專利名稱：電子式三相電機綜合保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機保護裝置，具體涉及一種電子式三相電機綜合保護器。
電機保護器是目前常用的一種電機保護裝置。但現(xiàn)有技術中公開的保護器(如CN87216391和87204387)缺少三相電流不平衡保護功能，且其缺相保護延時是固定不變的；過流保護的反時限范圍較窄，對斷續(xù)過載造成電機的熱積累不能保護。
本實用新型的目的是設計一種可對三相電流不平衡進行保護、具有活動性延時、過流保護的反時限范圍寬、可對斷續(xù)過載造成的熱積累進行保護的電子式三相電機綜合保護器。
本實用新型給出的設計方案包括采樣單元，漏電保護單元，三相不平衡、缺相保護單元，過流保護單元，過壓、欠壓保護單元和執(zhí)行單元，其特征在于1)采樣單元包括有三個電流互感器，這樣可以對三相電流分別進行檢測。
2)三相不平衡、缺相保護單元包括檢測單元、延時長短與三相電流不平衡的程度成反比同時也和電機的電流大小成反比的活動性延時單元和隔離放大器。這樣，對于三相電流不平衡程度大或啟動時缺相的延時時間就很短，以及時切斷電源保護電機；而對電流不平衡程度小或運行中缺相的延時就長，以避免不必要的保護動作。
3)過流保護單元包括兩個基準電壓不同的電壓比較器，基準電壓分壓電阻R17、R16、R7、R8，采樣信號分壓電阻R23、R24，充電電容Ct，兩個阻值不同的充電電阻Rt1、Rt2，隔離放大器M5和放電器R11、D12、M1。輕過載時，第一個電壓比較器導通，采樣信號電壓經(jīng)過較大的充電電阻Rt向充電電容Ct充電，由于信號電壓較小而充電電阻較大，所以可以獲得較長的延時。重過載時，第二個電壓比較器也導通，信號電壓經(jīng)二個充電電阻同時向充電電容充電，由于信號電壓較大，充電電阻Rt2較小，所以延時可以很短。這樣就可以得到很寬的延時范圍。不過流時，充電電容通過放電器R11、D12、M1放電，工作電流小，放電就快，工作電流大放電就慢，因此可以反映電機斷續(xù)過載的熱積累情況，當熱積累超過設計值時，保護器動作。
本實用新型有如下附圖

圖1保護器原理方框圖圖2保護器電原理圖圖3三相不平衡、缺相保護單元方框圖圖4三相電流平衡時V10、V11波形圖圖5三相電流中一相電流大時V10、V11、V13波形圖圖6三相電流中二相電流大時V10、V11、V13波形圖圖7保護器元器件相對位置示意圖
以下結合附圖對本實用新型作詳細描述。
圖1是本實用新型原理方框圖，包括采樣單元1、漏電保護單元2、過流保護單元3、三相不平衡、缺相保護單元4、過壓、欠壓保護單元5、執(zhí)行單元6和電源7。
圖2是本實用新型電原理示意圖。和現(xiàn)有技術一樣，采樣單元1選用電流互感器，其特征是選用三個電流互感器分別對三相電流進行采樣，以確保任一相出現(xiàn)故障均可進行保護，工作可靠性較高。采樣單元1由互感線圈A、B、C，二極管D1、D2、D3、D4，電阻R0、R1，電位器W和電容C1組成。
三相不平衡、缺相保護單元包括檢測器8、延時器9和隔離放大器10(參見圖3)。延時器9的延時長短與三相電流不平衡的程度成反比，同時和電機工作電流的大小也成反比。檢測器8由電壓比較器M3、電阻R4、R5、R6和二極管DW1組成；活動性延時器9由電阻R12、R21、R14、二極管D9、D15和電容C3組成；隔離放大器10由二極管D7和電壓比較器M4組成。
當電網(wǎng)電壓不正?；蛘唠姍C線圈有局部短路時，由于各相電流并不一定發(fā)生嚴重過流現(xiàn)象，所以只靠過流保護單元是不能發(fā)現(xiàn)這類故障的。本實用新型選用了三個電流互感器，分別對電機的三相電流進行信號采樣，取出電機三相電流中幅度最大的一個和其余相電流幅度進行比較。采樣信號經(jīng)D1、D2、D3三相半波整流后，由電位器W調(diào)節(jié)，使采樣信號輸出值Vj大于一定值(例如6V)，采樣信號一路經(jīng)D4隔離、C1濾波，變?yōu)橹绷餍盘朧j，然后經(jīng)R5、R6分壓送到電壓比較器M3的11端，作為M3的基準電壓V11；采樣信號另一路經(jīng)R4送到M3的10端，此信號是脈動直流信號V10。V10、V11在三相電流平衡時的波形參見圖4，此時，M3的基準電壓V11設計成稍低于M310端的脈動直流信號V10的最低電位，即V11一直小于V10，M3的13端為低電位，電容C3上無電壓，執(zhí)行單元不動作。
