CN2530376Y - 载波式电动机报警保护器 - Google Patents

Abstract

一种载波式电动机报警保护器是由温度取样传感器、发射器和接收器组成。发射器绝缘封装，可安装在电动机接线引线盒内。只有当敷设在电动机绕组端部的温度取样传感器直接检测到设定的保护温度的瞬间，发射器发出载波串行编码指令调制信号送到载波线路，克服了干扰问题。脉冲编码指令选用固定码或滚动码技术，解决了编码组数少和编码冲突等难题。接收器接收到有效指令，解码成功后控制切断电动机的电源，从而从根本上全面地保护电动机。

Description

载波式电动机报警保护器

一种载波式电动机报警保护器，它对运行电动机绕组线圈的温度进行自动跟踪检测，凡是归结为电动机绕组线圈发热烧毁的各种故障，该保护器均能有效地实施保护，它是从根本上防止电动机烧毁的报警保护装置。

电动机的报警保护装置很多，但对电动机的保护都不是直接拾取电动机烧毁的温度信号作为保护信号，都存在缺欠，保护不完善。其共同的特点是在电动机三相电源线上拾取保护信号，它只能反映电动机的线电流或线电压的变化，而不能直接反映电动机内部绕组线圈温度的变化。一旦电动机运行过程中发生通风受阻、环温过高、扫堂、电网电压和频率升高、三相不平衡、超负荷、断相、传动部分机械故障等，电动机照样烧毁。由于温度决定了电动机绕组线圈绝缘材料的寿命，所以，允许的过电流倍数和持续时间都应以绝缘温度为依据。电动机烧毁的故障主要是由于使用不当和保护不完善，致使电动机内部绕组线圈的温升超过了极限，绕组线圈温度不能限制在某一极限值之内而造成的。象过流保护只是一种间接的保护方法，很不完善，对于热积累效应问题，一直没有解决。如反复短时工作的电动机，连续多次发生过电流时，采用反时限过电流保护，其反时限特性很难与电动机的允许热态过载特性完全配合。因此，需要一种能够模拟电动机电特性与热特性的电动机报警保护器。

本实用新型的目的是提供一种从根本上解决防止电动机烧毁的报警保护器。通常情况下，电动机的寿命取决于绕组线圈绝缘材料的寿命，而绝缘材料的寿命取决于所受的温度及其作用时间，只要电动机以额定负载在规定的电压、频率下运转，绕组线圈的温度就不会超过所规定的数值。绝缘材料的工作温度超过极限温度，温度每上升7℃～10℃，绝缘寿命就减少一半。温度是电动机一项重要指标，温升标准没有容差。可靠地控制电动机绕组线圈的温度，使之不超过绝缘等级规定的温度极限，不但能全面地保护电动机不被烧毁，而且还能保证电动机有效的经济使用寿命。绕组线圈绝缘材料的寿命不是决定于平均温度，而是决定于最高温度。因此，如果超过规定的极限温度，电动机将很快烧毁。合理而有效的保护方式是采取温度保护。由于温度保护是将感温元件直接敷设在电动机的绕组线圈内，直接真实地检测绕组线圈的绝缘材料的温度来实现的，也称“电动机全保护”。采用具有灵敏开关特性的温度取样传感器直接自动真实地检测电动机绕组线圈的温度，获取保护信号，通过脉冲编码技术、载波遥控技术，来准确而可靠地完成对电动机烧毁故障的报警及保护。

本实用新型的目的是这样实现的：

温度取样传感器选择具有灵敏开关特性的正温度系数PTC热敏电阻做传感器，PTC热敏电阻的动作温度和余量的选择是根据国家或国际标准中对电动机绕组线圈的绝缘等级规定而对应选定的，按照各种绝缘材料长期使用的极限温度，分为七个等级，分别用Y、A、E、B、F、H、C表示。因为有热惯性和热阻的存在，选择动作温度时，应留有余量，即“裕度”，当达到动作温度时，PTC热敏电阻的阻值剧增几十倍至几百倍而输出开关控制信号，使其具有开关特性。按国家或国际标准选择的动作温度和余量如下表：

绝缘等级	Y	A	E	B	F	H	C	备注
									极限温度(℃)		105	120	130	155	180
动作温度(℃)		95	105	115	135	155		居里点
									余量(℃)		10	15	15	20	25		裕度

或根据电动机做特殊用途要求而选定，阻值与电路的具体结构特征相匹配，将它按照电动机绕组线圈相序对称嵌入在电动机绕组线圈端部，通过绝缘引线引到发射器的接线端子，完成设定的电动机的保护极限温度的检测并输出开关控制信号；

