CN87206874U

CN87206874U - 无开关元件断相保护器

Info

Publication number: CN87206874U
Application number: CN 87206874
Authority: CN
Inventors: 周继文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-24
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1988-08-03

Abstract

一种防止三相交流电机断相运行的断相保护器，它省去了现有技术中通常采用的中间放大、继电器控制等诸多环节，控制电路简单，保护动作迅速，且可使控制电机运行的接触器不必使用辅助常开触点。将本实用新型的断相保护器安装在接触器中可使接触器的功能增加而体积并不增大，更可贵的是可达到节能的效果。

Description

无开关元件断相保护器

本实用新型涉及一种防止交流电机非正常运行的断相保护装置及其应用，更具体地说，涉及一种防止三相交流异步电机断相运行的断相保护器。

在现有技术中，使用于三相交流异步电机的断相保护器种类繁多，结构各异，但究其根本不外乎包括以下几个主要部分：测量部分，逻辑部分以及出口部分。

测量部分监督被保护对象的工作状态，它将仪用互感器传来的电信号进行加工和放大，变换成便于在逻辑部分使用的电信号，因此，测量部分还进一步包括电压形成回路、比较回路及执行回路。

逻辑部分接收测量部分的输出信号，按照给定的程序进行逻辑运算，决定保护装置的动作与否，发出一个“是”或“否”的单值命令信号，它包括门电路及延时电路。

出口部分将逻辑部分的单值命令信号进行功率放大，以便操纵诸如交流接触器等电机开关。

现有技术的缺点在于，所需环节较多，电路冗杂，而且出口部分往往还含有多个诸如干簧或小型中间继电器或可控硅等开关元件，电机的开关是受这些开关元件控制的，因而，现有技术的断相保护装置不仅成本较高，而且保护动作的速度的提高受到了限制。

其次，现有技术的断相保护装置保护动作是通过出口部分发出继电信号（“有”或“无”）给作为电机开关的接触器而得以实现的，而断相装置本身并不给接触器提供维持吸合的电流（或电压），接触器维持吸合状态的电流（或电压）往往直接由交流电源提供，由于接触器的铁损以及短路环的消耗，因而耗电较大。

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种可省去现有技术中的诸多环节并毋需采用中间继电器等辅助开关的结构简单、成本低廉的断相保护器，该断相保护器用比现有技术更为直接的方法去操纵作为电机开关的接触器，从而使本实用新型的断相保护器保护动作速度快，可靠性高。

本实用新型的另一个目的在于使本实用新型的断相保护器能在电机正常运行时为控制电机运行的接触器提供维持吸合的直流电流，而在断相的瞬时即中断该维持电流从而使接触器释放，从而达到断相保护的目的，并能使接触器在直流电流的维持下工作，从而消除接触器在交流运行时的铁损和短路环的功耗。

本实用新型的再一个目的在于，将上述断相保护器进一步组装在接触器的电磁系统中，从而提供一种具有断相保护功能的节能接触器。

本实用新型的上述目的是通过下述方式实现的：

本实用新型的断相保护器包括：

三个副边电压具有高次谐波的变压器，诸如高效速饱和零序电流互感器，所述三个变压器的三个原边分别与三相交流电机的A、B、C相相串联，并且其副边相互串联；

用于将上述三个变压器副边串联后所输出的交流信号转换成直流信号的变换电路，所述变换电路的输入端与所述三个变压器副边串联后的两端相连，所述变换电路将所述交流信号转换成便于控制电机运行的接触器使用的直流信号后输出给控制电机的接触器并籍此操纵所述接触器。

由上述可知，由于上述变压器的副边电压中含有高次谐波，因而，当电机正常运行时，因三个基波电压大小相等，相位互差120°，故串联后总电压为0，但某些高次谐波的叠加却不为0，其中，尤以三次谐波的电压幅值为最大，其他某些高次谐波如九次谐波，由于幅值较小，其叠加量基本上可忽略。因而，可选择三次谐波的幅值足够大的变压器以便给接触器提供足以维持其吸合的电流。

当断相运行时，其他两相的线电流大小相等、相位相反，因而变压器的副边电压相互抵消，因而变压器输出信号为0，上述接触器的维持吸合电流即刻消失，致使上述接触器立即释放，从而切断电源，使电机停止运行，起到断相保护的目的。

