压近端缺相是专指该电机控制开关箱熔断器断开一相或虽在其他方位缺相而对应缺相的电机端无任何未关闭的电器设备，此时对应缺相的电机端只有由电机馈过来的电压而无电流，此电压足可使吸合着的交流接触器、电压继电器仍保持吸合，故上述五种保护装置的前两种不动作，起不到保护作用，但三只电流互感器的保护装置则动作，起保护作用。上述低压近端缺相与负荷无关系，可说成与时间无关系。低压远端缺相指的是变压器二次羊角保险断开一相，若缺相的时间正值负荷高峰，缺相的相线上并联着大量未关闭的用电设备，其用电设备总功率越大，阻抗越低，反馈回的电流越大，而电压越低，此时与上面低压近端缺相正好相反，因反馈回的电流大，三只电流互感器的保护装置常不动作；但因阻抗低、电流大、电压降也大，上述前两种吸合的交流接触器，电压继电器将不能再保持吸合而释开，起到保护作用。若还是上述变压器羊角保险断开即低压远端缺相，正值负荷低谷或没有任何负荷，此时同低压近端缺相一样，可见同一个保护装置在同一个方位缺相，却因缺相的时间不同或在同一个时间缺相却因缺相的方位不同而得到的结果相反。

前面提到的三只二极管的保护装置，其原理是三相电源正常时，由三只二极管整流后通过稳压管正极加到三极管的基极，使基极高电平，当电源缺相时，由于稳压管的阻隔使基极低电平，这种电路只有在三相电源电压特别平衡而稳定，且不受负荷峰谷的影响才能用，故该保护装置其局限性、特定性太大，一般供电网将不能使用。用三只等值的电容或电阻星接，成零电位点的，若高压缺相其零电位点是不会偏移，具体说零电位点的保护装置对高压缺相是起不到保护作用的。综上所述，一只无论是负荷高峰、负荷低谷、无负荷，也不论在什么时候缺相，什么方位缺相的全天候缺相保护装置，不可能只用两只交流接触器，或三只电压继电器，或三只电流互感器，或三只电容，或三只二极管所能构成，将上面五种保护装置合为一体，仍不能对电机实行全天候缺相保护。另外电机过流保护多采取负荷电流通过电流互感器一次侧，由二次侧取电压信号，因电流互感器常常工作在近饱和区，即一次侧电流增加和二次侧电压升高不成正比，(电流互感器只有由二次侧取电流信号，一、二次侧电流才能成正比例)往往一次电流增加100％，二次电压升高尚不足10％，而且一次电流增加越多，上述反差越大；致使信号处理装置响应迟钝，继电器动作缓慢或不动作，故有些过流保护电路仍采用热继电器。

                                      发明内容

本发明针对上述现状，提供一种控制系统免去熔断器、热继电器，只用一只交流接触器，其电磁线圈交流运行，直流控制，可手动、可自动(自动不需另加接继电器)，其起动、停止按钮及自动控制触点都不在控制回路里。一种监护系统不用传统的电源变压器、继电器，采取全电子技术，无触点、不打火、不过热、无烧焦之虞，其结构简单、成本低、易普及、动作灵敏可靠的；一种对过流、堵转、缺相、欠压、倒(借)相、开路、短路、漏电实行全天候监测保护的；一种当三相电源有故障、使运转的电机停止，停止的电机不起动，待其正常时能自动复位，可用于无人值守自动控制的；一种除交流接触器的三付触点，再无其他触点，可用于高度防火、防爆场所的；一种适于大、中、小功率三相电动机，集控制、监护于一体的新型装置。

为实现上述目的，本发明由：(一)主控回路与其触发电路、(二)工作电源与限流电源及其自动复位电路、(三)三相电源侧监测电路、(四)电流感生电压线圈与电机侧监测及其监控电路组成。

(一)主控回路与其触发电路：

1、由第一电阻R₁一端接桥式整流正极，另端接第五(稳压)二极管D₅负端，其正端与第一发光管ED₁的正端相接，第一发光管负端接桥式整流负极，组成针对第一(主控)可控硅VS₁的触发电源；第一电阻R₁与第五(稳压)二极管D₅的交接点，接第四光电耦N₄的光敏电阻正端，其负端接第一(主控)可控硅VS₁控制极为一回路，另一回路由第三发光管ED₃、第四光电耦N₄发光管、第二(触发)可控硅VS₂按正负顺序串接在限流电源与地之间，组成针对第一(主控)可控硅VS₁的双回路联控触发电路。为主控回路工作稳定由第一电容C₁一端接第一可控硅控制极，第一电容C₁另端与桥式整流负极相接。

2、第二(触发)可控硅VS₂控制极与第十九电阻R₁₉一端相接，第十九电阻R₁₉另端与起动按钮一端、电接点气压表低针端相接；限流电源与起动按钮另端、停止按钮一端、电接点气压表动针端相接，系统地与电接点气压表高针端、停止按扭另端相接；当按下起动按钮或自动控制动针与低针接触，限流电源经第十九电阻R₁₉触发第二(触发)可控硅VS₂导通，使串接在第一(主控)可控硅VS₁的触发电源与其控制极之间的第四光电耦N₄光敏电阻由近于开路的高阻值陡降至近于短路的低阻值，第一(主控)可控硅VS₁导通，交流接触器吸合，电机运转；当按下停止按钮或自动控制动针与高针接触，限流电源接地，因有第五电阻R₆限流使第二(触发)可控硅VS₂的导通电流陡降，其电流小到不能维持而截止，第四光电耦N₄光敏电阻由近于短路的低阻值跃升至近于开路的高阻值，第一(主控)可控硅VS₁的控制极因失压而截止，交流接触器释开，电机停止。