发射器由电路部分和绝缘壳体组成：电路部分由逻辑开关电路、电源电路、编码器电路、载波信号发生器和脉冲调制发送器、输出电路、接线端子和接口电路部分电连接，电路部分和绝缘壳体之间灌注酚醛树脂绝缘封装后构成发射器，它体积小巧，可安装在电动机接线引线盒内。发射器完成接收温度取样传感器输出的开关控制信号并进行逻辑处理，转换为编码器电路输出的串行编码指令信号去调制载波信号完成载波传输。逻辑开关电路可同时接有多个温度取样传感器，温度取样传感器通过接线端子引入发射器的逻辑开关电路，只有当在无论哪个温度取样传感器直接检测到设定的电动机的保护极限温度的瞬间输出开关控制信号，逻辑开关电路工作使电源控制电路立即为编码器电路和载波信号发生器和脉冲调制发送器提供电源使它们工作，编码器把检测到的设定的电动机极限保护温度信号转变成编码器输出的串行编码指令。载波信号发生器产生100KHz～300KHz之间的某一固定频率f₀的载波信号，编码器输出的串行编码指令是通过设置编码器的编码引脚状态或存储在编码器集成电路芯片内已编程的编码数据来决定的，编码器选用固定码芯片或滚动码芯片，该串行编码指令指令去调制频率为f₀的载波信号得到已调波，已调波经过放大后送到输出电路中的射极跟随器作功率放大以减少输出对载波信号发生器的影响，射极跟随器输出送给由三极管等元件组成的丙类选频放大器作功率放大，通过调节丙类选频放大器中的中频变压器的磁芯位置使选频放大器谐振于频率f₀，然后通过中频变压器隔离，经L、C选频网络将已调波输送到载波线路上。在守侯检测状态时不发送载波信号和已调波信号，只在保护启动的瞬间输出已调波信号，因此，不对外产生干扰。电源电路为发射器提供工作所需要的电源；接线端子为发射器与外部连接提供连接点；

接收器由选频网络、解调器、放大器、解码器电路、单稳态开关电路、报警电路、状态指示器、输出电路、电源电路、取样传感器输入、接线端子和接口电路部分电连接，装在绝缘壳内构成。其中：电源电路为接收器提供工作所需要的电源，接线端子为接收器与外部提供电连接。通过调节接收器选频网络中的中频变压器的磁芯位置使选频网络谐振在f₀频率，从载波线路上接收对应发射器输出的载波频率为f₀的已调波。经二极管等元件组成的解调电路后得对应发射器中编码器输出的串行编码指令，经耦合放大电路放大后送给解码器电路，解码器集成电路必须与发射器中的编码器集成电路配对配套使用，使用固定码集成电路或滚动码集成电路，若串行编码指令与本地解码器设置的指令相同，则解码成功，解码器的输出引脚跳变为高电位，经三极管反相器为单稳态开关电路输入触发信号，单稳态开关电路输出跳变为高电平，报警电路被触发输出带动扬声器发出报警声、状态指示器中的发光二极管完成故障报警指示，相序故障报警指示用的发光二极管完成对应温度取样传感器的相序故障报警指示、试验状态指示用的发光二极管完成试验状态指示、输出电路中的继电器吸合，串接在控制电动机的交流接触器线圈中的继电器的常闭触点因继电器吸合而断开，交流接触器线圈失电释放，至此切断了控制电动机的电源，全面地保护电动机。

采用上述方案，是从根本上直接拾取电动机烧毁的温度信号作为保护信号，可以对电动机进行全面的保护。克服了其它保护器功能单一和不完善的缺陷。同时还能防止热击穿和电击穿所造成的匝间短路和相间绝缘的破坏。保证电动机正常的经济使用寿命。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是载波式电动机报警保护器方框图。

图2是载波式电动机报警保护器接线图。

图3是载波式电动机报警保护器固定码发射器电路原理图。

图4是载波式电动机报警保护器固定码接收器电路原理图。

图5是载波式电动机报警保护器滚动码发射器电路原理图。

图6是载波式电动机报警保护器滚动码接收器电路原理图。

图7是载波信号发生器和脉冲调制发送器单元电路原理图。

图8是状态指示锁存单元电路原理图。

图9是利用数据位引脚传递相序故障的编码器单元电路原理图。

图10是利用TDH2172完成的滚动码解码器单元电路原理图。

由图1、图2，温度取样传感器1(RT1A、RT1B、RT1C)，发射器2，接收器3，电动机4，绕组线圈5(RZA、RZB、RZC)，绝缘引线6，载波线路7。

QA是启动按钮、TA是停止按钮、CJ是交流接触器线圈、CJ1～CJ3是交流接触器主触点、CJ4是交流接触器辅助触点、LED1是发射器2的电源指示、TEST是试验按钮、GRE2是工作指示、RED2是故障指示、FW是复位按钮、L0～L2是相序故障状态指示、L3是试验指示、PROG是编程调试学习接口。

温度取样传感器1(RT1A、RT1B、RT1C)选择具有灵敏开关特性的正温度系数PTC热敏电阻做传感器。温度取样传感器1的选择是根据国家或国际标准中对电动机的绝缘等级规定而选定的，或根据电动机做特殊用途要求而选定的。PTC热敏电阻的动作温度与电动机的绝缘等级对应，阻值与电路的具体结构特征相匹配。热敏电阻敷设在定子绕组线圈5发热最高的、散热不好的部位，即嵌入在电动机绕组线圈伸出的端部。因为那里没有利于导热的铁芯，通风条件较差。采用并接法通过绝缘引线6引到发射器2的接线端子，只有当温度取样传感器1直接检测到设定的电动机保护极限温度的瞬间，完成设定的电动机保护极限温度的检测并输出开关控制信号；

电动机每相绕组线圈至少要敷设一只热敏电阻，根据相序数量确定热敏电阻的数量(三相绕组线圈至少要敷设三只)，并且按照绕组相序对称分布。热敏电阻的连接方法有并接法和串接法两种。并接法通常用6根绝缘引线或至少要4根绝缘引出信号线，其中一根为公共的GND线，这种方式可靠性较高；串接法是先将热敏电阻在电动机内部串联起来，然后用二根绝缘信号线引出，也可以选择其它合理而有效的方式。

