CN218298834U - 差动保护装置、电动机及电驱压裂橇 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种差动保护装置、电动机及电驱压裂橇，涉及电动机技术领域，该差动保护装置包括：霍尔传感器和控制器；其中，电动机与变频器连接的连接电缆，以及形成电动机的中性端的短接电缆均经过霍尔传感器；控制器连接霍尔传感器的输出端，用于根据霍尔传感器的输出值对电动机进行保护控制。该装置用以解决现有技术中采用中压变频器对电机的速断过电流保护，所造成的保护灵敏系数低，容易造成电动机损毁的缺陷，根据磁平衡原理，基于霍尔传感器的布置，实现对电动机的差动保护。

Description

差动保护装置、电动机及电驱压裂橇

技术领域

本实用新型涉及电动机技术领域，尤其涉及一种差动保护装置、电动机及电驱压裂橇。

背景技术

高压电动机作为贵重的高压设备需要可靠的保护。然而，对于采用变频驱动调速的电动机来说，常规的工频差动保护并不适用，只能通过中压变频器对电机的速断过电流保护，但是这种保护方式的保护灵敏系数极低，即往往在电动机故障发展到无法修复的地步时保护才动作，从而造成巨大的经济损失，无法对电动机进行有效保护，失去保护的意义，因而，需要配置差动保护来填补对采用变频驱动调速的电动机保护的不足。

实用新型内容

本实用新型提供一种差动保护装置、电动机及电驱压裂橇，用以解决现有技术中采用中压变频器对电机的速断过电流保护，所造成的保护灵敏系数低，容易造成电动机损毁的缺陷，根据磁平衡原理，基于霍尔传感器的布置，实现对电动机的差动保护。

本实用新型提供一种差动保护装置，包括：霍尔传感器和控制器；其中，

电动机与变频器连接的连接电缆，以及形成所述电动机的中性端的短接电缆均经过所述霍尔传感器；

所述控制器连接所述霍尔传感器的输出端，用于根据所述霍尔传感器的输出值对所述电动机进行保护控制。

根据本实用新型所述的差动保护装置，三个所述霍尔传感器分别连接所述控制器；

连接所述变频器任一相的所述连接电缆和形成所述中性端相应相的所述短接电缆作为一组电缆，经过同一个所述霍尔传感器。

根据本实用新型所述的差动保护装置，还包括：信号转化部件；

所述信号转化部件串联在各所述霍尔传感器与所述控制器之间，用于将所述霍尔传感器输出的电压信号转化为电流信号。

根据本实用新型所述的差动保护装置，所述信号转化部件为隔离变送器。

根据本实用新型所述的差动保护装置，所述控制器为PLC。

根据本实用新型所述的差动保护装置，所述霍尔传感器的输出端连接所述PLC的输入端，所述PLC的输出端连接用于控制高压电源与所述电动机组成的电路通断的断路器。

根据本实用新型所述的差动保护装置，所述PLC的输出端连接所述断路器的跳闸线圈。

根据本实用新型所述的差动保护装置，还包括：报警模块；

所述报警模块连接所述PLC的输出端。

本实用新型还提供一种包括如上任一种所述的差动保护装置的电动机。

本实用新型还提供一种包括如上任一种所述的差动保护装置或如上所述的电动机的电驱压裂橇。

本实用新型提供的一种差动保护装置、电动机及电驱压裂橇，通过使电动机与变频器连接的连接电缆，以及形成所述电动机的中性端的短接电缆均经过霍尔传感器，即使电动机的输入电流和输出电流均经过霍尔传感器，然后将霍尔传感器的输出端连接控制器，使得控制器可以根据霍尔传感器因连接电缆和短接电缆中电流流过产生的霍尔电压的大小，来进行电动机的差动保护，即在电动机正常变频运行和启动过程中，依靠霍尔传感器一次励磁安匝的磁平衡，使二次输出满足预设阈值范围，控制器不动作，而在电动机出现内部故障，霍尔传感器一次励磁安匝的磁平衡被打破时，使霍尔传感器的二次输出超出预设阈值范围，控制器可以对电动机立即执行保护动作，从而有效提高了对电动机的保护灵敏度，避免了电动机损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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是本实用新型实施例提供的一种差动保护装置的结构示意图；

