專利名稱：一種三相交流電動機保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電動機保護裝置，其是利用嵌入電動機定子槽中的檢測線圈檢測旋轉(zhuǎn)磁場從而實現(xiàn)對電動機的保護的。
目前，用于三相交流電動機保護的方法主要有檢測繞組溫度的、檢測電流的、檢測電壓的三種。檢測繞組溫度的保護方法一般采用熱敏電阻，將其埋設(shè)在繞組中，當(dāng)繞組溫度達到設(shè)定溫度，即保護跳閘，其不足之處是對繞組溫度上升很快的故障保護效果不好；當(dāng)缺相而負(fù)載較輕時，電流不太大，溫度上升慢，致使電動機較長時間缺相運行，容易由于過電壓引起繞組匝間短路，此方法有時在輕載缺相情況下根本就不能起到保護作用。檢測電流的保護可分為機械式和電子式，機械式一般是熱繼電器和空氣開關(guān)的熱脫扣，其動作離散性大，而且受外界因素影響大，不可靠；電子式檢測電流很準(zhǔn)確，對過載、缺相保護較可靠，但對于三角形接法斷一相繞組的情況，若檢測線電流，則保護的可靠性不高，若檢測相電流，則保護的可靠性較高，但安裝不便，需將電動機的六根線全部引出，這種保護需要根據(jù)電動機容量大小配置不同的保護器，不能通用，而且體積較大，成本較高。檢測電動機進線電壓的保護器主要用于缺相保護，這類保護器一般成本低，可通用，但只能保護取樣處以前的缺相，對繞組斷路故障不能起到保護作用，而且負(fù)載輕時，由于感應(yīng)電壓的作用，即使取樣處以前的缺相有時也不能起到保護作用；采用中性點或人造中性點對電源零線電壓取樣進行缺相保護的方法，由于變壓器中點漂移，或由于感應(yīng)電壓的影響，保護整定值不易確定，工作不太可靠。在現(xiàn)有技術(shù)中，尚未看到能對定轉(zhuǎn)子不同心予以保護的方案。
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、通用性強、可靠性高，能在三相交流電動機發(fā)生堵轉(zhuǎn)、過載、過壓、欠壓、定轉(zhuǎn)子不同心、缺相、反轉(zhuǎn)時，發(fā)出保護信號，并可實現(xiàn)保護與電動機一體化。
本發(fā)明是通過下述裝置來實現(xiàn)的。
一種三相交流電動機保護裝置，其特征是該保護裝置包括嵌放于電動機定子槽中的對應(yīng)于三相定子繞組的三相檢測線圈和與之相連接的保護器，利用檢測線圈的感應(yīng)電壓與旋轉(zhuǎn)磁場強度的對應(yīng)關(guān)系，對電動機的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，當(dāng)電動機處于不正常狀態(tài)時，由保護器的輸出控制電動機的主線路斷開。
所述保護器是過載保護電路，其是利用過載時檢測線圈的感應(yīng)電壓減小而進行過載保護的；或所述的保護器是欠壓保護電路，其是利用欠壓時檢測線圈的感應(yīng)電壓減小而進行欠壓保護的；或所述的保護器是過壓保護電路，其是利用過壓時檢測線圈的感應(yīng)電壓增大而進行過壓保護的；或所述的保護器是缺相保護電路，其是利用缺相時三相檢測線圈的感應(yīng)電壓不再平衡而進行缺相保護的；或所述的保護器是定轉(zhuǎn)子不同心保護電路，其是利用定轉(zhuǎn)子不同心時屬于同相的檢測線圈的感應(yīng)電壓不再相等而進行定轉(zhuǎn)子不同心保護的；或所述的保護器是轉(zhuǎn)向保護電路，其是利用反轉(zhuǎn)時三相檢測線圈的感應(yīng)電壓的相序發(fā)生變化而進行轉(zhuǎn)向保護的；或所述的保護器是上述保護電路的組合。
檢測線圈的中心線與相應(yīng)的電動機定子繞組的極相組的中心線重合。
對兩極電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；或?qū)蓸O電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距的一半，每相設(shè)兩個檢測線圈，此兩個檢測線圈的軸線相隔180度機械角度，按電壓相減的方向連接，并將連接線引出，三相共設(shè)六個檢測線圈，三相檢測線圈的軸線互隔120度機械角度，三相檢測線圈按星形連接，從而在星點與每相兩個檢測線圈連接線之間得到對應(yīng)每相的檢測線圈的感應(yīng)電壓，在每相串聯(lián)的兩個檢測線圈的兩端得到同相檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值。
對6n極的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；或?qū)?n極的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，共設(shè)五個檢測線圈，其中三個對應(yīng)于一相，在圓周上互隔120度機械角度，將三個檢測線圈的同銘端接在一起，從而在此三個檢測線圈的另外三端的相互之間得到三個同相檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值，另外兩個檢測線圈對應(yīng)于另外兩相，三個同相檢測線圈中的任意一個與另外兩相的檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓，其中n＝1，2，3，…。
