CN2117662U - 电机节电保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于控制电机运行状态的节电保护 装置。它是由对负载端的电流，电压信号检测鉴别 后，控制“Y/△”转换电路和保护电路，实现节电和 保护功能。它具有结构简单，自耗电低，稳定可靠以 及较理想的反时限保护特性，适用于对电机的节电和 保护运行，特别是对带间断性负载的电机，其节电性 能更突出。

Description

本实用新型涉及电机运行状态的自动控制装置，特别是一种电机节电保护器。

电动机在工矿企业中的使用数量相当大，人们对电动机的节能运行和采用保护措施方面已做了大量的工作，目前的电机节电器和电动机断相保护器品种繁多，但它们往往功能不全，在技术方案上较多的忽视了电压波动对电机效率和功率因素的影响，缺乏欠压，过压保护节电的措施，保护器也往往是某一种故障的单一保护，保护器与节电器都是截然分开设计的其性能和价格相比相差太大，不易为人们所接收。

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低的节电和保护综合为一体的电机节电保护器。

本实用新型是用如下方式完成的，电机节电保护器包括负载电流取样电路和负载端电压检测电路。过流检测电路接受负载电流取样电路的信号后，输出至保护控制电路，节电运行检测电路接受负载电流取样电路的信号后，输出至“Y／△”转换控制电路；断相检测电路接受负载电流取样电路的信号后，输出至保护控制电路；负载端电压检测电路的输出信号，控制保护控制电路，清零控制电路接受保护控制电路的动作信号后，输出控制信号，将“Y／△”转换控制电路和保护控制电路中的RC延时电路和直流电源短接，为电机重起动作准备。

过流检测电路和节电运行检测电路及断相检测电路是分别由带有正反馈的差动式比较器组成。断相检测电路与过流检测电路和节电运行检测电路中的差动式比较器的输入信号接收端是反相的。保护控制电路是由两个差动式比较器分别经RC延时电路接受输入信号后，并联输出控制可控硅SCR，来控制继电器J₂构成。“Y／△”转换控制电路是由输入信号控制开关三极管Q的基极电压，使其处于导通或截止状态，来控制继电器J₁构成。负载端电压检测电路是由带正反馈和负反馈的两个差动式比较器的同相端和反相端分别接受整形后的电压信号，经二极管D并联输出构成。清零控制电路是由输入端有RC延时电路的电压跟随器，输入至差动式比较器后，控制开关三极管Q的导通，使RC延时电路的电容C短接放电和直流电源短接，电压跟随器输入端的RC延时电路中的电容C并接保护继电器J₂的常开接点。有手动开关K控制“Y／△”转换电路，强制使电机按“△”形或“Y”形或“Y／△”启动或节电方式运行。

本实用新型采用节电器和保护器综合为一体，对电机运行时随时检测。可按Y／△起动或者是对间断性负载采用Y／△变换节电，其保护方面对断相、过流和欠压、过压实现保护性动作，具有较理想的反时限保护特性，其结构简单，采用运算放大器构成差动式比较器和RC延时电路，自耗电低、热稳定性好，开关速度快，灵敏度高，适合于各种电机的保护和具有Y／△转换电机的节电和保护，特别是对带间断性负载的电机其节电性能更突出。

图1是本实用新型电路方框图

图2是本实用新型电路原理图

图3是本实用新型应用在电机控制电路中的一次线路图。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

在图1图2中：电机节电保护器由负载电流取样电路（1），过流检测电路（2），节电运行检测电路（3）、断相检测电路（4），“Y／△”转换控制电路（5），保护控制电路（6）、负载端电压检测电路（7）、清零控制电路（8）组成。

负载电流取样电路（1）是由电流互感器B₁，电阻R₁、W₁电容C₁和整流器Z₁及运算放大器IC₁和IC₂组成。电流互感器B₁检测到电机负载电流后，经全波整流和R₁、C₁滤波后，在电位器W₁上得到一个反映负载电流大小的直流电压，实现了电流信号转换为电压信号，调节W₁可适应于不同容量的电机。运算放大器IC₁和IC₂串联构成两级同相端输入的电压跟随器，其输出信号作为反映负载电流变化的电压信号输出。

