CN209329685U - 一种智能电机综合保护控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能电机综合保护控制器，包括设置有单片机、存储器、电压检测电路、电流检测电路的壳体和电机，壳体的内部还设置有跳闸保护电路、报警保护电路，壳体的外部一侧设置有通信接口，所述的单片机的输入端设置有数据采集单元，所述的单片机与存储器双向电性连接，所述的单片机的输出端分别与跳闸保护电路、报警保护电路的输入端电性连接，所述的电压检测电路与电机并联设置，所述的电流保护电路与电机串联设置，所述电压检测电路、电流检测电路的输出端分别与数据采集单元的输入端电性连接，所述跳闸保护电路与报警保护电路并联设置。本实用新型对电机进行多方位保护，有效的延长电机的使用寿命。

Description

一种智能电机综合保护控制器

技术领域

本实用新型涉及电机保护控制器领域，具体为一种智能电机综合保护控制器。

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中用字母M(旧标准用D)表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母G表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，然而，现有技术中的电机在超载的时候容易导致故障或烧毁电机，现有技术采用的措施是使用保险丝，但保险丝在烧毁后需要更换，就比较麻烦。

然而现有的电机保护控制器存在如下不足:在电机工作的过程中，对电机的保护仍然存在缺陷，不全面；在电机出现故障，控制器控制电机停车或进行报警，传统的保护控制器不能对数据进行有效的记载，从而有效的便于对电机进行有效的防护。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能电机综合保护控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种智能电机综合保护控制器，包括设置有单片机、存储器、电压检测电路、电流检测电路的壳体和电机，壳体的内部还设置有跳闸保护电路、报警保护电路，壳体的外部一侧设置有通信接口，所述的单片机的输入端设置有数据采集单元，所述的单片机与存储器双向电性连接，所述的单片机的输出端分别与跳闸保护电路、报警保护电路的输入端电性连接，所述的电压检测电路与电机并联设置，所述的电流保护电路与电机串联设置，所述电压检测电路、电流检测电路的输出端分别与数据采集单元的输入端电性连接，所述跳闸保护电路与报警保护电路并联设置，所述跳闸保护电路安装在电机的电路输入端。

优选的，所述电压保护电路包括三个电压互感器，三个所述的电压互感器分别与电机的三相电路并联。

优选的，所述电流保护电路包括三个电流互感器，三个所述的电流互感器分别与电机的三相电路串联。

优选的，所述跳闸保护电路、报警保护电路中均设置有延时开关和继电器，所述的延时开关与继电器串联，所述延时开关的输入端与单片机的输出端电性连接。

优选的，所述通信接口包括RS485接口和RS232接口，所述RS485接口和RS232接口均支持MODBUS通信规约。

优选的，所述的壳体外部一侧设置有接线端子，所述接线端子的各端子通过导线分别与壳体内部电压检测电路、电流检测电路、继电器、延时开关的端点连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过设置电压检测电路、电流检测电路，采集三相电机运行时的三相电压、三相电流、漏电流等多种电力参数，进行全面监测和保护三相电机运行时出现的缺相、短路、电流不平衡度、漏电、过压、欠压、堵转、过载、轻载等几乎所有的电机故障，以及可配置的直接起动、可逆起动、星-三角起动、自耦变压器降压起动方式，实现对三相电机的遥测、遥信、遥控及遥调的智能电机综合控制及保护。

2、本实用新型通过装置内部的存储器，对跳闸事件历史、报警事件历史、其它类型数据记录，其记录信息包括包含跳闸动作原因，跳闸数据，动作时间、报警故障原因，报警数据，报警时间、累计运行时间、本次停车时间、本次起动时间、本次运行时间、最大起动电流、累计跳闸次数、累计报警次数、累计启动次数、累计停机次数，并提供RS485总线接口，方便用户进行远程进行数据采集及物联网组网控制。