對除兩極和6n極以外的其它極數(shù)的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；或?qū)Τ齼蓸O和6n極以外的其它極數(shù)的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)兩個檢測線圈，此兩個檢測線圈的軸線相隔180度機械角度，按電壓相減的方向連接，并將連接線引出，三相共設(shè)六個檢測線圈，三相檢測線圈的軸線互隔120度機械角度，三相檢測線圈按星形連接，從而在星點與每相兩個檢測線圈連接線之間得到對應(yīng)每相的檢測線圈的感應(yīng)電壓，在每相串聯(lián)的兩個檢測線圈的兩端得到同相檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值，其中n＝1，2，3...。
所述保護器包括一個電源電路，其中包括一個將變壓器的兩組二次線圈的電壓經(jīng)二極管V1-V8整流，電容器C1-C4濾波，三端穩(wěn)壓集成電路IC1、IC2穩(wěn)壓，電容器C5-C8濾波，由+Vcc和-Vcc兩端點給出兩個穩(wěn)定電壓的電路和將電源變壓器的一組二次線圈的電壓經(jīng)二極管V9-V12整流，電容器C9、C10濾波，由T10點給出反映電源電壓變化的電壓的電路。
所述保護器中包括一個反映三相檢測線圈的感應(yīng)電壓的平均值的電路，其是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V13、V14、V15整流，電容器C11、C12、C13濾波，由運放A1取平均值，由運放A1的輸出端T12給出平均值。
所述過載和/或欠壓保護電路，是將反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12點的電壓經(jīng)運放A7與設(shè)定電位器VR3的滑動端的設(shè)定電壓U1*取差放大，由運放A8、A9進行反時限延時后，由執(zhí)行、顯示電路實施過載和/或欠壓保護，所述的設(shè)定電位器VR3一固定端接地，另一固定端接反映電源電壓變化的T10，而反時限延時電路還受一個電動機斷電檢測電路控制，它是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V24、V25、V26取樣，由運放A10將其與一由電阻R28、R29將穩(wěn)定電壓+Vcc分壓的電壓U2*比較，由運放A10的輸出控制電子開關(guān)S1、S2進而控制反時限延時電路A8、A9，使得當(dāng)電動機斷電時，不使保護裝置誤動作。
所述過壓保護電路是將反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12點的電壓經(jīng)運放A4與設(shè)定電位器VR2的滑動端的設(shè)定電壓U3*比較，經(jīng)運放A5、A6反時限延時，通過執(zhí)行、顯示電路實施過壓保護，所述的設(shè)定電位器VR2一固定端接地，另一固定端接穩(wěn)定電壓+Vcc。
所述缺相保護電路是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V13、V14、V15整流，電容器C11、C12、C13濾波，由二極管V16-V21取最大差值，由運放A2放大，由運放A3將其與設(shè)定電位器VR1的滑動端的設(shè)定電壓U4*比較，通過執(zhí)行、顯示電路實施缺相保護，所述的設(shè)定電位器VR1一固定端接地，另一固定端接反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12。
所述定轉(zhuǎn)子不同心保護電路是將屬于同相的檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值通過運放A11、A12、A13放大，運放A14、A15、A16低通濾波，由二極管V29、V30、V31、電容器C22取最大值整流、濾波，由運放A17將其與設(shè)定電位器VR7的滑動端的設(shè)定電壓U5*比較，通過執(zhí)行、顯示電路實施定轉(zhuǎn)子不同心保護，所述電位器VR7一固定端按地，另一固定端接反映電源電壓變化的T10。
所述轉(zhuǎn)向保護電路是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)三極管V32、V33、V34將正弦波變換成對應(yīng)的方波，由觸發(fā)器IC4、IC5和與非門IC3、IC6組成的相序判斷邏輯電路進行相序判斷，進而通過執(zhí)行、顯示電路實施轉(zhuǎn)向保護。
所述保護器是過載、欠壓、缺相保護電路，其是由三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V61、V62、V63整流，電容器C25、C26、C27濾波，分別通過三極管V64、V65、V66與設(shè)定電位器VR8的滑動端的設(shè)定電壓U6*比較，再經(jīng)過電容器C28、C29、C30適當(dāng)反時限延時，經(jīng)二極管V67、V68、V69組成的與電路控制三極管V70的導(dǎo)通與截止進而控制繼電器J2，在電動機處于過載、欠壓、缺相狀態(tài)時，使電動機的主線路斷開，所述設(shè)定電位器VR8的一固定端接地，另一固定端接三端穩(wěn)壓集成電路IC7的輸出端。