温度取样传感器1对电动机绕组线圈5的温度进行检测取样，采用并接法，通过三对接线端子I1和GND、I2和GND、I3和GND将信号送入发射器电路；发射器2的电路中由逻辑开关电路、电源电路、编码器电路、载波信号发生器和脉冲调制发送器、输出电路，接线端子和接口电路电连接，电路部分和绝缘壳体之间灌注酚醛树脂绝缘封装后构成发射器，可安装在电动机接线引线盒内。通过发射器2的端子AC、0V将三相电源中的任一相(如A相)引入发射器电路，通过内部电路处理为发射器2提供电源；发射器2的载波输出端子OUT1、OUT2同时连接在该相(A相)上，由发射器2内部电路将温度取样传感器所输出的开关控制信号通过绝缘引线6引到发射器接线端子，控制发射器的逻辑开关电路工作，准时打开编码器、载波信号发生器和脉冲调制发送器的电源通路，温度取样传感器输出的温度开关控制信号转换成编码器输出的串行编码指令，编码器的编码开关状态或存储的编码数据决定了串行编码指令。该串行编码指令在脉冲调制发送器内调制载波信号发生器产生的频率为f₀的载波信号形成已调波，通过输出电路把已调波信号输送到载波线路7上，完成载波发送；BY1、BY2为备用接线端子；LED1为电源指示；TEST为试验按钮；PROG为编程调试学习接口。

接收器3的电路部分由选频网络、解调器、放大器、解码器电路、单稳态开关电路、报警电路、状态指示器、输出电路、电源电路、取样传感器输入、按线端子和接口电路电连接，装在绝缘壳内构成，安装在电力控制场所，将三相电源中的任一相(选A相，与发射器2所采用的相别一致)引到接收器3的接线端子AC、0V上，通过内部电路处理为接收器3提供电源；接收器3的信号输入端子I1、I2同时连接在该相(A相)上，利用电力线路作为载波线路7，接收器电路从I1、I2输入对应发射器发出的已调波信号，解调出调制信号(对应发射器2的编码器输出的串行编码指令)并放大、解码，解码成功后通过单稳态电路完成报警、状态指示、控制指令输出。接收器的端子1、端子2是内部继电器的常闭点输出，因其内部继电器吸合而断开，致使交流接触器线圈CJ的供电回路被切断，从而立即切断了电动机的供电回路和发射器2的交流供电回路。电器负荷在此指电动机。取样传感器输入电路可以单独连接温度取样传感器；接收器3的备用触点JK1、JK2、JK3用以提供外接控制信号输入的接口。FW为故障复位按钮；GRE2、LED2为状态指示器；L0、L1、L2为辅助状态指示器、L3完成试验指示，PROG为编程调试学习接口，是发射器和接收器在统一调试学习时使用的。

由图3、图4，本实施例是使用固定码编码器和固定码解码器完成的实施例。

由图3，AV220V交流电源经R17、C12、L3、R18降压，经稳压二极管Z1V、Z2V反接串联限幅，经BG1全桥整流，C13、C14滤波，三端稳压集成电路IC1稳压和二极管VD2保护，C15、C16滤波后作为发射器2的直流电源，电阻R19和发光二极管LED1为电源指示电路。若不采用AC220V阻容降压方式供电，可选用变压器降压整流滤波集成电路稳压后再滤波方式供电；温度取样传感器1(RT1A、RT1B、RT1C)作下偏流电阻，嵌入电动机绕组线圈中；R1和PR1、R2和PR2、R3和PR3作上偏流电阻，一同构成三个并联的分压器，电位器PR1、PR2、PR3用来调节分压点电压，分压点与三只稳压管Z1、Z2、Z3连成三个或门逻辑电路，接到三极管VT1基极，VT1的集电极连接光耦IC4和电阻R4共同构成逻辑开关电路。RT1A、RT1B、RT1C选择具有灵敏开关特性的PTC热敏电阻作温度传感器，其动作温度和余量依据国家或国际标准中规定的电动机绕组线圈的绝缘等级或根据电动机做特殊用途要求来选择；如B级绝缘等级的电动机，选热敏电阻的动作温度T_C为115℃，余量选为15℃；阻值与电路的具体结构特征相匹配。只有当，无论哪个温度取样传感器1达到了设定的温度，相对应的稳压管Z1或Z2或Z3击穿，VT1均饱和导通，光电耦合器IC4工作使可控硅SCR1被触发并维持导通状态为IC2、IC3提供直流电源通路，使它们工作；当试验时，按下试验按钮TEST，同样为IC2、IC3提供直流电源通路，使它们工作；IC2为固定码编码器集成电路，IC2选用VD5026，其引脚15脚、16脚外接电阻R9构成精密振荡器，它的A0～A8为地址输入位、A10/D3～A13/D0是地址/数据位输入位(作为数据位使用时，减少了地址位，减少了编码组数，通常选择为地址位使用)，做地址位使用时有四态，即接高电平“1”、开路状态“f”、接低电平“0”、接第一引脚“4TH”；作数据位使用时只有高电平、低电平两种状态。VD5026最多可产生4¹¹＝419.4304万组不重复的编码，通过编码器编码引脚状态的设定来确定编码指令。编码器IC2的输出使能引脚14脚被低电平触发有效，电路中IC2的14引脚始终接地电位有效，编码器IC2立即从输出脚17脚，对应电路中的取样测试点A点输出串行编码指令，该串行编码指令持续时间的长短，与编码器自身及其振荡频率有关。IC3选择四2输入端与非门集成电路MC14011(或CD4011)，MC14011中的IC3A、IC3B与R11、PR4、C9组成载波信号发生器和脉冲调制发送器。其载波信号发生器产生100KHz～300KHz之间某一特定的频率f₀，调节电位器PR4确定频率f₀。该串行编码指令在脉冲调制发送器内调制载波信号发生器产生的f₀信号后得到已调波，已调波经IC3C和IC3D并联使用的放大器放大输出到取样测试点B，经电阻R13、C10送到输出电路中的射极跟随器VT2基极进行功率放大，经C11、R15送到输出电路中的由三极管VT3、VD4、C6、B1、R16组成的丙类选频放大电路进行选频放大，通过调节中频变压器B1的磁芯位置使选频放大器谐振于频率f₀，然后通过B1隔离，由变压器B1次级输出，经L1、L2、C7、C8输出到载波线路7上。R7是IC2的限流电阻，R8是IC3的限流电阻。

