CN1744405A - 智能自学习型电机保护断路器 - Google Patents

Abstract

智能自学习型电机保护断路器，包括：脱扣电源[1]，信号采集放大电路[2]，微处理器电路[4]，按键电路[5]，指示灯电路[6]；其特征在于：信号采集放大电路[2]还包括：三相电流检测电路[2.3]和温度检测电路[2.4]，三相电流检测电路[2.3]包括A相电流检测电路[2.3.1]、B相电流检测电路[2.3.2]和C相电流检测电路[2.3.3]组成，用以放大和滤波三相电流信号；温度检测电路[2.4]，是由温度传感器运放电阻组成；用以把温度信号转换成电压信号。本发明把检测控制装置集成在断路器中可精确地控制脱扣动作及脱扣动作时间，具有过载、堵转、启动超时、超温、欠电压、漏电及三相电流不平衡保护；自动根据现场需要调整电机额定电流和额定电压；体积小，安装方便，成本低。

Description

智能自学习型电机保护断路器

技术领域

本发明属于低压断路器，具体涉及一种智能自学习型电机保护断路器。

背景技术

传统的智能型低压断路器一般可设定过载保护功能，部分电压检测的断路器可带有断相保护，但是由于不是专门为保护电机设计，参数设定很难与电动机工作特性准确匹配，作为电动机的保护器使用存在调整不方便，功能不齐全，价格较高的缺点。而已有的电动机用的低压断路器有断相保护功能，但不具有过载保护、堵转保护、启动超时保护、过电压保护、欠电压保护、漏电保护及三相电路不平衡保护的功能。而且分为电子保护器、接触器和断路器三个装置，组合安装空间要求较大、连线复杂、成本高、可靠性差。

发明内容

本发明的目的是为克服上述不足，提供一种将检测控制装置集成在断路器中并能自动检测识别故障的多功能，低成本，可靠性高、体积小、安装方便的智能自学习型电机保护断路器。

本发明含有脱扣电源、信号采集放大电路、脱扣控制电路、微处理电路、按键电路、指示灯电路；所述的脱扣电源用以给脱扣器、脱扣控制电路、微处理电路、按键电路、指示灯电路和信号采集放大电路提供电源；所述的信号采集放大电路，用以把外部的信号进行放大后滤波，给微处理器电路提供有用的信号；信号采集放大电路包括有零序互感器电流检测电路和零序互感器断线检测电路；所述的脱扣控制电路，用以控制脱扣器的动作；所述的微处理器电路，用以采集信号并判断脱扣动作的时间；所述的按键电路，用以设定断路器当前的状态；所述的指示灯电路，用以显示检测到的状态信息；

脱扣电源分别连接到零序互感器电流检测电路、零序互感器断线检测电路、脱扣控制电路、微处理电路、按键电路和指示灯电路；

零序互感器电流检测电路、零序互感器断线检测电路、按键电路、指示灯电路又分别与微处理器电路电路连接；其特征在于：所述的信号采集放大电路中还包括：三相电流检测电路和温度检测电路，所述的三相电流检测电路是用以放大和滤波三相电流信号；所述的温度检测电路用以把温度信号转换成电压信号；三相电流检测电路和温度检测电路分别与脱扣电源连接；并分别与微处理器电路连接。

所述的三相电流检测电路是由A相电流检测电路、B相电流检测电路和C相电流检测电路组成；所述的A相电流检测电路、B相电流检测电路和C相电流检测电路分别与微处理器电路连接。

