CN1909317B

CN1909317B - 电动机保护装置

Info

Publication number: CN1909317B
Application number: CN200610030068A
Authority: CN
Inventors: 郭修立; 韩忠明
Original assignee: Shanghai Wanpu Electric Appliances Co ltd
Current assignee: Shanghai Wanpu Electric Appliances Co ltd
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-08-14
Also published as: CN1909317A

Abstract

一种电动机保护装置由主机和分离式上互感器和下互感器构成，电动机的三相电源线分别穿过互感器孔，互感器将电动机主回路的电流信号转换成小信号电流，经信号转换电路和信号调理电路后，转换为半波正弦信号送至单片机，单片机将该信号A/D变换后，对其进行快速的漏电采样、三相电流采样，并依次判断是否漏电、缺相、短路、堵转、三相不平衡、过载，进而通过显示驱动电路驱动LCD显示模块显示，并通过输出控制电路切断电动机的输入电源，同时通过报警电路报警。本发明具有采样精度高、线性范围宽，环境适应能力强、响应速度快，可实现联网通讯。

Description

电动机保护装置

技术领域

本发明涉及一种保护装置，特别涉及一种用于电动机的保护装置。

背景技术

目前，国内对三相异步电动机保护器大多采用热继电器或模拟线路的电子式电机保护器。这些产品均存在采样精度低、电流整定精度低、保护功能单一、电源范围窄、响应速度慢、功耗大、环境适应能力差、线性测量范围窄、体积庞大等缺点。

国外电动机保护器，如韩国三和的EOCR-3DD电子式过流继电器采用电位器设定额定电流、启动延时、脱扣延时等参数，由于电位器本身的旋转角度与其阻值的非线性及操作人员操作误差等原因必然造成参数整定精度较低，另外该产品操作复杂，功能比较单一，且不能实现远程通讯和集中监控。另外，西门子3RB系列电子式热继电器，亦采用电位器设置各种参数，无电流显示功能，无法达到高精度的判断和控制。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提供一种电动机保护装置，电动机的三相电源线分别穿过该装置的互感器孔，互感器将电动机主回路的电流信号转换成小信号电流，经信号转换电路和信号调理电路后，转换为半波正弦信号送至单片机，单片机将该信号A/D变换后，对其进行快速的漏电采样、三相电流采样，并依次判断是否漏电、缺相、短路、堵转、三相不平衡、过载，进而通过显示驱动电路驱动LCD显示模块显示，并通过输出控制电路切断电动机的输入电源，同时通过报警电路报警，另根据电动机的容量切换量程范围。

该装置由主机和分离式上互感器和下互感器构成，上下互感器分别有三个凹形口，合拢后形成三个互感器孔，主机内设置有控制线路板，单片机芯片、信号转换电路、信号调理电路、输出控制电路、显示驱动电路、报警电路以及电源电路都设置于该控制线路板上。

该装置控制方法的工作步骤：

1)初始化；

2)设置键按下？否，转第7)步；

4)参数设置；

5)退出设置？否，转到第4)步；

6)转到第2)步；

7)漏电流采样；

8)发生漏电？否，转到第11)步；

9)漏电延时结束？否，转到第2)步；

10)脱扣报警输出；

11)三相电流采样；

12)电动机启动？是，转到第14)步；

13)显示停机状态，转到第2)步；

14)缺相吗？否，转到第17)步；

15)缺相延时到否？否，转到第2)步；

16)脱扣报警输出；

17)三相电流线性校正运算；

18)循环显示三相电流；

19)发生短路吗？否，转到第22)步；

20)短路延时到否？否，转到第2)步；

21)脱扣报警输出；

22)发生堵转吗？否，转到第25)步；

23)堵转延时到否？否，转到第2)步；

24)脱扣报警输出；

25)三相不平衡度超出设定值吗？否，转到第28)步；

26)三相不平衡延时到否？否，转到第2)步；

27)脱扣报警输出；

28)发生过载吗？否，转到第2)步；

29)读取用户参数并判断延时模式为定时限还是反时限？若为反时限，转到第32)步；

30)定时限延时结束否？否，转到第2)步；

31)脱扣报警输出；

32)查表求反时限延时时间；

33)反时限延时结束否？否，转到第2)步；

34)脱扣报警。

该装置设有通讯接口，经数据总线实施远程通讯控制。

本发明的优越功效在于：

1)本发明的电动机保护装置具有采样精度高、线性范围宽、环境适应能力强、响应速度快的显著特点。

2)本发明的电动机保护装置可实现联网通讯，集多种保护功能于一体。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的外形结构示意图；

