CN2503653Y - 通用过流继电保护器 - Google Patents

Abstract

一种通用过流继电保护器,在电源电路中有电流互感器二次额定电流电路,该过流继电保护器中还设有两个测试负载电流信号的传感变压器,传感变压器为一口字形铁芯结构,在口字形铁芯的两边上分别设有线圈骨架,其上绕有线圈,分为输入端线圈及输出端线圈,传感变压器AT₁的输入端AT_1—1、AT_1—2及传感变压器AT₂的输入端AT_2—3、AT_2—4分别接在电流互感器电感L₁的K_1—1、K_2—2及电感L₂的K_1—3、K_2—4上;传感变压器输出端接于整流稳压电路上,整流稳压电路后接故障检测电路,故障检测电路的输出端接有执行电路。本实用新型结构简单,安装方便,性能可靠,使用面广,既无外接电源,也不带载调试,能适用于大中型电动机及电器负载的通用过流继电保护器。

Description

通用过流继电保护器

(所属领域)

本实用新型涉及一种过流继电保护装置，具体说涉及的是一种主要用于各类大中型电动机在启动运行工作中出现短路、堵转、缺相过载保护及各种电器负载出现短路、缺相过载保护的通用过流继电保护器。

(背景技术)

目前国内现有的电器负载及电动机保护技术中，绝大部分是采用的RJ热继电器、DJ电流继电器以及反时限过流继电器、欠电流继电器、零序电压继电器等这些老的传统保护方式，虽然在低压电器及电动机单一使用能起到一定保护作用，但也存在很大不足之处，比如，在电动机的使用中，电动机在运行中缺相时它就起不到作用，因为在实践中发现三相异步电动机以及三相交流带感性电器，在运行中缺相时，相电流只增长了1/3倍，也就是它当时的实际电流增加了三分之一，电动机在空载运行时缺相，它的相电流连额定值都达不到，所以电动机在运行中缺相，用传统式的保护则起不到作用。若将几种继电器组合配合连接使用，安装复杂，价格昂贵。从80年代中旬起，国内也有很多厂家生产的各种电动机保护器，如上海中佳、武汉神保，它们全都采用内向穿心互感式作为信号源来检测三相电流平衡度及电流信号，达到控制和保护目的。由于内向穿心互感孔的局限性，粗线穿不进，细线对感应的电流信号强弱有关变化，在使用过程中有误动作和突发性动作的现象，而且它只能使用于中小型电动机，保护器输出端还没有外接电源，使用安装不方便，大型电动机根本无法使用。

(技术方案)

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供一种结构简单，安装方便，性能可靠，使用面广，既无外接电源，也不带载调试，能适用于大中型电动机及电器负载的通用过流继电保护器。

为达目的，本实用新型提供如下技术解决方案：

一种通用过流继电保护器，包括有设在电源电路中的电流互感器二次额定电流电路，其特征是：该过流继电保护器中还设有两个测试负载电流信号的传感变压器，传感变压器为一口字形铁芯结构，在口字形铁芯的两边上分别设有线圈骨架，其上绕有线圈，分为输入端线圈及输出端线圈，传感变压器AT₁的输入端AT_1-1、AT_1-2及传感变压器AT₂的输入端AT_2-3、AT_2-4分别接在电流互感器电感L₁的K_1-1、K_1-2及电感L₂的K_1-3、K_1-4上；传感变压器输出端接于整流稳压电路上，整流稳压电路后接故障检测电路，故障检测电路的输出端接有执行电路。

本实用新型的特征还在于所述故障检测电路可以是在整流稳压电路后接有信号取样比较电路，比较电路分别同启动延时电路、短路堵转电路相连，启动延时电路上还接有过载延时电路；

本实用新型的特征还在于所述故障检测电路还可以为在整流稳压电路上连接的断相保护电路。

本实用新型的特征还在于所述执行机构上接有跳闸自锁电路；

本实用新型的特征还在于所述的跳闸自锁电路通过断电与执行机构相连。

本实用新型的特征还在于执行机构后还可经断电与报警装置相连。

由于本实用新型采用电流信号传感变压器，六个控制电路及一个跳闸执行机构，无论发生什么故障，它都能准确无误地起到保护作用。该过流继电保护器在电动机的应用中，能够达到大、中型电动机通用保护，不带载调试，一档定位，无外接电源，安装方便，动作灵敏可靠，过载保护时间短(3-10秒)，断相瞬间跳闸，有防止重合闸和故障不排除，保护电源拒绝合闸的功能；在电器负载的应用中，传感变压器可替代传统中不同的若干个继电器相互配合使用的状况，对电器负载的短路、缺相过载保护能起到综合性的保护作用。