由图4，C21、L21、C22、L22、中频变压器B2和C23组成选频网络，通过调节中频变压器B2的磁芯位置使选频网络谐振在f₀频率，从载波线路上接收对应发射器输出的载波频率为f₀的已调波。使对应发射器2中的载波信号发生器所发射的特定频率f₀的频率信号被选中，经VD20、VD21、C24、R22、C25组成的解调器后得到对应发射器中编码器输出的串行编码指令，经电位器PR21调节，经C26、R23耦合、经IC21、C27、C28组成的放大器放大，IC21选LM386，经R24、C29输入到解码器电路，解码集成电路IC22的解码输入引脚14脚把得到的串行编码指令信号与本地设置的编码指令进行比较，若一致，则解码成功，对于IC22选VD5028，本地设置的编码指令通过IC22的地址和数据编码引脚的状态设定的。解码成功IC22的17脚VT_OUT输出有效立即由原来低电平跳变为高电平，经R28使三极管VT20立即饱和导通为由IC24及外围元件组成的单稳态开关电路触发脚输入低电平，单稳态开关电路被触发，IC24可选NE555时基集成电路，它的4脚对GND接复位按钮FW，当按下FW时，使单稳态开关电路状态复位，IC24的3脚输出立即跳变为高电平“1”，这时声音报警电路IC25被触发，扬声器SP1输出报警声，同时发光二极管GRE2灭、LED2亮，表示电路检测到故障；同时VD24导通，通过R36触发VT22，由VT22、继电器J2、VD25、R37及辅助元件组成的输出电路同时使继电器J2吸合而动作，继电器J2的常闭触点J2-1用作输出去控制以切断交流接触器的电源回路，目的是为了立即切断电动机的电源来保护电动机。J2的选择决定了输出触点组数的多少及触点容量的大小。在检测守侯状态时，IC24的3脚输出为低电平，发光二极管GRE2点亮表示接收器工作正常、LED2熄灭，无声音报警输出。

JK1、JK2、JK3为其它外部保护信号输入提供接口，可将特定的PTC热敏电阻RT21接于JK2、JK3端子使用；JK1端子输入低电平有效。如果不接RT21，则须用特定阻值的电阻代替RT21接入到端子JK2、JK3上。

由图5、图6，本实施例是利用滚动码编码器和滚动码解码器完成的实施例。

选择典型应用的HCS301为滚动码编码器芯片、HCS512为滚动码解码器芯片。

keeloq滚动码技术是microchip公司的专利技术，简称滚动码技术或keeloq滚动码技术。它适用于远程无钥进入系统。集安全性高、小型封装于一身。它结合了由非线性加密算法产生的滚动码，序列码和信息码，形成信息传输流。是通过编码器和解码器芯片的串行编程接口，编定必要的密钥码、系统参数和结构数据。密钥码、序列码、设置的系统参数和数据都存储在片内EEPROM存储器中，任何外接设备不允许访问EEPROM。所有的加密钥匙和代码结合都是可编程的。但是读保护，在自动擦除和编程之后，编码器HCS301就会被校验，这就禁止访问密钥位，禁止处理同步码。传输长度排除了扫描的威胁，滚动码装置使得每次传输都是唯一的。编码组数达6万亿组。

选用滚动码编码器和滚动码解码器芯片，先要利用专用的开发工具和开发系统对芯片进行编程，对HCS301进行编码烧写把程序数据烧入到HCS301的EEPROM、对HCS512进行仿真编码把程序数据烧入HCS512中。

编码完成后，还要把编码器和解码器进行学习后，才能配对起来使用。先去掉发射器2和接收器3各自的电源，利用发射器2和接收器3的编程调试学习接口电路PROG。在没有连接发射器2和接收器3电源时进行编程调试学习，因编程过程中编程探针提供电源，避免发射器2和接收器3电源对编程探针造成损害。学习时先按下解码器电路中的学习键LEARN键使解码器IC22进入学习接收状态，然后按编码器电路中的任一键S0、S1、S2或S3，解码器学习指示灯L4闪亮0.5秒后自动熄灭，当编码器输出的代码被成切学习后，学习就算完成了。这之后，按下编码器的S0、S1、S2或S3任一键，对应解码器的相应的输出引脚输出高电平，对应的指示灯L0、L1、L2或L3被点亮；或者学习指示灯L4快速闪亮(＞5次/秒)表示学习失败。如果学习键LEARN键按下后30秒内没有接收到信号，芯片将自动放弃本次学习。如果长按LEARN学习键超过8秒，芯片自动清除解码里的EEPROM内已存在的内容。如有多个编码器可按上法进行学习，就可拥有多个编码器。如损坏或遗失了一个编码器，可先让全部编码器失效，然后把其余的编码器再重新进行学习一遍，就可再使用。