附图说明

图1为本实用新型一种智能电机综合保护控制器的原理框图；

图2为本实用新型一种智能电机综合保护控制器的Te保护特性曲线图；

图3为本实用新型一种智能电机综合保护控制器的过负荷曲线图

图4为本实用新型一种智能电机综合保护控制器的跳闸保护电路原理框图；

图5为本实用新型一种智能电机综合保护控制器的外壳的结构示意图；

图6为本实用新型一种智能电机综合保护控制器接线端子的分布示意图；

图7为本实用新型一种智能电机综合保护控制器的接线端子的信号定义及信号说明。

图中：1-单片机；2-存储器；3-电压检测电路；4-电流检测电路；5-壳体；6-继电器；7-电机；8-跳闸保护电路；9-报警保护电路；10-通信接口；11-数据采集单元；12-延时开关；13-接线端子。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅图1、图2以及图4-7，本实用新型提供一种技术方案：一种智能电机综合保护控制器，包括设置有单片机1、存储器2、电压检测电路3、电流检测电路4的壳体5和电机7，壳体5的内部还设置有跳闸保护电路8、报警保护电路9，壳体5的外部一侧设置有通信接口10，所述的单片机1的输入端设置有数据采集单元11，所述的单片机1与存储器2双向电性连接，所述的单片机1的输出端分别与跳闸保护电路8、报警保护电路9的输入端电性连接，所述的电压检测电路3与电机7并联设置，所述的电流检测电路4与电机7串联设置，所述电压检测电路3、电流检测电路4的输出端分别与数据采集单元11的输入端电性连接，所述跳闸保护电路8与报警保护电路9并联设置，所述跳闸保护电路8安装在电机7的电路输入端。

所述电压检测电路3包括三个电压互感器，三个所述的电压互感器分别与电机7的三相电路并联；所述电流检测电路4包括三个电流互感器，三个所述的电流互感器分别与电机7的三相电路串联；所述跳闸保护电路8、报警保护电路9中均设置有延时开关12和继电器6，所述的延时开关12与继电器6串联，所述延时开关12的输入端与单片机1的输出端电性连接；所述通信接口10包括RS485接口和RS232接口，所述RS485接口和RS232接口均支持MODBUS通信规约；所述的壳体5外部一侧设置有接线端子13，所述接线端子13的各端子通过导线分别与壳体5内部电压检测电路3、电流检测电路4、继电器6、延时开关12的端点连接。

工作原理：将电机7与装置整体连接完毕后，根据所连接的电机7设定装置的各参数，连通电路，通过装置控制电机7启动。

在启动过程中，由电流检测电路4对电机7的各相电流进行检测，电路检测电路将检测的数据的发送给数据采集单元11，数据采集单元11将检测的数据发送给单片机1，由单片机1对数据与存储器2设置的参数值进行比对，如果在设定的启动时间内未检测到高于其额定工作电流20％的三相起动电流或者检测到电流仍然高于电动机额定电流的120％时，单片机1控制延时开关12与报警电路工作，装置整体进入启动超时保护功能，电机7启动失败，并立即停车。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			启动时间定值	0％Te～1000％Te,1％	130％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	0.01s
			动作方式	报警或跳闸	报警

在电机7工作过程中，电压检测电路3与电流检测电路4分别对电机7的各相电压、电流进行实时检测，由数据采集单元11对检测的数据转交给单片机1，单片机1将接收的数据与存储器2中设定的参数进行比对，从而对电机7实施短路保护功能、缺相保护功能、堵转保护功能、电流不平衡保护。

短路保护功能：为避免因短路故障发生电机7烧毁，当电机7任意一相电流出现6～10倍电动机额定电流及以上的严重过电流，单片机1触发短路保护功能，并控制延时开关12与跳闸保护电路8工作。为有效的进行短路保护，务必设定下表所列短路保护功能相关的参数。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			保护阀值	600％Ie～1000％Ie,1％	800％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	0.01s
			动作方式	报警或跳闸	跳闸

缺相保护功能：为避免电机7发生缺相故障，当电机7任意一相电流低于额定电流的设定百分比时，单片机1触发缺相保护功能，并控制延时开关12与跳闸保护电路8工作。为有效的进行缺相保护，务必设定下表所列缺相保护功能相关的参数。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			电流定值	0％Ie～60％Ie,1％	30％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	1s
			动作方式	报警或跳闸	跳闸