图3为本发明的控制流程图；

图4为本发明的通讯中断服务流程图。

附图标号说明

1-LCD显示窗口； 2-键盘； 3-主机；

311-单片机芯片； 312-信号转换电路；313-信号调理电路；

314-量程切换电路；315-显示驱动电路；316-报警输出电路；

317-输出控制电路；318-通讯接口电路；319-电源模块；

320-键盘及其接口；321-LCD显示模块；

4-上互感器； 5-下互感器；

6-上互感器的凹形口；7-下互感器的凹形口。

具体实施方式

请参阅附图1所示，本发明提供一种电动机保护装置，电动机的三相电源线分别穿过该装置的互感器孔，互感器将电动机主回路的电流信号转换成小信号电流，经信号转换电路312和信号调理电路313后，转换为半波正弦信号送至单片机311，单片机311将该信号A/D变换后，对其进行快速的漏电采样、三相电流采样，并依次判断是否漏电、缺相、短路、堵转、三相不平衡、过载，进而通过显示驱动电路315驱动LCD显示模块321显示，并通过输出控制电路317切断电动机的输入电源，同时通过报警电路316报警，另根据电动机的容量通过量程切换电路314切换量程范围。

请参阅附图2所示，本发明由主机3和分离式上互感器4和下互感器5构成，上互感器4、下互感器5分别有三个凹形口，上互感器的凹形口6与下互感器的凹形口7合拢后形成三个互感器孔，主机3内设置有控制线路板，单片机芯片311、信号转换电路312、信号调理电路313、输出控制电路317、显示驱动电路315、报警电路316以及电源电路319都设置于该控制线路板上。另有LCD显示窗口1和键盘2位于该装置的顶面。

本发明的核心是单片机311，它内部集成了多通道10位A/D转换器、三个定时器、一个通用同步异步串行口等丰富的接口资源，因而只需要简单的外围电路就可以组成功能强大的电机保护装置；三相电流互感器将电动机主回路的电流信号转换成隔离的小电流信号，该信号经信号变换电路312和信号调理电路313处理后变成直流半波正弦电压信号，该正弦半波信号经单片机311的A/D转换器快速采样，连续采样一个完整的周期，采样的结果由软件完成真有效值运算，由于采用了交流直接采样技术而摈弃了阻容延时滤波电路，从而提高了产品的响应速度，并抑制了电流波形畸变带来的测量误差；量程切换电路314负责执行单片机311发出的量程切换命令，提高了线性测量范围，范围可达10A-1000A；；零序电流互感器将零序电流转换成隔离的小电流信号，经信号变换电路312和信号调理电路313处理后送入单片机311的A/D转换器供单片机311进行采样；键盘及其接口电路320将参数设置入单片机311，单片机311根据该信息执行用户参数设置、故障查询、显示切换等操作；显示驱动电路315接收单片机311的控制信息，并将该信息转换成相应的控制命令使LCD显示模块321显示相应的字符信息，LCD显示模块321采用低功耗的16X1位字符型LCD，可直观显示工作电流、工作状态、故障现象及各种控制参数等，与段码式LCD或LED相比，界面友好，易于用户理解和操作；报警电路316受控于单片机311，负责驱动或关闭蜂鸣器；输出控制电路317受控于单片机311，负责驱动或关闭继电器，继电器的触点可用于报警输出或切断电动机主回路电源；通讯接口电路318将单片机311的USART模块的TTL电平信号转换成适合远距离传输的差分信号，同时将总线上的差分信号转换成适合USART模块识别的TTL电平信号，通讯接口电路318采用RS-485接口和MODBUS-RTU通讯协议，可实现与PLC、PC机等主控器双向通讯功能，一台主控器可同时控制多达128台电动机；通用电源模块319可将85V-265V的工频电压直接转换成隔离的直流电源，为整个系统提供工作电源，具有抗电源波动能力强、功耗低、通用性好等特点，开关电源的应用提高了电源的效率，缩小了产品的体积，并降低了对工作电源的要求，使本发明能工作于交流85V-265V任意电压环境下，满足国际通用电源的要求.