本发明中的三相电流检测电路包括A相电流检测电路、B相电流检测电路和C相电流检测电路，可采用下述技术方案，它是由电阻R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、运放U3:2、运放U3:3、运放U3:4、电容E5、电容E6、电容E7、稳压管D15、稳压管D16、稳压管D17、互感器AA、互感器BA和互感器CA组成；所述的电阻R23并联在互感器AA上，并分别联到电阻R24、R25上，电阻R24的另一端和电阻R26并联接到运放U3:2的负输入端，电阻R25的另一端正接在运放U3:2的正输入端，电阻R26的另一端接在运放U3:2的输出端，输出端和电容E5的正极、稳压二极管D15的负极并联，电容E5的负极和稳压二极管D15的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理电路的采集IO口上；当A相电流检测电路进行检测时，通过互感器AA和电阻R23感应到的信号叠加在直流偏量VREF上通过运放放大输入到微处理电路进行采样判断；电阻R27并联在互感器BA上，并分别联到电阻R28、R29上，电阻R28的另一端和电阻R30并联接到运放U3:3的负输入端，电阻R29的另一端正接在运放U3:3的正输入端，电阻R30的另一端接在运放U3:3的输出端，输出端和电容E6的正极、稳压二极管D16的负极并联，电容E6的负极和稳压二极管D16的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理电路的采集IO口上；当B相电流检测电路进行检测时，通互感器BA和电阻R27感应到的信号叠加在直流偏量VREF上通过运放放大输入到微处理电路进行采样判断；电阻R31并联在互感器CA上，并分别联到电阻R32、R33上，电阻R32的另一端和电阻R34并联接到运放U3:4的负输入端，电阻R33的另一端正接在运放U3:4的正输入端，电阻R34的另一端接在运放U3:4的输出端，输出端和电容E7的正极、稳压二极管D17的负极并联，电容E7的负极和稳压二极管D17的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理电路的采集IO口上；当C相电流检测电路进行检测时，通互感器CA和电阻R31感应到的信号叠加在直流偏量VREF上通过运放放大输入到微处理电路进行采样判断。

所述的温度检测电路，是由温度传感器运放电阻组成，与微处理电路连接；

本发明中的温度检测电路是由温度传感器运放电阻组成，可采用下述技术方案，它是由温度传感器、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻E8、稳压二极管D18、运放U2:2组成；所述的电阻型的温度传感器与电阻R35串联，电阻R36一端与R35并联，另一端与运放U2:2的正输入端并联，电阻R37一端与R35的一端并联在电源的公共端，另一端与电阻R38、运放U2:2的负输入端并联，电阻式的另一端与运放的输出端、电容E8的正极，稳压管的负极并联，E8的负极与稳压管的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端正接到微处理电路的采样IO口；当检测温度时，电阻型的温度传感器随温度的变化电阻值也变化，温度传感器与电阻R35串联对直流电压VREF进行分压，输出一个随温度变化的电压信号经运放放大后输入到微处理电路进行判断。

所述的按键电路是由电阻R41和按键KEY组成，电阻R41的一端与电源相连，另一端分别与按键KEY一端和微处理电路的采集IO口相连，按键的另一端与电源的公共端相连；当按键处于自然状态即自学习状态时，通过微处理器电路检测到此状态时，微处理器记录当前的电流和电压值，当按键处于压下状态即正常保护状态时，微处理器实时检测电流，电压，温度并与记录的电流和电压值进行比较判断。

本发明的工作原理是：由零序互感器采集漏电电流信号，由电流互感器采集电流信号经放大后，送入CPU内部AD采集，并由CPU判断电流的大小，并按自学习设定的保护电流及保护动作时间进行保护，保护由CPU发出脱扣指令，经脱扣控制电路控制脱扣器脱扣，同时CPU实时检测脱扣器断线，缺相，过载，三相不平衡，零序互感器断线等状态，并用指示灯输出的方式显示检测到的状态。

本发明的优点是：采用工业级微控制器，可以精确地控制脱扣动作及脱扣动作时间，具有过载保护、堵转保护、启动超时保护、超温保护、欠电压保护、漏电保护及三相电流不平衡保护的功能；能根据现场需要调整电机的额定电流和额定电压；有状态指示灯，可以指示漏电、脱扣器断线、过载、三相不平衡、缺相、零序互感器断线等状态、无需定期测试；工作电压范围宽；电源为50HZ的开关电源，可单相和三相工作；集电子保护器、接触器和断路器为一体功能多，体积小，安装方便，可靠性高，成本低。

附图说明

图1为本发明的电路工作原理图

图2为本发明的电路结构方框图

图3为本发明整流后的三相电源波形

图4为本发明缺相时整流后的电源波形

具体实施方式

下面结合附图给出具体的实施例进一步描述本发明，如图1图2所示，自学习型电机断路器包括脱扣电源1、信号采集放大电路2、脱扣控制电路3、微处理器电路4、按键电路和指示灯电路6；脱扣电源1采用二极管，经过浪涌保护电路1.2后的三相电源通过二极管1.1进行整流后，分别连接到信号采集放大电路2、脱扣控制电路3，微处理器电路4，按键电路5和指示灯电路6用以提供电源；信号采集放大电路2连接到微处理器电路4，用以把外部的信号经过信号采集放大电路2，将微弱的信号进行放大后进行滤波，把一些没用的信号过滤掉，然后把信号送入到微处理器电路4中进行采集判断。信号采集放大电路2包括零序互感器电流检测电路2.1、零序互感器断线检测电路2.2、三相电流检测电路2.3、温度检测电路2.4，且分别连接到微处理器电路4。