图5中，交流电源A相经AC、0V接线端子将AC220V交流电源引入，经电阻R17、电容C12、保险FUSE1、电阻R13、电感L3，，经稳压二极管Z1V、Z2V反接串联限幅，经单相全桥BG1整流，C13、C14滤波，IC1集成稳压块稳压和二极管VD3保护，C15、C16滤波后作为发射器2的直流电源。或可选用变压器降压整流滤波集成电路稳压后再滤波的方式供电，R19、LED1为电源指示电路；温度取样传感器lRT1A、RT1B、RT1C选择正温度系数具有灵敏开关特性的PTC热敏电阻作温度传感器，其动作温度依据国家或国际标准中规定的电动机绕组线圈的绝缘等级或根据电动机做特殊用途要求来选择，并留有余量，阻值与电路的具体结构特征相匹配。只有当温度升高达到某个由PTC设定的温度时，PTC的阻值剧增几十倍至几百倍而输出开关信号，此时使相对应的稳压管Z1或Z2或Z3击穿，对应的三极管VT1A或VT1B或VT1C饱和导通。PR1、PR2、PR3三只电位器用来调整设定分压器电路的参数；稳压管Z1、Z2、Z3和三极管VT1A、VT1B、VT1C及光电耦合器IC4A、IC4B、IC4C及辅助元件组成或门逻辑开关电路，无论哪个传感器达到了设定的动作温度，通过逻辑开关电路均使可控硅SCR1被触发并维持导通状态，为IC2、IC3提供直流电源通路，使它们工作；TEST按钮是试验按钮，当试验时，按下TEST按钮时，VD2导通，同样能为IC2、IC3提供直流电源通路，使它们工作，同时IC2的4脚的功能输入引脚S3被高电平触发，IC2输出包含S3引脚信息的串行编码指令信号。正常检测状态时，IC2为滚动码编码器集成电路，选HCS301。将HCS301利用专用编程器完成编程操作后，并与相配套配对使用的解码器完成成功学习之后，将对应功能引脚S0、S1、S2、S3这四个按钮中的某个或几个接入电路，本实施例使用了S0、S1、S2这三个，分别对应于RT1A、TR1B、TR1C三只热敏电阻。IC2的7脚接的LED作为发射状态指示，在发射器中可不引出。如果IC2的功能引脚S0、S1、S2不代表对应的温度取样传感器的相序故障的特殊信息，则可将其中某个引脚直接与IC2的电源引脚8脚相连，IC2一旦得到工作电源即输出包含该引脚信息的串行编码指令，在这种情况下，可简化或门输入特性的逻辑开关电路，取消C1B、C1C、VT1B、VT1C、IC4B、IC4C、VD1A、VD1B、VD1C，分别取消VD1A、VD1B、VD1C正极与IC2的引脚1、引脚2、引脚3的连线，把稳压二极管Z2、Z3的正极与Z1的正极相连接在一起，重新组成或门输入特性的逻辑开关电路。编码器编码指令是通过编程器编程完成的，存储在片内EEPROM中。一旦IC2的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4所接的按钮S0、S1、S2、S3中的某个被按下，或被高电平触发有效，则编码器IC2立即从其输出脚6脚，对应信号测试点A输出包含引脚信息的串行编码指令；该串行编码指令具备滚动码特性，其输出所持续时间的长短，与编码器自身及所编程序有关。

IC3A、IC3B与R11、PR4、C9组成载波信号发生器和脉冲调制发送器，通过调节电位器PR4使载波振荡器产生100KHz～300KHz之间的特定频率f₀信号，在脉冲调制发送器内f₀的载波信号被由IC2输出的串行编码指令调制后的已调波，已调波经IC3C和IC3D并联使用的电路作信号放大后，得到信号测试点B，经电阻R13、C10网络送到输出电路中的射极跟随器VT2的基极作功率放大，经C11、R15，送到输出电路中的由三极管VT3、B1、C6及辅助元件组成的内类选频放大电路进行选频放大，通过调节中频变压器B1的磁芯位置使选频放大器谐振于频率f₀，然后通过B1隔离，由变压器B1次级输出，经L1、L2、C7、C8输出到载波线路7上。IC3选MC14011四2输入端与非门集成电路。R7为IC2的限流电阻、R8为IC3的限流电阻。

