CN2196834Y - 电机断相保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电机断相保护领域，主要解决了 现有电机断相保护器只适用于手动控制动力系统，而 不能用于自动控制动力系统的问题，本实用新型所用 技术方案包括以下六个主要部分；直流稳压电源电路 1，电流型信号采样电路2，断相判别电路3，延迟触发 电路4，驱动控制电路5，电磁脱扣装置6。本实用新 型区别于现有技术的主要特征是具有电磁脱扣装 置。本实用新型可用于任何以交流接触器作为三相 电机主控制器的动力控制系统，用来对三相电机进行 断相保护。

Description

本实用新型属于三相电机断相保护领域。

有关三相电机断相保护器的现有技术，主要有两种类型：电压采样型和电流采样型，所谓电压采样型，是指断相保护器的三个信号采样端直接连接到三相交流电源；其技术方案主要包括以下几部分：电压信号采样电路，断相判别电路；延迟触发电路，驱动控制电路及直流稳压电源电路，采用这种技术方案其优点是：结构简单，成本低；其缺点是：保护范围有限，即只对与保护器连接点以上三相电源的断相起作用，而对其以下部分的电源断相却无能为力；另外这种断相保护器还要求电源线为三相四线制，即必须要有零线，这样一旦零线断路，则保护器将失去作用。有关此类电机断相保护器的参考资料有：专利号为ZL    92228540.3名为″缺相自动保护器″以及专利号为ZL    92234234.2名为″微功耗断相保护器″的实用新型专利，所谓电流采样型，是指断相保护器的信号采样端与三相交流电源无直接接触；而是靠三个电流互感器感应流过三相电源线的电流信号；其技术方案主要包括以下几部分：电流信号采样电路；断相判别电路，延迟触发电路，驱动控制电路，直流稳压电源电路。采用这种方案的优点是恰好解决了电压采样型断相保护器的不足，但其缺点是这种断相保护器只能适用于手动控制动力系统；如果将其用于自动控制动力系统，特别是用于循环自动控制动力系统时，一旦发生电机断相故障，则很可能发生电机振荡，即使电机进入″起动－－－断相保护－－－停机－－－再起动″的恶性循环；有关此类电机断相保护器的参考资料有《电世界》1992年第7期刊登的″一种新颖的电机开关线路″，《电工技术》1993年第4期刊登的″论电动机保护并介绍一种保护器″两篇论文，以及专利号为ZL    92227097.X名为″三相电机断相电子保护器″的实用新型专利。

另外在现有电机断相保护器的技术方案中，无论是电压采样型还是电流采样型，其驱动控制电路，都是使用微，小型继电器或是使用固态继电器作为交流接触器的线圈回路的控制开关。由于上述继电器的触点无自锁功能，因此现有断相保护器在使用时必须按照特定的接线方式控制交流接触器，这对使用者来说很不方便；同时现有断相保护器还有一缺点，那就是保护器自身无断相试验功能，不便于操作人员随时检测保护器是否处于完好工作状态，因为要想检测现有断相保护器的好坏，必须在电机运转时用切断其一相电源的办法来实现，因此操作人员有触电的危险。

本实用新型的目的就在于提供一种全新的断相保护器技术方案，使其既包含现有技术的全部优点，又克服其缺点。

本实用新型所采用的技术方案包括六大主要部分：电流型信号采样电路，断相判别电路，延迟触发电路，驱动控制电路，直流稳压电源电路，电磁脱扣装置；

其中电流型信号采样电路，使用三个小型穿心式电流互感器作为信号传感器，用以采集电机三相电源线的电流信号；为了使断相保护器自身具有断相试验功能，在三个电流互感器的线圈输出端分别串接三个带有常闭触点的按钮开关，当按下其中任一按钮时，则将其输出断开，这对于后面的电路来说，其效果等同于电机发生断相，因此用这三个按钮可以进行模拟断相试验，以检测断相保护器是否处于完好状态；当电机正常工作时，则三个电流互感器的线圈中都有感应电流产生，将其分别经整流，滤波，限压后可得到三个高电平电压信号，此信号即作为断相判别电路的输入信号；当电机运转中有一相断电时，则对应该相的电流互感器线圈中无感应电流产生，则电流型信号采样电路将输出二个高电平和一个低电平信号；