(附图说明)

图1为本实用新型在电动机应用中的电路原理方框图；

图2为本实用新型在电动机应用中的电路原理图；

图3为本实用新型信号传感变压器结构示意图；

图4为比较器G₂、G₃线路图；

图5为反向器G₁线路图。

(实施例)

下面结合附图对本实用新型电动机的应用中的实施例作进一步详述：

如图1所示：两个测试电动机负载电流信号的传感变压器1、2输出端接于整流稳压电路3上，在整流稳压电路3后接有信号取样比较电路4，比较电路4分别同启动延时电路5、短路堵转电路6相连，启动延时电路5上还接有过载延时电路8，在整流稳压电路3上连接有断相保护电路7，短路堵转电路6、过载延时电路8、断相保护电路7均与执行机构电路9相连，跳闸自锁电路10通过断电11与执行机构9相连。执行机构9后还经断电11接有报警装置12。

在图2所示的电路中，在电源电路中有电动机启动控制电路及电流互感器二次额定电流电路，在电动机保护器中还有两个测试电动机负载信号的传感变压器AT₁、AT₂，传感变压器为一口字铁芯形14结构，在口字形铁芯的两边上分别设有线圈骨架15，其上绕有线圈，分为输入端线圈16及输出端线圈17(如图3所示)，传感变压器AT₁的输入端AT_1-1、AT_1-2及传感变压器AT₂的输入端AT_2-3、AT_2-4分别接在电流互感器电感L₁的K_1-1、K_2-2及电感L₂的K_1-3、K_2-4上；传感变压器AT₁、AT₂输出端接于整流稳压电路上，在整稳压电路中，传感变压器AT₁、AT₂输出端接整流桥B₁、B₂输入端，B₁、B₂输出端按并联方式相接，形成一个全桥并列整流电路，电容C₁正极和整流电源正极相接，负极接地，电阻R₁和稳压器DW₁、DW₂串接在整流电源正负两端。

电阻R₂和可变电阻W₁串接，电阻R₂接整流正极端，可变电阻W₁接地，多档位开关KS和二极管D₁，可变电阻W₂串接，可变电阻W₁、W₂并联，比较器G_2-1接连接电阻R₂及可变电阻W₁、W₂的连接线上，，G_2-3接地，G_2-2和电阻R₃、R₄，PNP三极管BG₁的集电极和二极管D₄相连，电阻R₃连接在三极管BG₁发射极，电阻R₄接于三极管BG₁基极，电阻R₂、R₇，R₄、可变电阻W₁、W₂、开关KS二极管D₁、D₄、比较器G_2-1、2、3、三极管BG₁构成信号取样比较短路堵转电路；

比较器G_2-4与电阻R₅相连接稳压电路正极，电阻R₆由稳压电路正极和电容C₂相连，电容C₂负极接地，G_2-6接连接电阻R₆、电容C₂相的线路中，G_2-5接于相串联的二极管D₃和电阻R₁₃之间，二极管D₃接可控硅SCS触发控制极，电阻R₅、R₆、R₁₃、比较器G_2-4、5、6、二极管D₃、可控硅SCS构成启动充电延时电路；

电阻R₁₂接整流电源正极，另一端和可变电阻W₃、二极管D₂、多档位开关KS、调定电阻1-9R串联，比较器G_3-3接地，比较器G_3-2与并联的电阻R_10-R₁₁相连，阻R₁₁与PNP三极管BG₂基极相连，三极管BG₂集电极和串联的电阻R₈、电容C₃的电阻R₈正极相连，电容C₃负极接地，可变电阻W₃、电阻R₈、R₁₀、R₁₁、R₁₂、调定电阻、多档位开关KS、比较器G_3-1、2、3、三极管BG₂、电容C₃构成过载延时保护电路；

如图4所示：比较器G₂、G₃的线路中，电阻、稳压管、NPN三极管串联，稳压管负极接NPN三极管基极，电阻正极端引出G₂、G₃的G_2-1、G_3-1脚，NPN三极管的发射极引出G₂、G₃的G_2-3、G_3-3脚，NPN三极管的集电极引出G₂、G₃的G_2-2、G_3-2脚；单结晶体管的基极b₁、b₂分别引出G₂、G₃的G_2-4、G_3-4脚和G₂、G₃的G_2-5、G_3-5脚，单结晶体管的发射极c引出G₂、G₃的G_2-6、G_3-6脚。

