CN2171942Y

CN2171942Y - 多容量电机断相过载保护装置

Info

Publication number: CN2171942Y
Application number: CN 92241460
Authority: CN
Inventors: 鲁润泽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-07-13
Anticipated expiration: 2002-11-20

Abstract

一种多容量电机保护装置。其特征在于采样定值器、控制器两部分。通过控制电缆连接。采样定值器外壳上设有A相、B相、C相运行指示的发光二极管和容量定值旋钮。控制器外壳上装有分别指示“断相”、“过载”、“正常”状态指示发光二极管和延时调整钮。

分相采样器将三相电流的采样信号输入容量定值器，经运行指示器送至窗口比较器后送入执行电路动作切断电机电源，同时电路自动恢复监控状态。过载时延时电路可人工选择延时值。

Description

本实用新型是一种属于检测电流型多容量电机保护装置，具有断相时瞬时跳闸过载时延时跳闸，具有容量定值的电机保护装置。

目前现有技术的电机保护装置分两类，一类是三极断相式热继电器利用金属膨胀原理断电保护属于机械式保护器，另一类是简易电子型，在电动机电源线上穿有空心电流互感器，从电流互感器二次侧引出电流信号，通过倍压整流经过晶体管放大驱动继电器，切断交流接触器线圈电源从而切断电机电源。如果再次启动电机，需先手动恢复保护器初始状态，方可启动。

现有技术中，由互感器方面来的电流信号，由于倍压整流中电容器的原因，当电源出现断相时电容器两端电压不能突然消失，造成断相后保护装置不能立即动作，延时达十几秒以上，造成电机烧毁，例如发电厂电动门电机全部开启时间只有十几秒，这样短的时间是无法保护的。

现有技术中没有容量定值功能，只是依靠电流互感器的变流比来改变检测信号的大小，所以特定容量的保护器只能保护特定容量的电动机，不具有广泛性的容量保护及通用性。

现有技术中一旦保护器动作后必须采用人工就地恢复，否则远方控制台（屏）则无法启动。

本实用新型的目的是提供一种电动机保护装置，它具有：检测灵敏；多容量、大范围；断相保护无延时；过载时间可调；动作后自动恢复。

本实用新型的目的是这样实现的：将保护装置分为两大部分，一部分为采样定值器，一部分为控制器通过电缆连接。如图4所示在采样定值器中，由用磁环绕制的分样采样器将检测电流信号经二极管检波后由负载电阻转换成电压信号送入高精度运算放大器，将运算放大器的反相端接到一个可调电阻的中心端，可调电阻的一端接电源正极，另一端接地。通过改变可调电阻阻值便可改变运算放大器定值，使运算放大器在正常监护大小不同容量电机时输出值保持一致。从而解决对多种容量电机的运行监测，由于采用高精度运算放大器作为采样放大，检测灵敏度也大大提高。

运算放大器IC1、IC2、IC3的输出端接有指示运行工况的LED_A，LED_B、LED_C，它们的正极接到各自运算放大器的输出端，它们的负极通过电阻接地。运算放大器有输出时，即可点亮LED指示运行情况，如检测信号过载或断相时，运算放大器输出端LED将出现增亮或熄灭显示，同时向窗口比较器发出相应的幅值信号，该部分的输出信号是经过二极管检波、电容滤波后输出的。由于滤波电容容量小，负载电阻R₁、R₂、R₃阻值小，所以当电网断相时，电流信号随即消失。滤波电容C_A、C_B、C_C分别通过负载电阻R₁、R₂、R₃瞬时放电，克服了现有技术由于倍压整流所造成的延时。

控制器输入端与采样定值器输出端通过电缆连接，控制器的输出端为继电器的常闭接点J₁，J₁串入电机启动回路的交流接触器线圈回路。

从采样定值器来的监测信号分别接到窗口比较器A相、B相、C相三个输入端，由集成IC4～IC9构成的三个专用窗口比较器，根据窗口定值对来自采样定值器的信号进行判别。窗口比较共设有两个定值，一个是接在反相端的断相定值，由电位器R_W1调定；一个是接在同相端的过载定值，由电位器R_W2调定。运算比较器LM339的输出端属于开路式输出，即当输入信号低于下限定值、高于上限定值时由上拉电阻R₉、R₁₀、R₁₁使之完成输出低电位。例如电网出现断相时来自采样定值器的信号低于窗口比较器的下限定值使窗口比较器IC5、IC7、IC9输出低电位；此时在该比较器接着的二极管则处于导通，而二极管的另一端通过一只电阻连接着相应的LED驱动三极管的基极，因为出现断相，比较器输出为低电位，相应的二极管D₃、D₇、D₁₁导通，使得与二极管连接的三极管T₁也导通，驱动黄色LED₁指示“断相”，在其集电极输出一个高电位至执行回路；当来自采样定值器的输入信号高于定值时，IC4、IC6、IC8输出低电位，与之连接的二极管D₁、D₅、D₉导通，相应的三极管T₃也导通，其集电极输出一个高电位至延时电路，同时驱动红色LED₃指示“过载”；当来自采样定值器的输入信号介于上限定值与下限定值之间时，比较器IC4、IC5、IC6、IC7、IC8、IC9输出高电位，此时二极管D₂、D₄、D₆、D₈、D₁₀、D₁₂截止，由于上拉电阻R₉所致，通过R₁₃使得三极管T₂导通，驱动绿色LED₂指示“正常”。

