CN2452193Y - 微电脑热积累型电动机综合保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微电脑热积累电动机综合保护器。它采用单片机在其输入端连接由三相电流测量电路、I/V转换电路、V/F转换电路和光电隔离电路连接组成的电流信号采集转换传输系统，在单片机上分别连接着上电复位电路和石英晶体振荡电路，单片机的输出接口连接缓冲驱动器，缓冲驱动器上连接电机运行保护显示系统和经光电隔离器连接执行机构。适用于各种电动机尤其是对承担多变或交变负载的电动机综合保护，系一种新型的电动机保护器。

Description

微电脑热积累型电动机综合保护器

本实用新型涉及一种电动机的保护装置，尤其是适于对承担多变或交变负载电动机的综合保护器。

在已知技术中，现有的电动机综合保护器主要采用阻容充电电路的保护器，它是当电机过载时，电机的过负荷电流使测量电路的输出电压升高，鉴别电路翻转，通过电阻给电容充电，经历一段延时，至电容器的端电压达到鉴别电路门限电压值，推动放大驱动电路带动执行元件动作，以实现电动机保护的目的。但由于现有的电动机保护器过载保护特性是依照反时限原则设计的，即超过电机额定电流值(安)越多，其保护动作时间(秒)越短。而实际上有相当数量的电动机所承受的负载乃是多变(如机械加工)或呈周期性脉动交变状态的。例如，游梁式抽油机的拖动电机，所承受的即是一典型脉动负载，其运行电流曲线呈周期性脉动状，往往仅在抽油杆上提时会出现超过额定电流值的峰值电流，结果，属于过负载的电流呈断续状，而每一个过载电流段所延续的时间往往又达不到动作延时值，无法使继电器动作，然而断续的过流，给电动机造成的“温升热积累”，照样能使电机绝缘受损乃至烧毁电动机，造成故障，给使用带来不便。

本实用新型的目的是提供一种改进的电动机综合保护器，它能依照电动机的工作特性，尤其能在电机运行中出现断续的过负载电流形成“温升积累”时也能有效地实施保护，实现包括承受多变或脉动多负载电动机的过载、缺相，短路等综合保护。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：采用AT89C2051或AT89C51型单片机在其输入端连接由三相电流测量电路连接将电流信号转换为电压信号的I/V转换电路，再连接将电压信号转换为频率信号的V/F转换电路后又连接光电隔离电路所组成的电流信号采集转换传输系统，向单片机采集提供电动机是否正常运行或是否断相、短路、过载的频率信号经光电隔离电路输入单片机；在单片机上分别连接有为单片机上电复位工作的上电复位电路和石英晶体振荡电路来为单片机提供工作时钟；在单片机的输出口连接由74HC04集成电路的缓冲驱动器，缓冲驱动器又分别连接包括电动机短路闪光指示、断相闪光指示、过载闪光指示、正常工作指示、启动延时过程声光指示的显示系统；缓冲驱动器的输出端经光电隔离电路连接执行机构，所组成为微电脑热积累型电机综合保护器。

使用时，将本实用新型综合保护器的输入端线即单片机输入接口所连接电流信号采集转换系统中电流测量电路的电流互感器分别连接电动机的三相电源线，保护器的输出连线即单片机输出口端经缓冲驱动器所连接执行机构的继电器输出线连接电动机主电路交流接触器。当接通电源单片机上电复位后经过初始化，考虑到各类电机大多承受有较大静载荷，为使电机顺利启动，以避开电机起动电流的冲击，首先执行电机启动延时程序，并进行电机启动声光指示，启动延时过程结束后，单片机进行电流采样，电机各相电流信号分别通过电流互感器引入测量电路，再通过I/V转换电路将电流信号转换为电压信号，该电压信号经V/F转换电路变为频率信号后通过光电隔离电路送至单片机前向输入通道，单片机计算程序根据负载电流与电动机额定电流的倍数比，以及持续时间的长短，并且根据电动机温升规律、电动机的发热与散热之间的关系来计算电动机的热积累。通过逻辑判断程序，判断电机有何类故障发生，如无故障发生则循环执行电流采样、计算、判断程序。如电动机正常停机，则循环执行启动延时程序，等待电动机启动。如电动机出现故障，单片机发出信号，驱动执行机构切断电动机主电路交流触器主触点，使电动机停止工作。同时启动信号装置以闪光信号向操作人员提示故障类型，待故障解除后，或利用上电复位，或利用人工手动复位，使保护器再次投入正常工作。

