專(zhuān)利名稱(chēng)：三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，能有效地對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)作斷相、過(guò)載、過(guò)流及堵轉(zhuǎn)保護(hù)。
目前已有的三相異步電機(jī)保護(hù)器采用普通的電流互感器檢測(cè)三相電流信號(hào)(付邊開(kāi)路使用)，其檢測(cè)精度低，線性差、動(dòng)態(tài)范圍小，且鐵芯易于飽合。為了解決異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流高于額定電流而使保護(hù)器誤動(dòng)作的問(wèn)題，一般均采用延時(shí)動(dòng)作的方法以避開(kāi)起動(dòng)電流，這種方式在電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，對(duì)電機(jī)是不利的。
本發(fā)明的目的在于提出一種采用特殊的交流電流電壓互感器作為檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的方法。該互感器能夠?qū)㈦姍C(jī)的電流轉(zhuǎn)換為與之成比例的電壓信號(hào)。不僅提高了對(duì)電流的檢測(cè)精度，而且線性范圍寬，鐵芯不飽合、故對(duì)電機(jī)的保護(hù)效果好。同時(shí)采用集成電路對(duì)起動(dòng)電流曲線進(jìn)行跟蹤，在起動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作，起動(dòng)完畢能進(jìn)行正常的過(guò)載，過(guò)流保護(hù)。能夠檢測(cè)三相電流的有無(wú)，對(duì)斷相故障進(jìn)行邏輯判斷。發(fā)生斷相時(shí)，發(fā)出跳閘信號(hào)。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障時(shí)，亦能發(fā)出堵轉(zhuǎn)信號(hào)切斷電源。而且本保護(hù)器對(duì)上述各種故障均能進(jìn)行記憶，并顯示故障原因。同時(shí)采用一只三色發(fā)光二極管發(fā)出橙、紅、綠三種顏色分別顯示電機(jī)起動(dòng)前、起動(dòng)過(guò)程和正常工作三種狀態(tài)。
本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容是該三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)器由檢測(cè)電路和控制電路組成。
電流檢測(cè)電路Ⅰ采用三相電流電壓互感器1，該互感器是由用環(huán)形鐵芯制成的三只電流電壓互感器組成。在每只環(huán)形鐵芯上分別繞有平衡線圈L0和電壓線圈L2，L0用以平衡輸入電流在原邊線圈L1中產(chǎn)生的磁勢(shì)，以保障在電壓線圈L2上產(chǎn)生的電壓信號(hào)與輸入電流成正比，且波形不失真。電流電壓互感器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3，其原理圖如圖4(圖3、圖4僅畫(huà)出一相)。電機(jī)的電源線穿過(guò)電流電壓互感器的穿芯孔。可以是一匝，也可以是數(shù)匝。三只這樣的電流電壓互感器裝在塑料制的殼內(nèi)組成一只三相電流電壓互感器，其電壓線圈接成星形由端子引出，外形如圖5。
控制電路Ⅱ由整流電路2，斷相保護(hù)電路3，過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路4，堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路5，總控制門(mén)6，驅(qū)動(dòng)電路7，斷相故障記憶電路8，斷相故障顯示電路9，過(guò)載過(guò)流故障記憶電路10，過(guò)載過(guò)流顯示電路11，電機(jī)工作狀態(tài)識(shí)別電路12，電機(jī)工作狀態(tài)顯示電路13，復(fù)位電路14，電源電路15組成。如

圖1所示。
整流濾波路2由二極管D1～D3、電容C1～C3組成。該電路與三相電流電壓互感器輸出端連接，能夠?qū)⑷嚯娏麟妷夯ジ衅鬏敵龅碾妷盒盘?hào)進(jìn)行整流、濾波再同時(shí)送到斷相保護(hù)電路和過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路。
斷相保護(hù)電路3由運(yùn)算放大器LM1～LM3，非門(mén)F1、F2，與非門(mén)M1～M3、R16、C8及施密特反相器F3等組成。LM1～LM3的輸入端與整流濾波電路的輸出端連接，由LM1～LM3對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行檢零，即檢測(cè)電機(jī)各相電流的有無(wú)。LM1～LM3的輸出端送到由F1、F2及M1～M3組成的斷相識(shí)別電路，以識(shí)別電機(jī)是否發(fā)生斷相故障。斷相識(shí)別電路的輸出再送到R16、C8、F3組成的延時(shí)電路，延時(shí)電路的輸出同時(shí)送到總控制門(mén)電路和斷相記憶電路。延時(shí)電路起避免誤動(dòng)作作用。同時(shí)該電路中的F1的輸出送到電機(jī)工作狀態(tài)識(shí)別電路。