由于上述断相保护器除了三个变压器以外，其他部件只是些诸如电阻、电容、二极管等元件，因而它可很方便地与接触器的电磁系统有机地组装在一起，从而提供一种具有断相保护功能的接触器，说这种组装是有机的是因为它并不使这种新颖的接触器的体积增加多少，此外，由于在制造上也未增加任何麻烦，但却增加了断相保护功能，并且由于断相保护器给接触器提供了直流运行的维持电流，因而使这种接触器较之交流运行的接触器具有省电的优点。

其具体实施方式如下：

将接触器的吸引线圈的输入端与上述变压器的三个副边相互串联后的两端相连，或，所述三个副边串联后其整体作为接触器的吸引线圈，三个副边相互串联后的两端亦同时与上述变换电路的二个输入端相连，上述变压器的三个原边与三相交流电机的A、B、C相相串联。具体装配方式极其简单，为本领域内具有中等以上水准的技术人员所熟知，在此毋需赘言，在下面的实施例中将作为例子给出一种具体的组合方式。

综上所述，本实用新型的优点在于省去了现有技术通常采用的放大和继电器等开关元件控制等中间环节，免去这些环节的工作电源和它们的损耗以及对反应速度的延迟，从而实现无开关元件控制接触器的立即释放，提高了保护的准确性和可靠性，具有结构简单，动作速度快、适用范围广、便于使用等优点。

此外，本实用新型起动电流与维持电流的转换是连续的，这是依靠电路本身得以实现的，而不必采用触点转换方式，因而，使用本实用明的断相保护器，可以使上述接触器不必象通常的情形那样使用辅助触头来实现起动电流与维持电流的转换。因而可省去传统的接触器必须采用一对常开辅助触点来维持吸合的工作方式。

由于本实用新型的断相保护器能同时给交流接触器提供直流运行的维持电流，同时，可很自然地设想将其与接触器组装在一起从而提供一种新颖的、具有断相保护功能的接触器。如上文所述，由于本实用新型断相保护器的结构极其简单，因而这种组合是极为方便的。本发明的断相保护器给接触器提供直流运行的维持电流，因而使接触器比交流运行时耗电节省90％以上，并消除其运行噪声，因而本实用新型为深入推广《国务院关于节约用电指令（节能指令第二号）》中第八条的要求：“对电耗高效率低的老产品，最迟在1982年底以前停止生产，其中包括未采用无声运行技术的100安以上的交流接触器”〈国发（1981）56号文〉提供了一个行之有效的方法。

上述具有断相保护功能的新颖的接触器还有一个显著的优点是，电磁线圈直流工作状态，因而通常附设的短路环已不再需要；此外，铁心的涡流也由于接触器处于直流运行状态得以消除，所以，制造交流接触器的硅钢片冲剪、叠合铆固这一复杂的工艺可免去而代之以简单的整块浇注工艺，从而大大降低了生产成本。

下面将结合附图对本实用新型的实施例作详细的描述，其中，

图1a为本实用新型的第一个实施例的电原理图；

图1b为本实用新型的第一个实施例的外部接线图；

图2a为本实用新型第二个实施例的电原理图；

图2b为本实用新型第二个实施例的外部接线图；

图3为本实用新型的一个最佳实施例的电原理和外部接线图；

图4为本实用新型的断相保护器的安装示意图；

图5为将本实用新型的一个断相保护器与接触器的电磁系统组装在一起产生的一种带断相保护功能的接触器线圈电原理图；

图6为图5所示的接触器装置的结构示意图；

图7a为图5和图6所示的接触器的外形主视图；

图7b为图5和图6所示的接触器的外形侧视图。

附图1是符合本实用新型的一种断相保护器的电原理和外部接线图。它把三个具有稳定的高次谐波电压输出的变压器（诸如高效饱和型零序电流互感器）LH_A、LH_B、LH_C，的次级同极性串联并和由二极管D₁₂、D₁₃等组成的变换电路相接。

当电机正常运行时，互感器LH_A、LH_B、LH_C副边的三个基波电压大小相等，相位互差120°，故串联后基波合成电压为零，而它们的三次谐波电压则是同相互相叠加后输出，经二极管D₁₃半波整流后供给接触线圈JC维持吸合，并在该电压负半周时，由二极管D₁₂提供给线圈JC续流回路，使线圈内流过连续波形的直流电流，保证接触器能可靠地维持吸合。