本实用新型是依照负载电机的工作特性，以电动机运行时出现的断续的过负载电流形成的“温升积累”值为动作参数设计的微电脑热积累型电动机综合保护器。因为电机发生缺相故障的后果是未缺相的电流升高到正常值的

倍，最终也会导致电机烧毁，造成缺相的原因往往不仅仅是某一相电源终断，而有的是某一相供电线路线点(如开关触点)接触不良，形成不完全缺相。由于本实用新型的保护器是采用分相计算热积累值，任一相电流超出正常值，造成的热积累值达到保护器设定保护数值时，皆可使执行机构动作，因此，本综合保护器不仅能保护完全缺相故障，还能保护不完全缺相故障。

由于本实用新型设计采用了单片机输入口端连接电动机三相电源的电流信号采集转换传输系统，将电流信号转换为频率信号由光电隔离电路输入单片机，单片机输出口端由缓冲驱动器分别连接电动机运行保护显示系统和经光电隔离电路连续执行机构所组成的微电脑热积累型电动机综合保护器。它是按照电动机工作电流的过载倍数及其累积时间，利用单片机的编程功能和特性，通过计算，分相测算出电动机的每相“温升积累”值，然后经过逻辑判断决定保护动作时间，从而解决了包括承受多变或脉动交变负载电动机的过载、缺相、短路等保护问题。因此，本实用新型的保护器与现有技术相比，具有结构新颖、设计合理、功能安全可靠，适用范围广、使用方便、宜于推广等优点，适用于作抽油机动力电动机、机械加工机床动力电动机等各种电动机尤其是适于对承担多变或交变负载的电动机进行过载、缺相、短路等进行综合保护，系一种新型的电动机综合保护器。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型电机综合保护器的电路原理方框图。

图2是本实用新型实施例的电路原理图。

图3是本实用新型实施例产品结构示图。

如附图1所示，本实用新型包括：单片机(5)、三相电流测量电路(1)、I/V转换电路(2)、V/F转换电路(3)、光电隔离电路(4、14)、缓冲驱动器(8)和由短路闪光指示器(9)、断相闪光指示器(10)、过载闪光指示器(11)、正常运行闪光指示器(12)、启动过程声光指示器(13)所组成的电机运行保护的光声显示系统。三相电流测量电路(1)、I/V转换电路(2)、V/F转换电路(3)和光电隔离电路(4)连接所组成为电流信号采集转换传输系统。三相电流测量电路(1)的输入线A、B、C也为本综合保护器的输入线分别用以连接电动机的三相电源线。I/V转换电路(2)是将输入端所连接的三相电流测量电路(1)输入的电流信号转换为电压信号的转换电路其输出端连接V/F转换电路(3)，V/F转换电路(3)是将I/V转换电路(2)输入的电压信号转换为频率信号的转换电路其输出端连续光电隔离电路(4)，光电隔离电路(4)输出端连接单片机(5)将v/F转换电路(3)输入的频率信号传送至单片机前向输入通道，单片机(5)上分别连接着完成单片机上电复位工作的上电复位电路(6)和为单片机提供工作时钟的石英晶体振荡电路(7)，单片机(8)的输出接口连接缓冲驱动器(8)，在缓冲驱动器(8)上分别连接着电机运行保护显示系统，在缓冲驱动器(8)的输出端经所连的光电隔离电路(14)后连接执行机构(15)。