過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路4該電路由反時(shí)限電路、電流整定電路、比較電路、控制門(mén)、起動(dòng)閉鎖電路、延時(shí)電路、起動(dòng)電流檢測(cè)電路、起動(dòng)曲線跟蹤電路等組成;反時(shí)限電路由電阻R8～R13、電容C5～C7組成。輸入端與整流濾波電路的輸出端連接，該電路的作用是將電流信號(hào)進(jìn)行反時(shí)限延時(shí)、增強(qiáng)電機(jī)保護(hù)器的抗干擾能力。其輸出端接到比較電路;電流整定電路由電阻R13、R14，電位器W1和穩(wěn)壓管2CW組成。用以整定保護(hù)器動(dòng)作電流的數(shù)值，穩(wěn)壓管的作用是提高保護(hù)器的精度。該電路輸出端接到比較電路的輸入端;比較電路由運(yùn)算放大器LM5～LM7組成。三個(gè)運(yùn)放大器的正相輸入端連在一起，接到電流整定電路W1的中間動(dòng)觸頭上。LM5～LM7的三個(gè)反相輸入端分別接到反時(shí)限電路的三個(gè)輸出端(這三只運(yùn)放器采用反相輸入式)。三只運(yùn)放器的三個(gè)輸出端送到控制門(mén);控制門(mén)采用與非門(mén)M9。與非門(mén)M9的三個(gè)輸入端分別接到比較電路的三個(gè)輸出端，與非門(mén)M9實(shí)際起或門(mén)的作用，電機(jī)無(wú)論哪相出現(xiàn)過(guò)載過(guò)流故障，M9都能發(fā)出故障信號(hào)。該電路輸出端接到起動(dòng)閉鎖電路;起動(dòng)閉鎖電路采用與非門(mén)M10，M10的一個(gè)輸入端接控制門(mén)M9的輸出端，另一輸入端接起動(dòng)曲線跟蹤電路的S3的輸出端。本電路的作用是在電機(jī)起動(dòng)時(shí)與非門(mén)M10被S3輸出的低電平封死，使起動(dòng)時(shí)與非門(mén)M9輸出的過(guò)載過(guò)流信號(hào)不能通過(guò)M10，保障電機(jī)順利起動(dòng)。該電路的輸出端接到延時(shí)電路;延時(shí)電路由電阻R30、電容C10及施密特反相器F11組成。其輸入端接起動(dòng)閉鎖電路的輸出端。本電路的作用是將過(guò)載過(guò)流信號(hào)延時(shí)1.2秒左右以提高保護(hù)器的抗干擾能力。其輸出端同時(shí)接總控制門(mén)的輸入端和過(guò)載過(guò)流故障的記憶電路;起動(dòng)電流檢測(cè)電路由電阻R6、R7和運(yùn)算放大器LM4組成。其輸入端由整流濾波電路來(lái)，經(jīng)R6、R7分壓后接到LM4的正相輸入端，用來(lái)檢測(cè)電機(jī)的起動(dòng)電流。其輸出端同時(shí)接到堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路和起動(dòng)電流曲線跟蹤電路;起動(dòng)電流曲線跟蹤電路由R-S觸發(fā)器S2、S3、非門(mén)F9、F10、與非門(mén)M7、M8等組成。該電路用于判別電機(jī)的起動(dòng)狀態(tài)和正常工作狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)處于起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，該電路將起動(dòng)閉鎖電路的M10關(guān)掉，保障電機(jī)能順利起動(dòng);當(dāng)電機(jī)起動(dòng)完畢，電機(jī)電流恢復(fù)到正常值時(shí)該電路又將M10打開(kāi)，保障電機(jī)在發(fā)生過(guò)載過(guò)流故障時(shí)能對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。其輸出端同時(shí)接到起動(dòng)閉鎖電路M10的輸入端和電機(jī)工作狀態(tài)顯示電路。
堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路5由非門(mén)F5～F8、與非門(mén)M5，電阻R26、電位器W2及電容C9組成。作用是當(dāng)電機(jī)由于機(jī)械原因轉(zhuǎn)動(dòng)不起來(lái)，即發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障時(shí)，該電路發(fā)出堵轉(zhuǎn)信號(hào)，保護(hù)電機(jī)。其輸入端由起動(dòng)電流檢測(cè)電路來(lái)，輸出端送到總控制門(mén)。
總控制門(mén)電路6采用三輸入端與非門(mén)M6，該電路的三個(gè)輸入端分別接到斷相保護(hù)電路、過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路及堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路的輸出端。該電路的作用是當(dāng)上述三個(gè)保護(hù)電路任何一個(gè)輸出故障信號(hào)，M6都能輸出跳閘信號(hào)。M6實(shí)際上是作為或門(mén)使用。其輸出端接到驅(qū)動(dòng)電路。
