CN2412306Y - 负载监控式电机保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种负载监控式电机保护器。它采用电流互感器,提取三相电机三相电流信号,转换为交流电压信号,通过半波整流分为两路直流采样信号,该信号与参考电压(由拨码开关设定电机功率经过D/A转换而成的量化电压)经比较器后送入主控器,通过相关逻辑运算对三相电机的缺相、过载、堵转故障,准确有效地保护,不致产生误控。本保护器在线路组成上因无三极管分离器件,采用组合逻辑控制,无时序逻辑控制,故具有强的抗干扰能力。

Description

负载监控式电机保护器

本实用新型属于交流电机保护装置，它应用于3-200KW三相交流电动机缺相、过载、堵转(抱轴)的保护；同时适用于需要用计算机监视电机运行状态，获取数据的应用领域。

传统的电机保护办法是热继电器或热敏电阻，他们灵敏度差，有时反应不灵或控制不准而造成电机烧毁事故。近年来，市场上出现的各种电机保护器因采样不准以及采用定性控制方法或电位器的调控方式，人机界面不清人为因素较多，使保护器失控，电机产生误控或烧坏电机。在中国专利虽然公开一种“负载监控式电机保护器”(CN230020PY)，但由于所采用的电路结构(如三相电流仅采用一相作过流采样信号、元件采用分立器件，用可控硅作执行器件等)，也存在着类似的缺陷。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺陷，对电机运行状态(即三相电流)作定量控制，人机界面简单，设计了一种可靠、准确和不会产生误控的负载监控式电机保护器。

本实用新型技术方案是这样：在壳体上包括有电机电源线穿线孔、电源开关、电缆插头座、负载显示器和过载、正常、缺相指示，在壳体内具有包括三相电流互感器、放大器、跟随器、比较器、驱动器、继电器构成的电机过流和堵转控制电路、电机缺相控制电路，三相电流互感器的输入为三相电机的三相电流信号。

电机过流和堵转控制电路：三相电流互感器的各相电流输出经整流滤波后经二极管连接跟随器，该跟随器后接放大器的输出端与RC积分器线路连接，RC积分器线路产生的延时信号接比较器的一输入端、比较器的另一输入端接参考电压，比较器输出端经二极管后接或门一输入端、或门另一输入端接地，该或门的输出端经驱动器后接继电器的电流线圈。

电机缺相控制电路：三相电流互感器的各相电压连接相应的三个比较器的输入端，该各输入端与上述中的各相电流整流滤波后相接，三个比较器的另一输入端为上述中的参考电压且经电阻分压和跟随器后相连接，三个比较器的输出端分别接两异或门的输入端，该两异或门的输出端经二极管后并联再接RC积分器线路，该线路产生的延时信号接或门一输入端、或门另一输入端接地、或门的输出端经二极管后再与上述中连接三极管的或门输入端并接，该或门的输出端经驱动器后接继电器的电流线圈。

为提供比较器(即采样信号比较器)的参考电压，提供了一线性较好与电机功率相对应的参考电压。该参考电压是由拨码开关设定电机功率经D/A转换器、放大器组成一个与电机功率相对应的量化参考电压。

采用运放集成块联成所述的放大器、跟随器、比较器，驱动器和D/A转换器均为集成块。

驱动器采用MOSTTL输入多通道驱动集成块，异或门和或门采用4异或门集成块，拨码开关为8421拨码开关。

在上述电机过流和堵转控制电路中，在放大器输出端还经跟随器后与在壳体上的PC监测接口和负载显示器相连。

在上述电机缺相控制电路中，电阻分压比为1∶6-11。

本实用新型采用以上的电路结构，在控制电路中的电流互感器，是提取三相电机三相电流信号，通过半波整流分为两路直流采样信号送入控制电路，其一路提供电机过流和堵转控制信号、另一路提供电机缺相控制信号。

在电机过流和堵转控制电路：对三相信号作选择处理，提取最大一相采样电流信号，经跟随器、放大器、RC积分器线路提供一个具有量化的定时延时信号，与参考电压进行比较，当采样信号大于设定的参考电压，通过驱动器使直流继电器释放、继电器触点断开，切断电机配电盘上交流接触器电源，交流接触器释放，三相电源切断，电机停转，实现保护电机的目的。

在电机缺相控制电路：将三相交流电流三路采样信号分别送至三个比较器的输入端，该三个比较器参考电压为同样取自上述中的参考电压，经电阻分压、跟随器后作为所述三个比较器的参考电压，用同一个缺相参考电压进行比较和异或门电路逻辑运算，大于参考电压则比较器输出“1”(正常运行时，因三相电流其采样的信号均大于缺相参考电压，使三个比较器均输出为“1”，将此三路信号经过一定的逻辑运算F＝ab+bC，控制处理，只要发生一路或两路信号为零，则F函数为“1”)，此“1”信号经过RC积分器产生一延时信号，经驱动器控制继电器触点断开，同上所述，切断三相电源、电机停转，实现保护电机的目的。