断相判别电路采用异或门集成电路，而异或门电路的工作原理是，当输入端电平相同时其输出端为低，当其输入端相异时其输出端为高电平；由于断相判别电路的输入端连接电流型信号采样电路的输出端，因此，当电机正常工作或停机时，断相判别电路输出低电平，而当电机启动或运转中发生断相时，则断相判别电路将输出高电平；

延迟触发电路的作用就是将上述断相判别电路的输出高电平经几秒钟的延时，然后再触发其后面的驱动控制电路；采取延时的真正目的，是为了消除干扰信号，因为当电机起动或停止的瞬间，由于信号采样电路的元器件参数很难做到完全一致，因此其三路信号输出可能会瞬间相异，结果引起断相判别电路输出高电平，由于这一高电平持续时间极短，因此经延迟触发电路后可将其消除，而不致于触发驱动控制电路；

驱动控制电路的作用就是将真正的断相信号放大，以驱动电磁脱扣装置，电磁脱扣装置是由电磁铁和脱扣机构组成，一旦电磁铁线圈通电，则电磁铁吸合，使脱扣机构释放，从而切断交流接触器线圈电源，使交流接触器释放，切断电机三相电源，完成断相保护的任务；

直流稳压电源电路，不再设置专门的降压变压器，而是由信号采样电路的三个电流互感器提供交流电压，经整流，滤波，稳压后向蓄电器件充电并为工作电路提供直流电源。

本实用新型与现有技术相比其优点是：断相保护性能可靠，可以适用于任何以交流接触器作为电机主控制器的动力控制系统，无特殊的接线要求；还可以用本断相保护器上的三个模拟断相试验按钮方便的检测断相保护器的好坏。

图1为本实用新型的一个实施例；

图2为本实用新型的外观结构示意图；

图3为电流互感器的结构示意图；

图4为电磁脱扣装置的结构示意图。

下面结合实施例详细说明本实用新型的工作原理：如图1所示，本实用新型包括六个主要部分，分别是直流稳压电源电路1，信号采样电路2，断相判别电路3，延迟触发电路4，驱动控制电路5，电磁脱扣装置6；

直流稳压电源电路1由L1，L2，L3，D1，D2，D3，R1，Z1，E组成；当电机正常工作时，电机三相电源线中有电流流过，从而在电流互感器线圈    L1，L2，L3中产生感应电流，该电流经二极管D1，D2，D3整流，再经电阻R1限流，稳压二极管Z1稳压后向蓄电器件E充电；E可以是微型可充电电池组，也可以是低漏电大容量电容器，在本实施例中以使用可充电电池组为佳，电池组的额定电压取值范围可在3V至15V，在本实施例中选用6V，稳压二极管Z1的稳压值应同E的额定电压值，这样当电机工作时，电流互感器产生的感应电流向E充电，并为其它工作电路供电，而当电机停止工作时，则由E继续向其它电路供电；

信号采样电路2由三路相同的电路组成，第一路包括L1，AN1，D4，C1，R2，R3，Z2；第二路包括L2，AN2，D5，C2，R4，R5，Z3；第三路包括L3，AN3，D6，C3，R6，R7，Z4；在此特别要说明的是，电流互感器L1，L2，L3既作为直流稳压电源电路1的一部分，又作为信号采样电路2的一部分；而按钮AN1，AN2，AN3的作用是用作模拟断相试验，下面仅以第一路为例说明信号采样电路的工作原理；当电机正常工作时，电流互感器线圈L1中产生感应电流，该电流经二极管D4整流，再经电阻R2和电容器C1阻容滤波，再经电阻R3限流，稳压二极管Z2限压后，得到一稳定的高电平电压，在此Z2的稳压值应同Z1；当电机断相时或按下按钮AN1时，则C1经R2放电，Z2输出低电平；