(二)工作电源与限流电源及其自动复位电路：

1、工作电源：由第六、七、八(整流)二极管D₆、D₇、D₈三正端接A、B、C三相线，另三负端分别接第二、三、四电阻R₂、R₃、R₄，另三端合一与第二电容C₂、第九(稳压)二极管D₉负端相接，第二电容C₂、第九(稳压)二极管D₉的另端接地组成。用于：(1)第一、二比较器N₁、N₂电源端接工作电源，其地端接地；(2)第十四电阻R₁₄一端接工作电源，另端接第二十、二十一、二十二二极管D₂₀、D₂₁、D₂₂的正端，其三负端分别与第二_-3、2、1比较器N_2-3、2、1正向输入端相接，确保电机静止时输出端截止；(3)第二十三电阻R₂₃一端接工作电源，另端一路接第五光电耦N₅发光管正端，其负端接第二_-1、2、3 比较器N_2-1、2、3输出端；另一路接第五光电耦N₅光敏电阻正端，其负端接第二十四电阻R₂₄，该电阻另端与第三(监控)可控硅VS₃控制极相接；为工作稳定，第三可控硅的控制极接第十一电容C₁₁、第三十三电阻R₃₃，第十一电容C₁₁、第三十三电阻R₃₃的另端均接地。

2、限流电源：由第五电阻R₆一端接工作电源，另端接第十(稳压)二极管D₁₀负端，其正端接地组成。用于：(1)第三发光管ED₃、第四光电耦N₄发光管、第二(触发)可控硅VS₂按正负顺序串接在限流电源与地之间，组成触发电路；(2)第三发光管ED₃与第四光电耦N₄发光管的交点接第二十八二极管D₂₈正端，其负端与第二_-4、第一_-4比较器N_2-4、N_1-4反向输入端、第二十七电阻R₂₇一端、第九电容C₉一端相接，该电容、电阻的另端接地；第二十一电阻R₂₁一端与限流电源相接，另端与第二_-4、第一_-4比较器N_2-4、N_1-4正向输入端、第二十二电阻R₂₂一端、第十电容C₁₀一端相接，第二十二电阻R₂₂、第十电容C₁₀的另端均接地；(3)第四发光管ED₄、第三(监控)可控硅VS₃按正负顺序串接在限流电源与地之间，组成监控电路。

3、自动复位电路：由限流电源一路接第三光电耦N₃发光管正端，其负端接第六电阻R₆，另一路接第二发光管ED₂正端，其负端以及第六电阻R₆另端，均与第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3输出端相接组成。用于：(1)限流电源由触发电路、或监控电路、或第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3输出端的导通、截止，当触发电路导通在先，监控电路还可导通而迫使触发电路截止；监控电路导通在先，触发电路不能导通；当第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3输出端导通在先，触发电路、监控电路不能导通；若触发电路或监控电路导通在先，则第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3输出端还可导通而迫使触发电路或监控电路截止；只有当监控电路或第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3输出端截止，则触发电路才能导通；(2)当三相电源出故障，导致第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3输出端导通，限流电源一路经第二发光管ED₂，一路经第三光电耦N₃发光管、第六电阻R₆由其输出端接地，此时工作电源电压由第三光电耦N₃光敏电阻经第二十电阻R₂₀给第九电容C₉充电、给第二_-4、第一_-4比较器N_2-4、N_1-4反向输入端以电压，使其输端导通；待一旦三相电源恢复正常、确保电机自动起动运转。

(三)三相电源侧监测电路：

第七、八、九三只电阻R₇、R₈、R₉分别与第十三、十二、十一三只(稳压)二极管D₁₃、D₁₂、D₁₁负端连接，三只电阻另端分别与接在A、B、C三相线的三只整流二极管负端相接，三只(稳压)二极管正端分别与第一_-3、2、1比较器N_1-3、2、1三正向输入端相接，该三正向输入端还分别与第十、十一、十二电阻R₁₀、R₁₁、R₁₂相接，三电阻另三端接地，该三正向输入端还分别与第三、四、五电容C₃、C₄、C₅相接，三电容另三端接地，该三正向输入端还分别与第十四、十五、十六二极管D₁₄、D₁₅、D₁₆正端连接，其三负端与第十三(可调)电阻R₁₃相接，该电阻另端接地，其滑臂端与第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3反向输入端相接；当三相电压不平衡超出可调电阻R₁₃允许值，以相间信号对比使其输出端导通而限流电源接地。

为防止高压缺相时，个别电工临时采取低压侧倒相而导致比较器相间对比失灵，以零电位点电路即第二十九、三十、三十一三只等值电阻R₂₉、R₃₀、R₃₁的一端分别与三相线相接，另三端与第二十九(整流)二极管D₂₉正端相接，该二极管负端与第三十二电阻R₃₂、第十三电容C₁₃相接，该电阻、电容的另端接地，再由第三十(止逆流)二极管正端与第二十九(整流)二极管D₂₉、第三十二电阻R₃₂、第十三电容C₁₃的交点相接，第三十(止逆流)二极管R₃₀负极与第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3反向输入端相接；当低压倒相或缺相，零电位点严重偏移，其移位电压必将引起第一_-1、2、3比较器N_1-1、2、3反向输入端电压高于正向输入端，使其输出端导通而限流电源接地。