在执行上述两类保护的同时，面板上的指示灯也发出相应的指示。

本实用新型解决了现有技术上的不足，它具有两个明显的量化参量控制，一个是量化的电流，一个是保护时间。前一个量化可严格监控电机的情况，过载电流超过2倍，则实施过载保护，超过6倍左右则执行堵转保护；后一个量化，即保护时间严格按照电动机例行检验标准执行保护。过载2倍，电机必须在15秒内执行保护。抱轴电流一般为额定电路的6倍，其保护时间(在冷状态不能超过10秒)，考虑电机一般均处于运行态，会有不同发热，所以本保护器在发生堵转时，保护时间为4秒以内。

以下将要详述的本实用新型实施例，三相电机的缺相、过载、堵转三种电机故障，保护过程控制完全处于定量控制之下，使整个保护准确有效，不致产生误控(比如：电机启动时电流很大，这是一种异常的控制信号，但又是电机运行的正常信号，采取了延时保护，将电机三种故障保护的时间必须均控制在1.5秒以上，则不会产生误控)；仅通过拨码开关对电机功率进行设定，具有严格的量化设定，故人机界面简单；从线路组成上因无三极管分离器件，全采用组合逻辑控制，无时序逻辑控制，也既是说控制线路对干扰信号不“敏感”，因此具有强的抗干扰能力。本保护器具有实用性和较好的可靠性。

以下结合附图对本实用新型实施制作详述说明：

图1为本实用新型的控制电路原理图。

图2为本实用新型的壳体主视示意图。

图3为图2的俯视示意图。

图4为图2的侧视示意图。

图5为本实用新型的安装示意图。

参见图1-图5：本保护器的壳体11的面板1上具有显示器2(数字面板表)、停电监测开关5、电源开关10、电动机功率拨码开关9和停电监测、过载、正常、缺相指示灯(3、6、7、8)，在壳体11设有三个电机电源线穿线孔13，在壳体11侧部具有与电源、继电器触点相接的插头座4和PC监测接口14，并具有将保护器安装固定在配电盘上的带螺孔的固定板12，在壳体11内具有对三相交流电动机缺相、过载、堵转进行保护的控制电路，该电路采用组合逻辑控制，包括电流互感器(L1～L3)、运放集成块U2、U6、U5和异或门集成块U1、多通道驱动器U3、D/A转换集成块U4、8421拨码开关K(图2中的标号9)、直流继电器J。其U3采用MOSTTL输入7通道驱动器，U2、U6为4运放集成块，U2连成放大器U2-₁、跟随器(U2-₄、U2-₃)、比较器U2-₂，U6连成比较器(U6-₁、U6-₂、U6-₃)、跟随器U6-₄，U1为4个异或门(在图1的电路连接中：U1-₃、U1-₂为异或门，U1-₁、U1-₄连接成或门)、U5为双运放集成块。

在控制电路中：L1～L3为三只电流互感器，分别采样电动机A、B、C三相电流信号通过电阻R23-R25转换为交流电压，由二极管D1～D3、电容C2～C4整流滤波后，分别经二极管D12～D14连接于一点，再经电阻R22、R21分压接跟随器U2-₄，隔离后的信号由放大器U2-₁放大。其一路由跟随器U2-₃送至接口CZ(图4中的标号14，作为计算机采样信号)和负载显示器2；另一路经R13、C8积分延时送至比较器U2-₂的5腿。该比较器U2-₂的6腿参考电压，受控于电动机M功率设定。它是通过8421拨码开关K(图2中的标号9)，设定电机M功率，产生8、4、2、1码经D/A转换集成块U4，由运放集成块U5的1腿送至比较器U2-₂的6腿。也就是说通过比较器U2-₂对采样信号及设定功率比较，产生控制信号。如采样信号大于功率设定值时，比较器U2-₂输出“1”(高电平)，经二极管D15、D9使或门U1-₁的2腿为“1”，此时输出端3腿为“1”，U3的16腿为“0”(低电平)，U3输出端10、11、12为“1”，此时继电器J无工作电流而释放，控制触点J1、J2、J3断开，切断三相交流电压电源，执行保护。同时，U3的3腿因为“1”，则使U3的14腿为“0”驱动过载发光二极管Z2灯亮，表示过载。此处规定为超过电机额定电流2倍为过载，6倍为堵转。由前面提到执行保护时间前者为15秒以内，后者小于4秒。承担此项指标控制线路为R11、C9组成的积分器，R11输入端电压增高，使执行保护的时间短，反之则加长，使过载的两种现象获得准确可靠的保护。用作切断三相电源的关键控制继电器J，在正常时工作于导通状态，控制触点J1、J2、J3(常开)吸合，处于常闭态。反之，保护时则继电器J释放，控制触点J1、J2、J3断开。从上述过载保护原理介绍，电机M正常时驱动器U3的16腿为“1”，过载为“0”。  因此，缺相时要执行保护，也应使U3的16腿为“0”。