过流检测电路（2）是由运算放大器IC₃及其外围电阻构成，电位器W₂串联电阻R₄接直流工作电压、分压输入IC₃的反相输入端，负载电流取样电路（1）的输出信号输入至IC₃的同相输入端。节电运行检测电路（3）是由运算放大器IC₄及其外围电阻构成，电位器W₃串联电阻R₈后，分压输入至IC₄的反相输入端，负载电流取样电路（1）的输出信号输入至IC₄的同相输入端。断相检测电路（4）是由运算放大器IC₅及其外围电阻构成，电位器W₅串联电阻R₁₃后，分压输入至IC₅的同相输入端，负载电流取样电路（1）的输出信号，输入至IC₅的反相输入端。运算放大器IC₃、IC₄、IC₅与其外围电阻各自构成差动式比较器，其输出转换工作点的输入信号分别由电位器W₂、W₃、W₅设定，转换工作点可以按以下设定，当负载电流达到1.5倍额定值时，调节W₂，使IC₃输出高电平。低于此值时则IC₃输出低电平。当负载电流达到0.5倍额定值时，调节W₃，使IC₄输出高电平，低于此值时，则IC₄输出低电平。当负载电流检测相断相时，检测电流为零，此时IC₅的反相端虽可接受到小于0.3V左右的信号，调节W₅使IC₅输出高电平，反之当输入信号大于0.3V以上时，IC₅输出低电平。从上述可知，IC₃IC₄与IC₅构成双向鉴幅器，IC₃与IC₄则构成双点鉴幅器，需要指出的是上述三个检测电路，IC₃、IC₄、IC₅均引入了适量深度的正反馈，如图2所示，故它们均具有磁滞特性，形成三个有回差的鉴幅器，只是门限电压分为高、中、低而已，但反馈的深度倘若过深，电路将成为不能自动复位的双稳态触发器。引入正反馈电路，是使过流和断相保护电路在动作值附近有一个滞区，以提高系统保护的稳定性和可靠性，可避免主回路中大容量的开关操作过于频繁，同时也是为满足鉴幅器有小于信号峰值电压的回差。对于IC₁、IC₂用反相端输入时，IC₃、IC₄、IC₅的信号输入端与上述相反即可。

“Y／△”转换控制电路（5）是由开关三极管Q₁Q₂构成的复合管控制继电器J₁组成。节电运行检测电路（3）输出信号经二极管D₇D₁₀及电阻R₂₁电容C₄R₂₂和电容C₁₃控制Q₁Q₂复合管的基极电位，使其导通或截止，达到控制接于集电极的继电器J₁也就是说当负载减轻后，其电流小于设定值时，IC₄输出低电平使Q₁Q₂复合管截止，继电器J₁断电，使电机按“Y”形连接运行，达到节电的目的，而当负载电流上升起过设定值时，IC₄翻转变为高电平，使Q₁Q₂复合管导通，继电器J₁吸合，使电机按“△”形连接运行。电容C₄和电阻R₂₁、R₂₃构成RC延时电路，如图2所示，其作用是使电机“Y／△”转换过程中有一个延时。电容C₅为高频旁路电容，以提高抗扰度。

负载端电压检测电路（7）是由电压互感器B₂经整流器Z₁输出至电压跟随器IC₁₂后，输出信号给两个差动式比较器IC₁₀和IC₁₁构成，IC₁₀为反相端输入信号，IC₁₁为同相端输入信号，电位器W₆W₇为调节设定值，如上所述，IC₁₀和IC₁₁构成双向鉴幅器，IC₁₁为检测电压波动的上限值，达到检测点后，IC₁₁输出高电平，IC₁₁采用正反馈，如图2所示，可改善差动式比较器的抗扰度，这是由于鉴幅器电路不仅要求失调电压小最好两输入端网络对称，而且要求输入的信号是单一频率，不能有谐波干扰，否则会影响鉴别点的不稳定，IC₁₀为检测电压波动的下限值，当达到检测点后，由于IC₁₀反相端输入，故IC₁₀输出高电平，IC₁₀采用负反馈，如图2所示，它可以提高欠压保护的稳定性。IC₁₀和IC₁₁分别经二极管D₁₃和D₁₄后并接输出至保护控制电路（6）。