(四)电流感生电压线圈与电机侧监测及其监控电路：

1、电流感生电压线圈，是一种在闭合磁路断切一或二个横截面，使磁路产生一或二道间隙，并以电磁线在其有横截面的闭合磁路绕制若干匝的二次线圈。上述磁路间隙为可调间隙，可通过调整间隙使线圈二次侧与其关联电路相匹配。

2、第一、二、三电流感生电压线圈L₁、L₂、L₃各一端接地，另三端分别与第十七、十八、十九(整流)二极管D₁₇、D₁₈、D₁₉正端相接，其三负端接第二_-1、2、3比较器N_2-1、2、3三正向输入端，该三正向输入端还分别与第十五、十六、十七电阻R₁₅、R₁₆、R₁₇相接，该三只电阻的另三端接地，该三正向输入端还分别与第六、七、八电容C₆、C₇、C₈相接，其另三端均接地，该三正向输入端还分别与第二十三、二十四、二十五二极管D₂₃、D₂₄、D₂₅正端相接，其三负端与第十八(可调)电阻R₁₈相接，该可调电阻另端接地、滑臂端与第二_-1、2、3比较器N_2-1、2、3反向输入端相接；当三相电流不平衡超出可调电阻R₁₈允许值，经相间对比，使其输出端导通而触发第三(监控)可控硅VS₃导通。以第三电流感生电压线圈L₃非地端与第二十六(整流)二极管D₂₆正端相接，其负端与第二十六电阻R₂₆、第三十一(稳压)二极管D₃₁负端、第十二电容C₁₂、第二十八电阻R₂₈相接，第三十一(稳压)二极管D₃₁正端、第十二电容C₁₂另端、第二十八电阻R₂₈另端均接地，第二十六电阻R₂₆另端接第二_-4、第一_-4比较器N_2-4、N_1-4输出端，该输出端还与第二十五(可调)电阻R₂₅相接，该可调电阻另端接地、滑臂端与第二十七二极管D₂₇正端相接，其负端接第二十四电阻R₂₄，电阻另端与第三(监控)可控硅VS₃控制极连接，当电机负荷电流超过可调电阻允许值，第三(监控)可控硅VS₃导通。

3、为配合电机起动、运行的特性，以如下电路：①第二_-4、第一_-4比较器N_2-4、N_1-4在电机静止时，反向输入端电压高于正向输入端，其输出端导通，以确保电机起动电流感应高于正常运转的电压，由该端入地。②为防止电机起动即第二(触发)可控硅VS₂导通，其导通电流经第三发光管ED₃产生电压降，其电压降远大于第二_-4、第一_-4比较器N_2-4、N_1-4原来的正、反向输入端电压差，引起输出端截止，通过反向输入端的第九电容C₉放电，使输出端截止滞后，以适应电机起动时长。③当电机起动运转正常后，电容C₉放电终结，第二_-4、第一_-4比较器N_2-4、N_1-4反向输入端电压又低于正向输入端，使输出端截止，以确保运行的电机一旦过负荷，超过经可调电阻即第二十五电阻R₂₅允许值，第三(监控)可控硅VS₃导通。

                            附图说明

图1为本发明实施例电路原理图。图2为本发明实施例手动及自动控制另一接线图。

                           具体实施方式

下面结合附图，以电接点气压表自动控制与手动控制供水电机为例，对本发明作详细说明。

主控回路与其触发电路 如图一所示：本发明对三相电动机W主回路里的交流接触器采取交流运行，直流控制；交流接触器线圈串接在交流电源与桥式整流交流侧之间，(主控)可控硅VS₁与桥式整流直流侧并接，组成交、直流主控回路；由电阻R₁、(稳压)二极管D₅、发光管ED₁串接在桥式整流真流侧正、负极之间，组成针对(主控)可控硅VS₁的触发电源；在电阻R₁与(稳压)二极管D₅的交点，经光电耦N₄的光敏电阻接(主控)可控硅VS₁控制极为一回路，再由发光管ED₃、光电耦N₄的发光管、(触发)可控硅VS₂串接在限流电源与地之间为又一回路，组成针对(主控)可控硅VS₁的双回路联控触发电路；为工作稳定在(主控)可控硅VS₁控制极与桥式整流负极间接电容C₁。(触发)可控硅VS₂的控制极经电阻R₁₉与起动按钮QA的一端和电接点气压表低针相接，起动按钮QA另端、停止按钮TA的一端、气压表动针均接限流电源，停止按钮TA的另端、电接点气压表高针均接系统地；从上述不难看出，主控电路交流接触器电磁线圈的电流只经由桥式整流的交、直流侧和(主控)可控硅VS₁；其余(主控)可控硅VS₁控制极的触发以及(触发)可控硅VS₂的工作电压、电流，均远远低于、小于(主控)可控硅VS₁主控电路的电压、电流，均为安全电压、电流；尤其按钮QA、TA及气压表触点都是常开触点，并且不在回路里，不存在打火、过热、烧焦。上述亦可采取另一接法，如图二所示：电阻R₁₉一端接限流电源，电阻R₁₉另端为正信号端，该端与起动按钮QA相接，起动按钮QA另端和停止按钮TA一端均与(触发)可控硅VS₂控制极相接，停止按钮TA另端接系统地，系统地为负信号端；给(触发)可控硅VS₂控制极一正信号，(触发)可控硅VS₂导通；给(触发)可控硅VS₂控制极一负信号，(触发)可控硅VS₂截止；由(触发)可控硅VS₂，间接控制交流接触器。传统的自动控制系统为配合电接点气压表需不少于2只继电器，还要串、并接交流接触器的辅助触点，其接点、触点以数十计，而且继电器的电磁线圈以及各接点、触点的工作电压是380V或220V，所以各接触点过热、打火、烧焦很难杜绝，常需人工进行监护、维修以致更换器件。综上所述，本发明就控制回路它的先进性、实用性、经济性是明显的。