驅(qū)動(dòng)電路7由非門(mén)F13、電阻R27、R28，時(shí)基電路NE555等組成。該電路的作用是將總控門(mén)輸出的跳閘信號(hào)變成合適是電平，并提高驅(qū)動(dòng)能力。其輸入端接總控門(mén)的輸出端。其輸出端同時(shí)接中間繼電器的線圈，和電機(jī)工作狀態(tài)顯示電路。
記憶電路8、10由R-S觸發(fā)器S1、S4、非門(mén)F4、與非門(mén)M15及電容C12、C18等組成。其輸入端接到斷相保護(hù)電路和過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路的輸出端，其作用是對(duì)斷相和過(guò)載過(guò)流信號(hào)進(jìn)行記憶。其輸出端同時(shí)接到斷相故障顯示電路和過(guò)載過(guò)流故障顯示電路。
故障顯示電路9、11由非門(mén)F12、F16及發(fā)光二極管LED1、LED2等組成。輸入端由記憶電路來(lái)。該電路用來(lái)顯示電機(jī)發(fā)生的故障原因。
工作狀態(tài)識(shí)別電路12和工作狀態(tài)顯示電路13由與非門(mén)M14、M15、非門(mén)F14、F15及一只三色發(fā)光二極管LED3-1、LED3-2等組成。該電路輸入端分別接到斷相保護(hù)電路和起動(dòng)曲線跟蹤電路的輸出端。用來(lái)識(shí)別并顯示電機(jī)起動(dòng)前、起動(dòng)過(guò)程和正常工作的三種裝態(tài)。
復(fù)位電路14由按鈕ANF、二極管D7。D9～D12、與非門(mén)M12、M13等組成。用來(lái)對(duì)各記憶元件進(jìn)行復(fù)位。其輸出端接到觸發(fā)器S1～S4的復(fù)位端。
電源電路15由變壓器B、整流橋ID、濾波電容C4及穩(wěn)壓塊LM7812組成。作用是為各電路提供+12V工作電源。+12伏電壓用V0表示。
全部控制電路中的集成電路、二極管、電阻、電容等元件都焊在印刷電路板上，裝在塑料制的殼內(nèi)，發(fā)光二極管、電流整定電位器及復(fù)位按鈕裝在面板上;其電流信號(hào)輸入、220伏電源輸入以及繼電器常閉接點(diǎn)的輸出均通過(guò)塑料殼底部的端子引出。全部控制電路裝在一起稱(chēng)為控制器，外型示意圖如圖6所示。三相電流電壓互感器的輸出端子用導(dǎo)線和控制器的電流信號(hào)輸入端子相連。
三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)器與電機(jī)控制電路的連接方法該保護(hù)器的中間繼電器的常閉接點(diǎn)JK串聯(lián)在電機(jī)控制電路中。當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)器使JK斷開(kāi)，切斷了電機(jī)的控制回路，也就使電機(jī)主電路切斷，保護(hù)了電機(jī)。如圖7所示。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于采用三相交流電流電壓互感器檢測(cè)三相電流，精度高、線性范圍寬、輸出電壓波形不失真，由于鐵芯不飽合，故本保護(hù)器適用電機(jī)容量范圍大，4～400KW電動(dòng)機(jī)均可。同時(shí)也適用于高壓異步電動(dòng)機(jī)。采用CMOS集成電路、功耗低、工作可靠。保護(hù)器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小(60×85×120)(單位毫米)。采用跟蹤電機(jī)起動(dòng)曲線的方法解決了異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)誤動(dòng)作的問(wèn)題。保護(hù)效果良好。具有斷相、過(guò)載過(guò)流及堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，并能記憶故障原因，同時(shí)顯示出來(lái)。能夠用三色發(fā)光二極管發(fā)出橙、紅、綠三種顏色分別顯示電機(jī)起動(dòng)前、起動(dòng)過(guò)程、正常工作三種狀態(tài);再增加一只相同的三相電流電壓互感器，在三相電機(jī)繞組的輸入和輸出端分別與兩只三相電流電壓互感器的原邊L1串連，其三相交流電流電壓互感的電壓線圈L2接成兩個(gè)星形電路，兩個(gè)星形的節(jié)點(diǎn)連在一起作為一個(gè)公共端，同其它電壓線圈的出線端分別與控制電路的相應(yīng)輸入端相連，可實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)，用來(lái)對(duì)大型異步電機(jī)或重要的三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行更可靠的保護(hù)，兩只三相電流電壓互感器的接線示意圖如圖8所示。