電機三相電流不平衡時，M311端的基準電壓V11在三個半周時間內(nèi)的變化很小(參見圖5、圖6)，但M310端的脈動直流信號V10的變化卻較大(參見圖5、圖6)。如在某一時刻t1開始V10＜V11，到t2時刻又恢復V10＞V11，那么在t1～t2的時間內(nèi)M3的13端都輸出高電位，經(jīng)D9向C3充電。在t2時刻以后V10＞V11，C3經(jīng)R14放電。隨著不平衡程度的增加，t1～t2的時間也增加，充電時間加長，放電時間相對縮短，C3上電壓上升幅度增大。當C3上的電壓增加到設計值(例如5V)時，經(jīng)隔離放大器10推動執(zhí)行單元6，使保護器執(zhí)行保護。
充電電容C3上電壓升高的快慢還與采樣電壓Vj的大小有關。當電機缺相啟動時，電機電流很大，這時采樣電壓V很高，此電壓向延時電容C3充電，C3上的電壓很快就達到設計值，例如可在小于0.1秒的時間使保護器動作，切斷電機電源。當電機在運行中缺相、電機電流又不很大時，采樣電壓Vj就比較小，延時電容C3上的電壓上升到設計值的時間就長一些，可以得到長一些(例如1～2秒)的延時，以適應電機不同的缺相情況，避免了固定延時造成的不必要的保護動作。
過流保護單元3包括兩個電壓比較器M1、M2，基準電壓分壓電阻R17、R16、R7、R8，信號電壓分壓電阻R23、R24，充電電容Ct，電阻不同的兩個充電電阻Rt1、Rt2，隔離放大器M5和放電電阻隨電機工作電流變化的放電器R11、D12、M1。
當電機工作電流沒有超過額定值時，采樣信號電壓Vj比較低，經(jīng)電阻R23、R24分壓后送到電壓比較器M1的9端和電壓比較器M2的7端，適當選擇分壓電阻R7、R8、R17、R16，使M19端的電壓V9低于M18端的電壓V8，使M27端的電壓V7低于M26端的電壓V6，即V9＜V8，V7＜V6，此時M1的14端和M2的1端均為零電位。因此，在電機不過載時充電電容Ct上沒有電壓，隔離放大器M54端的電壓V4低于5端的電壓V5，即V4＜V5，所以M52端的電壓V2為高電位，執(zhí)行單元6不動作。
當電機輕過載時，信號電壓Vj上升，經(jīng)R23、R24分壓后送到M1的9端，使V9＞V8，這時M1導通，M1的14端電位上升，V14的設定值要大于M5的V5。由于是輕過載，Vj值不是很大，按本實用新型的設計M2的V7仍小于V6，M2的1端仍為零電位。因此，Vj只通過充電電阻Rt1向Ct充電，又由于Vj值不是很大，Rt1的阻值又很大，所以Ct上的電壓Vc上升很慢，要使Vc大于V5需較長的時間，例如可做到20分～1小時，這樣就實現(xiàn)了輕過載的長時限延時功能。
隨著電機電流的上升，Vj逐漸上升到很高值，M1的V9和M2的V7也升高，使得V9＞V8，V7＞V6，M1的14端、M2的1端都變?yōu)楦唠娢?。Vj經(jīng)Rt1、Rt2兩路向Ct充電。由于Vj很高，Rt2又較Rt1小很多，所以Ct上電壓Vc上升速度加快，充到設計值的時間縮短。例如，當電機負載率為700％時，這一時間可縮短至9秒。當Vc＞V5時，保護器執(zhí)行保護功能，切斷電機電源。這樣就實現(xiàn)了電機重過載時的短時限保護功能。
實際工作中(如電鋸、電刨)，電機通常是工作在變化性負載狀態(tài)，電機時有斷續(xù)過載現(xiàn)象，即電機過載的斷續(xù)比是變化的斷續(xù)比＝ (不過載時間×額定電流×額定電流)/(過載時間×工作電流×過載電流。)電機過載電流越大、過載時間越長，斷續(xù)比越小。隨著斷續(xù)比的減小，電機就會產(chǎn)生熱積累，超過一定時間，電機的壽命就會受到影響；斷續(xù)比大于一定值時，電機是可以正常工作的，所以要區(qū)別這兩種不同的情況。而現(xiàn)有技術中都沒有這一功能。
按本實用新型的設計，電機過載時，Ct上的電位Vc逐漸升高，在同一時間內(nèi)Vc上升多少由電機電流決定，與電流值成正比。電機不過載時，由于M的14端、M的1端都為低電位，所以V不能向Ct充電，只有Ct通過放電支路R11、D12到M114端放電。Vc減小的多少由電機不過載時間的長短及工作電流的大小所決定。
當斷續(xù)比小于一定值時Ct所充電量要比放掉的電量多，這樣Vc就要斷續(xù)上升，當Vc上升到設計值時，保護器即執(zhí)行保護，防止斷續(xù)過載的熱積累損壞電機。