堵转保护功能：

①定时限堵转保护

为避免电机7发生堵转故障，当电机7的三相电流同时出现4～6倍电动机额定电流的过电流现象时，单片机1触发堵转保护功能，并控制延时开关12与跳闸保护电路8工作。为有效迅速的进行堵转保护，务必设定下表所列的堵转保护功能相关的参数。注：此功能与反时限堵转保护功能互斥。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			电流定值	400％Ie～600％Ie,1％	400％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	1s
			动作方式	报警或跳闸	跳闸

②反时限堵转保护Te时间保护

反时限堵转保护即Te时间保护，Te时间保护功能符合GB3836.3-2000标准的相关规定，此功能适用于连续运行工作状态下，包括容易起动和不频繁起动不会产生明显的附加温升，允许采用反时限过载保护装置的增安型防爆电动机如：YA、YA2系列等，不适用于困难起动或起动频繁的电动机。

该功能考虑了电机7堵转电流与标称电流之比及相应环境等级允许的最高电动机温度。Te时间保护故障必须被手动复位。注：此功能与定时限堵转保护功能互斥。当Te时间保护功能被打开，定时限堵转保护功能将被自动关掉。

此保护功能将按照如图2曲线对电动机进行Te时间保护。

电流不平衡保护：在电机7运行的过程中，单片机1对电机7的三相电流中每相电流分别进行计算处理，求得三相电流的电流不平衡度，当三相电流不平衡度超过用户设置的电流不平衡阈值时，即认为有电流不平衡故障，单片机1控制延时开关12与报警保护电路9工作，在用户设置的时限到达时执行电流不平衡相应的保护动作。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			电流不平衡度定值	600％Ie～1000％Ie,1％	1200％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	1s
			动作方式	报警或跳闸	报警

提供RS485总线接口，方便用户进行远程进行数据采集及物联网组网控制，同时通过装置内部的存储器2，对跳闸事件历史、报警事件历史、其它类型数据记录，其记录信息包括包含跳闸动作原因，跳闸数据，动作时间、报警故障原因，报警数据，报警时间、累计运行时间、本次停车时间、本次起动时间、本次运行时间、最大起动电流、累计跳闸次数、累计报警次数、累计启动次数、累计停机次数。

实施例2

请参阅图1以及图3-7，本实用新型提供一种技术方案：一种智能电机7综合保护控制器，包括设置有单片机1、存储器2、电压检测电路3、电流检测电路4的壳体5和电机7，壳体5的内部还设置有跳闸保护电路8、报警保护电路9，壳体5的外部一侧设置有通信接口10，所述的单片机1的输入端设置有数据采集单元11，所述的单片机1与存储器2双向电性连接，所述的单片机1的输出端分别与跳闸保护电路8、报警保护电路9的输入端电性连接，所述的电压检测电路3与电机7并联设置，所述的电流检测电路4与电机7串联设置，所述电压检测电路3、电流检测电路4的输出端分别与数据采集单元11的输入端电性连接，所述跳闸保护电路8与报警保护电路9并联设置，所述跳闸保护电路8安装在电机7的电路输入端。

所述电压检测电路3包括三个电压互感器，三个所述的电压互感器分别与电机7的三相电路并联；所述电流检测电路4包括三个电流互感器，三个所述的电流互感器分别与电机7的三相电路串联；所述跳闸保护电路8、报警保护电路9中均设置有延时开关12和继电器6，所述的延时开关12与继电器6串联，所述延时开关12的输入端与单片机1的输出端电性连接；所述通信接口10包括RS485接口和RS232接口，所述RS485接口和RS232接口均支持MODBUS通信规约；所述的壳体5外部一侧设置有接线端子13，所述接线端子13的各端子通过导线分别与壳体5内部电压检测电路3、电流检测电路4、继电器6、延时开关12的端点连接。

工作原理：将电机7与装置整体连接完毕后，根据所连接的电机7设定装置的各参数，连通电路，通过装置控制电机7启动，在电机7工作过程中，电压检测电路3与电流检测电路4分别对电机7的各相电压、电流进行实时检测，由数据采集单元11对检测的数据转交给单片机1，单片机1将接收的数据与存储器2中设定的参数进行比对，从而对电机7实施欠电流/轻载保护、零序过流/漏电保护、过电压保护、欠电压保护。