本發(fā)明能克服現(xiàn)有的電機(jī)保護(hù)器所用普通電流互感器檢測(cè)精度低，線性差、動(dòng)態(tài)范圍小，鐵芯易飽合的問(wèn)題。同時(shí)采用跟蹤電機(jī)起動(dòng)曲線的辦法解決電機(jī)起動(dòng)時(shí)誤動(dòng)作問(wèn)題，比用延時(shí)的辦法解決這個(gè)問(wèn)題對(duì)電機(jī)有利。用一只三色發(fā)光二極管顯示電機(jī)的不同工作狀態(tài)不僅新穎而且能判斷出電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短。
圖1為本發(fā)明的方框圖;
圖2為本發(fā)明的電路原理圖;
圖3為三相電流電壓互感器的一相結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為三相電流電壓互感器的一相原理接線圖;
圖5為三相交流電流電壓互感器外型圖;
圖6為本發(fā)明控制電路的外型結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7為本發(fā)明對(duì)外電路接線示意圖;
圖8為差動(dòng)保護(hù)三相交流電流電壓互感器與電機(jī)繞阻的接線示意圖;
Ⅰ電流檢測(cè)電路、Ⅱ控制電路、Ⅲ三相異步電動(dòng)機(jī)控制電路。
1三相電流電壓互感器、2整流濾波電路、3斷相保護(hù)電路、4過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路、5堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路、6總控制門(mén)、7驅(qū)動(dòng)電路、8斷相故障記憶電路、9斷相故障顯示電路、10過(guò)載過(guò)流故障記憶電路、11過(guò)載過(guò)流故障顯示電路、12電機(jī)工作狀態(tài)識(shí)別電路、13電機(jī)工作狀態(tài)顯示電路、14復(fù)位電路、15電源電路、16異步電機(jī)控制電路(本保護(hù)器之外的電路)、1′電流電壓互感器原邊線圈、2′電流電壓互感器鐵芯、3′電流電壓互感器電壓線圈、4′電流電壓互感器平衡線圈。
原理分析保護(hù)器的電路原理圖見(jiàn)圖2，保護(hù)器在電機(jī)控制電路中的接法示意圖見(jiàn)圖7。
電流檢測(cè)電路電機(jī)三相電流經(jīng)三相電流電壓互感器的三個(gè)穿芯孔流過(guò)，在其電壓線圈產(chǎn)生三個(gè)與電流成正比的電壓信號(hào)，此信號(hào)由互感器的端子輸出送到控制電路中的整流濾波電路。
整流濾波電路由端子引來(lái)的電流信號(hào)經(jīng)D1～D3整流，C1～C3濾波后再同時(shí)送到斷相保護(hù)電路，過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路及起動(dòng)電流檢測(cè)電路。
斷相保護(hù)電路分析該電路的輸入與整流濾波電路連接，三個(gè)電流信號(hào)分別由R1～R3接到運(yùn)算放大器LM1～LM3的三個(gè)輸入端，LM1～LM3的另外三個(gè)輸入端連在一起接到由電阻R4和R5組成的分壓器上，以取得合適的參考電平。LM1，LM2采用正相輸入，LM3采用反相輸入，LM1～LM3組成了用以檢測(cè)三相電流有無(wú)的檢零電路，其三個(gè)輸出端接到由非門(mén)F1、F2、與非門(mén)M1～M3組成的邏輯電路，用以判別是否發(fā)生斷相。如果用A、B、C代表三相電流信號(hào)，則門(mén)M4的輸出
這樣，當(dāng)三相電流都有或都沒(méi)有時(shí)，M4輸出為0，只有當(dāng)任一相斷相時(shí)，M4的輸出才為1。M4的輸出接到由R16、C8及施密特非門(mén)F3組成的延時(shí)電路，經(jīng)延時(shí)0.8秒左右再同時(shí)送到總控制門(mén)M6和斷相記憶電路。延時(shí)的目的是增強(qiáng)抗干擾能力。
過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路分析其輸入端接到整流濾波電路，三個(gè)電流信號(hào)輸入到由電阻R6～R13及電容C5～C7組成的三個(gè)反時(shí)限電路，以便對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行反時(shí)限延時(shí)，再送到比較電路的輸入端。
比較電路由運(yùn)算放大器LM5～LM7組成，其三個(gè)反相輸入端分別接反時(shí)限電路，正相輸入端連在一起接到電流整定電路W1的中間的動(dòng)觸點(diǎn)。該電路用以判別電機(jī)的三相電流是否過(guò)載過(guò)流，當(dāng)任一相發(fā)生過(guò)載過(guò)流故障時(shí)，相應(yīng)的運(yùn)放器便輸出低電平(下文用1表示高電平、用0表示低電平)。該電路的三個(gè)輸出端接到控制門(mén)M9。
電流整定電路中，+12V電源Vc經(jīng)電阻R14限流接到穩(wěn)壓管2CW將電壓穩(wěn)定到+6V為W1提供穩(wěn)定的電壓，以提高保護(hù)器的精度。W1的中間觸頭接到LM5～LM7的三個(gè)正相輸入端(連在一起)，W1用以調(diào)節(jié)整定電流的數(shù)值。