发生断相的瞬时，由于健全的两相线电流大小相等，相位相反，故串联后副边的基波和三次谐波电压均互相抵消，输出电压为零，无法经由D₁₂、D₁₃所组成的变换电路给线圈JC提供维持吸合的电流，导致接触器立即作保护性释放。所以，图1中续流二极管D₁₂和整流二极管D₁₃构成了上述变换电路。

图中D₁₁是为接触器提供起动电流而设置的整流二极管，它在工作时，D₁₂仍起续流作用，使流经线圈JC的起动电流为连续的直流电流；因此，D₁₁与手动控制常开触点QA一起构成了一个起动电路，应指出，在本实施例以及下面几个实施例中所提供的起动电路给本实用新新的实施提供了方便，但并非限定性的，即起动方法有多种，此方法并非本实用新型的必不可少的特征当按下QA后，即可使接触器起动。D₁₃在此则有箝位隔离作用，防止起动电流窜入互感器的次级回路而引起短接，当起动完毕，D₁₁结束工作的瞬间，D₁₃又能及时向线圈JC提供直流维持电流，实现起动电流与维持电流的连续转换，在这一转换中，接触器辅助触头并不起作用，因此可省去。应指出，上述变换电路也可由桥式整流电路构成，其输入端与所述变压器副边串联后的两端相连，输出端与所述接触器线圈相连。

R₁₁、C₁₁构成阻容吸收回路，保护电路中二极管避免被高压击穿。

保险熔丝RD₁₁对装置中的元件起短路保护作用。端点①、②通过停止按钮TA与接触器吸引线圈相连接，端点①、③通过起动按钮QA与外源相接，以下同。

在大、中型交流接触器上实施本实用新型，应采用如附图二所示的本实用新型的第二个实施例，在实施例的起动电路中，增设了起动限流电阻R₂₂和接触器的辅助常闭触点JC₁。R₂₂在起动时可减小对二极管D₂₁、D₂₂的电流冲击，JC₁则可缩短对二极管D₂₂、D₂₁的电流冲击时间。

本实用新型的典型实施例见附图三。当起动按钮QA动作时，B、C二相的控制电流经QA的已闭合的常开触点和停止按钮TA的常闭触点流向线圈JC，并通过二极管D₃₁完成半波整流，在电源负半周时，D₃₁截止，由二极管D₃₂提供给线圈JC续流回路，使流经线圈JC的电流为连续的直流起动电流，保证接触器可靠地吸合，主触头JC闭合，电机开始运转。在QA复位的瞬间，起动电源被断开，由互感器LH_A、LH_B、LH_C以及D₃₂、D₃₃所组成的供电电路立即投入工作，按上文中所述原理控制接触器继续维持吸合并在发生断相时作保护性释放，保证电机安全地工作。

如果按工作需要使电机停止运转，只要按动停止按纽TA，断开接触器线圈的直流供电和续流回路，就可使接触器立即释放。

图4给出了本实用新型的一种安装方式。现请参见图5～7。图5～7描绘了将本实用新型的断相保护器应用于接触器中，与其组装在一起而得到的一个新颖的、同时具有断相保护功能的节能接触器的内外结构和电原理。正如上文所述，由于本发明的断相保护器可简化到只需采用2～3个由晶体二极管和一、二个电阻、电容，因而，它与接触器电磁系统的组合是极为简便的，并且组合后的这种新颖的接触器的体积并不因此而变大。同样，对工艺也无任何特殊的要求，相应地，却简化了接触器的生产工艺，因而，在下文中将只是结合附图作一极简略的说明，而附图在此则尽可能提供得详细一些，以便本领域内具有中等以上水准的技术人员能够实施。

