CN2058792U - 三相异步电动机故障分析、显示、记忆及保护装置 - Google Patents

Abstract

一种三相异步电动机故障分析、显示、记忆及保护装置，涉及异步电动机保护控制装置技术领域。本装置包括由电源、故障信号获得、显示、控制保护电路所组成的电气控制部分及底座、底板、壳体、面板等。本实用新型的特征是：电动机故障保护可在十种以上；控制保护中的避开启动电流是自动完成，对故障可进行分类、分级的分析和保护；本装置在一般状况及电动机断电状况下可对故障进行分析记忆显示，在整个停电恢复供电时，也仍能重现故障显示。

Description

本实用新型是一种电子控制的对三相异步电动机运行中的故障进行分析、显示、记忆及保护装置，属于异步电动机保护控制装置的技术领域。

“三相异步电动机九功能保护器”为本发明人申请的专利（申请号：88200399），该保护器具有漏电、超负载、堵转、欠电压、过电压、断相、逆相、短路、三相严重不平衡九种保护功能，立即、延时两种保护形式及故障的光显示。该保护器由于在三相电路中的二相中用三个电流互感器、一个变压器而取得九种故障信号，并用电子控制电路使三相异步电机得以保护，因此结构简单，功能较齐全，动作准确，成本低，已在工业中得到了应用。但是该发明对电动机因震动而位移过大，噪声过大等保护方面未予以考虑，对故障亦未能作出故障性质和程度的显示和在电动机断电后，或在整个系统停电相当长时间而恢复供电时，它都不能将故障信号进行记忆保持，因此不能满足用户的需要。

本实用新型的目的在于设计一种新的三相异步电动机多功能故障显示、保护装置，它不仅能对十种以上的电动机故障或控制信号进行分析，提供即时、延时保护，而且能对故障进行总的光、声显示和根据其性质、程度予以区分显示，即使在电动机被保护而断电故障信号消失时这种显示仍能长期保持，当整个系统停电相当长时间而恢复供电时，总的光声显示信号亦仍能保持记忆。

本实用新型的工作原理是：将由故障或自动控制获取部分取得的信号与予置的基准信号相比较，当大于该基准值，就由运算放大器发出高电位，此高电位可立即或延时送出，通过放大器放大，使继电器释放，因继电器常开触关串在电动机的控制回路中，从而使电动机断电，起到保护作用；本装置中的故障信号可用电子线路和D型触发器，使其进行分性质（分类）、分程度（分级）显示，并通过电容器放电、二极管单向导运、和放大器放大的电子电路，使故障信号在电动机断电、或系统停电后而重新供电时仍有一个高电平，使故障引起的光、声信号保持记忆。

本实用新型包括底座、壳体、底板、面板和由印刷线路板及装置于这些部件上的电气元器件、变压器、继电器、电流互感器、等所组成的电器控制部分，此电气控制部分由电源部分、电动机故障信号获得部分、故障信号显示部分及控制保护部分这四部分组成。本实用新型的电源是由一般的整流、滤波、稳压而组成的稳压电源，所述的故障或控制信号获得部分，包括由三相电路中任取两相而取得九种故障信号及电动机其他故障或控制信号获得；所述的控制保护部分包括即时、延时控制保护电路、避开启动电流保护电路和漏电故障控制保护电路三部分；所述的故障信号显示部分包括可对故障信号进行总的光显示和声报警电路、分类分级光显示电路及信号记忆保持电路三部分。

本实用新型的特征在于：

（1）所述的电动机故障信号获得部分中的其他故障或控制信号的获得，是由一与电源电压相连接的可变电阻和已知电阻串联连接的连接点的高电平，此可变电阻的两端与由其他故障或控制信号所产生的电信号（电流、电压或电阻）相串联；

（2）所述的控制保护部分的即时、延时保护电路，是一个由多个基准电压通过多个运算放大器与输入或门来的不同性质（类别）、不同程度（级别）的多个故障信号相比较，而后直接可经延时器至输出或门，和放大器、继电器J₁一起组成的可对故障进行分类、分级控制的即时、延时保护电路；

（3）所述的控制保护部分的避开启动电流控制保护电路，是一个由运算放大器、延时器、连接于该延时器输出端和最大故障运算放大器输出端的与门、以及和上述输出或门、放大器、继电器J₁一起组成的保护电路；