出现过载时，三极管T₃在驱动红色LED₃的同时，向由两极LM339构成的延时电路发出动作信号，信号送入LM339的同相端级延时后由第二级输出，正常运行时第二级的输出状态是输出端电压为0V。

执行器是由三极管T₄和继电器J组成。来自“断相”驱动LED三极管T₁集电极的信号，和来自“过载”延时输出端的信号，分别经过选通二极管D₁₃、D₁₄，通过R₂₁接至驱动继电器的三极管T₄的基极电阻，当出现过载或者断相时，来自上述两端的高电位都可使驱动三极管T₄导通，继电器动作，串入电机启动回路的常闭接点J₁断开，切断启动回路电机停转；在电动机启动回路中经交流接触器常开接点还串有本保护装置的电源变压器输入端，所以当继电器常闭接点J₁断开后交流接触器失电，常开点J_C2返回，多容量电机保护装置电源变压器失电。所以电机停转的同时，整个“多容量电机保护装置”也完成保护作用进入停电状态，处于等待下次启动。无需人工恢复到下次准备启动的状态。见图2。

图1 是本发明的方框图。

图2为本发明电路原理图。

图3为本发明外观结构图。

图4为分相采样器和容量定值器电路。

图5为A、B、C相窗口比较器电路和与门检出电路。

图6为LED驱动电路。

图7为延时及执行电路。

图8为自恢复电路和整机电源。

图3（a）所示：1、控制线；2、过载调整孔；3、过载指示；4、正常运行指示；5、断相指示；6、延时调整钮；7、继电器常开接点引出端；8、继电器动接点引出端；9、继电器常闭接点引出端；10、断相灵敏度调整孔。

图3（b）所示：1、控制线插件；2、A相进线端子；3、B相进线端子；4、C相进线端子；5、容量定值调整钮；6、C相出线端子；7、B相出线端子；8、A相出线端子；9、220V电源线；10、A相运行指示；11、B相运行指示；12、C相运行指示。

如图4所示：分相采样器的B_A、B_B、B_C是由φ25磁环绕制而成，一次侧为穿心导线，二次侧用0.12漆包线绕制450匝。B_A、 B_B、B_C的一次侧经端子盒串入电机回路，在端子盒内部有一根导线穿过采样器磁芯跨接在端子之间，共有三对接线端子分为A相、B相、C相通过端子与外部电路连接。二次侧经二极管D_A、D_B、D_C整流、经C_A、C_B、C_C滤波后进入容量定值器。定值器由LM324担任，其反向端接到可调电阻的W₁的中心触点，可调电阻另外两端分别接到电源的正负极。改变中心触头位置便改变了反向端的电位，在这里IC1、IC2、IC3均由W₁担任调整，使其具有一致的定值。改变W₁可相应改变容量定值，以适应不同容量电机，本设计选定容量比较器的正常输出为3V，调整W₁使得无论多大容量的电机正常运行时只要输出保持在3V即可，大大的拓宽了应用领域。放大后的信号经Da、Db、Dc检波经Ca、Cb、Cc滤波后驱动运行指示器LED同时进入控制器的窗口比较器，LED的明暗程度可反映电机电流的幅度。图中R_A、R_B、R_C是D_A、D_B、D_C的负载，R₁、R₂、R₃分别为D_A、D_B、D_C的负载，R₄、R₅、R₆为LED的限流电阻。LED分别采用红、黄、蓝分别指示A相、B相、C相的运行状态。分相采样器采用M×2000磁环绕制。

如图5所示：A、B、C相窗口比较器。由LM339担任。采用典型的比较器模式，在这里R₇、R_W1构成断相定值、R₈、R_W2构成过载定值。比较器输出端分别接有D₁～D₁₂电平检出二极管。电平检出线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ将分别与断相驱动电路、正常值驱动电路，过载驱动电路连接。