零序互感器电流检测电路2.1由电阻R17、R18、R19、R22、运放U3:1、电容E4、稳压二极管D14和互感线圈mA组成；信号采集电阻R17与互感线圈并联后，再与R18、R19串联，接于运放U3:1的输入端，电阻R22一端接到运放的负输入端，另一端正接于运放U3:1的输出端，与R18、R19构成放大信号放电路，运放U3:1的输出端接到电容E7的正极和二极管D14的负极，电容E7的负极和二极管的正极接到电源的公共端；检测时，互感器感应到的电流通过电阻R17把电流变成交流的电压信号叠加在VREF的直流电压信号上，通过电阻R18、R19、R22、运放U3:1进行放大，输出的信号经过容E4、稳压二极管D14的虑波和限压后送到微处理器电路4的AD采样口进行信号采样。

零序互感器断线检测电路2.2由电阻R17、R20、R21、三极管Q5和零序互感器mA组成；信号采集电阻R17与零序互感器并联后，再与R20串联，接与三极管的Q5的集电极上；当需要检测时，控制信号通过R21加到三极管Q5的基极，Q5导通；Q5的发射极接地；电阻R17、零序互感器及电阻R20对直流偏置电压VREF进行分压；当零序互感器正常时，由于零序互感器的直流电阻小，与R17并联后，R17分得的电压信号较低；当零序互感器断线时，仅由R17与R20分压；R17分得的电压信号较高；R17两端的电压信号经放大后，由脱扣控制电路4读入判断；电压值较低时，零序互感器正常，反之断线。

三相电流检测电路2.3包括有A相电流检测电路2.3.1、B相电流检测电路2.3.2和C相电流检测电路2.3.3；由电阻R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、运放U3:2、运放U3:3、运放U3:4、电容E5、电容E6、电容E7、稳压管D15、稳压管D16、稳压管D17、互感器AA、互感器BA和互感器CA组成；电阻R23并联在互感器AA上，并分别联到电阻R24、R25上，电阻R24的另一端和电阻R26并联接到运放U3:2的负输入端，电阻R25的另一端正接在运放U3:2的正输入端，电阻R26的另一端接在运放U3:2的输出端，输出端和电容E5的正极、稳压二极管D15的负极并联，电容E5的负极和稳压二极管D15的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理器电路4的采集IO口上；A相电流检测电路2.3.1连接到微下理器电路4，当进行检测时，通过互感器AA和电阻R23感应到的信号叠加在直流偏量VREF上，通过运放放大输入到微处理器电路4进行采样判断；电阻R27并联在互感器BA上，并分别联到电阻R28、R29上，电阻R28的另一端和电阻R30并联接到运放U3:3的负输入端，电阻R29的另一端正接在运放U3:3的正输入端，电阻R30的另一端接在运放U3:3的输出端，输出端和电容E6的正极、稳压二极管D16的负极并联，电容E6的负极和稳压二极管D16的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理器电路4的采集IO口上；B相电流检测电路2.3.2连接到微处理器电路4，当进行检测时，通过互感器BA和电阻R27感应到的信号叠加在直流偏量VREF上，通过运放放大输入到微处理器电路4进行采样判断；电阻R31并联在互感器CA上，并分别联到电阻R32、R33上，电阻R32的另一端和电阻R34并联接到运放U3:4的负输入端，电阻R33的另一端正接在运放U3:4的正输入端，电阻R34的另一端接在运放U3:4的输出端，输出端和电容E7的正极、稳压二极管D17的负极并联，电容E7的负极和稳压二极管D17的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理器4的采集IO口上；C相电流检测电路2.3.3连接到微处理器电路4，当进行检测时，通过互感器CA和电阻R31感应到的信号叠加在直流偏量VREF上，通过运放放大输入到微处理器电路4进行采样判断。

