CN2149721Y - 电动机节电保护开关 - Google Patents

Abstract

电动机节电保护开关的电路由可控硅调压及取 样电路(1)、过压保护电路(2)、电源及操作控制电路 (3)、过流检测电路(4)、过流保护执行电路(5)、功率 因数检测电路(6)、放大电路(7)及可控硅移相触发电 路(8)组成。该装置能自动跟踪电动机的负载变化而 调整电动机的输入功率，使得轻载或空载时的功率因 数大大提高，节电效果极为显著。其主回路采用可控 硅无触点控制，触发电路只有一套，电路结构简单。

Description

本实用新型涉及用于起动三相交流电动机的装置，也属于用于电动机的紧急保护电路装置，具体是指一种电动机节电保护开关。

三相异步电动机在额定负载时，功率因数较高，而在空载或轻载时功率因数较低。提高功率因数的理想办法当然是提高轻载电动机的负载率或调换容量适当的电动机。但是，对于很多实际运行中的生产机械来说，拖动电机的连续满载运行和轻载或空载运行是交替相间进行的。若选择小容量的电动机会带来力矩不足而造成堵转或过载，而在按设备的额定转矩选配好电机容量的前提下，又会造成在轻载或空载运行时的大马拉小车现象而浪费电能。因为这种矛盾的存在，使得我们只可能在满足设备功率需要的前提之下，来尽可能地提高电动机的功率因数，以节约电能。为此，已有不少这方面的装置问世，如中国专利CN2076727U公告的《自动跟踪式三相异步电动机节电器》较好地解决了这一问题，但它具有三套可控硅主回路和三套可控硅控制回路，而主回路还同时采用了有触点的交流接触器，使得电路结构较为复杂，此外，该装置的主回路过压和过流保护尚不完备。

本实用新型的目的，在于提供一种能随着负载的变化而自动地调整电动机的输入功率以提高功率因数的电动机节电保护开关，并使得其电路结构简单，主回路过压和过流保护措施完备。

参见图1本实用新型电原理方框图，本实用新型的解决方案是这样来实现的。其电路部分具有可控硅调压及取样电路（1），它的输入端接有过压保护电路（2），可控硅调压及取样电路（1）给电源及操作控制电路（3）的输入端提供交流输入电源，给过流检测电路（4）的输入端和功率因数检测电路（6）的输入端提供主回路电流取样信号，电源及操作控制电路（3）给功率因数检测电路（6）的输出端提供主回路输入电压取样信号，过流保护执行电路（5）的输入端和控制端分别与电源及操作控制电路（3）的输出端和过流检测电路（4）的输出端相连，过流保护执行电路（5）的输出端与放大电路（7）和可控硅移相触发电路（8）的工作电源端相接，放大电路（7）的输入端和输出端分别接在功率因数检测电路（6）的输出端和可控硅移相触发电路（8）的输入端，可控硅移相触发电路（8）输出端供给可控硅调压及取样电路（1）以移相触发信号。

具有上述电路结构的本实用新型在具体使用时，装于一壳体之内，将可控硅调压及取样电路（1）的输入端和输出端分别与三相四线电源和电动机（9）相接。当接通电源后，可启动电源及操作控制电路（3）工作，其直流电源经过流保护执行电路（5）给放大电路（7）和可控硅移相触发电路（8）供电，由可控硅移相触发电路（8）提供电动机启动初始基准触发脉冲，使可控硅调压及取样电路（1）导通，电动机（9）降压启动。随之，从可控硅调压及取样电路（1）输出的输入电流取样信号分成两路，一路给过流检测电路（4）同步提供电平，经处理后至过流保护执行电路（5）的控制端，并在未超过设定值的情况下不产生控制动作，电路（1）输出的另一路输入电流取样信号则送给功率因数检测电路（6）的输入端，并且功率因数检测电路（6）的输出端还同时接受电源及操作控制电路（3）送来的输入电压取样信号。其结果，功率因数检测电路（6）检测出与功率因数大小成正比的电压信号，送放大电路（7）放大，同步控制可控硅移相触发电路（8），其输出的移相脉冲使可控硅调压及取样电路（1）在功率因数较高时导通比增大，而在功率因数较低时导通比减小，从而自动调节电动机的输入电压和电流，使电动机自动稳定在高功率因数运行区，实现在轻载或空载时的大幅度节电省能。