当来自容量定值器的信号U1出现小于过载定值、大于断相定值即U_L＜Ui＜U_H时，窗口比较器IC4～IC9上端、下端均输出高电位，此时由上拉电阻R₉将Ⅰ线转为高电位，驱动T₂导通。同时Ⅱ线Ⅲ线也为高电位，T₁、T₃截止。

当来自容量定值器的信号Ui出现小于断相定值时，窗口比较器IC5、IC7、IC9下端输出低电位，使得D₃、D₄、D₇、D₈、D₁₁、D₁₂导通，Ⅰ、Ⅱ线转为低电位，使T₂截止，T₁转为导通。

当来自容量定值器的信号Ui出现大于过载定值时，窗口比较器IC4、IC6、IC8上端输出低电位，Ⅰ、Ⅲ线转为低电位，使D₂、D₆、D₁₀导通，D₁、D₅、D₉导通T₁、T₂截止，T₃导通。

现将逻辑关系制表如下：

Ui	Ⅰ线	Ⅱ线	Ⅲ线
				U_L＜UI＜U_H	1	1	1
UI＜U_L	0	0	1
				UI＜U_H	0	1	0

R₉、R₁₀、R₁₁分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线上的上拉电阻。IC采用LM339。

如图6所示：驱动电路。

由三极管T₁、LED₁组成“断相”显示驱动电路，由三极管T₂、LED₂组成“正常”显示驱动电路，由三极管T₃、LED₃组成“过载”显示驱动电路。

当Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线为“1”态，T₂驱动LED₂（绿）表示正常。

当Ⅰ、Ⅱ线为“0”态，T₂截止、T₁驱动LED₁（黄）表示缺相，同时向执行电路发出执行信号。

当Ⅰ、Ⅲ线为“0”态，T₂截止，T₃驱动LED₃（红）表示过载同时向延时电路发出执行信号。

R₁₂、R₁₃、R₁₄分别为三极管T₁、T₂、T₃的限流电阻，R₁₅、R₁₆、R₁₇为LED限流电阻。

如图7所示：延时及执行电路。延时电路由IC₁₀、IC₁₁、R₁₈、R₁₉、C、W₂构成。R₁₈、R₁₉分压构成延时启动门限电压。IC10的同相端接到T₃的集电极。

当T₃截止时，IC10的同相端为低电位，由于IC10的反相端为R₁₈、R₁₉的分压值（门限）所以使得IC10的输出端U₀则为低电位。延时电容C的电压Uc＝0V，此时IC10相当于将电容器C短路。

当T₃导通后使IC10同相端电压增大，当电压值大于反向端设定的门限电位时，IC10输出高电位，此时IC10对电容器C相当于开路，电源经W₄向C充电延时开始。当电容器两端电压Uc充至大于IC11反相端电位时IC11输出U₀驱动T₄。平时IC11输出低电位。R₂₀为LM339的上拉电阻，W₂为延时设定电位器，其时间调整范围为4秒～40秒。

执行电路由三极管T₄、继电器J、二极管D_J、D₁₃、D₁₄、电阻R₂₁组成。

T₄为继电器驱动三极管，继电器线圈串入三极管T₄集电极与电源间，D_J为续流二极管。R₂₁为限流电阻，二极管D₁₃、D₁₄构成T₄的“或”逻辑门对延时驱动和缺相驱动电路执行“或”逻辑。

IC11的反相端电位与过载定值一同设定，即均由图5中的R_W2担任，可简化电路设计使延时同过载有机结合，IC10、IC11由LM339承担。

如图8所示：自动恢复及电源电路。电机启动回路的交流接触器常开接点J_C1作为自保持接点，跨接于启动按钮AN两端；继电器J的常闭接点J₁串入接触器线圈回路；接触器线圈的一端接电源一端，线圈另一端接继电器常闭接点一端，常闭接点的另一端接电源的另外一端；接触器的另一组常开接点J_C2串入整机电源回路。一端接电源另一端接多容量电机保护装置，电源变压器输入侧一端，变压器的另一端接电源另一端。

当出现断相继电器J动作后常闭接点J₁断开，接触器C失电，常开接点J_C2返回，整机电源被切断，此时由于继电器J失电又使得常闭接点J₁返回，电路又重新回到电机启动前状态，等待电机的再次启动。本发明的这一方式克服了现有技术中需要人工恢复监控状态的弊端。具有省电、可靠、寿命长的特点。

本发明的采样端与控制端分为两大部分，通过锁型插件连接。

采样定值器向控制器提供五条线，其中直流电源两根、信号线（A、B、C）三根。控制器输出四根，其中两根是继电器常闭接点引线，接至电机启动器回路；另外两根是继电器常开接点引线，可供用户接报警系统。整机电源从采样器外壳引出至用户电机控制屏。此种接线方式适应于各种电机控制屏的使用，更换部件容易。如控制部分出现故障不需要将采样器拆除便可以进行维修，所以方式简单、实用、可靠。