欠电流/轻载保护：电动机欠载一般不需要保护，但是对于负载情况可能会出现非正常突变，比如流水线传送带的突然断裂等这种场合需要投入欠载保护，当电流值占额定电流的百分比低于用户设定的百分比时，延迟开关延迟至定时限值，即认为电动机欠电流/轻载，按用户的设定做相应的处理。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			电流定值	0％Ie～100％Ie,1％	65％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	1s
			动作方式	报警或跳闸	跳闸

零序过流/漏电保护：接地保护是通过计算三相电流信号的矢量和来判断是否有电机7故障，通过单片机1计算三相电流的矢量和来计算零序电流大小，主要用于保护相线短接电动机外壳引起的保护，需设定允许的最大接地电流，当测量值大于设定值时，延迟到定时限值时动作。

漏电保护采用外接漏电电流互感器，采用外接互感器检测的电流信号灵敏度较高。也需设定允许的最大漏电电流，当测量到大于设定值时，开始延迟到定时限值时保护动作。接地保护和漏电保护一般不同时使用，接地保护一般用于直接接地的系统中，漏电保护一般用于非直接接地系统中

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			漏电流定值	600％Ie～1000％Ie,1％	100％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	1s
			动作方式	报警或跳闸	报警

过电压保护：为避免电网电压过高将造成电动机绝缘损伤，过压保护功能可对电机7的一次线路中的过压故障实施保护，当电机7的任意一相运行电压高于过电压保护的设定值时，延迟到定时限值，认为电机7过压，执行相应的过压保护。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			电压定值	105％Ue～200％Ue,1％	120％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	1s
			动作方式	报警或跳闸	报警

欠电压保护：电压过低会引起马达转速降低，停止运行，欠压保护功能可对电动机的一次线路中的欠压故障实施保护。该功能只有控制器具有电压测量功能时才有效，当电机7的任意一相运行电压低于欠电压保护的整定值时，延迟到定时限值，确定电机7欠压，执行相应的欠压保护动作。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			电压定值	45％Ue～95％Ue,1％	80％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	1s
			动作方式	报警或跳闸	报警

提供RS485总线接口，方便用户进行远程进行数据采集及物联网组网控制，同时通过装置内部的存储器2，对跳闸事件历史、报警事件历史、其它类型数据记录，其记录信息包括包含跳闸动作原因，跳闸数据，动作时间、报警故障原因，报警数据，报警时间、累计运行时间、本次停车时间、本次起动时间、本次运行时间、最大起动电流、累计跳闸次数、累计报警次数、累计启动次数、累计停机次数。

实施例3

请参阅图1以及图4-7，本实用新型提供一种技术方案：一种智能电机7综合保护控制器，包括设置有单片机1、存储器2、电压检测电路3、电流检测电路4的壳体5和电机7，壳体5的内部还设置有跳闸保护电路8、报警保护电路9，壳体5的外部一侧设置有通信接口10，所述的单片机1的输入端设置有数据采集单元11，所述的单片机1与存储器2双向电性连接，所述的单片机1的输出端分别与跳闸保护电路8、报警保护电路9的输入端电性连接，所述的电压检测电路3与电机7并联设置，所述的电流检测电路4与电机7串联设置，所述电压检测电路3、电流检测电路4的输出端分别与数据采集单元11的输入端电性连接，所述跳闸保护电路8与报警保护电路9并联设置，所述跳闸保护电路8安装在电机7的电路输入端。

所述电压检测电路3包括三个电压互感器，三个所述的电压互感器分别与电机7的三相电路并联；所述电流检测电路4包括三个电流互感器，三个所述的电流互感器分别与电机7的三相电路串联；所述跳闸保护电路8、报警保护电路9中均设置有延时开关12和继电器6，所述的延时开关12与继电器6串联，所述延时开关12的输入端与单片机1的输出端电性连接；所述通信接口10包括RS485接口和RS232接口，所述RS485接口和RS232接口均支持MODBUS通信规约；所述的壳体5外部一侧设置有接线端子13，所述接线端子13的各端子通过导线分别与壳体5内部电压检测电路3、电流检测电路4、继电器6、延时开关12的端点连接。

工作原理：将电机7与装置整体连接完毕后，根据所连接的电机7设定装置的各参数，连通电路，通过装置控制电机7启动，在电机7工作过程中，电压检测电路3与电流检测电路4分别对电机7的各相电压、电流进行实时检测，由数据采集单元11对检测的数据转交给单片机1，单片机1将接收的数据与存储器2中设定的参数进行比对，从而对电机7实施过负荷保护。