下面给出图4～7元部件的标号的意义及其简略说明：

41：符合本实用新型的一个断相保护器；

42：控制电机运转的接触器；

43：接线柱③，连接B相电流传感器的原边出线端B′；

44：接线柱①，和控制按钮QA、TA之间连线相接；

45：接线柱②，连接接触器42线圈的一端；

46：三相电源进线；

47：断相保护器41和接触器42之间电源连接线；

48：接触器42的输出线，连接所控制的三相异步电机。

51：A相电流线圈；

52：B相电流线圈；

53：C相电流线圈；

54：A相的次级线圈；

55：B相的次级线圈；

56：C相的次级线圈；

57：“山”字形铁芯。

61：弹簧；

62：接触器主触头。

在图5和6中，D₃₂的两端可与接触器的吸引线圈相连接，也可省去接触器的吸引线圈而直接由线圈（54、55、56）取而代之。

71：带断相保护功能的接触器；

72：三相电流线圈接线桩头，连接控制按钮TA和三相电源进线；

73：三相电流线圈接线桩头，连接接触器的主触头；

74：接触器三相输出线接线桩头；

75：三相电源进线；

76：接线柱，连接控制按钮QA和二极管D₃₂之间连线；

77：接触器71的输出线，连接所控制的三相异步电机。

图5是该电磁线圈的电原理图，应指出，在该实施例中所采用的断相保护器基本上与图3中所示的实施例相类似，只是由于原来互感器的次级串联供电回路在此实施例中代之以吸引电磁线圈，同时续流二极管D₃₂和它构成了整流供电回路。因此原来需要阻止起动电流窜入以及向原接触器线圈半波整流供应维持吸合电流的二极管D₃₃在此可以省去，因此上述变换电路的作用在此仅由二极管D₃₂即可完成。具体工作原理下面将进一步阐述。

附图6是上述新颖交流接触器的结构图，它由断相保护器中三个变压器合成为接触器的吸引电磁线圈，它的初组（A－A′、B－B′、C－C′）分别串联于三相电源中，并构成断相保护器的三相电流线圈，次级相互串联接成开口三角形。当起动按钮QA动作时，A、C二相的控制电流经停止按钮TA的常闭触点和QA的已闭合的常开触点流向串联的次级线圈并通过二极管D₃₁完成半波整流。在电源负半周时，D截止，由二极管D提供给次级线圈续流回路，使流经次级线圈的电流为连续的直流起动电流，保证接触器可靠地吸合，使所接电机开始运转。在QA复位的瞬间，起动电源被断开，次级线圈二端因并联二极管D构成半波整流负载。次级线圈以及三相电流线圈在铁芯中产生的磁通，使衔铁受到的电磁吸力的总合力瞬时值能保持稳定（或较小波动），保证接触器继续可靠地吸合。

当断相运行时，电磁线圈中存在着电流相互抵消作用，其吸力迅速下降为零，在弹簧61的作用下致使接触器作保护性释放，起断相保护的目的。

为简易起见，停止按钮TA的接法设计成在其断开时形成断相运行，使接触器立即释放。

该接触器的外形图见图7a和7b，它和常用交流接触器基本一样，只是多了一组接线桩头，可便于三相电流线圈的安装，但它的外部控制电路十分简单，同时制作时“山”字形铁芯毋须加装短路环，其耗电也省。

Claims

1、一种防止三相交流电机断相运行的断相保护器，其特征在于，它包括：

三个副边电压具有高次谐波的变压器，所述变压器的三个原边分别与三相交流电机的A、B、C相相串联，其三个副边相互串联；

用于将上述变压器的三个副边串联后所输出的交流信号转换成直流信号的变换电路，所述变换电路的二个输入端与所述变压器的三个副边串联后的两端相连接，所述变换电路的二个输出端与控制电机运行的普通接触器的线圈相连接。

2、根据权利要求1所述的断相保护器，其特征在于，所述变压器为高效饱和型零序电流互感器。

3、根据权利要求1所述的断相保护器，其特征在于，所述变换电路可由桥式整流电路组成。

4、根据权利要求1所述的断相保护器，其特征在于，所述变换电路可由一个续流二极管D₁₂（或D₂₂或D₃₂）、一个整流二极管D₁₃（或D₂₃或D₃₃）所组成的电路构成。

5、根据权利要求4所述的断相保护器，其特征在于，所述变换电路中还包括由电阻R₁₁电容C₁₁所组成的阻容吸收回路。

6、根据权利要求1所述的断相保护器，其特征在于，所述断相保护器还包括一个由起动二极管D₁₁（或D₂₁或D₃₁）、手动控制常开触点QA所构成的起动电路。

7、根据权利要求6所述的断相保护器，其特征在于，所述起动电路中还包括起动限流电阻R₂₂和辅助常闭触点JC₁。

8、一种具有断相保护作用的接触器，其特征在于，它包括相互连接的上述断相保护器和一个普通接触器，上述断相保护器中的部件与普通接触器中的部件连接方式为：

将普通接触器的吸引线圈的输入端与上述变压器的三个副边相互串联后的两端相连，或，所述三个副边串联后其整体作为普通接触器的吸引线圈，三个副边相互串联后的两端亦同时与上述变换电路的二个输入端相连，上述变压器的三个原边与三相交流电机的A、B、C相相串联。