结合附图3进一步说明本发明的工作过程，系统上电后，首先进行初始化设置，主要完成对各功能模块的设置，然后进入参数设置模块，为用户设置各种现场参数建立一个对话平台，接着按照故障类型的轻重缓急依次进行漏电采样、漏电判断、三相电流采样、缺相判断、短路判断、堵转判断、三相不平衡计算与判断、过载判断等操作，一旦发生某一故障则立即进入预报警状态，如果在规定的时间内故障仍未消除则启动脱扣报警模块使被保护电机主回路断开；三相电流测量部分综合运用了交流采样、量程自动切换、线性校正以及真有效值计算使得本发明具有采样精度高、测量范围宽、响应时间短等特点。本发明的三相电流线性校正运算、通讯协议以及逻辑控制均由程序完成，不增加硬件成本。

请参阅附图4所示，通讯接收采用中断方式，这样有利于提高响应速度和可靠性，一旦有中断发生进入中断服务程序，在服务程序中首先判断中断源，如果确认发生了通讯接收中断则读取数据并按照一定规则保存在接收寄存器中，然后判断一个完整的数据侦是否完成，如果完成则对接收的数据进行正确性判断和数据含义解释并作出相应的回应，否则返回执行主程序同时等待下一个数据的到来。通讯协议采用标准的MODBUS-RTU，目前该协议广泛应用于PLC、变频器等产品中，因此本发明很容易与PLC或PC组成网络通讯系统，实现对工业现场的集中控制。

本发明具有采样精度高、线性范围宽，环境适应能力强、响应速度快、体积小、功耗低、可实现联网通讯，集多种保护功能于一体的显著特点，可广泛应用于石油、化工、煤矿、水利、建筑、纺织等行业三相异步电动机的多功能保护，为电动机的安全可靠运行提供保障、具有显著的经济效益和社会效益。

Claims

1.一种电动机保护装置的控制方法，该控制方法控制的电动机保护装置，是电动机的三相电源线分别穿过该装置的互感器孔，互感器将电动机主回路的电流信号转换成小信号电流，经信号转换电路和信号调理电路后，转换为半波正弦信号送至单片机，单片机将该信号A/D变换后，对A/D变换后的信号进行快速的漏电采样、三相电流采样，并依次判断是否漏电、缺相、短路、堵转、三相不平衡、过载，进而通过显示驱动电路驱动LCD显示模块显示，并通过输出控制电路切断电动机的输入电源，同时通过报警电路报警，另根据电动机的容量切换量程范围；所述该装置由主机、分离式上互感器、分离式下互感器构成，上下互感器分别有三个凹形口，合拢后形成三个互感器孔，主机内设置有控制线路板，单片机芯片、信号转换电路、信号调理电路、输出控制电路、显示驱动电路、报警电路以及电源电路都设置于该控制线路板上；所述该装置设有通讯接口，经数据总线实施远程通讯控制；其特征在于：该控制方法的工作步骤：

1)初始化；

2)设置键按下？否，转第6)步；

3)参数设置；

4)退出设置？否，转到第3)步；

5)转到第2)步；

6)漏电流采样；

7)发生漏电？否，转到第10)步；

8)漏电延时结束？否，转到第2)步；

9)脱扣报警输出；

10)三相电流采样；

11)电动机启动？是，转到第13)步；

12)显示停机状态，转到第2)步；

13)缺相吗？否，转到第16)步；

14)缺相延时到否？否，转到第2)步；

15)脱扣报警输出；

16)三相电流线性校正运算；

17)循环显示三相电流；

18)发生短路吗？否，转到第21)步；

19)短路延时到否？否，转到第2)步；

20)脱扣报警输出；

21)发生堵转吗？否，转到第24)步；

22)堵转延时到否？否，转到第2)步；

23)脱扣报警输出；

24)三相不平衡度超出设定值吗？否，转到第27)步；

25)三相不平衡延时到否？否，转到第2)步；

26)脱扣报警输出；

27)发生过载吗？否，转到第2)步；

28)读取用户参数并判断延时模式为定时限还是反时限？若为反时限，转到第31)步；

29)定时限延时结束否？否，转到第2)步；

30)脱扣报警输出；

31)查表求反时限延时时间；

32)反时限延时结束否？否，转到第2)步；

33)脱扣报警。