本发明的电源部分与典型电路一致。经变压器降压，二极管D₁₅、D₁₆全波整流，电容器C₁滤波后通过稳压集成电路LM7812获得稳定的12V直流电压，送入整机电路。

本发明将容量定值旋钮设置在采样器外壳上；将延时定值旋钮设置在控制器外壳上，上述两旋钮均可锁定。断相和过载定值的设定可通过控制器外壳上的调整孔对R_W1、R_W2进行调整。

本发明的控制器外壳同热偶继电器外壳尺寸一致，改造控制屏内接线非常方便易于推广和应用。

本发明由于采用容量定值，控制比较串连放大环节，所以有较高的控制灵敏度和很宽的适应范围，对于偏离定值的各种不平衡的三相运行工况均能及时的保护；由于摆脱了对信号进行倍压整流的束缚，所以没有控制延时。即一旦电网出现断相，采样器输出的检测信号立即消失，保护电路动作，在0.2秒内即可完成；由于采用了自恢复技术，所以保护装置动作后不需人工恢复，自行进入下次准备启动的状态。

Claims

1、一种多容量电机保护装置，分为采样定值器和控制器两部分组成，采样定值器由分相采样器、定值电位器、容量定值器、检出电路组成，控制器由窗口比较器、与门检出电路、运行状态指示电路、延时电路、执行电路、自恢复电路组成，其特征在于：分相采样器共有三个磁环，每个磁环绕有一次和二次线圈，一次侧经采样定值器接线端子串入电机三相电源回路，二次侧与各自容量比较器输入端连接，容量定值器输出端连接于检出电路，通过信号电缆连接于窗口比较器输入端，同时驱动装在采样定值器外壳上的三个指示A相、B相、C相运行的发光二极管窗口比较器输出端接到与门检出电路，与门检出电路输出端分别接到各自的运行状态指示电路，在控制器外壳上装有黄、绿、红发光二极管以分别指示“断相”、“正常”、“过载”的状态，在控制器外壳上装有延时调整旋扭，运行状态指示电路输出端的“过载”端与延时电路输入连接，运行状态指示电路输出端的“断相”端同延时电路输出端经或门接到执行电路，执行电路中继电器常闭接点串入电机启动回路，电机启动回路的交流接触器常开接点串入多容量电机保护装置的电源变压器一次侧回路。

2、根据权利要求1所述多容量电机保护装置，其特征在于分相采样器一次侧是通过外壳上接线端子串入电动机三相电源回路，端子盒内部有一根导线穿过分相采样器磁环跨接二端子之间。

3、根据权利要求1所述多容量电机保护装置，其特征在于采样定值器外壳上接有三个发光二极管，分别指示电机运行时A相、B相、C相所通过的电流幅度。

4、根据权利要求1所述多容量电机保护装置，其特征在于控制器外壳上接有三个发光二极管，分别指示过载、正常、断相的状态。

5、根据权利要求1所述多容量电机保护装置的采样定值器电路，其特征在于利用三个运算放大器电路将其反相端设置阀位可调电阻，可调电阻的滑动接点接三个运算放大器的反相端，可调电阻的另外两端分别接电源的正负极，可调电阻安装在采样定值器外壳上。

6、根据权利要求1所述多容量电机保护装置的窗口比较器电路其特征在于由两片LM339比较器构成了三个窗口比较电路，窗口比较器的高限位是将它们同相端连接至可调电阻R_W2滑动触点，R_W2的另一端接地，三个窗口比较器的低限位是将三个反相端连接至可调电阻R_W1滑动触点，R_W1的另一端接地。

7、根据权利要求6所述多容量电机保护装置的每个窗口比较器上限输出端接有二极管构成的与门；二极管另一端通过电阻R₁₄同“过载”状态指示电路三极管T₃基极连接。

8、根据权利要求6所述多容量电机保护装置的每个窗口比较器下限输出端接的二极管构成的与门，二极管另一端通过电阻R₁₂同“断相”状态指示电路三极管T₁基极连接。

9、根据权利要求6所述多容量电机保护装置的每个窗比较器上限下限输出端各接一只二极管，二极管的另一端通过电阻R₁₃与“正常”状态指示电路三极管T₂基极连接。

10、根据权利要求1所述的多容量电机保护装置的自动恢复电路其特征在于多容量电机保护装置的电源变压器一次侧经过电机启动回路的交流接触器的常开接点J_C2串联接入电网。