整流桥B₃输入端分别按顺序接与B₁一个输出边，B₂一个输出边，电阻R₁₄接B₃输出正负两端，二极管D₆串接在电阻R₁₄、电容C₄之间，电容C₄正极接B₃输出正极，反向器G_1-1接电阻R₁₅、电阻R₁₅另一端接D₃正极，反向器G_1-2接电容C₄，二极管D₆负极，反向器G_1-3和电阻R₁₆、R₁₇相接，电阻R₁₆一端接地，电阻R₁₇一端和G_1-6连接，反向器G_1-4和B₁、B₂和整流正极相连，反向器G_1-5和G_1-6之间串接一只二极管D₅，整流桥B₃、二极管D₅、D₆、电阻R₁₆、R₁₇、R₁₄电容C₄构成断相保护电路；

如图5所示：反向器G₁由NPN三极管BG₃集电极、电阻、PNP三极管BG₄集极相串联，PNP三极管BG₄发射极与另一PNP三极管BG₅发射极并联并引出G₁的G_1-4，三极管BG₃的基极引出G₁的G_1-1，三极管BG₃的发射极引出G₁的G_1-2，三极管BG₄的集电极极引出G₁的G_1-3，三极管BG₅的基极引出G₁的G_1-6，三极管BG₅的集电极引出G₁的G_1-5。

比较器G_3-4接电阻R₉，R₉另一端接可控硅阴极，比较器G_3-6接在并联的二极管D₄、电阻R₈的正极与并联的二极管D₅、电容C₃的正极的连线上，比较器G_3-5接灵敏继电器K的线圈一端，继电器K的另一端接地，继电器K的辅助常闭触点K₃和主控制电路相串，K₃的常开常闭接线时，分动触点静触点，27号线接动触点，28号线接静触点，以常闭状态串接在主机控制回路的线圈之间，27线接电源控制线，28线接线圈线，比较器G_3-4、5、6、电阻R₉、R₈、二极管D₄、继电器K、辅助常闭触点K₃构成跳闸执行机构；

零线29和常开、常闭触点K₃的常开点、电容C₆、C₇串接作为整流桥B₄电源输入，B₄输出的负极接地，正极和二极管D₇、电容C₅正极连接，电容C₅负极接地，二极管D₇负极接比较器G_3-5与继电器K线圈的连接线之间，整流桥B₄、电容C₆、C₇、C₅、常开常闭触点K₃、二极管D₇构成跳闸自锁电路。

当电动机在调定额定值正常启动运作工作时，AT₁、AT₂电流信号传感变压器通过L₁、L₂二次电流信号，由电流信号转变为电压信号，经B₁、B₂整流，整流后经电阻R₁、DW₁、DW₃进行稳压通过信号整流稳压后，由档位选定电阻1-9R，经KS、D₁、W₂、W₃分流和R₂、G₂进行信号比较处理，三极管BG₁处于载止状态，执行机构没有得以执令信号，电动机正常启动运行工作，当主机电流超过稳定值8倍时，整流电路电压信号剧烈上升，这时G₂由低电平变为高电平，BG₁导通工作，执令执行机构立即跳闸，电动机停止运行(堵转整定值设8倍以上，短路电流设10倍以上，短路和堵转同一原理)。启动延时电路是由R₆向C₂充电延时，时间约1.5-2分钟，然后G₂产生脉冲由G₂、5脚经二极管D₃触发可控硅SCS导通后三极管BG₂，G₃比较、放大才有输入信号，过载延时保护电路由分流电阻1-9R档位开关KS、D₂、W₃电阻R₁₂比较放大器G₃进行取样比较处理，在这时本电路出现3种情况：(1)电动机在启动时，启动电流虽然是远远超过档位开关所选定的额定值，G₃、BG₂应处于高电平，但执行机构未能运作，这时因为启动延时电路时间所决定，在电动机正常启动期间G₂、BG₁没有正极信号输入，所以执行机构不工作。

(2)由于启动延时时间已确定，电动机在启动时因机械、电压降和设备故障等所造成电动机启动时间延长，超出启动确定的时间后，经G₃比较处理，BG₃导通工作，由R₈向电容C₃充电，很快的执令执行机构跳闸。