控制門(mén)電路中與非門(mén)M9的三個(gè)輸入端接到LM5～LM7的三個(gè)輸出端，這樣，無(wú)論任何一相過(guò)載過(guò)流時(shí)，與非門(mén)M9都輸出1。M9的輸出同時(shí)送到起動(dòng)閉鎖電路中的與非門(mén)M10和起動(dòng)曲線跟蹤電路中的與非門(mén)M7。
起動(dòng)閉鎖電路與非門(mén)M10的一個(gè)輸入端接到控制門(mén)M9的輸出端，M10的另一個(gè)輸入端接到起動(dòng)跟蹤曲線電路中的S3的輸出端。在起動(dòng)時(shí)，S3輸出為0，故此時(shí)雖然由于大大高于額定電流的起動(dòng)電流已使M9輸出為1，但由于S3輸出為0，M10被封死，所以M9輸出的故障信號(hào)無(wú)法通過(guò)M10，保證電機(jī)順利起動(dòng)。M10的輸出端接延時(shí)電路。
延時(shí)電路將M10輸出的過(guò)載過(guò)流信號(hào)延時(shí)約1.2秒左右，以避免保護(hù)器誤動(dòng)作。延時(shí)電路由R30，C10、F11組成，其輸出同時(shí)送到總控制門(mén)和過(guò)載過(guò)流故障記憶電路。
起動(dòng)電流檢測(cè)電路的輸入由整流濾波電路來(lái)。A相電流信號(hào)經(jīng)R6、R7分壓后送到運(yùn)算放大器LM4的正相輸入端、LM4的反相輸入端接到LM5～LM7的公共正相輸入端。由于電流信號(hào)經(jīng)電阻R6、R7衰減，故LM4只有在起動(dòng)電流達(dá)到2倍額定電流左右時(shí)輸出才為1。這樣便能檢測(cè)電機(jī)是否處于起動(dòng)狀態(tài)，該電路的輸出同時(shí)送到起動(dòng)曲線跟蹤電路和堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路。
起動(dòng)曲線跟蹤電路分析起動(dòng)電流檢測(cè)電路輸出的信號(hào)接到該電路的F9的輸入端，經(jīng)F9反相再由C14耦合到R-S觸發(fā)器S2的置位端。在電機(jī)起動(dòng)前，觸發(fā)器S2、S3自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)LM4輸出為0，F(xiàn)9輸出為1，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)后，起動(dòng)電流達(dá)到2倍額定電流時(shí)，LM4輸出為1，F(xiàn)9輸出由1變?yōu)?，但S2仍處于復(fù)位狀態(tài)(本R-S觸發(fā)器采用脈沖上跳沿觸發(fā))，M8的輸出仍為1，其輸出對(duì)S3無(wú)影響，所以S3的輸出仍為0，S3的輸出將M10封死。這時(shí)雖然電機(jī)起動(dòng)電流很大、M9輸出已為1，但由于無(wú)法通過(guò)M10，故M9的故障信號(hào)不能達(dá)到總控門(mén)M6，保障電機(jī)順利起動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，起動(dòng)電流已由最大值逐漸下降，當(dāng)電流降到2倍額定電流以下時(shí)，LM4輸出由1變?yōu)?，F(xiàn)9的輸出由0變?yōu)?，這個(gè)跳變經(jīng)C14耦合到S2，使S2置位，其輸出Q2＝1，但由于此時(shí)電流仍高于額定電流，故M9輸出仍為1，M7輸出為0，M8輸出仍為1，F(xiàn)10輸出仍為0，故S3仍處于復(fù)位狀態(tài)，Q3＝0，M10仍被封死。當(dāng)電流繼續(xù)降到整定電流值以下時(shí)，M9輸出變?yōu)?，M7輸出為1，前面已分析出S2的輸出Q2已經(jīng)是1，這樣M8的兩個(gè)輸入端都是1，其輸出由1變?yōu)?，F(xiàn)10的輸出由0變?yōu)?，經(jīng)C16耦合到S3使S3置位Q3＝1，Q3將起動(dòng)閉鎖門(mén)M10打開(kāi)，使保護(hù)器轉(zhuǎn)入到對(duì)電機(jī)的正常保護(hù)狀態(tài)。S3的輸出同時(shí)接到電機(jī)工作狀態(tài)識(shí)別及其顯示電路。
堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路分析在起動(dòng)時(shí)，電機(jī)如發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障，電機(jī)起動(dòng)電流使LM4輸出為1，并將一直保持為1。(因?yàn)殡姍C(jī)堵轉(zhuǎn)后起動(dòng)電流不能降到正常值)在電機(jī)起動(dòng)前LM4輸出為0，F(xiàn)7輸出為1，使電容C9的負(fù)極為高電平，C9的正極經(jīng)W2和R26接到電源Vc，也是高電平。這樣在電機(jī)起動(dòng)前C9兩端電壓為0。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)后，LM4輸出為1，F(xiàn)7輸出由1變?yōu)?，這樣C9的負(fù)極電位也變?yōu)?，由于電容器兩端電壓不能突變，故C9的正極電位變?yōu)?