CN207652306U - 一种电动机保护装置的抗晃电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动机保护装置的抗晃电电路，包括依次连接的法拉电容快速充电电路、恒流放电电路和能效提高电路。本实用新型使用了快速充电电路，提高了晃电响应时间；使用恒流放电电路防止法拉电容电极端电荷快速剥落导致电压骤降，提高了抗晃电的可靠性；使用能效提高电路延长了硬件抗晃电时间；本实用新型可大大减小抗晃电电路的体积。

Description

一种电动机保护装置的抗晃电电路

技术领域

本实用新型涉及电动机技术领域，更具体地说，特别涉及一种电动机保护装置的抗晃电电路。

背景技术

三相异步交流电动机(以下简称电动机)广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域，确保电动机的安全控制和经济运行就显得尤为重要，越来越多的保护装置正在逐步普及起来。电动机保护装置(以下简称保护装置)将电动机的测量、保护、控制、通讯等功能于一体。而电动机保护装置供电系统主要是采用开关电源技术。

实际运行中，电动机保护装置的辅助电源通常会接到三相电力线中的某一相，但是电力线的电压是有可能出现短时失电，比如线路负荷短时过重、暂歇性短路故障，这会导致电动机保护装置短时失电，从而使运行中的保护装置发生重新启动的情况，导致电动机停止运行，称为晃电现象，时间一般小于1S。为使电动机保护装置可靠的运行，抗晃电功能十分必要。如今主流抗晃电分为硬件抗晃电和软件抗晃电技术。

软件抗晃电技术，主要原理是在保护装置失电后利用开关电源输出电容保延续一段时间(通常几十毫秒)，由保护装置软件第一时间捕捉到系统发生了掉电，此时立刻把掉电时间及保护器掉电前的一些信息保存到非易失类存储器。待电源恢复时，保护装置启动后从存储器重新读出上一次掉电信息，计算出掉电时间是否超出设定的晃电时间，如未达到则立即投入电动机。这种方法使用软件的方法计算失电时间，称作为软件抗晃电。但是，装置启动会有延时，导致来电恢复不能第一时间响应，而采用此类方法通常存储的时间取自实时时钟，时间精度为秒级别，在晃电时间精度上也不尽人意。

硬件抗晃电技术，主要是通过在保护装置内部电源电路两端并联大的储能元件，在保护装置发生掉电时由储能元件供电，供电时间的长短取决于储能元件的容量。实际使用中，储能元件通常选择法拉电容，由于电容上电一瞬间近似短路，造成电源短路发生损毁，通常的做法是在法拉电容串接限流电阻，这样做的缺点是加大了法拉电容的充电时间，在连续几次较小的晃电间隔时，晃电功能不起作用。法拉电容放电到保护装置工作电压以下时会导致保护装置不能正常工作，造成法拉电容效率不高。其次在追求长时间的晃电功能时，对电容容量及体积也是一大考验。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动机保护装置的抗晃电电路，以提高保护装置的抗晃电效率以及响应时间。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种电动机保护装置的抗晃电电路，包括依次连接的法拉电容快速充电电路、恒流放电电路和能效提高电路；

所述法拉电容快速充电电路包括MOS管Q1、二极管D1、法拉电容C2和法拉电容C5，+5V电源连接二极管D1的阳极，二极管D1的的阴极通过电阻R1连接法拉电容C2的正极，MOS管Q1的D端连接二极管D1的阴极，MOS管Q1的S端连接法拉电容C2的正极，电容C1的一端接电源+5V，电容C1的另一端与MOS管Q1的G极、电阻R7一端连接，电阻R7另一端接地，法拉电容C2的负极与法拉电容C5的正极连接，法拉电容C5的负极接地，法拉电容C2的正极与电阻R10连接，电阻R10与稳压二极管D3的阴极连接，稳压二极管D3的阳极与法拉电容C2的负极连接，法拉电容C5的正极与电阻R13连接，电阻R13与稳压二极管D4的阴极连接，稳压二极管D4的阳极与法拉电容C5的负极连接；

所述恒流放电电路包括PNP型三极管Q2、基准电源芯片LM431、电阻R11、电阻R6、电阻R8，法拉电容快速充电电路的输出端与三极管Q2的发射极、电阻R11一端连接，三极管Q1的基极和电阻R11的另一端、基准电源芯片LM431的阴极连接，基准电源芯片LM431的控制端和阳极两端并联有电阻R6和电阻R8，三极管Q2的集电极和基准电源芯片LM431的控制端连接；

