專利名稱：電機(jī)電子保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該項(xiàng)發(fā)明涉及帶感應(yīng)電路和觸發(fā)脫扣器的電機(jī)電子保護(hù)裝置。 作為應(yīng)用實(shí)例，該電子保護(hù)器可應(yīng)用于高負(fù)荷運(yùn)作冷媒壓縮機(jī)的溫度過熱監(jiān)控。
背景技術(shù)：
電機(jī)存在其繞組過熱的危險(xiǎn)。超負(fù)荷，低質(zhì)量的供電電網(wǎng)(電壓超低或電壓超
高)，冷卻不足，轉(zhuǎn)子堵死之類是導(dǎo)致故障的常見原因。因此電機(jī)，特別是用于冷媒壓縮機(jī)而
高負(fù)荷使用的帶強(qiáng)制冷卻的電機(jī)必須受到保護(hù)，使其不受此類危險(xiǎn)的影響。 電流感應(yīng)繼電器或者雙金屬開關(guān)不能完全可靠完成這一任務(wù)。因此在DE 195 40
625 B4中，帶有多個PTC溫度傳感器的熱敏保護(hù)電路受到推薦。其中，PTC溫度傳感器以串
聯(lián)方式連接并被裝于電機(jī)繞組中。 專利DE 198 22 056 Al介紹了另一種用于電氣設(shè)備的溫度保護(hù)電路。其特點(diǎn)是 將不同額定跳變溫度的PTC-傳感器串聯(lián)起來。 PTC-傳感器具有一個典型的，如圖1所列的特征曲線。在室溫到額定跳變溫度NAT 以下幾度的范圍內(nèi)，特征曲線呈平緩走勢，然后則指數(shù)性上升。用此類PTC-傳感器來測定 繞組溫度是不可能的，但是在額定跳變溫度NAT —段的范圍內(nèi)，電阻值的變化可以通過觸 發(fā)保護(hù)設(shè)備中的測量裝置得以測定。當(dāng)觸發(fā)保護(hù)設(shè)備確認(rèn)溫度超出額定跳變溫度NAT時(shí)， 電機(jī)進(jìn)入關(guān)閉過程。 PTC-傳感器雖然很小，但由于存在于傳感器和繞組之間的傳熱阻滯效應(yīng)的影響， 它們不能及時(shí)跟蹤溫度的迅速上升。在繞組電流密度于短路情況下達(dá)80A/mm2的冷媒壓縮 機(jī)中，其溫度可以以每秒25到30度的速度上升。這意味著，哪怕是幾秒的瞬間斷路延遲， 都會導(dǎo)致電機(jī)繞組中產(chǎn)生過高的溫度，如圖2所示。虛線表明測量所得溫度。直線表明繞 組的實(shí)際溫度。當(dāng)測量所得溫度達(dá)到額定跳變溫度值時(shí)，才導(dǎo)致斷路保護(hù)。此時(shí)，繞組的實(shí) 際溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于額定跳變溫度值。

發(fā)明內(nèi)容
該項(xiàng)發(fā)明的任務(wù)即是給出一個對電機(jī)的保護(hù)裝置，使其出現(xiàn)過高溫度的危險(xiǎn)得到 避免。 該項(xiàng)發(fā)明的任務(wù)通過權(quán)利要求1中描述的特征得以完成。
該項(xiàng)電機(jī)保護(hù)裝置發(fā)明由以下幾個基本部份組成-帶有至少一個第一 PTC-傳感器(PTC1)和至少一個第二 PTC-傳感器(PTC2)的 感應(yīng)電路。其中，第二PTC-傳感器的額定跳變溫度(NAT2)高于第一PTC-傳感器的額定跳 變溫度(NAT1)，以及-—個帶有檢測裝置的觸發(fā)脫扣器，用來檢測以感應(yīng)電路總電阻值為基礎(chǔ)的感應(yīng) 信號并輸出取決于感應(yīng)信號的觸發(fā)信號。其中，檢測裝置具有求證時(shí)域感應(yīng)信號二階導(dǎo)數(shù) (d2T/dt2， d2R/dt2， d2V/dt2)的方法。
這兩個PTC-傳感器相互如此連接，使感應(yīng)電路中的總電阻值得以呈現(xiàn)一條特征 曲線。該曲線在每個額定跳變溫度區(qū)域顯示出一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 在該發(fā)明中，一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)被定義為特征曲線的某一點(diǎn)。在這點(diǎn)上特征曲線改變它 的彎曲走向。特征曲線由此或者從一個右彎道轉(zhuǎn)入左彎道或者相反。第二個轉(zhuǎn)折點(diǎn)處于第 二個額定跳變溫度之前。 此類特征曲線可以更快檢測危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。該發(fā)明中給出了檢測特征曲線上的 轉(zhuǎn)折點(diǎn)區(qū)域的方法。為此，該發(fā)明包括求證時(shí)域感應(yīng)信號二階導(dǎo)數(shù)(d2T/dt2， d2R/dt2， d2V/ dt2)的方法。二階導(dǎo)數(shù)反映了時(shí)域感應(yīng)信號的加速度或者其彎曲的程度。