，使F5輸出為1，F(xiàn)6輸出為0，因而與非門(mén)M5輸出仍為1，無(wú)堵轉(zhuǎn)信號(hào)輸出。此時(shí)F7輸出為0、F8輸出為1。隨著電源Vc通過(guò)W2和R26向C9充電，C9正極電位逐漸升高，當(dāng)升高到F5的門(mén)限電壓時(shí)，F(xiàn)5輸出由1變?yōu)?，F(xiàn)6輸出由0變?yōu)?，此時(shí)F8的輸出也是1，這樣M5一兩個(gè)輸入端均為1，其輸出由1變?yōu)?，發(fā)出堵轉(zhuǎn)故障信號(hào)，經(jīng)總控門(mén)M6及驅(qū)動(dòng)電路后發(fā)出跳閘信號(hào)，將電機(jī)電源切斷。W2用來(lái)調(diào)節(jié)堵轉(zhuǎn)發(fā)生后發(fā)出信號(hào)的時(shí)間，以滿足不同電機(jī)的需要。
總控制門(mén)電路分析該電路采用與非門(mén)M6，M6的三個(gè)輸入端分別接到斷相保護(hù)電路。過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路及堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路的輸出端，當(dāng)上述任一保護(hù)電路輸出故障信號(hào)時(shí)(故障信號(hào)為0的時(shí)候起作用)，M6的輸出為1，M6實(shí)際起或門(mén)的作用。M6的輸出接驅(qū)動(dòng)電路。
驅(qū)動(dòng)電路分析總控制門(mén)發(fā)出的故障信后經(jīng)R27輸入到該電路的F13，再由F13經(jīng)電阻R28到時(shí)基電路NE555的輸入端，F(xiàn)13起電平變換作用，NE555起功率放大的作用，NE555用來(lái)驅(qū)動(dòng)中間繼電器JK的線圈。二極管D5為續(xù)流二極管，用來(lái)保護(hù)NE555。C19是抗干擾電容;R27、R26為電平隔離電阻;D4用來(lái)將NE555的輸出信號(hào)反饋到它的輸入端的前級(jí)用來(lái)對(duì)NE555自鎖。JK的常閉接點(diǎn)串聯(lián)到電機(jī)的控制回路中，以便在電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，切斷電機(jī)的電源。JK常閉接點(diǎn)的兩端由控制器的端子引出。
記憶電路分析當(dāng)電機(jī)發(fā)出斷相信號(hào)時(shí)，F(xiàn)3的電平由1變?yōu)?，F(xiàn)4的電平由0變?yōu)?，經(jīng)C12耦合到S1的置位端，對(duì)斷相信號(hào)進(jìn)行記憶，S1的輸出接到斷相顯示電路，當(dāng)電機(jī)發(fā)生過(guò)載過(guò)流故障時(shí)，F(xiàn)11電平由1變?yōu)?，M15的電平由0變?yōu)?，經(jīng)C18耦合到S4使S4置位，對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行記憶，S4輸出到過(guò)載過(guò)流故障顯示電路。
故障顯示電路分析輸入由記憶電路來(lái)，斷相記憶電路在斷相時(shí)S1輸出為1，使F12電平由1變?yōu)?，紅色發(fā)光二極管LED1通電發(fā)光，顯示斷相故障，當(dāng)電機(jī)發(fā)生過(guò)載過(guò)流故障時(shí)，記憶電路的S4輸出為0，綠色發(fā)光二極管LED2導(dǎo)通發(fā)光，顯示過(guò)載過(guò)流故障。F12和F16同時(shí)作為緩沖器，為發(fā)光二極管提供驅(qū)動(dòng)電流。
工作狀態(tài)識(shí)別電路及工作狀態(tài)顯示電路該電路的門(mén)M14的一個(gè)輸入端接到斷相保護(hù)電路的F1的輸出，當(dāng)電機(jī)在起動(dòng)前時(shí)，LM1輸出為0，F(xiàn)1輸出為1，S2輸出為0，F(xiàn)14輸出為1，故與非門(mén)M14輸出為0。D13導(dǎo)通，將F15的輸入拉為低電平，使F15輸出為1，經(jīng)D14到三色發(fā)光二極管的綠色管芯LED3-1，使之發(fā)出綠光，LED3-1通過(guò)電阻R29限流到NE555的輸出端，此時(shí)NE555處于復(fù)位狀態(tài)，其輸出為0，故對(duì)LED3-1及LED3-2能構(gòu)成回路。另外，此時(shí)S3輸出為0，F(xiàn)14輸出為1，經(jīng)D15加到三色發(fā)光二極管紅色管芯LED3-2，使之發(fā)紅光，這樣電機(jī)在起動(dòng)前三色發(fā)光管紅、綠管芯都發(fā)光，對(duì)外顯示橙色光。
當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，LM1輸出為1，F(xiàn)1輸出為0，使門(mén)M14輸出為1，D13截止，對(duì)F15不起作用，此時(shí)，S3輸出仍為0，F(xiàn)14輸出為1，F(xiàn)15輸出為0使LED3-1截止，綠色光熄滅，此時(shí)F14輸出仍為1，通過(guò)D15至LED3-2，仍然導(dǎo)通，發(fā)出紅光，故電機(jī)起動(dòng)時(shí)，三色發(fā)光管發(fā)出紅光。