温度检测电路2.4连接到微处理器电路4，是由温度传感器、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻E8、稳压二极管D18、运放U2:2组成；电阻型的温度传感器与电阻R35串联，电阻R36一端与R35并联，另一端与运放U2:2的正输入端并联，电阻R37一端与R35的一端并联在电源的公共端，另一端与电阻R38、运放U2:2的负输入端并联，电阻式的另一端与运放的输出端、电容E8的正极，稳压管的负极并联，E8的负极与稳压管的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端正接到微处理器电路4的采样IO口；当检测温度时，电阻型的温度传感器随温度的变化电阻值也变化，温度传感器与电阻R35串联对直流电压VREF进行分压，输出一个随温度变化的电压信号经运放放大后输入到微处理器电路4进行判断；微处理器电路4通过采集外部信号与设定值进行比较判断，如有漏电电流、三相电流和缺相，即把状态信息通过指示灯电路6的指示灯显示出来。检测状态正常显示绿灯。

按键电路5是由电阻R41，按键KEY组成，电阻R41的一端与电源相连，另一端分别与按键KEY一端和微处理电路的采集IO口相连，按键的另一端与电源的公共端相连；当按键处于自然状态或说是自学习状态时，通过微处理器电路4检测到此状态时，微处理器记录当前的电流和电压值，当按键处于压下状态为正常保护状态时，微处理器实时检测电流，电压，温度并与记录的电流和电压值进行比较判断。

缺相检测是利用波形的占空比来表示，使用不同的占空比，可判断是否发生缺相；如图3所示在三相供电正常的情况下，t1与t2的占空比为5∶1(t1/t2＝5)。而发生缺相时，检测信号的占空比为1∶1，如图4所示t1与t2的占空比为1∶1(t1/t2＝1)为缺相。

当微处理器4检测到电机过载、三相不平衡、缺相、电机堵转、漏电、电机启动超时或超温时，脱扣控制电路4控制脱扣器两端有较大的电流通过，使脱扣器的线圈产生磁场拉动杠扛动作，同时拉动断路器的脱扣转轴使其脱扣；当脱扣电路4检测到电机三相不平衡、缺相、漏电时脱扣电路4控制指示灯电路6先显示红灯。当微处理器4检测到脱扣器断线或零序互感器断线时，微处理器电路4控制指示灯和按键电路3显示红灯。

本发明把检测控制装置集成在断路器中，利用微处理器记录正常运行参数作为故障确定的标准，实现智能自学习功能。

Claims (6)

1、智能自学习型电机保护断路器，包括：脱扣电源[1]、信号采集放大电路[2]、脱扣控制电路[3]、微处理电路[4]、按键电路[5]、指示灯电路[6]；所述的脱扣电源[1]用以给脱扣器、脱扣控制电路[3]、微处理电路[4]、按键电路[5]、指示灯电路[6]和信号采集放大电路[2]提供电源；所述的信号采集放大电路[2]，用以把外部的信号进行放大后滤波，给微处理器电路[4]提供有用的信号；信号采集放大电路[2]包括有零序互感器电流检测电路[2.1]和零序互感器断线检测电路[2.2]；所述的脱扣控制电路[3]，用以控制脱扣器的动作；所述的微处理器电路[4]，用以采集信号并判断脱扣动作的时间；所述的按键电路[5]，用以设定断路器当前的状态；所述的指示灯电路[6]，用以显示检测到的状态信息；

脱扣电源[1]分别连接到零序互感器电流检测电路[2.1]、零序互感器断线检测电路[2.2]、脱扣控制电路[3]、微处理电路[4]、按键电路[5]和指示灯电路[6]；

零序互感器电流检测电路[2.1]、零序互感器断线检测电路[2.2]、按键电路[5]、指示灯电路[6]又分别与微处理器电路电路[4]连接；其特征在于：所述的信号采集放大电路[2]中还包括：三相电流检测电路[2.3]和温度检测电路[2.4]，所述的三相电流检测电路[2.3]是用以放大和滤波三相电流信号；所述的温度检测电路[2.4]是用以把温度信号转换成电压信号；三相电流检测电路[2.3]和温度检测电路[2.4]分别与脱扣电源[1]连接；并分别与微处理器电路[4]连接。

2、根据权利要求1所述的智能自学习型电机保护断路器，其特征在于：所述的三相电流检测电路[2.3]是由A相电流检测电路[2.3.1]、B相电流检测电路[2.3.2]和C相电流检测电路[2.3.3]组成，所述的A相电流检测电路[2.3.1]、B相电流检测电路[2.3.2]和C相电流检测电路[2.3.3]分别与脱扣电源[1]与微处理器电路[4]连接，用以放大和滤波三相电流信号。