工作电源与限流电源及其自动复位电路 如图一所示：

1、工作电源：由三只整流二极管D₆、D₇、D₈分别接于A、B、C三相线上，经三只电阻R₂、R₃、R₄降压，由电容C₂滤波，(稳压)二极管D₉稳压组成。①直接提供给比较器N₁、N₂工作电源。②经电阻R₁₄限压，由三只二极管D₂₀、D₂₁、D₂₂分别加给比较器N_2-3、2、1正向输入端电压，以确保电动机不运转时，比较器N_2-1、2、3的输出端截止。③经电阻R₂₃限流，一路由光电耦N₅发光管接于比较器N_2-1、2、3输出端；一路经光电耦N₅光敏电阻、电阻R₂₄与(监控)可控硅VS₃的控制极相接，为(监控)可控硅VS₃触发电源。

2、限流电源：由工作电源经电阻R₅限流、(稳压)二极管D₁₀稳压组成，因有电阻R₅限流故称限流电源。①经发光管ED₃、光电耦N₄发光管、(触发)可控硅VS₂与地相接，组成触发电路。②由发光管ED₃经二极管D₂₈：一路给电容C₉充电，一路由电阻R₂₇分压接地与比较器N_2-4、N_1-4反向输入端相接。经电阻R₂₁限压由电阻R₂₂分压接地与正向输入端相接，为确保电机起动电流，感应的高于正常运行的电压，由比较器输出端导通入地，其反向输入端高于正向输入端。③经发光管ED₄、(监控)可控硅VS₃与地相接，组成监控电路。

3、自动复位电路：当三相电源出故障经比较器N_1-1、2、3以相间电压信号对比，或以零电位点偏移电位，促使其输出端由截止转为导通，限流电源一路经发光管EO₂以及另一路经光电耦N₃发光管、电阻R₆两路合一，由该端接地，此时光电耦N₃的光敏电阻由原来近似开路的高阻值，陡降为近于短路的低阻值，工作电源经此由电阻R₂₀限压后给电容C₉充电、给比较器N_2-4、N_1-4反向输入端以电压，使其输出端导通，以确保三相电源恢复正常时，电机起动电流，经电流感生电压线圈感应的高于正常的电压信号，由该端接地；防止(监控)可控硅VS₃误动作。

三相电源侧监测电路 如图一所示：

(1)由接自整流二极管D₆、D₇、D₈的三只降压电阻R₇、R₈、R₉分别经三只(稳压)二极管D₁₁、D₁₂、D₁₃与三个比较器N_1-1、2、3的正向输入端相接，该三个正向输入端分别经三只电阻R₁₀、R₁₁、R₁₂分压接地，又经三只电容C₃、C₄、C₅滤波，再分别经三只二极管D₁₄、D₁₅、D₁₆与可调电阻R₁₃相接，可调电阻R₁₃的另端接地，其滑臂端与比较器N_1-1、2、3的反向输入端相接。

(2)由三只等值降压电阻R₂₉、R₃₀、R₃₁分别接三相电源，另三端合一与整流二极管D₂₉的正极相接，其负极由电阻R₃₂分压接地、电容C₁₃滤波接地，经止逆流二极管D₃₀与比较器N_1-1、2、3的反向输入端相接。上述电路与自动复位电路相互配合，以相间对比、零电位点偏移，除对三相电源出现缺相、倒(借)相、欠压、过压、三相电压不平衡超出允许范围，实行全方位监测；又防止在出现上述电源系统故障的情况下错误的起动电机，又能待电源系统故障排除后，自动复位、实行自动控制。

上述电路在三相电源正常时，比较器N_1-1、2、3的三个正向输入端电压高于其反向输入端，其三个输出端截止。下面以实例说明如例1：高压缺相(A相)，此时相对应的比较器N_1-8正向输入端电压必定低于其反向输入端电压，该输出端由原来截止转为导通；限流电源一路经发光管ED₂，一路经光电耦N₃发光管、电阻R₆由比较器N_1-3输出端接地，限流电源因有电阻R₅限流，使电压陡降近于零伏，(触发)可控硅VS₂的工作电流小到不能维持而截止，光电耦N₄光敏电阻阻值跃升至近于开路，(主控)可控硅VS₁控制极失压而截止，交流接触器释开，电机停止。若此时再手支或自动，(触发)可控硅VS₂均不能触发导通。当三相电源不平衡超出了允许范围或低压缺相，也和上述情况一样。