参见附图2所示实施例，本实用新型综合保护器的电流信号采集转换传输系统是由电流测量电路(1_1、2)、I/V转换电路(2_1、2)、V/F转换电路(3_1、2)和光电隔离电路(4_1、2)所连接组成的过载信号和断相信号两路信号采集转换传输系统分别连接于单片机IC₃的输入口T_1、2。过载信号采集转换传输系统中的电流测量电路(1_-1)是由电流互感器LH_1-2分别并联电阻R₁和电容C₁所组成；I/V转换电路(2_-1)是由电桥D_1-4并联电阻R₅和可调电阻W₁所组成；V/F转换电路(3_-1)是由XR2211型或其它型集成电路IC₁其2脚为输入脚连接I/V转换电路(1_-1)、4脚接地、10脚串联电容C₄、11和12脚分别连接有电阻R_11-13、可调电阻W₂和电容C_5-6、13和14脚串联电容C₃、1脚为输出脚串联电阻R₁₀后连接光电隔离电路(4_-1)所组成；光电隔离电路(4_-1)是由光电耦合器M₁串联电阻R₁₆所组成；光电耦合器M₁的输出脚连接单片机IC₃的输入口T₁。断相信号采集转换传输系统中的电流测量电路(1_-2)是由电流互感器LH_3-4并联电阻R_2-4和电容C₂所组成；I/V转换电路(2_-2)是由电桥D_5-8并联电阻R₆和二极管D₉所组成；V/F转换电路(3_-2)是由集成电路IC₂连接电阻R₁₄和可调电阻W₃所组成；光电隔离电路(4_-2)是由光电耦合器M₂输入端串联限流电阻R₁₅所组成；光电耦合器M₂的输出端连接单片机IC₃的输入口T₂。单片机(5)为AT89C2051或AT89C51型或其它型相近功能的单片机，单片机IC₃上所连接的上电复位电路(6)是由电容C₇和电阻R₁₇所组成；石英晶体振荡电路(7)是由晶体Z₁连接电容C_8-9所组成。单片机IC₃的输出接口PO连接缓冲驱动器(8)的输入接口。缓冲驱动器(8)为74HCO4型或其它与之功能相近型的集成电路IC₄，集成电路IC₄的1～5脚分别对应连接着由限流电阻R₁₈串联发光二极管L₁所组成的短路闪光指示器(9)，由电阻R₁₉串联发光管L₂所组成的断相闪光指示器(10)，由电阻R₂₀串联发光管L₃所组成的过载闪光指示器(11)，由电阻R₂₁串联发光管L₄所组成的电机正常运行闪光指示器(12)和由电阻R₂₂串联发光管L₅并连接扬声器SP所组成的电动机启动过程声光指示器(13)。集成电路IC₄的输出6脚连接由光电耦合器M₃和限流电阻R₂₃、功率开关三极管Q₁连接组成的光电隔离电路(14)，光电隔离电路(14)的输出端连接由继电器J和二极管D₁₀并联组成的执行机构(15)。执行机构(15)中继电器J的输出连线H也为本综合保护器的输出线用以连接电动机主电路交流接触器。

参照附图3实施例，为使用安全方便，本实用新型将其电气元器件连接装设于保护器箱体内。

Claims (6)

1、一种微电脑热积累型电动机综合保护器，它包括由电流互感器组成的电流测量电路和由继电器组成的执行机构，其特征是还包括单片机(5)、I/V转换电路(2)、V/F转换电路(3)、缓冲驱动器(8)、电机运行保护显示系统和光电隔离电路(4.14)，由三相电流测量电路(1)、I/V转换电路(2)、V/F转换电路(3)和光电隔电路(4)连接所组成电流信号采集转换传输系统，I/V转换电路(2)是将输入端所连的三相电流测量电路(1)所输入电流信号转换为电压信号的转换电路其输出端连接V/F转换电路(3)，V/F转换电路(3)是将电压信号转换为频率信号的转换电路其输出端连接光电隔离电路(4)，光电隔离电路(4)输出端连接单片机(5)信号输入接口将频率信号传送至单片机前向输入通道，单片机(8)上分别连接有完成单片机上电复位工作的上电复位电路(6)和为单片机提供工作时钟的石英晶体振荡电路(7)，单片机(8)的输出接口连接缓冲驱动器(8)，在缓冲驱动器(8)上分别连接着由短路闪光指示器(9)、断相闪光指示器(10)、过载闪光指示器(11)、正常运行闪光指示器(12)和启动过程声光指示器(13)所组成的电机运行保护的光声显示系统，缓冲驱动器(8)的输出端经所连的光电隔离电路(14)后连接执行机构(15)。