3、根据权利要求2所述的智能自学习型电机保护断路器，其特征在于：是由电阻[R23]、[R24]、[R25]、[R26]、[R27]、[R28]、[R29]、[R30]、R31、[R32]、[R33]、运放[U3:2]、运放[U3:3]、运放[U3:4]、电容[E5]、电容E6、电容[E7]、稳压管[D15]、稳压管[D16]、稳压管[D17]、互感器[AA]、互感器[BA]和互感器[CA]组成；所述的电阻[R23]并联在互感器[AA]上，并分别联到电阻[R24]、[R25]上，电阻[R24]的另一端和电阻[R26]并联接到运放[U3:2]的负输入端，电阻[R25]的另一端正接在运放[U3:2]的正输入端，电阻[R26]的另一端接在运放[U3:2]的输出端，输出端和电容[E5的正极、稳压二极管[D15]的负极并联，电容[E5]的负极和稳压二极管[D1]的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理器电路[4]的采集[IO]口上；当A相电流检测电路[2.3.1]进行检测时，通过互感器AA和电阻[R23]感应到的信号叠加在直流偏量VREF上通过运放放大输入到微处理器电路[4]进行采样判断；电阻[R27]并联在互感器[BA]上，并分别联到电阻[R28]、[R29]上，电阻[R28]的另一端和电阻[R30]并联接到运放[U3:3]的负输入端，电阻[R29]的另一端正接在运放[U3:3]的正输入端，电阻[R30]的另一端接在运放[U3:3]的输出端，输出端和电容[E6]的正极、稳压二极管[D16]的负极并联，电容[E6]的负极和稳压二极管[D16]的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理器电路[4]的采集[IO]口上；当B相电流检测电路[2.3.2]进行检测时，通过互感器[BA]和电阻[R27]感应到的信号叠加在直流偏量[VREF]上通过运放放大输入到微处理器电路[4]进行采样判断；电阻[R31]并联在互感器[CA]上，并分别联到电阻[R32]、[R33]上，电阻[R32]的另一端和电阻[R34]并联接到运放[U3:4]的负输入端，电阻[R33]的另一端正接在运放[U3:4]的正输入端，电阻[R34]的另一端接在运放[U3:4]的输出端，输出端和电容[E7]的正极、稳压二极管[D17]的负极并联，电容[E7]的负极和稳压二极管[D17]的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端接到微处理器电路[4]的采集[IO]口上；当C相电流检测电路[2.3.3]进行检测时，通过互感器[CA]和电阻[R31]感应到的信号叠加在直流偏量[VREF]上通过运放放大输入到微处理电路[4]进行采样判断。

4、根据权利要求1所述的智能自学习型电机保护断路器，其特征在于：所述的温度检测电路[2.4]，是由温度传感器运放电阻组成，与微处理器电路[4]连接，用以把温度信号转换成电压信号。

5、根据权利要求4所述的智能自学习型电机保护断路器，其特征在于：是由温度传感器、电阻[R35]、电阻[R36]、电阻[R37]、电阻[R38]、电阻[E8]、稳压二极管[D18]、运放[U2:2]组成；所述的电阻型的温度传感器与电阻[R35]串联，电阻[R36]一端与[R35]并联，另一端与运放[U2:2]的正输入端并联，电阻[R37]一端与[R35]的一端并联在电源的公共端，另一端与电阻[R38]、运放[U2:2]的负输入端并联，电阻式的另一端与运放的输出端、电容[E8]的正极，稳压管的负极并联，[E8]的负极与稳压管的正极并联接到电源的公共端，运放的输出端正接到微处理器电路[4]的采样[IO]口；当检测温度时，电阻型的温度传感器随温度的变化电阻值也变化，温度传感器与电阻[R35]串联对直流电压[VREF]进行分压，输出一个随温度变化的电压信号经运放放大后输入到微处理电路[4]进行判断。

6、根据权利要求1所述的智能自学习型电机保护断路器，其特征在于：所述的按键电路[5]是由电阻[R41]和按键[KEY]组成，电阻[R41]的一端与电源相连，另一端分别与按键[KEY]一端和微处理电路[4]的采集[IO]口相连，按键的另一端与电源的公共端相连；按键弹起状态微处理器记录当前的电流和电压值，按键压下状态即正常保护状态，微处理器实时检测电流、电压和温度并与记录的电流和电压值进行比较判断。

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