所述能效提高电路包括型号为TLV61220的开关电源芯片U1、电感L1、电阻R9、电阻R12、电容C3和电容C4，所述恒流放电电路的输出端通过电感L1与开关电源芯片U1的第1引脚，所述恒流放电电路的输出端与开关电源芯片U1的第3引脚、第6引脚和电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，开关电源芯片U1的第4引脚和第5引脚之间连接有电阻R9，

开关电源芯片U1的第4引脚串联电阻R12后接地，开关电源芯片U1的第5引脚与电容C4正极、二极管D2阳极连接，电容C4负极接地，二极管D2的阴极连接+4.7V电源。

进一步地，电阻R6与电阻R8的阻值相等。

进一步地，电容C3和电容C4均为钽电容，且电容C3和电容C4的容量相等。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型使用了快速充电电路，提高了晃电响应时间；使用恒流放电电路防止法拉电容电极端电荷快速剥落导致电压骤降，提高了抗晃电的可靠性；使用能效提高电路延长了硬件抗晃电时间；本实用新型可大大减小抗晃电电路的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型中电动机保护装置抗晃电电路的原理图。

图2是本实用新型中法拉电容快速充电电路原理图。

图3是本实用新型中法拉电容恒流放电电路原理图。

图4是本实用新型中法拉电容能效提高电路原理图。

图5是本实用新型中软件抗晃电技术方案流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1所示，本实用新型提供一种电动机保护装置的抗晃电电路，包括依次连接的法拉电容快速充电电路、恒流放电电路和能效提高电路。

参阅图2所示，所述的法拉电容快速充电电路包括MOS管Q1、二极管D1、法拉电容C2和法拉电容C5，+5V电源连接二极管D1的阳极，二极管D1的的阴极通过电阻R1连接法拉电容C2的正极，MOS管Q1的D端连接二极管D1的阴极，MOS管Q1的S端连接法拉电容C2的正极，电容C1的一端接电源+5V，电容C1的另一端与MOS管Q1的G极、电阻R7一端连接，电阻R7另一端接地，法拉电容C2的负极与法拉电容C5的正极连接，法拉电容C5的负极接地，法拉电容C2的正极与电阻R10连接，电阻R10与稳压二极管D3的阴极连接，稳压二极管D3的阳极与法拉电容C2的负极连接，法拉电容C5的正极与电阻R13连接，电阻R13与稳压二极管D4的阴极连接，稳压二极管D4的阳极与法拉电容C5的负极连接。

当保护装置开始上电时，由于电阻R7和电容C1组成的延时电路，MOS管Q1栅、源极电压Vgs为0.3V，MOS管Q1关闭，此时电源电压+5V通过限流电阻R1给法拉电容C2、C5充电。可计算出此时的最大充电电流为：

有效抑制了启动瞬间冲击电流。此时可以计算出限流电阻R1的最大承受功率为：

为获得较小的体积，本实用新型选取限流电阻R1是封装为2515、阻值为20Ω、功率为2W的大功率贴片中电阻，但此电阻也可选取其他形式封装足够功率的电阻。待电流减小后打开MOS管Q1，电流主要通过MOS管Q1对法拉电容充电，快速完成充电，调整电容C1参数可以调整MOS管Q1延迟打开的时间。该法拉电容快速充电电路有效有效抑制了启动瞬间冲击电流，减轻了开关电源的负载，同时也满足了通电后快速充电的要求。

参阅图3所示，所述的恒流放电电路包括PNP型三极管Q2、基准电源芯片LM431、电阻R11、电阻R6、电阻R8，法拉电容快速充电电路的输出端与三极管Q2的发射极、电阻R11一端连接，三极管Q1的基极和电阻R11的另一端、基准电源芯片LM431的阴极连接，基准电源芯片LM431的控制端和阳极两端并联有电阻R6和电阻R8，三极管Q2的集电极和基准电源芯片LM431的控制端连接。

法拉电容快速充电电路的工作原理是当法拉电容初始放电时，电流过大导致板极内电荷来不及补充，电压会瞬间跌落，所以要对法拉电容进行恒流放电。恒流放电电路是LM431恒流源典型应用电路，其恒流电流计算公式为：

本实用新型专利中采用R6＝R8＝27Ω，使其恒流放电电流为185mA。本实用新型采用了R6、R8两个电阻并联的方式以此来满足电阻的功率要求，但如果要实现其他大小的恒流电流，改变其电阻阻值时，相对应的也要选择合适功率的电阻。