图6中，C21、L21、C22、L22、中频变压器B2和C23组成谐振选频网络，通过调节中频变压器B2的磁芯位置使选频网络谐振在f₀频率，从载波线路上接收对应发射器2中的载波信号发生器所发射的特定频率f₀的载波信号被选中，经VD20、VD21、C24、R22、C25组成的解调器后得到对应发射器中编码器输出的串行编码指令，经电位器PR21调节，经C26、R23耦合到放大器集成电路IC21放大，IC21可选LM386，经R24、C29网络输入到滚动码解码器集成电路IC22的输入引脚18脚RFIN脚和11脚SLEEP脚，即信号测试点C点，IC22选择HCS512解码器集成电路，它具有波特率自动监测跟踪特性。与发射器2用的编码器HCS301配套配对。电阻R25和稳压管Z23、电容C30组成IC22的降压稳压电源电路。解码器IC22的振荡频率由R27和C31决定。将得到的串行编码指令信号与解码器EEPROM中存储的编码指令数据信息进行比较，若一致，则解码成功。当解码成功则解码器的2脚LRN_OUT输出有效立即由低电平跳变为高电平，此时解码器对应编码器的响应功能输出引脚S0、S1、S2或S3必定有一个输出高电平，经二极管VD26、VD27、VD28、VD29或门电路得信号测试点D，又经R28传输到三极管VT21使其立即饱和导通，光耦IC23工作为IC24及外围元件组成单稳态开关电路的触发脚IC24的2脚输入触发有效的低电平，IC24选择时基集成电路NE555，它的4脚对GND接复位按钮FW，当FW按下时，使单稳态开关电路状态复位。一旦单稳态开关电路被触发，IC24的3脚输出立即跳变为高电平“1”，这时声音报警电路IC25被触发，扬声器SP1输出报警声；同时状态指示器中的绿色发光二极管GRE2熄灭、红色发光二极管LED2点亮，完成故障指示；发光二极管L0、L1、L2完成对应温度取样传感器1RT1A、RT1B、RT1C的相序故障指示、L3完成试验状态指示、同时经VD24、R36使VT22饱和、输出电路中的继电器J2吸合，二极管VD25起到保护三极管VT22的作用、电阻R37起到防止继电器吸合时对前级电路产生干扰，继电器J2的常闭触点J2-1串接在交流接触器线圈JC回路中，去控制以切断交流接触器的电源回路，目的是为了立即切断电动机的电源来保护电动机。J2的选择决定了输出触点组数的多少及触点容量的大小。在检测守侯状态时，IC24的3脚输出为低电平，绿色光二极管GRE2点亮、红色发光二极管LED2熄灭，无声音报警输出。

电阻R30为光耦IC23的限流电阻。编程调试学习接口电路在发射器2和接收器3进行调试、编程和学习时使用。

端子JK1、JK2和JK3为其它外部保护信号输入提供接口。JK1接低电平有效，JK2接高电平有效，JK3接地电位。可将特定的PTC热敏电阻RT2接于JK2、JK3端子之间，如不接RT21，则须用特定阻值的电阻代替RT21接于端子JK2、JK3之间。

HCS512利用滚动码系统和安全性高的学习装置来达到解码的目的。厂家代码、密钥和同步信息码保存在片内EEPROM中，以达到保护的目的。HCS512由DATA脚和CLK脚装入在解码器之外不能被读取的厂家代码。通过专用编程器进行编程操作。

解码器具有自动波特率监测，来补偿编码器数据速率的偏差。解码器含有先进的错误检查算法，确保只接受有效代码。

充分利用集成电路HCS512输出引脚5(S0)、引脚6(S1)、引脚7(S2)、引脚8(S3)作为相序状态指示使用，分别串联接入限流电阻和发光二极管。引脚5(S0)输出高电平代表A相故障指示、引脚6(S1)输出高电平代表B相故障指示、引脚7(S2)输出高电平代表C相故障指不、引脚8(S3)作为试验指示使用。

编码器和解码器型号规格很多，均需要配套配对使用，附表1提供了部分编码器和解码器集成电路配套配对型号对照表。

图7中，IC3选LM567集成电路，信号输入点A通过串接电阻R10接到LM567的输入脚2脚；通过电阻R8限流、电容C5滤波为IC3的VDD功能引脚4脚提供电源；5脚对6脚串联接入电阻R11和电位器PR4，6脚对GND接电容C9，调节电位器PR4可改变振荡频率f₀的大小，R11为了限定振荡频率f₀的范围，5脚输出到测试点B，7脚接GND，8脚空。该单元电路可以取代由MC14011及外围元件构成的载波信号发生器和脉冲调制发送器电路。

图8中，IC26选四锁存D型触发器集成电路MC14042，由它和外围元件构成状态指示锁存单元电路。它完成输入引脚S0、S1、S2或S3的高电平的状态指示锁存。对应于带四位数据位的固定码解码器，其输出不具备数据锁存功能，将该电路的输入引脚S0、S1、S2和S3接到固定码解码器相对应的数据输出引脚上，当S0、S1、S2、S3为高电平时，对应IC26的输出端Q0、Q1、Q2、Q3输出为高电平并锁存。利用该单元电路可完成状态指示锁存功能；对应于滚动码解码器，若其输出不具备数据锁存功能，将该电路的输入引脚S0、S1、S2和S3接到滚动码解码器对应的数据输出引脚上，同样利用该单元电路完成状态指示锁存功能。

图9中，编码器集成电路IC2选带四位数据位的VD5026-4型号。PR1、R1与RT1A，PR2、R2与RT1B，PR3、R3与RT1C构成三个分压器电路，三只电位器PR1、PR2、PR3用来调整设定分压器电路分压点的参数；稳压二极管Z1、Z2、Z3，三极管VT1A、VT1B、VT1C，光电耦合器IC4A、IC4B、IC4C，二极管VD1A、VD1B、VD1C及可控硅SCR1及辅助元件组成逻辑开关电路，无论哪个温度取样传感器达到了设定的动作温度，相对应的稳压管Z1或Z2或Z3击穿，对应的三极管VT1A或VT1B或VT1C饱和导通带动某个光电耦合器IC4A或IC4B或IC4C工作，通过由二极管VD1A、VD1B、VD4C组成的或门电路使可控硅SCR1被触发并维持导通状态，为编码器集成电路IC2和IC3组成的电路提供直流电源通路，使它们工作；当试验时，按下试验按钮TEST，VD22导通，同样为IC2、IC3提供直流电源通路，使它们工作，并且编码器集成电路IC2的某一数据引脚被置高电平；检测到故障信号时，工作着的光电耦合器IC4A或IC4B或IC4C同时为对应的IC2的数据引脚输入高电平，使得IC2的数据引脚输入的高电平，分别对应于敷设在电动机某相绕组线圈上的温度取样传感器或试验状态信息，即编码器的数据位代表着特殊的相序故障信息或试验信息。在电路中，对应信号测试点A输出串行编码指令，该串行编码指令中含有四位数据信息。则此时编码器集成电路对应的编码组数减少为4⁷＝16384组。解码器集成电路VD5027-4型号与VD5026-4型号配套配对使用，VD5027-4的数据输出引脚分别接发光二极管L0、L1、L2、L3用作相序故障状态指示。可利用IC26(MC14042)及辅助元件组成的状态指示锁存单元电路完成相序故障状态指示和锁存。