例2：仍以高压缺相，电工为临时解决缺相户单相用电，常把对应缺相的低压相，倒(借)接在不缺相的相线上[上述(2)零电位点电路是专为倒相设计]，此时零电位点严重偏移，其移位电压经二极管D₂₉整流、电阻R₃₂分压、电容C₁₃滤波，再经二极管D₃₀加至比较器N_1-1、2、3反向输入端，使该端电压高于其正向输入端，比较器N_1-1、2、3三输出端导通，限流电源由该输出端接地，以下与例1相同，不再重复。有时低压缺相或三相电压不平衡超出了允许范围，也导致中性点严重位移而出现上述情况。

例3：低压缺相或当三相电压不平衡超出允许范围，如A相过低180V(相电压值，下同)，此时比较器N_1-3正向输入端电压必定低于其反向输入端电压，该输出端导通；反过来如A相电压过高260V，将引起比较器N_1-2、1反向输入端电压高于其正向输入端电压，该两个输出端导通。综上所述，不难看出如图一所示：可调电阻R₁₃的滑臂端的位置决定电机运行适度，如可调电阻R₁₃滑臂滑动在远地端，比较器N_1-1、2、3的正、反向输入端电位差仅是一只二极管的降压差，此时三相电源相电压不平衡±5％，足可使其比较器N_1-1、2、3相对应的输出端由截止转为导通，使电机本可以运转而不能运转。相反的可调电阻R₁₃滑臂滑动在近地端，三相电源相电压不平衡±50％，其比较器N_1-1、2、3的输出端仍为截止，使电机本不允许运转而仍运转。调整可调电阻R₁₃滑臂端，使电机在三相电压较平衡或不平衡允许的范围里运行。

电流感生电压线圈与电机侧监测及其监控电路  本电路是以三只一次侧负荷电流感生的二次侧电压为监测信号。该电压信号取自绕制在闭合磁路若干匝的电磁线圈，为使该线圈工作在非饱和区即一次电流与二次电压成正比例，在其闭合磁路中断切一或二个横截面，使磁路有一或二道间隙，并为可调间隙；通过调整磁路磁阻和一次电流侧穿绕匝数，以适应各功率电机负荷电流经其感生的电压与其关联的电路匹配；因二次侧电压由一次侧电流所感生，故称电流感生电压线圈L。

如图一所示：(1)三只电流感生电压线圈L₁、L₂、L₃各一端接地，另三端分别由三只整流二极管D₁₇、D₁₈、D₁₉经三只电阻R₁₅、R₁₆、R₁₇分压接地、三只电容C₆、C₇、C₈滤波，与比较器N_2-1、2、3的正向输入端相接。该三正向输入端分别由三只二极管D₂₃、D₂₄、D₂₅经可调电阻R₁₈分压接地，由其滑臂端与比较器N_2-1、2、3反向输入端相接；可调电阻R₁₈与上述例3可调电阻R₁₃机理一样，这里不重述，调整可调电阻R₁₈滑臂，使电机在三相电流较平衡理想的范围里或不平衡允许的范围里运行。工作电源电压经限压电阻R₁₄，分别由三只分压二极管D₂₀、D₂₁、D₂₂加给比较器N_2-3、2、1正向输入端电压，以确保电机静止时，其输出端载止，工作电源经限流电阻R₂₃，一路经光电耦N₅发光管接比较器N_2-1、2、3输出端；一路经光电耦N₅光敏电阻、限压电阻R₂₄与(监控)可控硅VS₃控制极相接；为工作稳定该控制极接有电容C₁₁、电阻R₃₃。

(2)电流感生电压线圈L₃，经二极管D₂₆整流、电容C₁₂滤波、(稳压)二极管D₃₁和电阻R₂₈分压接地，再由整流二极管D₂₆负端经电阻R₂₆接比较器N_1-4、N_2-4输出端，再由其输出端经可调电阻R₂₅分压接地，可调电阻R₂₅滑臂端经止逆流二极管D₂₇、电阻R₂₄接(监控)可控硅VS₃控制极。

(3)比较器N_1-4、N_2-4反向输入端电压由发光管ED₃经二极管D₂₈、电阻R₂₇分压取得，其正向输入端电压由限流电源经电阻R₂₁、R₂₂分压取得，为工作稳定可靠该正、反向输入端还分别接有电容C₁₀、C₉，在电机停止时，比较器N_1-4、N_2-4反向输入端电压高于正向输入端电压，其输出端导通，随时准备电机起动电流感应高于正常运转的电压入地，防止(监控)可控硅VS₃误动作。在电机正常运转后，比较器N_2-4、N_1-4反向输入端电压低于正向输入端电压其输出端截止。