（4）所述的故障信号显示部分的分类、分级光显示电路是由输入端可与多个运算放大器（对故障信号放大用）的输出端相接、输出端与多个限流电阻和信号灯相接的D触发器所组成。

（5）所述的故障信号显示部分的信号记忆保持电路包括电动机断电时、和整个系统断电后恢复供电时故障显示记忆保持两部分，它们由与各故障信号运算放大器输出端直接相接的总故障信号灯、故障分类、分级显示信号灯、声报警，和由电阻、电容、限流二极管所组成的充、放电电路以及与上述继电器J1相联锁而导通的电子放大器和与该大器输出端相接的二个二极管所组成，该二个二级管的一端均与该放大器输出端相接，而另一端分别与输出或门和最小故障信号运算放大器的输入故障信号的一端相接。

实施例：

图1为三相异步电动机十种以上的故障分析、显示、记忆及保护装置的电气控制部分的线路图。

图2为本装置与三相异步电动机的电气联锁图。

图3为本装置组成的结构示意图。

图中1为底座，2为底板，3为印刷线路板，4为壳体，5为面板。

由图1可见，本实施例的故障信号获得部分包括：（1）由电流互感器CT₁付边得电流信号，此电压经二极管D₄、电容器C₃半波滤波，R₈、R₉、分压而取得信号，该电压信号正比地反映原边过电流，由此得到电动机的过电流信号，而超负载、堵转、恒功率条件下的欠电压都是过电流，此三种过障信号就此而取得，二极管D₆作温度补偿用，R₂作调节电平高低用。（2）由电流互感器CT₂、CT₃一对异名端相接，另一对异名端输出构成的负序滤序器，滤掉正序和零序的负序分量，正反映了三相电流不平衡程度，和断相、短路两种极端情况下的不平衡，以及逆相的满度负序值，此四种故障信号均由该负序值信号经桥式全波整流，电容C₄滤波，R₁₁、R₁₂分压而取得，二极管D₁₁、D₁₂用作温度补偿。（3）由变压器B同电动机取同一电源，付边绕组φ1、φ2电压正比地反映电动机电源电压的高低，此电动机过电压信号经D₁、D₂半波整流、电容C₂滤波、R₅、R₆分压而取得，二极管D₃作温度补偿用，R₁为，调节电平用。（4）漏电信号由稳压电压对地（12V）在电阻R₃₆和电动机一绕组的绝缘电阻串联电路中的此绝缘电阻上的分压而取得，电阻R₃₆通过按纽A₁、A₂人工接通，它可以在电动机运行前先单独测试。（5）电动机其他故障或控制信号，可用其他传感器产生电信号（电流、电压、电阻）与在φ₇、φ₈两端的可变电阻Rx相接，在电动机产生故障时由置于电动机适当位置的传感器如可对电动机进行热保护、位移保护、噪声保护的热传感器、位移传感器、噪声传感器发出的电信号，使它们在Rx上产生电压变化为高电位，从而取得故障信号；也可由光控、声控、液面控制、等控制件产生的电信号在Rx上产生的电压变化的高电位，而获得控制信号。

本实施例的控制保护部分由图1、2可见。

1、即时、延时保护电路，由电阻R₁₄～R₁₈串接，将稳压电源在其P₁、P₂、P₃、P₄连接点上产生的分压作为多个基准电压，通过Y₂～Y₆五个运算放大器和由输入或门（D₁₃～D₁₇）来的8个故障信号，按其不同类别，不同程度（级）进行比较，而进行分类、分级的即时、延时保护控制。

（1）过电流（超负载、堵转、恒功率条件下欠电压）负序电压（短路、断相、逆相、三相严重不平衡）故障信号即时保护。故障信号通过运放器Y₂与P₄点基准电压比较，超过规定值，Y₂翻高电平，通过与门（R₅₀、D₂₆、D₃₃）、输出或门（D₂₆～D₃₂）第二输入端D₂₉传入555①时基集成 块，继电器J₁释放。

（2）过电流、负序电压、过电压故障信号的延时1保护。故障信号通过运放器Y₃与P₃点基准电压比较，超过规定值，Y₃翻高电平，经D₂₁、R₂₆、D₂₂、R₂₉、C₆、Y₇组成延时器，C₆充电，达到一定电位，Y₇翻高电平，然后通过输出或门第三输入端D

传入555①，继电器J₁释放。

（3）负序电压故障信号延时2保护，故障信号通过运放器Y₄与P₂点基准电压比较，超过规定值，Y₄翻高电平，经D₁₉、R₂₆、C₆、Y₇延时翻高电平，由输出或门传555①，继电器J₁释放。