本發(fā)明公開的三相交流電動機保護裝置，達到了如下的效果1、將檢測線圈嵌放于電動機的定子槽中，無需改變現(xiàn)有電動機的任何尺寸和參數(shù)。對特定電動機來說，幾個檢測線圈節(jié)距、匝數(shù)均相等，工藝性好，且接線簡單。
2、與電流取樣的保護器相比，雖增加了一個電源變壓器，但節(jié)省了三個電流互感器，體積減小，成本也有所下降，而且對不同容量的電動機可以通用。
3、與現(xiàn)有電壓取樣的缺相保護器相比，保護范圍增大，可靠性提高。
4、本發(fā)明具有現(xiàn)有保護器均不具有的定轉(zhuǎn)子不同心保護的功能。
5、保護器的電子電路較適合做成一個專用集成電路，這樣可以減小體積，降低成本，而且利于將保護器裝入電動機的出線盒中。因處理內(nèi)容多，適合做成帶CPU的保護器，進而組成電動機狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，使保護更加完善。
下面，結(jié)合附圖介紹本發(fā)明。


圖1、由空氣開關(guān)執(zhí)行保護跳閘的保護裝置使用示意2、由接觸器執(zhí)行保護跳閘的保護裝置使用示意3、保護裝置的方框原理4、除6n極以外其它極數(shù)電動機檢測線圈接線原理5、6n極電動機檢測線圈接線原理6、兩極、24槽單層同心式繞組電動機檢測線圈布置圖(a)三相定子繞組的展開圖(b)不考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖(c)考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開7、六極、18槽雙層繞組電動機檢測線圈布置圖(a)三相定子繞組展開圖(b)不考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖(c)考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開8、四極、24槽雙層疊式繞組電動機檢測線圈布置圖(a)三相定子繞組展開圖(b)不考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖(c)考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開9、一種保護器原理圖(a)電源電路原理圖(b)計算三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值電路和缺相保護電路原理圖(c)過壓、過載、欠壓保護電路原理圖(d)定轉(zhuǎn)子不同心保護電路原理圖(e)轉(zhuǎn)向保護電路原理圖(f)執(zhí)行、顯示電路原理10、除6n極以外其它極數(shù)電動機檢測線圈與圖9所示保護器接線11、6n極電動機檢測線圈與圖9所示保護器接線12、由分立原件構(gòu)成的過載、欠壓、缺相保護器在交流電動機中，主磁場是旋轉(zhuǎn)磁場，其磁密波沿氣隙園周按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)磁場與整距線圈交鏈的磁通量稱為主磁通，即氣隙磁通，用φm表示。在三相交流電動機內(nèi)部設(shè)一檢測線圈，將其嵌放在定子槽中，則在檢測線圈中感應(yīng)電壓Um，Um＝4.44fWKwφm(W是檢測線圈的匝數(shù)，Kw是檢測線圈的繞組系數(shù))。Um的大小反映了檢測線圈所處區(qū)域旋轉(zhuǎn)磁場的強弱。
本裝置正是利用檢測線圈的感應(yīng)電壓與旋轉(zhuǎn)磁場強度的對應(yīng)關(guān)系，通過一電子保護器對檢測線圈的感應(yīng)電壓進行監(jiān)視，從而在電動機發(fā)生過載、欠壓、過壓、定轉(zhuǎn)子不同心、缺相、反轉(zhuǎn)時，或檢測到感應(yīng)電壓的幅值的變化，或檢測到感應(yīng)電壓的不均衡，或檢測到感應(yīng)電壓相序的變化，從而對三相交流電動機進行保護。
圖1是本保護裝置用于由空氣開關(guān)執(zhí)行保護跳閘時的原理示意圖，嵌設(shè)于電動機M中的檢測線圈由連接導(dǎo)線4接至保護器1，當(dāng)檢測到電動機處于不正常狀態(tài)時，保護器中的常開觸點2閉合，使空氣開關(guān)ZK中的分勵脫扣線圈5得電，使空氣開關(guān)ZK跳閘，從而保護了電動機。
圖2是本保護裝置用于由接觸器執(zhí)行保護跳閘時的原理示意圖，嵌設(shè)于電動機M中的檢測線圈由連接導(dǎo)線4接至保護器1，當(dāng)檢測到電動機處于不正常狀態(tài)時，保護器中的常閉觸點3打開，使接觸器C失電，由接觸器將電動機的主線路斷開。
圖3是本保護裝置的方框原理圖。其中三相檢測線圈的感應(yīng)電壓分別接至轉(zhuǎn)向保護、缺相保護、過壓保護、過載保護、欠壓保護等電路，三組同相檢測線圈感應(yīng)電壓的差值送入定轉(zhuǎn)子不同心保護電路，各種保護集中由保護器的執(zhí)行、顯示電路送出保護信號并顯示相應(yīng)故障。
圖4、圖5是考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈的接線原理圖。圖4是除6n極以外其它極數(shù)電動機的檢測線圈接線原理圖，ao、bo、co按星形連接提供三相檢測線圈的感應(yīng)電壓，a′a與ao、b′b與bo、c′c與co分別按電壓相減的方向連接，a′o、b′o、c′o提供同相檢測線圈感應(yīng)電壓的差值。圖5是6n極電動機檢測線圈接線原理圖，ax，bx，cx按星形連接，提供三相檢測線圈的感應(yīng)電壓，xa，ya，za將同銘端連在一起，xy，yz，zx提供同相檢測線圖感應(yīng)電壓的差值。其中n＝1，2，3…。