上述电路相互配合对电机起动及运行中过流、堵转、开路、短路、漏电、缺相、欠压、三相电流不平衡超出允许范围，实行全方位监控。下面以实例说明如例1：当电机起动电流，经电流感生电压线圈L₃感应的高于正常运转的电压除经(稳压)二极管D₃₁将此电压入地和电阻R₂₈分压入地外，其余残压经电阻R₂₆由比较器N_1-4、N_2-4的输出端导通入地；电机起动，比较器N_1-4、N_2-4的反向输入端电压由于(触发)可控硅VS₂导通，使经发光管ED₃、二极管D₂₈加给比较器N_2-4、N_1-4的反向输入端电压降远大于其正向输入端，此时由于电容C₉的放电(因电容C₉容量远大于电容C₁₀)使比较器N_1-4、N_2-4的反向输入端电压降滞后一时段，确保其输出端将电机起动电流由电流感生电压线圈L₃感应的电压经(稳压)二极管D₃₁和电阻R₂₈分压入地后的剩余残压由电阻R₂₆经比较器N_1-4、N_2-4输出端入地，防止(监控)可控硅VS₃误动作，当电机运转正常后，电容C₉放电终结；比较器N_1-4、N_2-4正向输入端电压高于其反向输入端，其输出端由导通转成截止，调整电容C₉的容量及放电时长以适应各功率电机起动时长。

例2：当电机运转时缺相、漏电、短路、开路、三相电流不平衡，由电流感生电压线圈L₁、L₂、L₃检测的不平衡信号，经二极管D₁₇、D₁₈、D₁₉整流，电阻R₁₅、R₁₆、R₁₇分压接地，电容C₆、C₇、C₈滤波后，加至比较器N_2-1、2、3正向输入端，其信号再由该三端分别经三只二极管D₂₃、D₂₄、D₂₅，三路合一，经可调电阻R₁₈分压接地，再经可调电阻R₁₈滑臂端加在比较器N_2-1、2、3反向输入端，此时比较器N_2-1、2、3三个输出端至少有一个由截止转为导通，光电耦N₅光敏电阻由高阻值陡降至低阻值，工作电源电压经电阻R₂₃、光电耦N₅光敏电阻、电阻R₂₄加至(监控)可控硅VS₃控制极，(监控)可控硅VS₃导通，限流电源经发光管ED₄、(监控)可控硅VS₃接地，致使(触发)可控硅VS₂电流小到不能维持而截止，光电耦N₄光敏电阻由近于短路的低阻值跃升至近于开路的高阻值，(主控)可控硅VS₁因控制极失压截止，交流接触器释开，电机停止。上述因缺相或三相电源电压不平衡导致三相电流不平衡，引发(监控)可控硅VS₃导通，属电源故障，是先由(监控)可控硅VS₃导通紧急跳闸保护，进而再由电源侧监测电路将限流电源经发光管ED₂由比较器N_1-1或N_1-2或N_1-3截止的输出端转为导通接地，迫使(监控)可控硅VS₃截止；待三相电源正常后，自动复位、自动运转。凡属电机侧故障如：堵转、开路、短路、漏电引起(监控)可控硅VS₃导通，则必须拉闸找出原因，排出故障，才能起动电机正常运行。

例3：当电机漏电、短路、堵转、过流等过负荷运行超出可调电阻R₂₅调整的电流值，由电流感生电压线圈L₃经二极管D₂₆整流，电容C₁₂滤波，再经电阻R₂₆、可调电阻R₂₅、二极管D₂₇、电阻R₂₄触发(监控)可控硅VS₃导通而使(触发)可控硅VS₂截止，调整可调电阻R₂₅滑臂以适应负荷电流。此过流保护与热继电器相比，不存在热转换推动触点断开、过热变形、整定值不准或不可逆换新的。

最后需要说明：当高压缺相时，若低压侧正巧有其它较大功率电机、或焊机在运行，此时虽是电源侧故障，因对应高压缺相的低压相有由上述电机、焊机的电磁线圈反馈回来的电压，使电源侧监测电路失灵，(若此时起动电机，由于三相电流不平衡，则触发监控可控硅VS₃导通，对电机仍有保护)只有当上述电机、焊机拉闸、或对应缺相相的电机、焊机的熔断器熔断、或其电磁线圈烧断，电源侧监测电路以及自动复位电路，才能正常监控。

如图一所示：(1)J为380V，若220V时可由C相断开，接系统零线。(2)ED₁为停止指示灯、ED₂为电源侧故障指示灯、ED₃为运行指示灯、ED₄为电机侧故障指示灯，上述四枚指示灯均为普通发光二极管。(3)电容C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₁₂、C₁₃除滤波外，还有减缓、延时，防止误动作。

本实施例：(1)系统地即三相电源系统零线。(2)L铁芯截面100mm²，以电磁线ф0.25mm绕600匝，若用高导磁铁氧体磁芯10mm²已够大。(3)比较器N₁、N₂为339，光电耦N₃、N₄、N₅为817。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种三相电动机自动控制与全天候监护装置，主要由：主控回路与其触发电路、工作电源与限流电源及其自动复位电路、三相电源侧监测电路和电机侧监测及其监控电路以及提供给电机侧监测信号的电流感生电压线圈组成；其特征在于：