在控制电路中：输入采样的三相电压在A、B、C三点，一路经二极管D14～D12送出供过载保护控制。另一路A、B、C分别直接送至运算放大集成块U6的三个比较器(U6-₁、U6-₂、U6-₃)输入端5、10、3，该三个比较器的参考电压均取自U5输出(同过载保护参考电压)，经电阻R4、R5分压(分压比1∶10左右)，再经U6-4的14腿输出到三个比较器(U6-₁、U6-₂、U6-₃)输入端，作为其比较器参考电压。此参考电压设定，必须低于采样的电压约10％左右，以保证无论电动机M本身工作在空载或满载情况下，保证U6三个比较器的输出腿7、8、1均为“1”电平，通过U1-₂、U1-₃和二极管D8、D7逻辑控制使D点逻辑表达式F＝ab+bc结果为0。反之，如发生缺相，则某项采样信号为“0”，U6三比较器(U6-₁、U6-₂、U6-₃)相应的输出端为“0”，通过上述逻辑控制，使F等于“1”。此信号通过R11、C9积分器延时(约2到3秒)使或门U1-4的11腿为“1”，通过二极管D11此信号使U1-1输出3腿为“1”，驱动器U3的16腿为“0”。驱动器U3的输出端10、11、12为“1”，控制继电器J释放，控制触点J1、J2、J3断开，切断配电盘交流接触器KM线包电源，执行保护，在U1-4输出端11，刚才已提到缺相时为“1”，使驱动器U3的13腿为“0”，缺相保护指示Z1灯亮。

控制电路的主要参数：U2、U6型号LM324；U5型号LM358；U3型号MC1416；U4型号DAC0808；U1型号C1D4070；CZ为同轴插座；继电器J型号JQX-16FZ；电容C8为68uF、电阻R13为200KΩ，电容C9为47uF、电阻R11为47KΩ。

本保护器的操作步骤及使用方法：

1、将保护器壳体11的固定板12用螺钉安装固定在配电盘上。

2、保护器侧面板上电缆插头座4上接线端头，电源端(按标示电压)连接于配电盘进线端，保护器的继电器控制触点两端头串接于配电盘交流接触器KM线圈电源线一端，具体接线参见图5。

3、将电机三根电源进线穿过保护器壳体11后部三个大孔13再接到电机M上电源端。

4、如想用计算机监视电机M运行情况，保护器侧面板上安装有电机运行情况电压输出信号(满量程10V左右)输出接口14，可通过同轴线连接于计算机。

5、关于电机功率的设定说明：根据电机标牌上功率值，调节拨码开关K进行设定。

6、电机M出现缺相、过载、抱轴等情况，保护器将切断电机M电源。待检查排除故障后，再重新启动配电盘上启动按钮开关J0即可恢复正常工作。

7、如遇停电或保护器无交流输入电源，或(保护器内线式保险器)断，保护器壳体上的停电监测灯3将会出现灯光报警。

8、面板上三个指标灯6、7、8(即Z1、Z2、Z3)分别指示：缺相、正常、过载三种工作状态。缺相、过载灯亮电机均停止运行。

Claims (4)

1、一种负载监控式电机保护器，在壳体上包括有电机电源线穿线孔、电源开关、电缆插头座、负载显示器和过载、正常、缺相指示，在壳体内具有包括三相电流互感器、放大器、跟随器、比较器、驱动器、继电器构成的电机过流和堵转控制电路、电机缺相控制电路，三相电流互感器的输入为三相电机的三相电流信号，其特征在于：

A、电机过流和堵转控制电路：三相电流互感器的各相电流输出经整流滤波后经二极管连接跟随器，该跟随器后接放大器的输出端与RC积分器线路连接，RC积分器线路产生的延时信号接比较器的一输入端、比较器的另一输入端接参考电压，比较器输出端经二极管后接或门一输入端、或门另一输入端接地，该或门的输出端经驱动器后接继电器的电流线圈，

B、电机缺相控制电路：三相电流互感器的各相电压连接相应的三个比较器的输入端，该各输入端与上述A中的各相电流整流滤波后相接，三个比较器的另一输入端为上述A中的参考电压且经电阻分压和跟随器后相连接，三个比较器的输出端分别接两异或门的输入端，该两异或门的输出端经二极管后并联再接RC积分器线路，该线路产生的延时信号接或门一输入端、或门另一输入端接地、或门的输出端经二极管后再与上述A中连接二极管的或门输入端并接，该或门的输出端经驱动器后接继电器的电流线圈，

C、所述的参考电压是由拨码开关设定电机功率经过D/A转换器、放大器组成一个与电机功率相对应的量化参考电压。

D、采用运放集成块联成所述的放大器、跟随器、比较器，驱动器和D/A转换器均为集成块。

2、根据权利要求1所述的负载监控式电机保护器，其特征在于：驱动器采用MOSTTL输入多通道驱动集成块，异或门和或门采用4异或门集成块，拨码开关为8421拨码开关。

3、根据权利要求1所述负载监控式电机保护器，其特征在于：在上述A中放大器输出端，还经跟随器后与在壳体上的PC监测接口和负载显示器相连。

4、根据权利要求1所述的负载监控式电机保护器，其特征在于：在上述B中的电阻分压比为1∶6-11。

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