保护控制电路（2）是由运算放大器IC₈、IC₉、可控硅SCR及继电器J₂构成。IC₈和IC₉也是差动式比较器，其基准电压为固定设置，IC₈由电阻R₃₂和R₃₃分压后，从IC₈的反相端输入基准电压；IC₉由电阻R₃₄和R₃₅分压后，从IC₉的反相端输入基准电压。IC₉的同相端经电阻R₄₈和电容C₁₀构成的RC延时回路，接断相检测电路（4）的输出端。IC₈的同相端经电阻R₃₆和电容C₉构成的RC延时回路，接过流检测电路（2）和负载端电压检测电路（7）的输出端。当过流检测电路（2）或负载端电压检测电路（7）输出高电平时即电机回路有故障时，使IC₈输出高电平，控制可控硅SCR导通，继电器J₂吸合，保护动作跳闸。过压和欠压保护动作跳闸，也是一种节电方式。当断相检测电路（4）输出高电平时，即检测相有断相故障发生，使IC₉输出高电平，控制可控硅SCR导通，继电器J₂吸合，保护动作跳闸。IC₈和IC₉的输入端经RC延时回路，是为了避免保护误动作，达到反时限特性动作的要求，IC₈和IC₉采用开环工作是为了提高其转换速率。为提高断相保护的响应速度，IC₉基准电压的设定较IC₈的基准电压设定低一倍左右。

清零控制电路（8）是由运算放大器IC₆和IC₇，开关三极管Q₄、Q₅、Q₃组成。IC₆为电压跟随器，其同相端接有电阻R₁₆和电容C₃构成的RC延时电路，电容C₃并接继电器J₂的常开触点J_2－1，IC₆输出至IC₇的反相端，IC₇是差动式比较器，其基准电压由电位器W₄串接电阻R₁₈后分压提供，IC₇的输出信号经电阻R₂₀输出至开关三极管Q₄、Q₅的基极，三极管Q₄的“c、e”极并接在“Y／△”转换电路（5）中RC延时回路的路容C₄的两端，三极管Q₅的“c、e”极并接在保护控制电路（6）中RC延时回路的电容C₉的两端如图2所示，三极管Q₃的“c、e”极经电阻R₂₆、R₂₇二极管D₁₁接于直流的正、负极，三极管Q₃的“b”极经电阻R₂₈和继电器J₁的常闭接点J_1－1，接继电器J₂的线圈。当保护动作，即继电器J₂吸合后，其接点J_2－1闭合，将电容C₃短接放电IC₆输出转为低电平，同时IC₇输出转为高电平，使开关三极管Q₄和Q₅饱和导通，三极管Q₄导通后，使电容C₄放电，A点钳制为低电平，即使IC₄输出为高电平时，其作用无效，复合三极管Q₁Q₂可靠截止，继电器J₁断电，这样就保证电机重起动时，按Y／△起动的方式，短接C₄也就为进行Y／△转换提供了延时的条件。三极管Q₅导通，使电容C₉放电，继电器J₂的接点J_2－2短接电容C₁₀为保护控制电路（1）重新提供了延时条件。三极管Q₃的导通条件是可控硅SCR截止和继电器J₁的接点J_1－1返回闭合，当保护动作后，由于电容C₁₂的储能，使集成稳压块“7812”工作一很短的时间，三极管Q₃瞬间导通期间，使直流电压的正负极接近短路。以消除电路元件中的残余电荷，保证电机重起动时，节能保护器性能的稳定性和可靠性。开关K₁的接点K_1－1和K_1－2是用于手动使保护控制电路（6）强制性复位（保护释放）。K_1－1并接于电容C₉的两端，K_1－2串接在继电器J₂回路中。