所述主控回路与其触发电路：由第一电阻[R₁]一端接桥式整流正极，另端接第五二极管[D₅]即稳压管负端，其正端与第一发光管[ED₁]的正端相接，第一发光管[ED₁]的负端接桥式整流负极，组成针对第一可控硅[VS₁]的触发电源；第一电阻[R₁]与第五二极管[D₅]的交点，接第四光电耦[N₄]的光敏电阻正端，其负端接第一可控硅[VS₁]控制极为一回路，另一回路由第三发光管[ED₃]、第四光电耦[N₄]发光管、第二可控硅[VS₂]按正负顺序串接在限流电源与地之间，组成针对第一可控硅[VS₁]的双回路联控触发电路；第二可控硅[VS₂]控制极与第十九电阻[R₁₉]一端相接，第十九电阻[R₁₉]的另端与起动按钮一端、电接点气压表低针端相接；限流电源与起动按钮另端、停止按钮一端、电接点气压表动针端相接，系统地与电接点气压表高针端、停止按钮另端相接；当按下起动按钮或自动控制动针与低针接触，限流电源经第十九电阻[R₁₉]触发第二可控硅[VS₂]导通，使串接在第一可控硅[VS₁]的触发电源与其控制极之间的第四光电耦[N₄]光敏电阻由近于开路的高阻值陡降至近于短路的低阻值，第一可控硅[VS₁]导通，交流接触器吸合，电机运转；当按下停止按钮或自动控制动针与高针接触，限流电源接地，因有第五电阻[R₅]限流使第二可控硅[VS₂]的导通电流陡降，其电流小到不能维持而截止，第四光电耦[N₄]光敏电阻由近于短路的低阻值跃升至近于开路的高阻值，第一可控硅[VS₁]的控制极因失压而载止，交流接触器释开，电机停止；

所述工作电源与限流电源及其自动复位电路：第六、七、八二极管[D₆、D₇、D₈]三正端接A、B、C三相线，另三负端分别接第二、三、四电阻[R₂、R₃、R₄]，三电阻另三端合一与第二电容[C₂]、第九二极管[D₉]即稳压管负端相接，第二电容[C₂]、第九二极管[D₉]的另端均接地，组成工作电源；第五电阻[R₅]一端接工作电源，另端与第十二极管[D₁₀]即稳压管负端相接，其正端接地，组成限流电源；限流电源一路接第三光电耦[N₃]发光管正端，其负端接第六电阻[R₆]，另一路接第二发光管[ED₂]正端，其负端以及第六电阻[R₆]另端，均与第一_-1、2、3比较器[N_1-1、2、3]输出端相接，组成自动复位电路；

所述三相电源侧监测电路：第七、八、九电阻[R₇、R₈、R₉]分别与第十三、十二、十一二极管[D₁₃、D₁₂、D₁₁]负端连接，三电阻另三端分别与接在A、B、C三相线的三只二极管负端相接，第十三、十二、十一二极管正端分别与第一_-1、2、3比较器[N_1-3、2、1]三正向输入端相接，该三正向输入端还分别与第十、十一、十二电阻[R₁₀、R₁₁、R₁₂]相接，其另三端接地，该三正向输入端还分别与第三、四、五电容[C₃、C₄、C₅]相接，其另三端接地，该三正向输入端还分别与第十四、十五、十六二极管[D₁₄、D₁₅、D₁₆]正端连接，其三负端与第十三电阻[R₁₃]即可调电阻相接，可调电阻另端接地，其滑臂端与第一_-1、2、3比较器[N_1-1、2、3]反向输入端相接；当三相电压不平衡超出第十三电阻[R₁₃]允许值，以相间信号对比使其输出端导通而限流电源接地；

所述电机侧监测及其监控电路：第一、二、三电流感生电压线圈[L₁、L₂、L₃]各一端接地，另三端分别与第十七、十八、十九二极管[D₁₇、D₁₈、D₁₉]正端相接，其三负端接第二_-1、2、3比较器[N_2-1、2、3]三正向输入端，该三正向输入端还分别与第十五、十六、十七电阻[R₁₅、R₁₆、R₁₇]相接，该三只电阻另端接地，该三正向输入端还分别与第六、七、八电容[C₆、C₇、C₈]相接，其另三端接地，该三正向输入端还分别与第二十三、二十四、二十五二极管[D₂₃、D₂₄、D₂₅]正端相接，其三负端与第十八电阻[R₁₈]即可调电阻相接，可调电阻另端接地，其滑臂端与第二_-1、2、3比较器[N_2-1、2、3]反向输入端相接；当三相电流不平衡超出第十八电阻[R₁₈]允许值，经相间对比，使其输出端导通而触发第三可控硅[VS₃]导通；

第三电流感生电压线圈[L₃]非地端与第二十六二极管[D₂₆]正端相接，其负端与第二十六电阻[R₂₆]、第三十一二极管[D₃₁]即稳压二极管负端、第十二电容[C₁₂]、第二十八电阻[R₂₈]相接，第三十一二极管[D₃₁]即稳压二极管正端、第十二电容[C₁₂]另端、第二十八电阻[R₂₈]另端均接地，第二十六电阻[R₂₆]另端与第二_-4、第一_-4比较器[N_2-4、N_1-4]输出端相接，该输出端还与第二十五电阻[R₂₅]即可调电阻相接，可调电阻另端接地，其滑臂端接第二十七二极管[D₂₇]正端，该负端与第二十四电阻[R₂₄]相接，电阻另端与第三可控硅[VS₃]控制极连接，当电机负荷电流超过第二十五电阻[R₂₅]允许值，第三可控硅[VS₃]导通；