图2是将本实用新型实施例提供的差动保护装置应用于采用变频驱动调速的高压电动机的系统中的结构示意图；

图3是将本实用新型实施例提供的含有信号转化部件的差动保护装置应用于采用变频驱动调速的高压电动机的系统中的结构示意图；

图4是将本实用新型实施例提供的控制器为PLC的差动保护装置应用于采用变频驱动调速的高压电动机的系统中的结构示意图；

附图标记：

11：霍尔传感器；12：控制器；13：高压电源；14：断路器；15：移相变压器；16：变频器；17：高压电动机；18：连接电缆；19：短接电缆；20：信号转化部件；21：PLC。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

可以理解的是，对于采用变频驱动调速的电动机来说，常规的工频差动保护并不适用，只能通过中压变频器对电机的速断过电流保护，但是这种保护方式的保护灵敏系数极低，即往往在电动机故障发展到无法修复的地步时保护才动作，从而造成巨大的经济损失，无法对电动机进行有效保护，失去保护的意义，因而，需要配置差动保护来填补对采用变频驱动调速的电动机保护的不足。

然而，目前对采用变频驱动调速的电动机的差动保护，主要是通过在电动机的输入端和输出端分别配置电流互感器来实现，即基于输入端和输出端的检测值来计算差动电流，然后根据差动电流的大小，来判断是否需要对电动机进行保护。然而，对于采用变频驱动调速的电动机来说，差动电流的检测与频率相关，因而在进行差动电流的计算过程中，还需要涉及对电流传感器检测信号的滤波、分析、跟踪等处理步骤，过程非常复杂，准确度也不高，

基于此，本实用新型实施例提出了一种采用霍尔传感器的差动保护装置，且通过使电动机与变频器连接的连接电缆，以及形成电动机的中性端的短接电缆均经过霍尔传感器，不仅实现了基于磁平衡原理，对采用变频驱动调速的电动机的差动保护，还使得正弦和非正弦的电流信号直接转换为真有效值，避免了信号滤波、信号分析以及信号跟踪等软件处理流程，通过霍尔传感器以及控制器的硬件布置，实现在变频的稳态和静态下均能有效感知在电动机内部出现故障的情况下出现的差动电流有效值，进而提高对电动机的保护灵敏度。

下面结合图1至图4描述本实用新型的一种差动保护装置，如图1所示，所述差动保护装置包括：霍尔传感器11和控制器12；其中，

电动机与变频器连接的连接电缆，以及形成所述电动机的中性端的短接电缆均经过所述霍尔传感器11；

所述控制器12连接所述霍尔传感器11的输出端，用于根据所述霍尔传感器的输出值对所述电动机进行保护控制。

具体地，在应用本实用新型实施例提供的差动保护装置进行电动机的保护时，可以将形成电动机的中性端的电缆引出在外部连接，即形成位于电动机外部的短接电缆，以方便霍尔传感器与电动机的连接。

更具体地，如图2所示为采用变频驱动调速的高压电动机的系统结构示意图，其中高压电源13通过断路器14连接移相变压器15，然后移相变压器15连接变频器16，变频器16再连接高压电动机17。在断路器14闭合时，高压电源13通过移相变压器15以及变频器16后为高压电动机17供电。当将本实用新型实施例提供的差动保护装置应用到如图2所示的系统中时，使变频器16与电动机17的连接电缆18，以及形成电动机17的中性端的短接电缆19均经过霍尔传感器11，然后将霍尔传感器11的输出端连接控制器12，控制器12的输出端再连接断路器14，即可实现对电动机的差动保护。