當(dāng)電機(jī)起動(dòng)完畢，由于仍有電流故LM1輸出仍為1、F1輸出為0，M14輸出為1，D13仍截止，但此時(shí)S3輸出為1，F(xiàn)14輸出為0紅色管芯LED3-2熄滅。F14的輸出使F15的輸出為1，經(jīng)D14使LED3-1發(fā)出綠光，因而電機(jī)正常工作時(shí)三色發(fā)光二極管發(fā)綠色光。D14、D15為保護(hù)二極管，R31為隔離電阻。R29為三色發(fā)光管的限流電阻。
復(fù)位電路分析當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障后，電工排出故障后，按動(dòng)復(fù)位按鈕ANF，可以復(fù)位，ANF接電源Vc，Vc經(jīng)ANF至二極管D7，(D7用于電位隔離)，再由D7至D9～D12陽(yáng)極，D9～D12陰極至各觸發(fā)器S1～S4的復(fù)位端，使S1～S4復(fù)位，與非門(mén)M12、M13和二極管D8組成自動(dòng)復(fù)位電路，當(dāng)電機(jī)斷電時(shí)能對(duì)S1～S4自動(dòng)復(fù)位(當(dāng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)復(fù)位電路不起作用)。
電源部分220伏電源經(jīng)變壓器B降壓后經(jīng)橋塊ID整流，C4濾波后再經(jīng)集成穩(wěn)壓塊7812穩(wěn)壓后輸出+12V電壓作為本保護(hù)器的電源。原理圖如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種三相異步電機(jī)保護(hù)器，由電流檢測(cè)電路、控制電路組成，其特征在于電流檢測(cè)電路采用三相電流電壓互感器；控制電路由整流濾波電路、斷相保護(hù)電路、過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路、堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路、總控制門(mén)、驅(qū)動(dòng)電路、斷相故障記憶電路、斷相故障顯示電路、過(guò)載過(guò)流故障記憶電路、過(guò)載過(guò)流顯示電路、電機(jī)工作狀態(tài)識(shí)別電路、電機(jī)工作狀態(tài)顯示電路、復(fù)位電路、電源電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電機(jī)保護(hù)器，其特征在于，三相電流電壓互感器是采用環(huán)形鐵芯制成的三只電流電壓互感器，在每只環(huán)形鐵芯上分別繞有平衡線圈(L0)和電壓線圈(L2)，環(huán)形鐵芯中間穿有原邊線圈(L1)，(L1)串接于電機(jī)主回路，可以是一匝也可為多匝，(L2)接整流濾波電路，(L0)為短路線圈，用于平衡輸入電流在(L1)中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，三只電流電壓互感器裝在一個(gè)殼體內(nèi)，其電壓線圈接成星形由端子引出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電機(jī)保護(hù)器，其特征在于整流濾波電路由二極管(D1)、(D2)、(D3)、電容(C1)、(C2)、(C3)組成，該電路與三相電流電壓互感器輸出端連接，輸出端與斷相保護(hù)電路和過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路連接;斷相保護(hù)電路，由運(yùn)算放大器(LM1～LM3)、非門(mén)(F1)、(F2)，與非門(mén)(M1～M3)、(R16)、(C8)和施密特反相器(F3)組成，運(yùn)算放大器(LM1～LM3)的輸入端與整流濾波電路的輸出端連接，輸出送到由(F1)、(F2)及(M1～M3)組成的斷相識(shí)別電路，斷相識(shí)別電路的輸出送到由(R16)、(C8)、(F3)組成的延時(shí)電路，延時(shí)電路的輸出同時(shí)送到總控制門(mén)電路和斷相記憶電路，同時(shí)(F1)的輸出送到電機(jī)工作狀態(tài)識(shí)別電路;過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路，由反時(shí)限電路，電流整定電路、比較電路、控制門(mén)、起動(dòng)閉鎖電路、延時(shí)電路、起動(dòng)電流檢測(cè)電路、起動(dòng)曲線跟蹤電路組成;反時(shí)限電路由電阻(R8～R13)、電容(C5～C7)組成，輸入端與整流濾波電路的輸出端連接，輸出端接比較電路;電流整定路由電阻(R13)、(R14)電位器(W1)和穩(wěn)壓管2CW組成，輸出端接比較電路;比較電路由運(yùn)算放大器(LM5～LM7)組成，三個(gè)運(yùn)算放大器的正相輸入端連在一起，接到電流整定電路，其反相輸入端分別和反時(shí)限電路的三個(gè)輸出端連接，其輸出端接控制門(mén);控制門(mén)采用與非門(mén)M9，M9的三個(gè)輸入端分別接到比較電路三個(gè)輸出端，輸出端接起動(dòng)閉鎖電路;起動(dòng)閉鎖電路采用與非門(mén)(M10)，(