圖6、圖7、圖8是三個在三相交流電動機中嵌設(shè)檢測線圈的具體例子。圖6是一個兩極，24槽單層同心式繞組電動機檢測線圈布置圖，其中圖6(a)是三相定子繞組展開圖，其極距是12，線圈節(jié)距為1-10，1-12。圖6(b)是不考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖，檢測線圈節(jié)距取1-12，檢測線圈的軸線與相應(yīng)的定子繞組的極相組的中心線重合，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而由ao、bo、co得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓。圖6(c)是考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖，檢測線圈節(jié)距取1-6，檢測線圈的軸線與相應(yīng)的定子繞組的極相組的中心線重合，每相設(shè)兩個檢測線圈，其中ao、bo、co三個檢測線圈互隔120度機械角度，三個檢測線圈按星形連接，從而由ao、bo、co得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；a′a、b′b、c′c三個檢測線圈的軸線分別與ao、bo、co三個檢測線圈的軸線相隔180度機械角度，連接方向是使同相的兩個檢測線圈的感應(yīng)電壓相減，從而由a′o、b′o、c′o得到三組同相檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值。
圖7是一個六極、18槽雙層繞組電動機檢測線圈布置圖，其中圖7(a)是三相定子繞組的展開圖，其極距為3，線圈節(jié)距為1-4。圖7(b)是不考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖，檢測線圈節(jié)距取1-4，檢測線圈與相應(yīng)的定子繞組的線圈嵌在相同的槽中，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而由ao、bo、co得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓。圖7(c)是考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖，檢測線圈節(jié)距取1-4，檢測線圈與對應(yīng)定子繞組的線圈嵌在相同的槽中，共設(shè)五個檢測線圈，其中ax、ay、az三個檢測線圈屬于同一相，在園周上互隔120度機械角度，它們的同銘端是連在一起的，從而在xy、yz、zx得到三個同相檢測線圈感應(yīng)電壓的差值；bx、cx兩個檢測線圈對應(yīng)于另外兩相，ax、bx、cx三個檢測線圈是按星形連接的，從而由ax、bx、cx得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓。
圖8是一個四極、24槽雙層疊式繞組電動機檢測線圈布置圖，其中圖8(a)是三相定子繞組的展開圖，其極距為6，線圈節(jié)距為1-6，2聯(lián)一組。圖8(b)是不考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖，檢測線圈節(jié)距取1-7，檢測線圈的軸線與相應(yīng)的定子繞組的極相組的中心線重合，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而由ao、bo、co得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓。圖8(c)是考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護時檢測線圈展開圖，檢測線圈節(jié)距取1-7，檢測線圈的軸線與相應(yīng)的定子繞組的極相組的中心線重合，每相設(shè)兩個檢測線圈，其中ao、bo、co三個檢測線圈互隔120度機械角度，三個檢測線圈按星形連接，從而由ao、bo、co得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；a′a、b′b、c′c三個檢測線圈的軸線分別與ao、bo、co三個檢測線圈的軸線相隔180度機械角度，連接方向是使同相的兩個檢測線圈的感應(yīng)電壓相減，從而由a′o、b′o、c′o得到三組同相檢測線圈感應(yīng)電壓的差值。
圖9是一種保護器原理圖，其由六張圖組成，此六張圖構(gòu)成的保護器基本上符合圖3所示保護裝置的方框原理圖中的保護器中各部份的關(guān)系，只是過載保護和欠壓保護由同一線路完成了，再就是過載、欠壓、過壓保護電路前部共用了三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值計算電路。圖9中符號相同的端點是連接在一起的。