（4）过电流故障信号的延时2保护，故障信号通过运放器Y₅翻高电平，与上述（3）相同，继电器J₁释放。

（5）其他故障或控制信号即时控制保护，由Rx在a点产生的高电平，输至输出或门的D₂₆而传入555①，使继电器释放。

2、避开启动电流控制保护，由运放器Y₂～Y₆将启动时过电流信号与P₁～P₄基准电压相比，因启动电流很大，此时Y₂、Y₆均翻高电平，由于D₂₆、D₃₃、R₅₀组成的与门作用，D₂₆处此时不通，因R₂₇、C₅及

组成延时器，Y₆延时导通，此延时到启动电流过去后才导通，这时

才翻高电平，但Y₂为低电平，所以与门无输出，此后待Y₂再有过电流故障信号，与门就可导通。

3、漏电故障控制保护，漏电故障信号通过运放器Y₁与基准电压P₄相比如漏电，b点电位低于规定值，Y₁为高电平，输至输出或门而传入555①，使继电器J₁释放电动机不能启动。另外，由于在Y₁信号输入端与地线之间接电容C₁₅，一开始因电容C₁₅充电，使Y₁仍不能翻转，所以D₃₁仍为高电平，继电器J₁仍然释放，电动机亦不能启动，而同时信号通过继电器J₂可将信号记忆保持电路接通。

本实施例的故障信号显示部分包括总故障光、声显示，各种故障的分类、分级光显示及信号记忆保持三部分。

1、总故障显示：由运放器输出端的高电平通过D₁₉或D₂₀、D₂₁和R₂₈使L₂红灯发光，同时该高电平通过改变555②中控制端“4”脚的电平，使音频振荡器开始工作而发出声报警。若故障信号在延时时间内因排除或自行消失，则上述高电平消失，光声显示也消失。

2、故障分类、分级光显示电路，是由运算放大器Y₂～Y₅输出不同性质、不同程度的故障形成的高电平，输至四D触发器的D₁～D₄上，四D触发器的clock信号接到555①的2.6输入端，当接到输出或门来的高电平时（电动机被保护停机），四D触发器的Q₁～Q₄分别翻转，指示灯L₃、L₄、L₅、L₆就亮，由这些灯亮的数目和它们之间组合就可得知故障的性质和程度，当然也可再增加一块译码器先对Q₁～Q₄进行译码然后再显示，这样可更为直观。漏电故障的显示是由人工按下按钮A₁、A₂，当有故障，b点电位低，Y₁输出高电位，J₁不通，电动机亦不能启动，灯L₁不亮，不超过标准，则L₁灯亮。

3、信号记忆保持电路，由图1可见该保持电路由D₂₃、D₂₇、R₃₂、C₇及BG₃充电电路，及C₇通过D₂₅、R

和由BG₁、BG₂、R₅₁、R₃₉、R₄₀、R₄₁、R₄₂组成的二级放大反相器放电，使BG₂达到高电平，而通过D₁₆给Y₂、Y₃、Y₅、Y₆一个保持信号显示的高电平，同时此高电平通过D₃₂继续使J₁释放，J₂接通，这样总显示信号及分类、分级显示信号可长久地保持，直到人工按按钮A₃为止。当系统整个停电后，所有信号就消失，此时电容C₇上所充电因J₂断电而无放电回路，所以C₇上具有一定电平，供电再度恢复时，先按按钮A₁、A₂检查漏电故障，此时因电容C₁₅充电，J₁先不通而J₂通，电容C₇的电平就对二级放大反相器放电，使D₁₈高电平，总的光、声信号就显示，但故障的分类、分级显示因4D触发器的特点，它的电平不是由下向上跳，所以分级显示灯仍然不显示。

由上述的实施例可见，本实用新型的装置不仅功能多，且保护部分的控制可根据电机使用需要，进行分类、分级的自动控制，对于电动机的故障，本实用新型不仅在正常情况和电动机停电保护时可以根据分类、分级的记忆显示而直接分析，而且还可将这些信号长久地保持记忆，以有利于操作，此外本实用新型还可在整个系统停电后恢复供电时，立即能以光、声信号显示故障存在，直到人工消除为止。上述这些记忆保持设计巧妙，富于实用，因此本装置具有很好的经济实用价值。

Claims (4)