图10，该单元电路的解码器IC22选TDH2172，对应的滚动码编码器选HCS301。对于“TDH2172-XX”型号的解码器必须另配93LC46B作为片外EEPROM，以保存编码数据；“TDH2172F-XX”型号的解码器片内含有FLASH，不必另配片外EEPROM。该单元电路完全可代替由HCS512组成的解码器单元电路，按照信号测试点C、信号测试点D对应接入。滚动码编码器和解码器也可选用PIC系列单片机来开发。但均需要编程调试学习，并成功后方可配对配套使用。

综上所述，该载波式电动机报警保护器与其它电动机保护器相比，具有以下主要技术指标和优点：

1.采用温度取样传感器直接自动检测电动机绕组线圈的工作温度，凡是归结为电动机绕组线圈温度升高造成电动机烧毁的各种故障，均可以有效地实施保护，是从根本上实施保护；

2.采用常规的固定码编码技术或滚动码编码技术，解决了编码组数少、编码冲突的难题；

3.利用载波遥控技术，对特定频率f₀信号进行谐振选频，减少了干扰，并利用电力线路作为载波线路完成信号的传输；

4.在检测守侯状态时，不发送调制信号和载波信号，不对外产生干扰；

5.故障保护后，状态指示器完成故障指示及相序故障状态指示锁存，不进行“复位解锁”电动机不能再次启动，避免了操作人员多次启动造成热累积而烧毁电动机；

6.发射器发射一组有效串行编码的时间：50ms～500ms；

7.发射器的绝缘电阻≥500MΩ；

8.寿命≥10⁸次；

该保护器在结构与功能上实现了一次新的变革，它是一种可靠性强、灵敏度高、稳定性好，是新一代产品。使用该报警保护器，能有效地保证电动机在正常使用情况下工作，确实发挥电动机15年～20年的经济使用寿命。附表1      部分编码器和解码器集成电路配套配对型号对照表

编码器/解码器			编码器	解码器	编码器	解码器	编码器	解码器	编码器	解码器	解码器
												型号			VD5026	VF5028	MC145026	MC145028	PT2262	PT2272	HSC301	HSC512	TDH2172
参考型号				VD5027		MC145027	BHM2262	BHM2272	HSC360	PIC16C56	PIC16C54
												编码组数(万组)			411＝419.4304		39＝1.9683		312＝54.1541		6万亿组
引脚功能		1	4TH	4TH	A1/D1	A1	A0	A0	S0	/LRNIN	LEARNIN
												2	A1	A1	A2/D2	A2	Al	A1	S1	LRNOUT	LEARNLED
		3	A2	A2	A3/D3	A3	A2	A2	S2	NC	NC
												4	A3	A3	A4/D4	A4	A3	A3	S3/CLK	/MCLR	/MCLR
		5	A4	A4	A5/D5	A5	A4	A4	VSS	GND	VSS
												6	A5	A5	A6/D6	R1	A5	A5	PWM	S0	S0
		7	A6	A6	A7/D7	C1	A6/D5	A6(D5)	/LED	S1	S1
												8	A7	A7	VSS	VSS	A7/D4	A7(D4)	VDD	S2	S2
		9	VSS	VSS	A8/D8	DIN	VSS	VSS		S3	S3
												10	A8	A8(D0)	A9/D9	R2/C2	A8/D3	A8(D3)		VLOW	EEDATA
		11	A9	A9(D1)	RS	VT	A9/D2	A9(D2)		SLEEP	EECLK
												12	A10	A10(D2)	CTC	A9(D9)	A10/D1	A10(D1)		CLK	EECS
		13	A11	A11(D3)	RTC	A8(D8)	A11/D0	A11(D0)		DATA	VT
												14	/TE	DIN	/TE	A7(D7)	/TE	DATAIN		VDD	VDD
		15	R2	R2	DOUT	A6(D6)	OSC2	0SC2		OSCOL	NC
												16	R1	R1	VDD	VDD	0SCl	0SC1		OSCIN	OSCIN
		17	DATAOU	VTOUT			DATAOUT	VTOUT		NC	NC
												18	VDD	VDD			VDD	VDD		RFIN	RFFIN
		特   征			固  定  码						Keeloq滚动码
其它型号	编码器													AX5326P AX9314(可编程) PT2240P(可编程) HT-12E SC5262 PT2282(可编程) PT2260NTQ104/105/106 HCS200/20l/300/360/361/4l0/412(滚动码) YYH26
			编解码器		NT3758 ZH8901 MC145030
	解码器													AX5327 PT2270 SC5272 HCS500/512(滚动码) PIC12CXXX PIC16CXXX HT-12D/F YYH27/28

备注：编码器/解码器按照芯片的技术要求配套配对使用。

Claims (10)