圖9(a)是電源電路，其由兩部份組成，一部份是穩(wěn)壓電源，其是將變壓器的兩組二次線圈的電壓經(jīng)二級管V1-V8組成的兩個全橋整流，經(jīng)電容器C1-C4濾波，然后經(jīng)二個三端穩(wěn)壓集成電路78XX、79XX穩(wěn)壓，再經(jīng)電容器C5-C8濾波，從而得到+Vcc、-Vcc兩個穩(wěn)定電壓。另一部份是電源電壓取樣電路，其是將變壓器的一組二次線圈的電壓經(jīng)二極管V9-V12組成的全橋進行整流，再經(jīng)電容器C9、C10濾波，從而在T10端得到反映電源電壓變化的信號電壓。
在圖9(b)中包括一個計算三相檢測線圈的感應(yīng)電壓的平均值的電路，其是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V13、V14、V15整流，電容器C11、C12、C13濾波，由運放A1取平均值，由運放A1的輸出端T12給出平均值。
在電源電壓一定的條件下，隨著負(fù)載增大，定子電流增大，定子漏阻抗壓降隨之增大，相應(yīng)使定子反電勢減小，與反電勢相對應(yīng)的氣隙磁通也減小，于是檢測線圈的感應(yīng)電壓也隨之下降。本保護器就是以此原理為基礎(chǔ)進行過載保護的。圖9(c)中包括一個過載保護電路，其是將反映三相檢測線圈的感應(yīng)電壓平均值的T12點的電壓經(jīng)運放A7與設(shè)定電位器VR3的滑動端的設(shè)定電壓U1*取差放大，由積分電路A8，比較電路A9進行反時限延時后，由圖9(f)的執(zhí)行、顯示電路執(zhí)行保護，并顯示相應(yīng)故障。可調(diào)電阻器VR5可調(diào)整延時的長短。由于電源電壓有一定波動，過載設(shè)定電位器VR3一固定端接地，另一固定端接在反映電源電壓變化的電壓端T10上，這樣可使保護器的動作值更能反映負(fù)載的變化，而受電源電壓的波動的影響減小。由于在電動機斷電時，感應(yīng)電壓為零，這時從感應(yīng)電壓上反映出的是比電動機堵轉(zhuǎn)還要嚴(yán)重的過載信號，有必要設(shè)一檢測電路，使電動機斷電時能自動關(guān)斷反時限延時電路，不使保護裝置誤動作。 A10即是這樣的一個檢測電路，它是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V24、V25、V26取樣，由運放A10將其與一由電阻R28、R29將穩(wěn)定電壓+Vcc分壓的電壓U2*比較，由運放A10的輸出控制電子開關(guān)S1、S2，使當(dāng)電動機斷電時，S1導(dǎo)通而停止反時限延時充電過程，S2導(dǎo)通將可調(diào)電阻VR6并聯(lián)在積分電容器C15上，對其進行放電，這樣在電動機頻繁起制動時，可模擬電動機停轉(zhuǎn)時的冷卻過程，調(diào)整VR6可調(diào)整放電速度。VR4是用于周期性過載時，模擬電動機輕載時的冷卻過程，調(diào)整其大小可以調(diào)整積分電容反向充電速度即放電速度。
過載保護電路同時也起到了欠壓保護作用。隨著電源電壓降低，磁場減弱，電流增大，這樣由于電源電壓降低加之定子漏阻抗壓降增大，使檢測線圈感應(yīng)電壓下降的速度較電源電壓下降速度快，使保護器動作。實際上，過載和欠壓均引起電流增大，而過載、欠壓保護電路正是利用電流增大使定子漏阻抗壓降增大而進行保護的。在負(fù)載較小時，電流相應(yīng)比較小，這時允許電源電壓低些，這說明這種欠壓保護是合理的。
過壓的主要負(fù)害是引起鐵芯過飽和，引起鐵芯過熱，勵磁電流增大。而隨著負(fù)載增加，由于定子漏阻抗壓降增大，鐵芯飽和程度有所下降，所以過壓保護應(yīng)以磁場的強弱為標(biāo)準(zhǔn)，將檢測線圈的感應(yīng)電壓與一不隨電源電壓變化的設(shè)定值比較，當(dāng)鐵芯達到一定飽和程度時，就予以保護。這樣，在電動機負(fù)荷較大時，允許電源電壓高些，這時電壓的升高補償了定子漏阻抗壓降的影響，磁場比正常電壓時有所增強，在相同的負(fù)載下，電流有所下降，不會對電動機造成危害。在圖9(c)中包括一個過壓保護電路，其是將反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12點的電壓經(jīng)運放A4與設(shè)定電位器VR2的滑動端的設(shè)定電壓U3*比較，經(jīng)運放A5、A6反時限延時，通過執(zhí)行、顯示電路實施過壓保護，設(shè)定電位器VR2一固定端接地，另一固定端接穩(wěn)定電壓+Vcc。
三相交流電動機缺相主要有三種情況星形接法斷一相，角形接法電源斷一相，角形接法繞組斷一相。無論發(fā)生哪一種形式的缺相，由于電源的對稱性或繞組的對稱性遭到破壞，使旋轉(zhuǎn)磁場不再是園形的了。而三相檢測線圈是按互隔120度電角度分布的，所以三相檢測線圈的感應(yīng)電壓能反映出旋轉(zhuǎn)磁場的這一變化，三個感應(yīng)電壓彼此不再相等。利用比較電路對三個感應(yīng)電壓彼此比較，就可以對缺相故障進行保護。在圖9(b)中包括一個利用三相檢測線圈感應(yīng)電壓的最大差值進行缺相保護的例子。三個檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V13、V14、V15整流，電容器C11、C12、C13濾波，由二極管V16-V21取最大差值，由運放A2放大，由運放A3將其與設(shè)定電位器VR1的滑動端的設(shè)定電壓U4*比較，通過執(zhí)行、顯示電路實施缺相保護，所述設(shè)定電位器VR1一固定端接地，另一固定端接反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12端。