1、一种三相异步电动机故障分析、显示、记忆、报警及保护装置，包括由底座、壳体、底板、面板和由印刷线路板及装置于这些部件上的电气元器件、变压器、继电器、电流互感器所组成的电气控制部分，此电气控制部分由电源部分、电动机故障信号获得部分、故障信号显示部分及控制保护部分这四部分组成，所述的故障信号获得部分包括由三相电路中任选两相而取得九种故障信号，它们是：用电流互感器CT₂、CT₂形成的负序滤序器而取得的断相，逆相、短路、三相严重不平衡四种故障的信号，用电流互感器CT₁在两相中任一相而取得的超负载、堵转、恒功率条件下欠电压的三种故障的过电流信号，用变压器对两相电路电压所取得的过电压信号，用电阻和电动机任一绕组对地壳的绝缘电阻串联，由该绝缘电阻上的分压而取得的漏电信号；以及由电动机其他故障或控制信号而获得的信号，上述的控制保护部分包括即时、延时控制保护电路和避开启动电流的控制保护电路，和漏电故障控制保护电路三部分，其中即时、延时控制保护电路是由稳压电源在电阻上形成的基准电压和可将此电压与故障信号相比较的运算放大器、延时器、故障信号的输入或门、故障放大信号的输出或门、放大器、和触点与电动机控制回路联锁的继电器所组成，漏电故障控制保护电路是由漏电故障信号放大器及与该放大器输出端直接相接的输出或门以及上述的放大器、继电器所组成，所述的故障信号显示部分包括总故障光、声显示电路，各种故障的分性质、分程度光显示电路，及信号记忆保持电路三部分，本实用新型的特征是：

(1)所述的电动机故障信号获得部分中的其他故障或控制信号的获得，是由一与电源电压相连接的可变电阻和已知电阻串联连接的连接点的高电平，此可变电阻的两端与由其他故障或控制信号所产生的电信号(电流、电压或电阻)相串联；

(2)所述的控制保护部分的即时、延时保护电路，是一个由N个基准电压通过N+3个运算放大器与输入或门来的不同性质(类别)、不同程度(级别)的故障信号相比较，而后直接或经延时器至输出或门，和放大器、继电器J₁一起组成的可对故障进行分类、分级控制的即时、延时保护电路，N为至少2以上；

(3)所述的控制保护部分的避开启动电流控制保护电路，是一个由运算放大器、延时器、连接于该延时器输出端和最大故障运算放大器输出端的与门、以及和上述的输出或门、放大器、继电器J1一起组成的保护电路；

(4)所述的故障信号显示部分的分类、分级光显示电路是由输入端可与N个运算放大器(对故障信号放大用)的输出端相接、输出端与N个限流电阻和信号灯相接D触发器所组成；

(5)所述的故障信号显示部分的信号记忆保持电路包括电动机继电时和整个系统继电后恢复供电时故障显示记忆保持两部分，它们由与各故障信号运算放大器输出端直接相接的总故障信号、故障分类、分级显示信号灯、声报警，和由电阻、电容、限流二极管所组成的充、放电电路以及与上述继电器J₁相联锁而导通的电子放大器和与该放大器输出端相接的二个二极管所组成，该二个二极管的一端均与该放大器输出端相接，而另一端分别与输出或门和最小故障信号运算放大器的输入故障信号的一端相接。

2、按权利要求1所述的三相异步电动机故障分析、显示、记忆、报警及保护装置，其特征在于所述的控制保护部分的即时、延时保护电路中的N个基准电压是由与稳压电源相接的N＋1个电阻形成，其运算放大器为单电源运算放大器，其延时器为由串接的电阻、电容和单电源运算放大器所组成，电阻的一端与放大了的故障信号相接，另一端与电容（正端）、运算放大器输入端相接，电容器的负端与地线相接。

3、按权利要求1所述的三相异步电动机故障分析、显示、记忆、报警及保护装置，其特征在于故障显示部分的信号记忆保持电路中的电子放大器是一个二级放大、反相器，它与继电器J₁的联锁是采取它与继电器J₁通、断状态相反的继电器J₂的常开触头的串接和漏电故障控制保护电路中故障信号输入端及地线间所接的电容器而实现的。

4、按权利要求1、2、3、所述的三相异步电动机故障分析、显示、记忆、报警及保护装置，其特征在于所述的故障显示部分的分类、分级光显示中的D触发器可为一4D触发器。