2、根据权利要求1所述的电动机综合保护器，其特征是电流信号采集转换传输系统为由电流测量电路(1_1、2)、I/V转换电路(2_1、2)、V/F转换电路(3_1、2)和光电隔离电路(4_1、2)所连接组成的过载信号和断相信号两路信号采集转换传输系统分别连接于单片机IC₃的输入口T_1、2。

3、根据权利要求2所述的电动机综合保护器，其特征是过载信号采集转换传输系统中的电流测量电路(1_-1)是由电流互感器LH_1-2分别并联电阻R₁和电容C₁所组成，I/V转的电路(2_-1)是由电桥D_1-4并联电阻R₅和可调电阻W₁所组成，V/F转换电路(3_-1)是XR2211型集成电路IC₁其2脚为输入脚连接I/v转换电路(1_-1)、4脚接地、10脚串联电容C₄、11和12脚分别连接有电阻R_11-12、可调电阻W₂和电容C_5-6、13和14脚串联电容C₃、1脚为输出脚串联电阻R₁₀后连接光电隔离电路(4_-1)所组成，光电隔离电路(4_-1)是由光电耦合器M₁串联电阻R₁₆所组成，光电耦合器M₁的输出脚连接单片机IC₃的输入口T₁，断相信号采集转换传输系统中的电流测量电路(1_-2)是由电流互感器LH_3-4并联电阻R_2-4和电容C₂所组成，I/V转换电路(2_-2)是由电桥D_5-8并联电阻R₆和二极管D₉所组成，V/F转换电路(3_-2)是由集成IC₂连接电阻R₁₄和可调电阻W₃所组成，光电隔离电路(4_-2)是由光电耦合器M₂串联限流电阻R₁₅所组成，光电耦合器M₂的输出端连接单片机IC₃的输入口T₂。

4、根据权利要求1所述的电动机综合保护器，其特征是单片机(5)为AT89C2051或AT89C51型单片机IC₃，单片机IC₃的输出接口PO连接缓冲驱动器(8)。

5、根据权利要求1所述的电动机综合保护器，其特征是单片机(8)上连接的上电复位电路(6)由电容C₇和电阻R₁₇所组成，石英晶体振荡电路(7)由晶体Z₁连接电容C_8-9所组成。

6、根据权利要求1或4所述的电动机综合保护器，其特征是缓冲驱动器(8)为74HC04型集成电路IC₄，集成电路IC₄的1-5脚分别连接着由限流电阻R₁₈串联发光二极管L₁所组成的短路闪光指示器(9)，由电阻R₁₉串联发光管L₂所组成的断相闪光指示器(10)，由电阻R₂₀串联发光管L₃所组成的过载闪光指示器(11)，由电阻R₂₁串联发光管L₄所组成的电动机正常运行闪光指示器(12)和由电阻R₂₂串联发光管L₅并连接扬声器SP所组成的电动机启动过程声光指示器(13)，集成电路IC₄的输出6脚连接由光电耦合器M₃和限流电阻R₂₃、功率开关三极管Q₁连接组成的光电隔离电路(14)，光电隔离电路(14)的输出端连接由继电器J和二极管D₁₀并联组成的执行机构(15)，执行机构(15)继电器J的输出线也为本综合保护器的输出线H。

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