具体地，连接电缆中流过的是输入电动机的电流，短接电缆中流过的是流出电动机的电流。在电动机正常变频运行和启动过程中，输入和输出电流一进一出，两者在理论上大小相等，方向相反，因而可以相互抵消，达到磁平衡，霍尔传感器一次安匝理论上为零，二次无输出，保护不动作；而当电动机出现内部故障，比如短路，接地等时，输入电动机的电流和流出电动机的电流将出现较大的偏差，磁平衡被打破，二次输出不平衡电流，控制器可以根据不平衡电流的大小执行保护动作，例如：以图2所示的系统为例，则可以通过控制器控制断路器断开，进而实现对电动机的保护。然而，在电动机正常变频运行和启动过程中，因检测误差等的影响，输入和输出的电流一般不会完全相等，同时，即使在达到磁平衡时，霍尔传感器一次安匝也不是零，因而，为了提高对电动机保护的准确性和有效性，可以在控制器内预设阈值范围，即在控制器由霍尔传感器获取的检测信号超出预设阈值范围时，才执行保护动作。其中，预设阈值范围可以根据经验或实际使用需求等进行灵活设置。

进一步地，通过使电动机与变频器连接的连接电缆，以及形成电动机的中性端的短接电缆均经过霍尔传感器，使得霍尔传感器的一次励磁安匝的磁平衡与电流的频率无关，不仅实现了基于霍尔传感器对电动机的差动保护，还使得差动保护装置的结构得以简化，降低了使用成本，且方便了差动保护装置的布置。

更进一步地，霍尔传感器不仅可以采集几乎所有频率的信号，不存在频率上限，还可以将正弦以及非正弦的电流信号变换为真有效值，摆脱了检测信号与频率的相关性，使得差动电流检测与频率无关。较之采用普通电流传感器，避免了对检测信号的滤波、跟踪等处理过程，从而不仅提高保护灵敏度，还提高了检测的准确性。

在本实用新型的一种实施例中，三个所述霍尔传感器分别连接所述控制器；

连接所述变频器任一相的所述连接电缆和形成所述中性端相应相的所述短接电缆作为一组电缆，经过同一个所述霍尔传感器。

可以理解的是，电动机包括A、B、C三相。

具体地，通过将霍尔传感器设置为三个，并使连接变频器任一相的连接电缆和形成中性端相应相的短接电缆作为一组电缆，经过同一个霍尔传感器，即使连接电动机A相的连接电缆和形成中性端A相的短接电缆、连接电动机B相的连接电缆和形成中性端B相的短接电缆，以及连接电动机C相的连接电缆和形成中性端C相的短接电缆分别经过同一霍尔传感器，可以在对电动机实现差动保护的同时，实现对电动机各相出现故障的检测。

在本实用新型的一种实施例中，所述的差动保护装置还包括：信号转化部件；

所述信号转化部件串联在各所述霍尔传感器与所述控制器之间，用于将所述霍尔传感器输出的电压信号转化为电流信号。

可以理解的是，由霍尔传感器输出的是电压信号，而电压信号容易因外部干扰而发生扰动，进而影响检测电动机是否发生故障的准确性。

具体地，如图3所示，通过在霍尔传感器11和控制器12间串联信号转化部件20，可以将霍尔传感器11输出的电压信号转化为传输距离更远，抗干扰能力更强的电流信号，从而提高应用本实用新型实施例提供的差动保护装置检测电动机是否发生故障的准确性，即进行电动机差动保护的准确性。

在本实用新型的一种实施例中，所述信号转化部件为隔离变送器。

可以理解的是，隔离变送器是将交直流电压、电流、频率、热电阻等信号按线性比例转换成互相电隔离的电压、电流信号或数字编码信号的测量装置。

具体地，在电动机正常变频运行和启动过程中，隔离变送器可以将霍尔传感器输出的电压信号，转化为4-20mA标准的工业控制电流信号，所以，预设阈值范围可以设置为4-20mA。

更具体地，在控制器检测到由霍尔传感器输出的电流信号大于20mA或小于4mA时，可以执行保护动作。

在本实用新型的一种实施例中，所述控制器为PLC。

具体地，可编程逻辑控制器(Programmable Logic，PLC)是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器。具有使用方便、编程简单，适应性强、可靠性高以及性价比高等优点。通过设置控制器为PLC，可以采用现有的通用PLC进行霍尔传感器输出信号的处理，使用方便且可靠，便于本实用新型实施例提供的差动保护装置的推广使用。