当电动机回路产生过电流时，不仅可控硅调压及取样电路（1）本身含有常规的过流保护器件，如快速熔断器等，而且从可控硅调压及取样电路（1）送给过流检测电路（4）的信号电平增大而超过设定值，使得过流保护执行电路（5）产生控制动作，切断由电源及操作控制电路（3）来的提供给放大电路（7）和可控硅移相触发电路（8）的直流工作电源，于是使可控硅调压及取样电路（1）关断，停止给电动机供电，以策安全。对于电网输入的过电压，可由可控硅调压及取样电路（1）输入端的过压保护电路（2）进行保护，而不让过电压进入电动机。当电网在电动机运行时停电而又再来电时，需重新启动电源及操作控制电路（3），以保护电动机不会突然运转。

本实用新型能自动跟踪电动机的负载变化而调整电动机的输入功率，使得电动机在轻载或空载时的功率因数大大提高，从而在整个运行过程中都稳定在高功率因数运行区，节电效果极为显著。功率因数检测采用电压和电流相结合的自动跟踪，使得对负载的变化反应灵敏可靠，提高自动控制调节的精度。其接电动机的主回路采用无触点自动软启动，可控硅移相触发电路只采用一套，电路结构简单，使用寿命长。可控硅移相触发电路初始基准触发脉冲的设置，对电动机进行降压启动，使电机在启动时转速从零到额定值有一个延长时间，并减小启动电流，无论对电机对被拖动设备都有利。此外，该装置主回路的过流和过压保护功能均很完备。实际应用中，它完全可同时取代节电器、交流接触器、降压启动器和过流过压保护器，因此性能价格比极高。

下面结合附图和实施例对本实用新型加以进一步详细说明。

图1为本实用新型电原理方框图；

图2加图3为图1方框图的一种具体电路的原理图。

参见图2，可控硅调压及取样电路（1）由双向可控硅SCR₁与SCR₂、快速熔断器1RD至3RD、电阻R₁与R₂、电容C₁与C₂及电流互感器HL₁至HL₃组成，过压保护电路（2）由熔断器4RD至6RD、双向二极管D₇至D₉及电阻R₂₆至R₂₈组成，电源及操作控制电路（3）由变压器KB、整流桥ZL、继电器J₁与其常开触点J_1－1和J_1－2、发光二极管LED₁、启动按钮QA、停止按钮TA、开关K、稳压管DW₁、电阻R₇及电容C₅至C₇组成，过流检测电路（4）由二极管D₁至D₆、稳压管DW₂与DW₃及电阻R₁₀与R₁₁组成，过流保护执行电路（5）由可控硅SCR₃、继电器J₂与其常闭触点J_2－1、发光二极管LED₂与LED₃、电阻R₈与R₉及电容C₈组成。参见图3，功率因数检测电路（6）由三极管BG₁、稳压管DW₄至DW₇及电阻R₁₂至R₁₅组成，放大电路（7）由三极管BG₂与BG₃及电阻R₂₀至R₂₅组成，可控硅移相触发电路（8）由时基集成电路IC₁与IC₂、光电耦合器GD₁与GD₂、电位器DW₁与DW₂、电阻R₃至R₆、电阻R₁₆至R₁₉、电容C₃与C₄及电容C₉至C₁₄组成。图2与图3中的E、F、G、H、J、M和N为两图的连接点。