断相判别电路3由CMOS异或门集成电路IC和两个二极管D7，D8组成，其中IC可选用CC4070或其等效集成电路，这样从整体看来，断相判别电路3实际上就是一个三输入端异或门电路，由于当电机正常工作时或停止工作时，信号采样电路2的三路信号输出同为高电平或同为低电平，因此断相判别电路3将输出低电平，只有当电机起动或运转中发生断相时，信号采样电路2才会输出二个高电平一个低电平，即相异，断相判别电路3才会输出高电平；

延迟触发电路4由电阻R8，R9，电容C4，稳压二极管Z5及三极管BG组成；当电机运转中发生断相时，则从断相判别电路3输出高电平，该高电平电压经R8向C4充电，当C4的电压被充至Z5的稳压值加上0.7V时，BG导通，从而触发后面的驱动控制电路5，在此稳压二极管Z5的稳压值可取Z1值的一半，通过选定R8，C4，Z5的参数使延迟触发的时间在5至10秒即可；需要指出的是延迟触发的目的是消除可能产生的干扰信号，因为当电机起动或停止的瞬间，断相判别电路3可能会瞬间输出高电平，但只要该高电平持续时间不超过延迟触发电路4的延迟时间，就不会触发其后的驱动控制电路5；干扰信号消失后，C4经R8，R9放电；

驱动控制电路5由直流固态继电器SSR及整流二极管D9，D10，D11，D12组成，其中固态继电器也可用小型继电器代替，但在本实施例中以使用固态继电器为佳；

电磁脱扣装置6由直流电磁铁CT，脱扣机构K和接线端子XZ1，XZ2，XZ3，XZ4组成，当电机断相时，固态继电器SSR导通，则直流电磁铁CT吸合而使脱扣机构K释放，从而完成断相保护的任务；在正常状态下，K用处于″通″的位置，此时接线端子XZ1，XZ2输入380V交流电压，此电压经K向电磁铁CT提供驱动电压，同时经XZ3，XZ4输出380V交流电压，该电压即可作为交流接触器电磁线圈的驱动电压；当电机发生断相时，则脱扣机构K释放，从而切断交流接触器线圈电源，使其释放，进而切断电机主电路，达到保护电动机的目的，同时由于K的释放而使CT失电，因此操作人员在排除断相故障后，可再次将K置于″通″的位置。

图2为本实用新型的外观结构示意图，脱扣开关手柄7，外壳8，穿线孔9，接线端子10，断相试验按钮11。

图3为电流互感器的结构示意图，上图为环形结构，由环形铁芯12，绝缘层13，漆包线圈14组成；下图是矩形结构，由矩形铁芯15，线圈骨架16，漆包线圈17组成；建议优选环形结构。

图4为电磁脱扣装置结构示意图，由电磁铁和脱扣机构组成；图中24为电磁铁，脱扣机构由接线端子18，静触点19，压缩弹簧20，动触点绝缘连杆21，动触点22，锁销衔铁23，拉伸弹簧25，开关手柄26组成。

Claims (5)

1、一种电机断相保护器，现有电机断相保护器所采用的技术方案包括如下各部分：信号采样电路，断相判别电路，延迟触发电路，驱动控制电路，直流稳压电源电路；而本实用新型所用技术方案其特征是在现有技术方案基础上增加了电磁脱扣装置；。

2、按照权利要求1所述的电机断相保护器，其特征是所述的电磁脱扣装置由电磁铁和脱扣机构组成；

3、按照权利要求1所述的电机断相保护器，其特征是所述的信号采样电路，有三个断相试验按钮；

4、按照权利要求1所述的电机断相保护器，其特征是所述的断相判别电路采用异或门集成电路；

5、按照权利要求1所述的电机断相保护器，其特征是所述的直流稳压电源电路的交流电源取自三个电流互感器。

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