在到目前為止的PTC-感應(yīng)電路中，只能在其指數(shù)躍升段才能確認(rèn)觸發(fā)界值的達(dá) 到，而在高電流密度的情況下，繞組溫度會在數(shù)秒內(nèi)劇升。這時(shí)，盡可能早的確認(rèn)觸發(fā)界值 的達(dá)到對其保護(hù)的電機(jī)具有決定性的作用。 按本項(xiàng)發(fā)明的第一優(yōu)選示例，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)由連接一個固值電阻產(chǎn)生。優(yōu)選的是此固 值電阻與第一PTC-傳感器并聯(lián)連接。此外，按另一示例，此固值電阻與第二PTC-傳感器串 聯(lián)連接。此兩個PTC-傳感器可并聯(lián)或串聯(lián)連接起來。此外，可有二個，優(yōu)選三個，或更多個 第一 PTC-傳感器，至少二個，優(yōu)選三個，或更多個第二 PTC-傳感器并聯(lián)或串聯(lián)連接。
按本項(xiàng)發(fā)明的另一設(shè)計(jì)示例，也可應(yīng)用第三或更多個PTC-傳感器。這些PTC-傳 感器具有不同的，特別是比第一和第二PTC-傳感器更高的額定跳變溫度以用于多段的溫 度監(jiān)控。 在特征曲線上，兩個轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間呈現(xiàn)出可由檢測裝置檢測的近似線性的走向。
檢測裝置可以如此設(shè)計(jì)，使之在感應(yīng)信號超出預(yù)定界值時(shí)，產(chǎn)生一個輸出信號。此 輸出信號可以是依達(dá)到不同的額定跳變溫度而不同的。不同的輸出信號相應(yīng)不同的處置措 施。 按本項(xiàng)發(fā)明的另一設(shè)計(jì)示例，檢測裝置具有求證時(shí)域感應(yīng)信號一階導(dǎo)數(shù)(dT/dt， dR/dt，dV/dt)的方法。感應(yīng)信號一階導(dǎo)數(shù)相應(yīng)特征曲線上的斜率。 如是，除常規(guī)的使用額定跳變溫度NAT的界值監(jiān)控外，出現(xiàn)了另外的可能。即對被 監(jiān)控的繞組電流密度設(shè)置界值并在其超越此界值時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng)。以此，過高的溫度將 被提早確認(rèn)并在必要時(shí)得到避免。


本項(xiàng)發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)示例由如下描述和示圖說明。
示圖說明 圖1 PTC-傳感器特征曲線， 圖2繞組實(shí)際溫度和感應(yīng)溫度的對比示范， 圖3保護(hù)電路的概括示范， 圖4a+4b帶一個第一 PTC-傳感器，一個第二 PTC-傳感器和固值電阻的感應(yīng)電路 的兩種連接方式， 圖4c圖4a所示感應(yīng)電路的總阻值特征曲線， 圖5a-5c帶三個第一，三個第二PTC-傳感器和至少一個固值電阻的感應(yīng)電路的不 同電路示范，
圖6a帶三個不同PTC-傳感器的感應(yīng)電路， 圖6b圖6a所示感應(yīng)電路總阻值的一個特征曲線， 圖7a帶兩個具有不同的常態(tài)電阻值的PTC-傳感器的感應(yīng)電路， 圖7b圖7a所示感應(yīng)電路總阻值的一個特征曲線， 圖8圖4a所示感應(yīng)電路及其分壓電路， 圖9不同電流密度下繞組實(shí)際溫度和感應(yīng)溫度的對比示范， 圖IO通過一階導(dǎo)數(shù)檢測感應(yīng)信號的示范， 圖11通過二階導(dǎo)數(shù)檢測感應(yīng)信號的示范。
具體實(shí)施例方式
圖3所示電機(jī)保護(hù)裝置包含一個感應(yīng)電路2和觸發(fā)脫扣器3，其中觸發(fā)脫扣器帶有
檢測裝置，用于檢測以感應(yīng)電路總阻值為基礎(chǔ)的感應(yīng)信號并為觸發(fā)脫扣器產(chǎn)生與感應(yīng)信號