在電動機運行中，由于軸承損壞，軸頸磨損，端蓋軸承室磨損、端蓋止口磨損，或由于制造、安裝、調(diào)整不良，會引起電動機的定轉(zhuǎn)子不同心，嚴(yán)重時會發(fā)生掃膛，損壞鐵芯和繞組。定轉(zhuǎn)子同心時，由于電機結(jié)構(gòu)上的對稱性，屬于同一相的各檢測線圈的感應(yīng)電壓大小相等，相位一致，即使三相電壓不對稱，使三相檢測線圈的感應(yīng)電壓彼此不相等，但同相的各檢測線圈的感應(yīng)電壓還是相等的。若由于某種原因引起定轉(zhuǎn)子不同心，則氣隙不再均勻，這時由于氣隙磁阻的影響，屬于同相的檢測線圈的感應(yīng)電壓不再相等，其差值隨對應(yīng)位置氣隙大小差別的增大而增大，尤其是當(dāng)同相檢測線圈對應(yīng)的定子繞組的極相組是串聯(lián)關(guān)系時，這種感應(yīng)電壓的差值最明顯。將兩個屬于同相的檢測線圈按感應(yīng)電壓相減的方向串起來，得到兩者的差值，這一差值即反映了此二檢測線圈對應(yīng)位置的氣隙大小的差別。圖9(d)是定轉(zhuǎn)子不同心保護電路原理圖。對除6n極以外的其它極數(shù)的電動機，每相取相隔180度機械角度的二個檢測線圈彼此反串，將分屬三相的三個感應(yīng)電壓差值分別送入差分放大器A11、A12、A13。對6n極電動機，取屬于同相互隔120度機械角度的三個檢測線圈，同銘端相連，得到三個感應(yīng)電壓差值分別送入差分放大器A11、A12、A13。然后經(jīng)運放A14、A15、A16低通濾波，由二極管V29、V30、V31，電容器C22取最大值整流濾波，由運放A17將其與設(shè)定電位器VR7的滑動端的設(shè)定電壓U5*比較，通過執(zhí)行、顯示電路實施定轉(zhuǎn)子不同心保護，所述電位器VR7一固定端接地，另一固定端接反映電源電壓變化的T10，使定轉(zhuǎn)子不同心保護免受電源電壓波動的影響。
三相檢測線圈的感應(yīng)電壓彼此相差120度電角度，其相序沿磁場旋轉(zhuǎn)方向排列，也就是沿電機旋轉(zhuǎn)方向排列，對三個檢測線圈的感應(yīng)電壓的相序進行判斷，即可進行轉(zhuǎn)向保護。圖9(e)是轉(zhuǎn)向保護電路，其是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)三極管V32、V33、V34將正弦波變換成對應(yīng)的方波，由觸發(fā)器IC4、IC5和與非門IC3、IC6組成的相序判斷邏輯電路進行相序判斷，進而通過執(zhí)行、顯示電路實施轉(zhuǎn)向保護。
前述的各種保護，由圖9(f)所示的執(zhí)行、顯示電路執(zhí)行保護并顯示相應(yīng)故障。無論發(fā)生哪種故障，均由相應(yīng)的保護電路給出一個高電平，觸發(fā)可控硅V41，使繼電器J1得電動作，發(fā)出保護信號，并且每一種故障對應(yīng)一個故障顯示發(fā)光二極管，當(dāng)發(fā)生某種故障時，觸發(fā)對應(yīng)的可控硅，進而使對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，并能在電動機跳閘后繼續(xù)發(fā)光，以便了解跳閘原因。
圖10給出了除6n極以外其它極數(shù)電動機的檢測線圈與圖9所示保護器的接線圖，圖11給出了6n極電動機的檢測線圈與圖9所示保護器的接線圖。若不考慮定轉(zhuǎn)子不同心保護，則只用保護器的GND、T1、T2、T3四個接線端。
以上是一個保護功能較多的保護器，在此，再給出一個保護功能少但很簡單的由分立元件構(gòu)成的保護器。
前面已經(jīng)說明，當(dāng)電動機發(fā)生過載或欠壓時，三相檢測線圈的感應(yīng)電壓下降，據(jù)此可對電動機進行過載、欠壓保護。另外，當(dāng)電動機發(fā)生缺相時，電動機內(nèi)部各處氣隙磁通不同程度地減小，試驗表明，即使在空載情況下，無論發(fā)生哪種形式的缺相故障，三相檢測線圈的感應(yīng)電壓中至少有一個感應(yīng)電壓低于電動機正常工作時滿載時的檢測線圈感應(yīng)電壓。這樣，只要監(jiān)視檢測線圈感應(yīng)電壓值的降低，就可實現(xiàn)過載、欠壓、缺相保護。圖12是由分立元件構(gòu)成的過載、欠壓、缺相保護器，其是由三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V61、V62、V63整流，電容器C25、C26、C27濾波，分別通過三極管V64、V65、V66與設(shè)定電位器VR8的滑動端的設(shè)定電壓U6*比較，再經(jīng)過電容器C28、C29、C30適當(dāng)反時限延時，經(jīng)二極管V67、V68、V69組成的與電路控制三極管V70的導(dǎo)通與截止，進而控制繼電容器J2，在電動機處于過載、欠壓、缺相狀態(tài)時，使電動機的主線路斷開，所述設(shè)定電位器VR8一固定端接地，另一固定端接三端穩(wěn)壓集成電路IC7的輸出端。