过负荷保护

①定时限过负荷保护

电动机一般在其额定电流下工作，同时也允许在一段时间内在其额定电流以上工作，但要是长时间的运行在额定电流以上，则会让电机7过热烧毁，因此我们设定一个过负荷电流定值，同时也设置一允许连续过负荷运行的最长时间，若超负荷运行时间比设定的最长时间值大，则认为电机7过负荷，保护做出相应的动作。

参数名称	参数范围及精度	程序默认设定值
			电流定值	100％Ie～400％Ie,1％	120％
延时时间	0.0s～60.0s，0.01s	600s
			动作方式	报警或跳闸	跳闸

②反时限过负荷保护

根据电动机的发热特性和散热特性，我们可以软件模拟其特性来对电动机进行保护。根据电机7的发热特性，计算电动机的热容量I*I*T，于是就出现了不同过负荷的情况下就有了不同的保护动作时间，且电流越大，保护动作时间就越短，也就是我们说的反时限保护。

MDSE3s-80A电机7综合控制器采用极端反时限作为特征曲线，如图3所示，其过载保护有250条特征曲线可供选择，用户可根据实际需要选择不同曲线。极端反时限公式：t＝10Ke*T/{(In/Ie)*(In/Ie)-1}

t：反时限过载保护动作时间

T：反时限动作时间常数

In：电动机实际运行电流值

Ie：电动机额定工作电流值

其中Ke*T为需要设定的曲线速率K。

提供RS485总线接口，方便用户进行远程进行数据采集及物联网组网控制，同时通过装置内部的存储器2，对跳闸事件历史、报警事件历史、其它类型数据记录，其记录信息包括包含跳闸动作原因，跳闸数据，动作时间、报警故障原因，报警数据，报警时间、累计运行时间、本次停车时间、本次起动时间、本次运行时间、最大起动电流、累计跳闸次数、累计报警次数、累计启动次数、累计停机次数。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种智能电机综合保护控制器，其特征在于，包括：单片机(1)、存储器(2)、电压检测电路(3)、电流检测电路(4)的壳体(5)和电机(7)；

其中，所述壳体(5)的内部还设置有跳闸保护电路(8)、报警保护电路(9)，壳体(5)的外部一侧设置有通信接口(10)，所述的单片机(1)的输入端设置有数据采集单元(11)，所述的单片机(1)与存储器(2)双向电性连接，所述的单片机(1)的输出端分别与跳闸保护电路(8)、报警保护电路(9)的输入端电性连接，所述的电压检测电路(3)与电机(7)并联设置，所述的电流检测电路(4)与电机(7)串联设置，所述电压检测电路(3)、电流检测电路(4)的输出端分别与数据采集单元(11)的输入端电性连接，所述跳闸保护电路(8)与报警保护电路(9)并联设置，所述跳闸保护电路(8)安装在电机(7)的电路输入端。

2.根据权利要求1所述的一种智能电机综合保护控制器，其特征在于：所述电压检测电路(3)包括三个电压互感器，三个所述电压互感器分别与电机(7)的三相电路并联。

3.根据权利要求1所述的一种智能电机综合保护控制器，其特征在于：所述电流检测电路(4)包括三个电流互感器，三个所述的电流互感器分别与电机(7)的三相电路串联。

4.根据权利要求1所述的一种智能电机综合保护控制器，其特征在于：所述跳闸保护电路(8)、报警保护电路(9)中均设置有延时开关(12)和继电器(6)，所述的延时开关(12)与继电器(6)串联，所述延时开关(12)的输入端与单片机(1)的输出端电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能电机综合保护控制器，其特征在于：所述通信接口(10)包括RS485接口和RS232接口，所述RS485接口和RS232接口均支持MODBUS通信规约。

6.根据权利要求1所述的一种智能电机综合保护控制器，其特征在于：所述的壳体(5)外部一侧设置有接线端子(13)，所述接线端子(13)的各端子通过导线分别与壳体(5)内部电压检测电路(3)、电流检测电路(4)、继电器(6)、延时开关(12)的端点连接。