相應(yīng)的輸出信號。此輸出信號可以用來控制繼電器4，以切斷電機(jī)1的供電電流。 圖4a所示感應(yīng)電路帶一個第一 PTC-傳感器PTC1和一個第二 PTC-傳感器PTC2
以及一個固值電阻R1。兩個PTC-傳感器以并聯(lián)方式連接。固值電阻Rl與第二PTC-傳感
器PTC2串聯(lián)連接，與第一 PTC-傳感器PTC1并聯(lián)連接。 在圖4b所示的另一感應(yīng)電路示例中，固值電阻Rl以并聯(lián)方式與第一PTC-傳感器
PTC1連接，而第二 PTC-傳感器PTC2以串聯(lián)方式與第一 PTC-傳感器PTC1相連。 PTC-傳感器PTC1和PTC-傳感器PTC2的特征曲線符合以DIN44081為例的標(biāo)準(zhǔn)。
它們通過圖4a和4b所示的串聯(lián)或并聯(lián)電路連接，產(chǎn)生其總阻值PTCg的特征曲線。 圖4c以虛線和點(diǎn)線顯示了兩個PTC-傳感器的阻值特征曲線。其總阻值PTCg呈
現(xiàn)出臺階式特征曲線。 圖4a所示感應(yīng)電路的總阻值PTCS由如下公式得出

<formula>formula see original document page 5</formula>
在PTC1 << Rl和PTC2 << Rl的范圍內(nèi)從(1)得出
^^~~一 可見PTC1在這段范圍內(nèi)基本上單獨(dú)決定了 PTCg特征曲線的走勢。如是，在這段 范圍內(nèi)的溫度可由(2)和PTC1的特征曲線求得。 當(dāng)PTC1與R1處于同數(shù)值范圍內(nèi)且PTC2 << Rl，從(1)得出
<formula>formula see original document page 5</formula> 這等同于PTC1和R1的并聯(lián)電路。因?yàn)镽1是固值電阻，PTC1的阻值變化在這段范 圍內(nèi)就決定了PTCg的阻值變化。在這段范圍內(nèi)的溫度可由(3)和PTC1的特征曲線求得。
在PTC1 >> (PTC2+R1)的范圍內(nèi)由(1)得出度g，:"Wc2+《 這等同于PTC2和Rl的串聯(lián)電路。PTC2的阻值變化在這段范圍內(nèi)就決定了 PTCS的阻值變化。在這段范圍內(nèi)的溫度可由(4)和PTC2的特征曲線求得。 PTCg特征曲線的特殊性在于，在兩個額定跳變溫度NAT1和NAT2的區(qū)域存在轉(zhuǎn)折
點(diǎn)Wl和W2。它們對觸發(fā)脫扣器3來說依然對應(yīng)著兩個開關(guān)點(diǎn)。 在低于額定跳變溫度NAT1的范圍內(nèi)，PTCg的特征曲線，如單個PTC-傳感器一樣， 呈現(xiàn)低阻值平緩走向。在額定跳變溫度NAT1的區(qū)域，感應(yīng)電路具有與單個PTC-傳感器相 媲美的分辨率。這段范圍，舉例來說，可以非常有效地用于堵轉(zhuǎn)保護(hù)而無需影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn) 情況下的斷路保護(hù)界值。由于其特征曲線，在額定跳變溫度NAT1和NAT2之間近似線性的 走向，這段區(qū)域可例如用作診斷功能，也可以無附加成本地用來加大再啟動滯后。在額定跳 變溫度NAT2的區(qū)域，感應(yīng)電路同樣具有與單個PTC-傳感器相媲美的分辨率。這段區(qū)域特 別適用于電機(jī)過載的監(jiān)控。 圖5a至5c顯示了其它的分別帶三個第一 PTC-傳感器PTC1和三個第二 PTC-傳 感器PTC2的不同電路。實(shí)用上，在被監(jiān)控電機(jī)三個繞組的每個中應(yīng)分別裝入一個第一和一 個第二 PTC-傳感器。在這些不解自明的示例中哪一個更適于應(yīng)用主要取決于這些傳感器 的生產(chǎn)，連接以及裝入設(shè)備的方式。 當(dāng)然，兩個以上不同的PTC-傳感器也可以被采用。在圖6a和6b示例中，采用了 3 個PTC-傳感器PTC1，PTC2和PTC3。它們分別具有不同的額定跳變溫度NAT1，NAT2和NAT3。 這3個PTC-傳感器以串聯(lián)方式連接。其中， 一個第一固值電阻Rl和第一 PTC-傳感器PTC1 并聯(lián)， 一個第二固值電阻R2和第二 PTC-傳感器PTC2并聯(lián)。按圖6b所示，形成的感應(yīng)電路 特征曲線PTCg再次呈階梯形狀并呈現(xiàn)出三個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 在感應(yīng)電路中，如果至少有兩個溫度傳感器PTC1，PTC2并聯(lián)并且第二 PTC-傳感器 的常態(tài)電阻值高于第一PTC-傳感器的常態(tài)電阻值，我們也可以不需要固值電阻，如圖7a和 7b所示。 