参见图1与图2，合上开关HK，三相电源给主回路和KB供电。闭合开关K，启动按钮TA，ZL给J₁供电，J_1－1和J_1－2闭合，LED₁亮作电源指示，ZL输出电压经DW₁作稳压输出，再经常闭触点J_2－1给放大电路（7）和可控硅移相触发电路（8）供电，LED₃亮作电动机非过流运行指示。若关断开关K，则可从其两端L、S引出外接线，并接外接开关，对本装置和电机进行远距离控制。可控硅移相触发电路（8）中的IC₁为稳定定时电路，IC₂为可调占空比的自激多谐振荡器，由RW₂确定电动机降压启动初始基准触发脉冲，从IC₂第3脚送给接成串联形式的光电耦合器GD₁和GD₂的红外发光二极管输入控制端，经GD₁和GD₂进行电－光－电的转换后，分别从输出端将触发脉冲信号送给SCR₁和SCR₂，控制电压分别取自R₅和R₆两端。采用光电耦合器的好处是，其输入控制端与输出端有可靠的电隔离。SCR₁和SCR₂分别接在A、C两相主回路中，同样具有三相交流调压作用，它们在分别得到R₅和R₆两端的控制电压导通后，使电动机D降压启动。由HL₁～HL₃取出主回路电流信号，一路经D₁～D₆三相整流和由DW₂、DW₃、R₁₀和R₁₁组成的检测桥，送SCR₃的触发端，在主回路电流低于设定值时，SCR₃不导通。从HL₁～HL₃取出的另一路电流信号，加在BG₁的基、射极之间，而从KB取出的电压信号加在BG₁的集、射极之间，BG₁检测出与电动机D功率因数成正比的电压信号，经BG₂与BG₃放大，同步控制IC₂第6脚，而IC₂第2脚同时受LC₁第3脚输出的周期信号控制。这样，LC₂第3脚输出的脉冲信号随着功率因数的变化而移相，并通过GD₁和GD₂的耦合而自动控制和调整SCR₁和SCR₂的导通角，最后达到调节电动机D的输入功率的目的。

当电动机主回路过流而超过设定值时，检测桥的输出使SCR₃导通，J₂得电，J_2－1断开，LED₂亮而LED₃灭，BG₂、BG₃、IC₁与IC₂等失去工作电源，SCR₁和SCR₂失去触发脉冲而关闭，电动机D停止运行而受到保护。R₁与C₁、R₂与C₂分别为SCR₁和SCR₂的浪涌电压阻容保护，1RD至3RD为三相过流快速熔断保护。D₇至D₉在电网正常时对电路起阻断作用。而当电网出现过电压或雷电压时，D₇至D₉短时击穿，将过电压短路，4RD至6RD熔断，以保护本装置和电动机，待供电恢复正常后，D₇至D₉又恢复阻断作用。

Claims (2)

1、一种电动机节电保护开关，电路部分具有可控硅调压及取样电路(1)，可控硅调压及取样电路(1)给电源及操作控制电路(3)的输入端提供交流输入电源，可控硅移相触发电路(8)输出端供给可控硅调压及取样电路(1)以移相触发信号，其特征在于，可控硅调压及取样电路(1)的输入端接有过压保护电路(2)，可控硅调压及取样电路(1)给过流检测电路(4)的输入端和功率因数检测电路(6)的输入端提供主回路电流取样信号，电源及操作控制电路(3)给功率因数检测电路(6)的输出端提供主回路输入电压取样信号，过流保护执行电路(5)的输入端和控制端分别与电源及操作控制电路(3)的输出端和过流检测电路(4)的输出端相连，过流保护执行电路(5)的输出端与放大电路(7)和可控硅移相触发电路(8)的工作电源端相接，放大电路(7)的输入端和输出端分别接在功率因数检测电路(6)的输出端和可控硅移相触发电路(8)的输入端。

2、如权利要求1所述的电动机节电保护开关，其特征在于，可控硅调压及取样电路（1）由双向可控硅SCR₁与SCR₂、快速熔断器1RD至3RD、电阻R₁与R₂、电容C₁与C₂及电流互感器HL₁至HL₃组成，过压保护电路（2）由熔断器4RD至6RD、双向二极管D₇至D₉及电阻R₂₆至R₂₈组成，电源及操作控制电路（3）由变压器KB、整流桥ZL、继电器J₁与其常开触点J_1－1和J_1－2、发光二极管LED₁、启动按钮QA、停止按钮TA、开关K、稳压管DW₁、电阻R₇及电容C₅至C₇组成，过流检测电路（4）由二极管D₁至D₆、稳压管DW₂与DW₃及电阻R₁₀与R₁₁组成，过流保护执行电路（5）由可控硅SCR₃、继电器J₂与其常闭触点J_2－1、发光二极管LED₂与LED₃、电阻R₈与R₉及电容C₈组成，功率因数检测电路（6）由三极管BG₁、稳压管DW₄至DW₇及电阻R₁₂至R₁₅组成，放大电路（7）由三极管BG₂与BG₃及电阻R₂₀至R₂₅组成，可控硅移相触发电路（8）由时基集成电路IC₁与IC₂、光电耦合器GD₁与GD₂、电位器DW₁与DW₂、电阻R₃至R₆、电阻R₁₆至R₁₉、电容C₃与C₄及电容C₉至C₁₄组成。

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