在本实用新型的一种实施例中，所述霍尔传感器的输出端连接所述PLC的输入端，所述PLC的输出端连接用于控制高压电源与所述电动机组成的电路通断的断路器。

具体地，如图4所示，霍尔传感器11的输出端连接PLC21的输入端，PLC21的输出端连接断路器14，从而在判定由霍尔传感器输出的信号超出预设阈值范围时，触发断路器断开，对电动机进行保护。

更具体地，还可以基于PLC21获取断路器14的位置信息，进而便于实时监测断路器14的状态。

在本实用新型的一种实施例中，所述PLC的输出端连接所述断路器的跳闸线圈。

具体地，PLC开出与断路器跳闸线圈连接，以向断路器发送分闸指令，以控制断路器断开。

在本实用新型的一种实施例中，所述的差动保护装置还包括：报警模块；

所述报警模块连接所述PLC的输出端。

具体地，通过报警模块的设置，可以在执行保护动作时，触发警报，以提醒用户电动机发生故障，便于用户及时进行处理。

更具体地，以预设阈值范围为4-20mA为例，当霍尔传感器输出的电流信号小于4mA时，说明电动机的电流回路发生了断路，因而可以判定出现了断线，此时，控制器可以直接通过报警模块向用户发送电流回路断线故障警报，以便于用户进行针对性的处理。

本实用新型上述实施例提供的差动保护装置通过将电动机每相绕组的始端和终端的三相电缆分别按同相的原则穿过同一个霍尔传感器，在物理层面实现差动电流的获取，并将获取的有效值经转换变换为电流信号，例如：4～20mA的电流模拟量，输入给通用PLC，与预设阈值范围比较，当超过预设阈值范围后出口跳闸，即将断路器断开，从而实现电动机的差动保护。本实用新型上述实施例提供的差动保护装置着眼于通过简单的技术和物理手段，实现差动故障判断与频率解耦，在变频的稳态和瞬态工况下均能灵敏的检测出电动机内部故障，具有原理简单，灵活，适用，针对性，可实现强的特点。

本实用新型实施例还提供一种包括如上任一种所述的差动保护装置的电动机。

可以理解的是，所述包括本实用新型上述任一实施例所提供的差动保护装置的电动机具有所述差动保护装置的所有优点和技术效果，此处不再赘述。

本实用新型实施例还提供一种包括如上任一种所述的差动保护装置或如上所述的电动机的电驱压裂橇。

可以理解的是，所述包括本实用新型上述任一实施例所提供的差动保护装置或电动机的电驱压裂橇具有所述差动保护装置的所有优点和技术效果，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种差动保护装置，其特征在于，包括：霍尔传感器和控制器；其中，

电动机与变频器连接的连接电缆，以及形成所述电动机的中性端的短接电缆均经过所述霍尔传感器；

所述控制器连接所述霍尔传感器的输出端，用于根据所述霍尔传感器的输出值对所述电动机进行保护控制。

2.根据权利要求1所述的差动保护装置，其特征在于，三个所述霍尔传感器分别连接所述控制器；

连接所述变频器任一相的所述连接电缆和形成所述中性端相应相的所述短接电缆作为一组电缆，经过同一个所述霍尔传感器。

3.根据权利要求2所述的差动保护装置，其特征在于，还包括：信号转化部件；

所述信号转化部件串联在各所述霍尔传感器与所述控制器之间，用于将所述霍尔传感器输出的电压信号转化为电流信号。

4.根据权利要求3所述的差动保护装置，其特征在于，所述信号转化部件为隔离变送器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的差动保护装置，其特征在于，所述控制器为PLC。

6.根据权利要求5所述的差动保护装置，其特征在于，所述霍尔传感器的输出端连接所述PLC的输入端，所述PLC的输出端连接用于控制高压电源与所述电动机组成的电路通断的断路器。

7.根据权利要求6所述的差动保护装置，其特征在于，所述PLC的输出端连接所述断路器的跳闸线圈。

8.根据权利要求7所述的差动保护装置，其特征在于，还包括：报警模块；

所述报警模块连接所述PLC的输出端。

9.一种电动机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的差动保护装置。

10.一种电驱压裂橇，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的差动保护装置或如权利要求9所述的电动机。

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