為使觸發(fā)脫扣器對感應(yīng)信號進(jìn)行測量，它需要進(jìn)行電信號轉(zhuǎn)換。我們可以采用如 圖8中所列的分路電壓。 圖9中表示了在不同電流密度下，繞組的實(shí)際溫度增長和測量所得的溫度。在這 里可以清楚看出，其斜率乃衡量電流密度的一個標(biāo)尺。在電流密度很高的情況下，比如短路 時(shí)的電流密度，溫度可以以以每秒25到30度的速度升高。本項(xiàng)發(fā)明的一個特殊示例是檢 測裝置具有求證時(shí)域感應(yīng)信號一階導(dǎo)數(shù)(dT/dt，dR/dt，dV/dt)的方法。感應(yīng)信號一階導(dǎo)數(shù) 對應(yīng)于圖10中描繪的斜率。以此方法，在所測溫度達(dá)到額定跳變溫度之前，相應(yīng)的輸出信 號就已經(jīng)會發(fā)出。 如果給出求證時(shí)域感應(yīng)信號二階導(dǎo)數(shù)(d2T/dt2， d2R/dt2， d2V/dt2)的方法，就能更 快檢測到危機(jī)情況。二階導(dǎo)數(shù)反映了時(shí)域感應(yīng)信號的加速度或者其彎曲的程度。如圖ll 明確顯示， 一個相應(yīng)的輸出信號因此可以更早些發(fā)出。 如是，除常規(guī)的使用額定跳變溫度NAT的界值監(jiān)控外，出現(xiàn)了另外的可能即對被 監(jiān)控的繞組電流密度設(shè)置界值并在其超越此界值時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng)。以此，過高的溫度將 被盡早確認(rèn)并在必要時(shí)得到避免。 以上所描述的電路既可以通過額定跳變溫度NAT用于靜態(tài)的界值監(jiān)控，也可以在 所檢測溫度急劇上升時(shí)，用于動態(tài)的溫度監(jiān)控。人們由此得到一個對電機(jī)相互獨(dú)立的又可 個別定義的動態(tài)和靜態(tài)保護(hù)。通過一階導(dǎo)數(shù)或二階導(dǎo)數(shù)得到的動態(tài)保護(hù)防止諸如轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)
6而引起的溫度急劇上升，而以界值監(jiān)控(額定跳變溫度NAT)的靜態(tài)保護(hù)防止系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。憑此，無需對正常負(fù)載度進(jìn)行限制就可以取得一個對轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)有效的保護(hù)。除此之外，因轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)得到了有效的保護(hù)以及其相互獨(dú)立的又可個別定義的動態(tài)和靜態(tài)保護(hù)準(zhǔn)則，可以進(jìn)一步提高電機(jī)的負(fù)載度并且/或者可以節(jié)省些功能材料(銅和鐵)。
權(quán)利要求
電機(jī)電子保護(hù)裝置(1)含-帶有至少一個第一PTC-傳感器(PTC1)和至少一個第二PTC-傳感器(PTC2)的感應(yīng)電路，其第二傳感器的額定跳變溫度(NAT2)高于第一傳感器的額定跳變溫度(NAT1)，以及-帶檢測裝置的觸發(fā)脫扣器(3)。檢測裝置檢測以其感應(yīng)電路總電阻值為基礎(chǔ)的感應(yīng)信號并由此產(chǎn)生一個輸出信號給觸發(fā)脫扣器。-這兩個PTC-傳感器(PTC1，PTC2)相互如此聯(lián)接，使感應(yīng)電路中的總電阻值得以呈現(xiàn)一條特征曲線，在特征曲線的額定跳變溫度(NAT1，NAT2)區(qū)段，分別出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)(W1，W2)，其特征在于，所述檢測裝置包含求證時(shí)域感應(yīng)信號二階導(dǎo)數(shù)(d2T/dt2，d2R/dt2，d2V/dt2)的方法。
2. 如權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述檢測裝置包含檢測特征曲線轉(zhuǎn)折 點(diǎn)的方法。