所述电流感生电压线圈：是一种在闭合磁路断切一或二个横截面，使磁路产生一或二道间隙，并以电磁线在其有横截面的闭合磁路绕制若干匝的二次线圈。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中主控回路与其触发电路包括：第一电容[C₁]一端接第一可控硅[VS₁]控制极，另端与桥式整流负极相接；第二可控硅[VS₂]还可由信号控制，改第十九电阻[R₁₉]一端接限流电源，其另端为正信号端，系统地为负信号端，给第二可控硅[VS₂]控制极一正信号，第二可控硅[VS₂]导通，给第二可控硅[VS₂]控制极一负信号，第二可控硅[VS₂]截止。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中工作电源与限流电源及其自动复位电路包括：工作电源：第一、二比较器[N₁、N₂]电源端接工作电源，其地端接地；第十四电阻[R₁₄]一端接工作电源，另端接第二十、二十一、二十二二极管[D₂₀、D₂₁、D₂₂]的正端，其三负端分别与第二_-3、2、1比较器[N_2-3、2、1]正向输入端相接，确保电机静止时输出端截止；第二十三电阻[R₂₃]一端接工作电源，另端一路接第五光电耦[N₅]发光管正端，其负端接第二_-1、2、3比较器[N_2-1、2、3]输出端；另一路接第五光电耦[N₅]光敏电阻正端，其负端与第二十四电阻[R₂₄]相接，第二十四电阻[R₂₄]另端与第三可控硅[VS₃]控制极相接；为工作稳定，第三可控硅[VS₃]的控制极与第十一电容[C₁₁]、第三十三电阻[R₃₃]相接，第十一电容[C₁₁]、第三十三电阻[R₃₃]的另端均接地；限流电源：第三发光管[ED₃]、第四光电耦[N₄]发光管、第二可控硅[VS₂]按正负顺序串接在限流电源与地之间，组成触发电路；第三发光管[ED₃]与第四光电耦[N₄]发光管的交点接第二十八二极管[D₂₈]正端，其负端与第二_-4、第一_-4比较器[N_2-4、N_1-4]反向输入端、第二十七分压电阻[R₂₇]一端、第九电容[C₉]一端相接，该电容、分压电阻的另端接地；第二十一限压电阻[R₂₁]一端与限流电源相接，另端接第二_-4、第一_-4比较器[N_2-4、N_1-4]正向输入端、接第二十二分压电阻[R₂₂]一端、接第十电容[C₁₀]一端，第二十二电阻[R₂₂]、第十电容[C₁₀]的另端均接地；第四发光管[ED₄]、第三可控硅[VS₃]按正负顺序串接在限流电源与地之间，组成监控电路；自动复位电路：是以限流电源由触发电路或监控电路或第一_{1、 2、3}比较器[N_1-1、2、3]输出端的导通、截止相互制约实现的；当触发电路导通在先，监控电路还可导通而迫使触发电路截止；监控电路导通在先，触发电路不能导通；当第一_-1、2、3比较器[N_1-1、2、3]输出端导通在先，触发电路、监控电路不能导通；若触发电路或监控电路导通在先，则第一_-1、2、3比较器[N_1-1、2、3]输出端还可导通而迫使触发电路或监控电路截止；只有当监控电路或第一_-1、2、3比较器[N_1-1、2、3]输出端截止，则触发电路才能导通；当三相电源出故障，导致第一_-1、2、3比较器[N_1-1、2、3]输出端导通，限流电源一路经第二发光管[ED₂]，一路经第三光电耦[N₃]发光管、第六电阻[R₆]由其输出端接地，此时工作电源电压由第三光电耦[N₃]光敏电阻经第二十电阻[R₂₀]给第九电容[C₉]充电、给第二_-4、第一_-4比较器[N_2-4、N_1-4]反向输入端以电压，使其输出端导通；待一旦三相电源恢复正常、确保电机自动起动运转。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中三相电源侧监测电路包括：为防止高压缺相时，电工临时采取低压侧倒相而导致比较器相间对比失灵，以零电位点电路即第二十九、三十、三十一三只等值电阻[R₂₉、R₃₀、R₃₁]的一端分别与三相线相接，另三端与第二十九二极管[D₂₉]正端相接，二极管负端与第三十二电阻[R₃₂]、第十三电容[C₁₃]相接，该电阻、电容的另端接地，再由第三十二极管[D₃₀]正端与第二十九二极管[D₂₉]、第三十二电阻[R₃₂]、第十三电容[C₁₃]的交点相接，该二极管负端与第一_-1、2、3比较器[N_1-1、2、3]反向输入端相接。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中电机侧监测与其监控电路包括：为配合电机起动、运行的特性，以如下电路：第二_-4、第一_-4比较器[N_2-4、N_1-4]在电机静止时，反向输入端电压高于正向输入端，其输出端导通，以确保电机起动电流感应高于正常运转的电压，由该端入地：为防止电机起动，即第二可控硅[VS₂]导通，其导通电流经第三发光管[ED₃]产生电压降，其电压降远大于二只比较器原来的正、反向输入端电压差，引起输出端截止，通过反向输入端的第九电容[C₉]放电，使输出端截止滞后，以适应电机起动时长；当电机起动运转正常后，第九电容[C₉]放电终结，第二_-4、第一_-4比较器[N_2-4、N_1-4]反向输入端电压又低于正向输入端使输出端截止，以确保运行的电机一旦过负荷，超过经可调电阻即第二十五电阻[R₂₅]允许值，第三可控硅[VS₃]导通。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中电流感生电压线圈包括：所述磁路间隙为可调间隙，可通过调整间隙使线圈二次侧与其关联电路相匹配。