1.一种载波式电动机报警保护器，由温度取样传感器(1)、发射器(2)和接收器(3)组成，其特征是：

温度取样传感器(1)(RT1A、RT1B、RT1C)选用正温度系数具有灵敏开关特性的PTC热敏电阻，按照电动机绕组相序将其对称嵌入散热不好的电动机绕组线圈(5)(RZA、RZB、RZC)端部，采用并接法通过绝缘引线(6)引到发射器(2)的接线端子；

发射器(2)的电路部分由逻辑开关电路、电源电路、编码器电路、载波信号发生器和脉冲调制发送器电路、输出电路、接线端子和接口电路电连接，电路部分和发射器的绝缘壳体之间灌注酚醛树脂绝缘封装后构成发射器；

接收器(3)的电路部分由选频网络、解调器、放大器、解码器电路、单稳态开关电路、报警电路、状态指示器、输出电路、电源电路、取样传感器输入、接线端子和接口电路电连接，装在绝缘壳体内构成。

2.一种根据权利要求1所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：发射器(2)的电源电路具有控制功能，在逻辑开关电路接到温度取样传感器(1)(RT1A、RT1B或RT1C)送来的脉冲开关信号时，经过由分立元件组成的逻辑开关电路处理后输出高电平触发可控硅SCR1使之导通，为载波信号发生器和脉冲调制发送器电路、为编码器电路同时提供电源；所提的逻辑开关电路是通过接线端子和绝缘引线与温度取样传感器(1)连接的，逻辑开关电路具有可同时接有多个温度取样传感器，具有或门输入特性。

3.一种根据权利要求1所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：发射器(2)的载波信号发生器和脉冲调制发送器电路由集成电路IC3、电阻R11、电位器PR4、电容C9组成，调节电位器PR4使载波信号发生器产生100KHz～300KHz之间的某一固定频率f₀的载波信号；由IC2及周围辅助元件组成的编码器输出串行编码指令在脉冲调制发送器电路内调制频率为f₀的载波信号得到已调波信号，脉冲调制发送器电路发送已调波信号到输出电路；

发射器(2)的输出电路中的射极跟随器由三极管VT2、电阻R14组成作已调波的功率放大，射极跟随器输出信号经过电阻R13、电容C10组成的RC网络后送给由三极管VT3、二极管VD4、电容C6、变压器B1、电阻R16组成的丙类选频放大器，通过调节B1磁芯使丙类选频放大器谐振于f₀，对频率为f₀的载波信号作功率放大，然后通过变压器B1隔离，经电感L1、电感L2、电容C7、电容C8网络将已调波输送到载波线路(7)上完成信号的传输。

4.一种根据权利要求1所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：载波信号的解调由接收器(3)的接收电路中的选频网络、解调器、放大器来完成，其中：

选频网络由电容C21、电容C22、电感L21、电感L22、中频变压器B2、电容C23组成的，通过调节B2磁芯使网络谐振于f₀，从载波线路上接收对应发射器输出的载波频率为f₀的已调波；

解调电路由二极管VD20、VD21、电容C24、电阻R22、电容C25、电位器PR21组成的解调电路后得对应发射器中编码器输出的串行编码指令；

放大器由IC21及辅助元件组成的耦合放大电路放大后送给解码器集成电路IC22及辅助元件组成的解码器电路，电位器PR21调节输入到放大器电路的信号电压幅值。

5.一种根据权利要求1所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：发射器(2)编码器电路用的编码器集成电路IC2和接收器(3)解码器电路用的解码器集成电路IC22是配套配对使用的，采用常规固定码芯片，设置它们在同一实施例中的地址/数据编码引脚所设定的状态必须呼应一致，所代表的串行编码指令一致，外围元件呼应配套使用。

6.一种根据权利要求5所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：发射器(2)编码器电路用的编码器集成电路IC2和接收器(3)解码器电路用的解码器集成电路IC22是配套配对使用的，可采用滚动码芯片代替常规固定码芯片，或利用可编程的PIC系列编程器件来完成。

7.一种根据权利要求1、5或6所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：利用编码器和解码器对应的数据位D0、D1、D2、D3或开关引脚S0、S1、S2、S3传递相序故障的特殊信息和试验信息，相序故障的特殊信息来自发射器电路对对应的温度取样传感器信号的处理、试验信息通过按试验按钮TEST完成，解码器输出数据位或开关引脚具有状态锁存，并带动由发光二极管构成的状态指示器；

可利用IC26(MC14042)及辅助元件组成的状态指示锁存单元电路完成状态锁存。

8.一种根据权利要求1所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：接收器(3)设置有接口电路，接口电路由JK1、JK2、JK3接口端子为其它外部保护信号输入提供接口。

9.一种根据权利要求1所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：接收器(3)的输出电路中的控制继电器J2的常闭触点J2-1串接在控制电动机的交流接触器线圈CJ中，常开触点J2-2作为备用，常闭触点J2-1在保护状态时因继电器J2吸合而断开，使交流接触器线圈CJ失电释放，切断电动机的电源，同时切断发射器(2)的电源。

10.一种根据权利要求1所述的载波式电动机报警保护器，其特征在于：接收器(3)的单稳态开关电路由集成电路IC24及外围辅助元件组成，其触发信号输入脚接到解码器VT输出引脚，设有复位按钮FW，单稳态开关电路的输出，一路送给报警电路，IC25被触发输出带动扬声器SP1报警；一路送给状态指示器，发光二极管GRE2完成工作状态指示和LED2完成故障状态指示；一路送给由VD24、R36、VT22、J2、VD25、R37组成的执行机构的输入端。

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