以上兩個保護器的實施例是利用檢測磁場的方法保護電動機。若將此方法與檢測繞組溫度的方法結(jié)合應(yīng)用，在電動機的繞組中埋入熱敏電阻，在保護器中增加相應(yīng)的保護電路，這樣，可利用檢測繞組溫度的方法對不嚴(yán)重的過載、欠壓、環(huán)境溫度過高、通風(fēng)散熱不良等原因引起電動機過熱的情況予以保護，利用檢測磁場的方法對嚴(yán)重過載、過壓、缺相、反轉(zhuǎn)、定轉(zhuǎn)子不同心的情況予以保護，兩種方法的優(yōu)勢互補，使保護更加完善。而且檢測線圈和熱敏電阻均布置于電動機內(nèi)部，它們的引線可一起引出，與保護器的連接方便。另外，由于過載保護分兩段進行，檢測磁場的保護方法僅需對嚴(yán)重過載進行保護，以彌補檢測溫度的保護方法對溫度上升很快故障保護效果不好的缺陷，這樣使得過載保護的設(shè)定值的調(diào)整比僅由檢測磁場的方法進行過載保護時設(shè)定值的調(diào)整方便得多。
權(quán)利要求
1.一種三相交流電動機保護裝置，其特征是該保護裝置包括嵌放于電動機定子槽中的對應(yīng)于三相定子繞組的三相檢測線圈和與之相連接的保護器，利用檢測線圈的感應(yīng)電壓與旋轉(zhuǎn)磁場強度的對應(yīng)關(guān)系，對電動機的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，當(dāng)電動機處于不正常狀態(tài)時，由保護器的輸出控制電動機的主線路斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護裝置，其特征是所述保護器是過載保護電路，其是利用過載時檢測線圈的感應(yīng)電壓減小而進行過載保護的；或所述的保護器是欠壓保護電路，其是利用欠壓時檢測線圈的感應(yīng)電壓減小而進行欠壓保護的；或所述的保護器是過壓保護電路，其是利用過壓時檢測線圈的感應(yīng)電壓增大而進行過壓保護的；或所述的保護器是缺相保護電路，其是利用缺相時三相檢測線圈的感應(yīng)電壓不再平衡而進行缺相保護的；或所述的保護器是定轉(zhuǎn)子不同心保護電路，其是利用定轉(zhuǎn)子不同心時屬于同相的檢測線圈的感應(yīng)電壓不再相等而進行定轉(zhuǎn)子不同心保護的；或所述的保護器是轉(zhuǎn)向保護電路，其是利用反轉(zhuǎn)時三相檢測線圈的感應(yīng)電壓的相序發(fā)生變化而進行轉(zhuǎn)向保護的；或所述的保護器是上述保護電路的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護裝置，其特征是檢測線圈的中心線與相應(yīng)的電動機定子繞組的極相組的中心線重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的保護裝置，其特征是對兩極電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；或?qū)蓸O電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距的一半，每相設(shè)兩個檢測線圈，此兩個檢測線圈的軸線相隔180度機械角度，按電壓相減的方向連接，并將連接線引出，三相共設(shè)六個檢測線圈，三相檢測線圈的軸線互隔120度機械角度，三相檢測線圈按星形連接，從而在星點與每相兩個檢測線圈連接線之間得到對應(yīng)每相的檢測線圈的感應(yīng)電壓，在每相串聯(lián)的兩個檢測線圈的兩端得到同相檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的保護裝置，其特征是對6n極的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)一個檢測線圖，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；或?qū)?n極的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，共設(shè)五個檢測線圈，其中三個對應(yīng)于一相，在圓周上互隔120度機械角度，將三個檢測線圈的同銘端接在一起，從而在此三個檢測線圈的另外三端的相互之間得到三個同相檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值，另外兩個檢測線圈對應(yīng)于另外兩相，三個同相檢測線圈中的任意一個與另外兩相的檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓，其中n＝1，2，3，...。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的保護裝置，其特征是對除兩極和6n極以外的其它極數(shù)的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)一個檢測線圈，三相共設(shè)三個檢測線圈，三個檢測線圈按星形連接，從而得到三相檢測線圈的感應(yīng)電壓；或?qū)Τ齼蓸O和6n極以外的其它極數(shù)的電動機，檢測線圈的節(jié)距接近電動機的極距，每相設(shè)兩個檢測線圈，此兩個檢測線圈的軸線相隔180度機械角度，按電壓相減的方向連接，并將連接線引出，三相共設(shè)六個檢測線圈，三相檢測線圈的軸線互隔120度機械角度，三相檢測線圈按星形連接，從而在星點與每相兩個檢測線圈連接線之間得到對應(yīng)每相的檢測線圈的感應(yīng)電壓，在每相串聯(lián)的兩個檢測線圈的兩端得到同相檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值，其中n＝1，2，3...。