M10)的一個(gè)輸入端接控制門(mén)(M9)的輸出，另一輸入端接起動(dòng)曲線跟蹤電路的(S3)的輸出端，其輸出接延時(shí)電路;延時(shí)電路由電阻(R30)、電容(C10)、施密特反相器(F11)組成，輸入端接起動(dòng)閉鎖電路的輸出端，輸出端接總控制門(mén)和過(guò)流故障記憶電路;起動(dòng)電流檢測(cè)電路由電阻(R6)、(R7)和運(yùn)算放大器(LM4)組成，其輸入端和整流濾波電路的輸出端連接，輸出端接堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路和起動(dòng)電流曲線跟蹤電路;起動(dòng)電流曲線跟蹤電路由R-S觸發(fā)器(S2)、(S3)，非門(mén)F9、F10，與非門(mén)M7、M8組成，輸出端同時(shí)接到起動(dòng)閉鎖電路門(mén)M10的輸入端和電機(jī)工作狀態(tài)顯示電路;堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路由非門(mén)(F5～F8)、與非門(mén)M5、電阻R26、電位器W2及電容(C9)組成;其輸入端接電流檢測(cè)電路，輸出端接總控制門(mén);總控制門(mén)電路采用三輸入端與非門(mén)(M6)，該電路的三個(gè)輸入端分別接到斷相保護(hù)電路、過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路及堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路的輸出端，其輸出端接驅(qū)動(dòng)電路;驅(qū)動(dòng)電路由非門(mén)(F13)、電阻R27、R28、時(shí)基電路NE555組成，其輸入接總控門(mén)的輸出端，輸出端接中間繼電器的線圈和電機(jī)工作狀態(tài)顯示電路;記憶電路由R-S觸發(fā)器(S1)、(S4)，非門(mén)(F4)，與非門(mén)(M15)及電容(C12)、(C18)組成，其輸入端和斷相保護(hù)電路及過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路的輸出端連接，其輸出端同時(shí)接到斷相故障顯示電路和過(guò)載過(guò)流故障顯示電路;故障顯示電路由非門(mén)(F12)、(F16)及發(fā)光二極管(LED1)、(LED2)組成，輸入端與記憶電路輸出端連接;工作狀態(tài)識(shí)別電路和工作狀態(tài)顯示電路由與非門(mén)(M4)(M15)、非門(mén)F14、F15和一支三色發(fā)光二極管(LED3-1)、(LED3-2)組成，輸入端分別與斷相保護(hù)電路和電機(jī)起動(dòng)電流曲線跟蹤電路的輸出端連接。復(fù)位電路由按鈕(ANF)、二極管(D7)、(D9～D12)及與非門(mén)(M12)、(M13)組成，其輸出端接到觸發(fā)器(S1～S4)的復(fù)位端;電源電路，由變壓器(B)、整流橋(ID2)、濾波電容(C4)及穩(wěn)壓塊(LM7812)組成，輸出+12V直流電壓。上述電路安裝在一個(gè)殼體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述三相異步電機(jī)保護(hù)器，其特征在于可在三相電機(jī)繞阻的輸入和輸出端分別與兩只相同的三相交流電流電壓互感的原邊(L1)串聯(lián)，其三相交流電流電壓互感器的電壓線圈L2接成兩個(gè)星形，兩個(gè)星形的節(jié)點(diǎn)連在一起作為一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)，同其它六個(gè)電壓線圈的出線端分別送到控制電路相應(yīng)的輸入端，可實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的三相異步電機(jī)保護(hù)器，其特征在于保護(hù)器的電源電壓也可為交流100V，用于對(duì)三相高壓異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。
全文摘要
一種三相異步電機(jī)保護(hù)器，由電流檢測(cè)電路、控制電路組成，電流檢測(cè)電路采用三相電流電壓互感器，控制電路由整流濾波電路、斷相保護(hù)電路、過(guò)載過(guò)流保護(hù)電路、堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路、總控制門(mén)、驅(qū)動(dòng)電路、斷相故障記憶電路和斷相故障顯示電路、過(guò)載過(guò)流故障記憶電路，過(guò)載過(guò)流故障顯示電路以及電機(jī)工作狀態(tài)和工作狀態(tài)顯示電路等組成，具有檢測(cè)精度高，線性范圍寬、鐵芯不飽和等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H7/08GK1085356SQ9311742
公開(kāi)日1994年4月13日 申請(qǐng)日期1993年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月9日
發(fā)明者魏有輯 申請(qǐng)人:魏有輯