3. 如權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述感應(yīng)電路(2)具有一個固值電阻， 其作用在于產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于，這兩個PTC-傳感器(PTC1，PTC2)以串聯(lián)方式連接。
5. 如權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于，這兩個PTC-傳感器(PTC1，PTC2)以并聯(lián)方式連接。
6. 如權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于，至少兩個，優(yōu)選三個第一PTC-傳感器 (PTC1)和至少兩個，優(yōu)選三個第二PTC-傳感器(PTC2))以并聯(lián)或串聯(lián)方式連接。
7. 如權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于有至少一個第三PTC-傳感器(PTC3)，其 額定跳變溫度(NAT3)高于第二 PTC-傳感器(PTC2)的額定跳變溫度(NAT2)。
8. 如權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于，至少兩個PTC-傳感器(PTC1，PTC2)以 并聯(lián)方式連接，并且第二PTC-傳感器(PTC2)的常態(tài)阻值高于第一PTC-傳感器的。
9. 如權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于，在特征曲線上，兩個轉(zhuǎn)折點(diǎn)(W1，W2)之 間呈現(xiàn)近似線性的走向。
10. 如權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于，檢測裝置可以檢測特征曲線上兩個額 定跳變溫度之間的上升走向。
11. 如權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于，檢測裝置具有求證時(shí)域感應(yīng)信號一階 導(dǎo)數(shù)(dT/dt， dR/dt， dV/dt)的方法。
12. 如上所述的一個或多個權(quán)利要求，其特征在于，當(dāng)感應(yīng)信號超出預(yù)定界值時(shí)，會發(fā) 出輸出信號。
13. 如權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于，檢測裝置具有通過時(shí)域感應(yīng)信號一階 導(dǎo)數(shù)和/或二階導(dǎo)數(shù)調(diào)整界值的方法。
14. 如上所述的一個或多個權(quán)利要求所描述的保護(hù)裝置，其特征在于，當(dāng)時(shí)域感應(yīng)信號 的一階導(dǎo)數(shù)超出預(yù)定界值時(shí)，檢測裝置(3)會發(fā)出輸出信號。
15. 如上所述的一個或多個權(quán)利要求所描述的保護(hù)裝置，其特征在于，當(dāng)時(shí)域感應(yīng)信號 的二階導(dǎo)數(shù)超出預(yù)定界值時(shí)，檢測裝置會發(fā)出輸出信號。
全文摘要
本項(xiàng)發(fā)明所描述的電機(jī)保護(hù)裝置主要由如下組成-帶有至少一個第一PTC-傳感器(PTC1)，至少一個第二PTC-傳感器(PTC2)的感應(yīng)電路。其中，第二PTC-傳感器的額定跳變溫度(NAT2)比第一傳感器的額定跳變溫度(NAT1)較高，以及-一個帶檢測裝置的觸發(fā)脫扣器。其檢測裝置檢測以感應(yīng)電路總電阻值為基礎(chǔ)的感應(yīng)信號并由此產(chǎn)生一個輸出信號給觸發(fā)脫扣器。其中，檢測裝置具有求證時(shí)域感應(yīng)信號二階導(dǎo)數(shù)(d2T/dt2，d2R/dt2，d2V/dt2)的方法。這兩個PTC-傳感器相互如此聯(lián)接，使感應(yīng)電路中的總電阻值得以呈現(xiàn)一條特征曲線，該特征曲線在每個額定跳變溫度NAT區(qū)段內(nèi)，分別顯示出一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
文檔編號G01K7/22GK101741064SQ20091021098
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
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