本實用新型中各元器件的相對位置及聯(lián)接關系見圖7。電壓比較器M1、M2、M3和M4共為一塊集成塊，例如可選用LM339；電壓比較器M5、M6、M7和M8共為一塊集成塊，也可以選用LM339，工作電壓由電源7的輸出電壓E經(jīng)相應的電阻提供。漏電保護單元2采用公知技術，并與三相不平衡、缺相保護單元4共用電壓比較器M4。過壓、欠壓保護單元5的過壓保護與現(xiàn)有技術相同；欠壓保護在電機啟動時電壓如低于額定電壓的80％(生產(chǎn)時可調(diào))執(zhí)行保護；在電機運轉(zhuǎn)時，電網(wǎng)電壓低于額定值的65％時才執(zhí)行保護，即欠壓保護的動作值不是固定不變的，而是具有回差值。M7為欠壓保護單元的隔離放大。
本實用新型的執(zhí)行單元6包括電壓比較器M6和M8，二者并聯(lián)執(zhí)行保護功能，增加了保護功能的可靠性。
保護器各單元由電源單元7供電，其中選用了集成塊LM7812。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型有如下優(yōu)點1.能對三相電流不平衡實行保護，例如當三相電流值相差大于50％時，保護器可經(jīng)2秒延時后切斷電機電源，可用于5～500KW的三相電機。
2.能對電機過載、過流執(zhí)行保護。本保護器能對電機的三相電流都進行檢測，當任一相電流超過電機額定電流值時，保護器都能進行記時，當過流時間超過電機所允許的極限時，保護器就切斷電機電源，具體數(shù)據(jù)如下電機負載率保護器時延時間700％9秒440％41秒300％54秒200％1分22秒8150％5分23秒
120％14分36秒110％20分35秒83.能對電機接線端子或線圈短路執(zhí)行保護當電機三相電流的任一相電流大于電機額定電流的8～10倍時，保護器能瞬間切斷電源，防止機線設備起火，避免嚴重后果的發(fā)生。
4.能對電機堵轉(zhuǎn)執(zhí)行保護當電機卡死通電后不能轉(zhuǎn)動時，保護器可經(jīng)3秒的延時后執(zhí)行保護。
5.能對電機缺相執(zhí)行保護當電機缺相啟動時，保護器能瞬間切斷電源；當電機運行中缺相時，可延時1～2秒后執(zhí)行保護動作。
6.電網(wǎng)欠壓時能執(zhí)行保護當電網(wǎng)電壓低于額定電壓的80％時(生產(chǎn)時可調(diào))，保護器能自鎖，拒絕給接觸器通電，防止接觸器產(chǎn)生抖動而燒毀；當接觸器已經(jīng)吸合，電網(wǎng)電壓不低于額定值的65％時，保護器不執(zhí)行錯誤動作；當電網(wǎng)電壓低于額定值的65％時，保護器能執(zhí)行保護。
7.電網(wǎng)過壓保護當電網(wǎng)電壓超過額定電壓值的115％(生產(chǎn)時可調(diào))，保護器能執(zhí)行保護動作。
8.漏電保護當電機或設備外殼漏電電壓大于36伏時，本保護器能瞬間執(zhí)行保護動作。
權利要求1.一種電子式三相電機綜合保護器，包括采樣單元1、漏電保護單元2、過流保護單元3、三相不平衡、缺相保護單元4、過壓、欠壓保護單元5、執(zhí)行單元6和電源7，本實用新型的特征在于1)采樣單元1中包括有分別對三相電流進行采樣的三個電流互感器A、B、C，2)過流保護單元3包括兩個基準電壓不同的電壓比較器M1、M2，基準電壓分壓電阻R17、R16、R7、R8，信號電壓分壓電阻R23、R24，充電電容Ct，兩個阻值不同的充電電阻Rt1、Rt2，隔離放大器M5和放電器R11、D12、M1，3)三相不平衡、缺相保護單元4中包括有檢測器8、延時長短與三相電流不平衡程度成反比同時也和電機工作電流大小成反比的活動性延時器9和隔離放大器10。
2.如權利要求1所述的電子式三相電機綜合保護器，其特征在于所說的檢測器8由電壓比較器M3、采樣信號分配電阻R5、R6、R4和穩(wěn)壓二極管DW1組成，活動性延時器9由電阻R12、R21、R14、二極管D9、D15和電容C3組成，隔離放大器10由電壓比較器M4和二極管D7組成。
專利摘要本實用新型公開了一種電子式三相電機綜合保護器，其特征在于對三相電流進行采樣，過流保護反時限延時寬，可從9秒到20分鐘，三相不平衡、缺相保護具有活動性延時，可對三相電流不平衡、缺相、堵轉(zhuǎn)、過流、短路、過壓、欠壓和電機漏電進行保護。
文檔編號H02H7/09GK2043798SQ8920044
公開日1989年8月30日 申請日期1989年1月14日 優(yōu)先權日1989年1月14日
發(fā)明者陳琳, 陳義 申請人:杭州富陽春建電器廠, 陳琳