参阅图4所示，所述的能效提高电路包括型号为TLV61220的开关电源芯片U1、电感L1、电阻R9、电阻R12、电容C3和电容C4，所述恒流放电电路的输出端通过电感L1与开关电源芯片U1的第1引脚，所述恒流放电电路的输出端与开关电源芯片U1的第3引脚、第6引脚和电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，开关电源芯片U1的第4引脚和第5引脚之间连接有电阻R9，开关电源芯片U1的第4引脚串联电阻R12后接地，开关电源芯片U1的第5引脚与电容C4正极、二极管D2阳极连接，电容C4负极接地，二极管D2的阴极连接+4.7V电源。

能效提高电路的原理是电容自然放电的过程电压是呈指数规律下降的，变化的输出电压对后续负载不是很理想，当法拉电容电压降低到系统正常工作电压以下，系统将不会正常工作，法拉电容3.3V以下的电能将无法利用，所以有必要进行输出电压抬高且稳定的能效提高。本实用新型通过调整电阻R9和电阻R12即可控制输出电压，其电压输出计算公式为：

本实用新型的抗晃电电路为获取最大经济效益和电路体积，本实用新型采用了这三个电路，其电路原理图如图1所示。

为了获取更大的晃电时间，本实用新型可进一步结合单片机进行运行，在保护装置电源发生掉电时，首先单片机IO口检测到系统掉电，登记掉电时间，如果6秒(这个时间可以定义，但要小于硬件晃电电路的最大保持时间)内电源恢复保护装置继续正常工作，此时使用的硬件抗晃电技术，如果6秒后保护装置电源未恢复且电机正处于运行状态，将掉电时间和装置运行信息统一保存到铁电存储器中。其程序图流程如图5所示，本实用新型所涉及的相关程序代码示例如下：

本实用新型使用了快速充电电路，提高了晃电响应时间；使用恒流放电电路防止法拉电容电极端电荷快速剥落导致电压骤降，提高了抗晃电的可靠性；使用能效提高电路延长了硬件抗晃电时间；本实用新型可大大减小抗晃电电路的体积。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电动机保护装置的抗晃电电路，其特征在于：包括依次连接的法拉电容快速充电电路、恒流放电电路和能效提高电路；

所述法拉电容快速充电电路包括MOS管Q1、二极管D1、法拉电容C2和法拉电容C5，+5V电源连接二极管D1的阳极，二极管D1的的阴极通过电阻R1连接法拉电容C2的正极，MOS管Q1的D端连接二极管D1的阴极，MOS管Q1的S端连接法拉电容C2的正极，电容C1的一端接电源+5V，电容C1的另一端与MOS管Q1的G极、电阻R7一端连接，电阻R7另一端接地，法拉电容C2的负极与法拉电容C5的正极连接，法拉电容C5的负极接地，法拉电容C2的正极与电阻R10连接，电阻R10与稳压二极管D3的阴极连接，稳压二极管D3的阳极与法拉电容C2的负极连接，法拉电容C5的正极与电阻R13连接，电阻R13与稳压二极管D4的阴极连接，稳压二极管D4的阳极与法拉电容C5的负极连接；

所述恒流放电电路包括PNP型三极管Q2、基准电源芯片LM431、电阻R11、电阻R6、电阻R8，法拉电容快速充电电路的输出端与三极管Q2的发射极、电阻R11一端连接，三极管Q1的基极和电阻R11的另一端、基准电源芯片LM431的阴极连接，基准电源芯片LM431的控制端和阳极两端并联有电阻R6和电阻R8，三极管Q2的集电极和基准电源芯片LM431的控制端连接；

所述能效提高电路包括型号为TLV61220的开关电源芯片U1、电感L1、电阻R9、电阻R12、电容C3和电容C4，所述恒流放电电路的输出端通过电感L1与开关电源芯片U1的第1引脚，所述恒流放电电路的输出端与开关电源芯片U1的第3引脚、第6引脚和电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，开关电源芯片U1的第4引脚和第5引脚之间连接有电阻R9，开关电源芯片U1的第4引脚串联电阻R12后接地，开关电源芯片U1的第5引脚与电容C4正极、二极管D2阳极连接，电容C4负极接地，二极管D2的阴极连接+4.7V电源。

2.根据权利要求1所述的电动机保护装置的抗晃电电路，其特征在于：电阻R6与电阻R8的阻值相等。

3.根据权利要求1所述的电动机保护装置的抗晃电电路，其特征在于：电容C3和电容C4均为钽电容，且电容C3和电容C4的容量相等。