(3)选定分流电阻1-9R，它是以二次电流5A为基准值，将5A电流分成5全等份，1A为起点，即1A、1.5A、2 A、2.5A、3A、3.5A、4A、4.5A、5A，一等份设定为一个档位，每个档位根据使用电动机功率和配制的电流互感比，可选定九个额定电流值，电动机在正常动行过程中，相电流是不会超过档位开关所选定值，一旦电动机运行出故障后，相电流达到或超过档位开关所选定值时，选择分流电阻R1-9经D₁、W₁、W₂进行分流，经SCS、W₃、G₃进进行信号比较处理，BG₂导通工作，由R₈对电容C₃进行充电延时，时间约3-10秒，若主机电流继续上升，超过充电时间，这时指令执行机构跳闸。

缺相保护由B₁、B₂反馈经AT₁、AT₂线圈所形成的电流反馈通过整流桥B₃进行整流，电阻R₁₄降压，电容C₄两端构成了正负极信号源，反向器G₁是由一个正向端输入和一个反向端输入所构成，在电阻R₁₅，有正极信号时，反向器G₁正向导通，反向载止。执行机构没有指令跳闸信号，电动机正常运行工作，当AT₁、AT₂任意一端中断信号，B₃就没有正极输出，反向器G₁正向导通变为载止，反向载止转为导通，由二极管D₅执令机构跳闸停止。没有被传感变压器检测一相，断相后由过载保护电路执行处理。

比较器G_3-5和灵敏继电器K相连，K的辅助常闭触点和主控制电路相串，便构成跳闸执行机构，在正常的情况下，G₃是低电平处于载止状态，灵敏继电器K不工作，如果出现故障后，不论是哪一类保护对G_3-6脚发出执令跳闸信号，G₃由低电平变为高电平，由截止变为导通，K₃立即工作，K₃由常闭变常开，断开主控制电路，使主机跳闸停车。自锁电路为了防止重合闸和误操作所设，在正常情况下它不起作用，故障出现跳闸瞬间，它由29号零线、灵敏继电器辅助点K₃常开变为常闭，经电容C₆、C₇降压，通过整流桥B₄输入正极信号电压，由二极管D₇对K实行自保达到自锁目的。

Claims (10)

1、一种通用过流继电保护器，包括有设在电源电路中的电流互感器二次额定电流电路，其特征是：该过流继电保护器中还设有两个测试负载电流信号的传感变压器(1、2)，传感变压器为一口字形铁芯(14)结构，在口字形铁芯的两边上分别设有线圈骨架(15)，其上绕有线圈，分为输入端线圈(16)及输出端线圈(17)，传感变压器AT₁(1)的输入端AT_1-1、AT_1-2及传感变压器AT₁(2)的输入端AT_2-3、AT_2-4分别接在电流互感器电感L₁的K_1-1、K_2-2及电感L₂的K_1-3、K_2-4上；传感变压器(1、2)输出端接于整流稳压电路(3)上，整流稳压电路(3)后接故障检测电路，故障检测电路的输出端接有执行电路。

2、根据权利要求1所述的通用过流继电保护器，其特征是：所述的整流稳压电路中，传感变压器AT₁、AT₂输出端接整流桥B₁、B₂输入端，B₁、B₂输出端按并联方式相接，形成一个全桥并列整流电路，电容C₁正极和整流电源正极相接，负极接地，电阻R₁和稳压器DW₁、DW₂串接在整流电源正负两端。

3、根据权利要求1所述的通用过流继电保护器，其特征是：所述故障检测电路可以是在整流稳压电路(3)后接有信号取样比较电路(4)，比较电路(4)分别同启动延时电路(5)、短路堵转电路(6)相连，启动延时电路(5)上还接有过载延时电路(8)；