运行状态选择电路是转换开关K联接“1－2”点或“1－3”或“1－4”点或“1－5”点，如图2所示，人为控制复合管Q₁Q₂的基极电位，使电机按额定功率下节电方式或“△”形或“Y”形或“Y／△”起动方式运行。

本实用新型的一次接线如图3所示，须指出的是若节电保护器的电流互感器B₁采用单相检测时，设当为检测B相，那么“Y／△”转换控制接触器Q_CY和Q_C△接A、B相，同时，电源控制接触器Q_C控制回路接A、B相，这样无论断相是发生在电源端或是负载端，是在A相或是C相、B相Q_C或Q_C△、Q_CY都因失电而释放。电机节电保护器的电流互感器B₁和电压互感器B₂均接在电机端，“Y／△”转换控制接触器接在电机端，保护继电器J₂的常闭接点J_2－3串接在电机控制接触器Q_C回路中，J_2－4串接在“Y／△”转换控制接触器Q_CY和Q_C△回路中，“Y／△”转换控制电路的继电器J₁的接点J_1－2控制Q_CY或Q_C△的投入或退出。

信号指示：在运算放大器IC₃、IC₄、IC₅、IC₇IC₁₀的输出端分别接有发光二极管LED₁～LED₅串接电阻R组成的信号指示回路，指示各种状态，便于运行维护人员直观了解情况。

本实用新型的电路采用通用线性运算放大器组成各种比较电路，对负载端的电流、电压信号（模拟量）进行鉴别，并作为输入信号（模拟量）与输出控制信号（数字量）的接口电路，具有结构简单，功能齐全，适用范围广的优点。

Claims (8)

1、一种电机节电保护器，它包括负载电流取样电路(1)和负载端电压检测电路(7)，其特征是：

过流检测电路(2)接受负载电流取样电路(1)的信号后，输出至保护控制电路(6)；

节电运行检测电路(3)接受负载电流取样电路(1)的信号后输出至“Y/Δ”转换控制电路(5)；

断相检测电路(4)接受负载电流取样电路(1)的信号后，输出至保护控制电路(6)；

负载端电压检测电路(7)的输出信号，控制保护控制电路(6)；

清零控制电路(8)接受保护控制电路(6)的动作信号后，输出控制信号，将“Y/Δ”转换控制电路(5)和保护控制电路(6)中的RC延时电路和直流电源短接，为电机重起动作准备。

2、根据权利要求1所述节电保护器，其特征在于过流检测电路（2）和节电运行检测电路（3）及断相检测电路（4）是分别由带有正反馈的差动式比较器组成。

3、根据权利要求2所述节电保护器，其特征在于断相检测电路（4）与过流检测电路（2）和节电运行检测电路（3）中的差动式比较器的输入信号接受端是反相的。

4、根据权利要求1所述节电保护器，其特征在于保护控制电路

、（6）是由两个差动式比较器分别经RC延时电路接受输入信号后，并联输出控制可控硅SCR来控制继电器J₂构成。

5、根据权利要求1所述节电保护器，其特征在于“Y／△”转换控制电路（5）是由输入信号控制开关三极管Q的基极电压，使其处于导通或截止状态，来控制继电器J₁构成。

6、根据权利要求1所述节电保护器，其特征在于负载端电压检测电路（7）是由带正反馈和负反馈的两个差动式比较器的同相端和反相端分别接受整形后的电压信号，经二极管D并联输出构成。

7、根据权利要求1所述节电保护器，其特征在于清零控制电路（8）是由输入端有RC延时电路的电压跟随器，输入至差动式比较器后，控制开关三极管Q的导通，使RC延时电路的电容C短接放电和直流电源短接，电压跟随器输入端的RC延时电路中的电容C并接保护继电器J₂的常开接点。

8、根据权利要求1所述节电保护器，其特征在于有手动开关K控制“Y／△”转换控制电路（5），强制使电机按“△”形或“Y”形或“Y／△”起动或节电方式运行。

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