在电路中，电阻R₂和可变电阻W₁串接，电阻R₂接整流正极端，可变电阻W₁接地，多档位开关KS和二极管D₁，可变电阻W₂串接，可变电阻W₁、W₂并联，比较器G_2-1接连接电阻R₂及可变电阻W₁、W₂的连接线上，，G_2-3接地，G_2-2和电阻R₃、R₄，PNP三极管BG₁的集电极和二极管D₄相连，电阻R₃连接在三极管BG₁发射极，电阻R₄接于三极管BG₁基极，电阻R₂、R₇，R₄、可变电阻W₁、W₂、开关KS二极管D₁、D₄、比较器G_2-1、2、3、三极管BG₁极成信号取样比较短路堵转电路；在所述的启动充电延时电路中，比较器G_2-4与电阻R₅相连接稳压电路正极，电阻R₆由稳压电路正极和电容C₂相连，电容C₂负极接地，G_2-6接连接电阻R₆、电容C₂相连在的线路中，G_2-5接于相串联的二极管D₃和电阻R₁₃之间，二极管D₃接可控硅SCS触发控制极；所述的过载延时保护电路中，电阻R₁₂接整流电源正极，另一端和可变电阻W₃、二极管D₂、多档位开关KS、n个调定电阻串联，比较器G_3-3接地，比较器G_3-2与并联的电阻R₁₀、R₁₁相连，阻R₁₁与PNP三极管BG₂基极相连，三极管BG₂集电极和串联的电阻R₈、电容C₃的电阻R₈正极相连，电容C₃负极接地。

4、根据权利要求1所述的通用过流继电保护器，其特征是：所述故障检测电路还可以为在整流稳压电路(3)上连接的断相保护电路(7)；

在其电路中，整流桥B₃输入端分别按顺序接与B₁一个输出边，B₂一个输出边，电阻R₁₄接B₃输出正负两端，二极管D₆串接在电阻R₁₄、电容C₄之间，电容C₄正极接B₃输出正极，反向器G_1-1接电阻R₁₅、电阻R₁₅另一端接D₃正极，反向器G_1-2接电容C₄，二极管D₆负极，反向器G_1-3和电阻R₁₆、R₁₇相接，电阻R₁₆一端接地，电阻R₁₇一端和反向器G_1-6连接，反相器G_1-4和B₁、B₂和整流正极相连，G_1-5和G_1-6之间串接一只二极管D₅。

5、根据权利要求3所述的通用过流继电保护器，其特征是：所述的比较器G₂、G₃为电阻、稳压管、NPN三极管串联，稳压管负极接NPN三极管基极，电阻正极端引出G₂、G₃的G_2-1、G_3-1脚，NPN三极管的发射极引出G₂、G₃的G_2-3、G_3-3脚，NPN三极管的集电极引出G₂、G₃的G_2-2、G_3-2脚；单结晶体管的基极b₁、b₂分别引出G₂、G₃的G_2-4、G_3-4脚和G₂、G₃的G_2-5、G_3-5脚，单结晶体管的发射极c引出G₂、G₃的G_2-6、G_3-6脚。

6、根据权利要求4所述的通用过流继电保护器，其特征是：所述的G₁由NPN三极管BG₃集电极、电阻、PNP三极管BG₄集极相串联，PNP三极管BG₄发射极与另一PNP三极管BG₅发射极并联并引出G₁的G_1-4，三极管BG₃的基极引出G₁的G_1-1，三极管BG₃的发射极引出G₁的G_1-2，三极管BG₄的集电极极引出G₁的G_1-3，三极管BG₅的基极引出G₁的G_1-6，三极管BG₅的集电极引出G₁的G_1-5。

7、根据权利要求1所述的通用过流继电保护器，其特征是：所述执行机构(9)上接有跳闸自锁电路(10)；

所述的跳闸执行机构电路中，比较器G_3-4接电阻R₉，R₉另一端接可控硅阴极，比较器G_3-6接在并联的二极管D₄、电阻R₈的正极与并联的二极管D₅、电容C₃的正极的连线上，比较器G_3-5接灵敏继电器K的线圈一端，继电器K的另一端接地，继电器K的辅助常闭触点K₃和主控制电路相串，K₃的常开常闭接线时，分动触点静触点，(27)号线接动触点，(28)号线接静触点，以常闭状态串接在主机控制回路的线圈之间，(27)线接电源控制线，(28)线接线圈线；所述的跳闸自锁电路中，零线(29)和常开常闭触点K₃的常开点、电容C₆、C₇串接作为整流桥B₄电源输入，B₄输出的负极接地，正极和二极管D₇、电容C₅正极连接，电容C₅负极接地，二极管D₇负极接比较器G_3-5与继电器K线圈的连接线之间。

8、根据权利要求3所述的通用过流继电保护器，其特征是：n个可调电阻的n设定为9。

9、根据权利要求1所述的通用过流继电保护器，其特征是：所述的跳闸自锁电路(10)通过断电(11)与执行机构(9)相连。

10、根据权利要求1所述的通用过流继电保护器，其特征是：执行机构(9)后还可经断电(11)与报警装置(12)相连。

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