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護裝置，其特征是所述保護器包括一個電源電路，其中包括一個將變壓器的兩組二次線圈的電壓經(jīng)二極管V1-V8整流，電容器C1-C4濾波，三端穩(wěn)壓集成電路IC1、IC2穩(wěn)壓，電容器C5-C8濾波，由+Vcc和-Vcc兩端點給出兩個穩(wěn)定電壓的電路和將電源變壓器的一組二次線圈的電壓經(jīng)二極管V9-V12整流，電容器C9、C10濾波，由T10點給出反映電源電壓變化的電壓的電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護裝置，其特征是所述保護器中包括一個反映三相檢測線圈的感應(yīng)電壓的平均值的電路，其是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V13、V14、V15整流，電容器C11、C12、C13濾波，由運放A1取平均值，由運放A1的輸出端T12給出平均值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7、8所述的保護裝置，其特征是所述過載和/或欠壓保護電路，是將反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12點的電壓經(jīng)運放A7與設(shè)定電位器VR3的滑動端的設(shè)定電壓U1*取差放大，由運放A8、A9進行反時限延時后，由執(zhí)行、顯示電路實施過載和/或欠壓保護，所述的設(shè)定電位器VR3一固定端接地，另一固定端接反映電源電壓變化的T10，而反時限延時電路還受一個電動機斷電檢測電路控制，它是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V24、V25、V26取樣，由運放A10將其與一由電阻R28、R29將穩(wěn)定電壓+Vcc分壓的電壓U2*比較，由運放A10的輸出控制電子開關(guān)S1、S2進而控制反時限延時電路A8、A9，使得當(dāng)電動機斷電時，不使保護裝置誤動作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8所述的保護裝置，其特征是所述過壓保護電路是將反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12點的電壓經(jīng)運放A4與設(shè)定電位器VR2的滑動端的設(shè)定電壓U3*比較，經(jīng)運放A5、A6反時限延時，通過執(zhí)行、顯示電路實施過壓保護，所述的設(shè)定電位器VR2一固定端接地，另一固定端接穩(wěn)定電壓+Vcc。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的保護裝置，其特征是所述缺相保護電路是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V13、V14、V15整流，電容器C11、C12、C13濾波，由二極管V16-V21取最大差值，由運放A2放大，由運放A3將其與設(shè)定電位器VR1的滑動端的設(shè)定電壓U4*比較，通過執(zhí)行、顯示電路實施缺相保護，所述的設(shè)定電位器VR1一固定端接地，另一固定端接反映三相檢測線圈感應(yīng)電壓平均值的T12。
12.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6、7所述的保護裝置，其特征是所述定轉(zhuǎn)子不同心保護電路是將屬于同相的檢測線圈的感應(yīng)電壓的差值通過運放A11、A12、A13放大，運放A14、A15、A16低通濾波，由二極管V29、V30、V31、電容器C22取最大值整流、濾波，由運放A17將其與設(shè)定電位器VR7的滑動端的設(shè)定電壓U5*比較，通過執(zhí)行、顯示電路實施定轉(zhuǎn)子不同心保護，所述電位器VR7一固定端接地，另一固定端接反映電源電壓變化的T10。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護裝置，其特征是所述轉(zhuǎn)向保護電路是將三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)三極管V32、V33、V34將正弦波變換成對應(yīng)的方波，由觸發(fā)器IC4、IC5和與非門IC3、IC6組成的相序判斷邏輯電路進行相序判斷，進而通過執(zhí)行、顯示電路實施轉(zhuǎn)向保護。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護裝置，其特征是所述保護器是過載、欠壓、缺相保護電路，其是由三相檢測線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管V61、V62、V63整流，電容器C25、C26、C27濾波，分別通過三極管V64、V65、V66與設(shè)定電位器VR8的滑動端的設(shè)定電壓U6*比較，再經(jīng)過電容器C28、C29、C30適當(dāng)反時限延時，經(jīng)二極管V67、V68、V69組成的與電路控制三極管V70的導(dǎo)通與截止進而控制繼電器J2，在電動機處于過載、欠壓、缺相狀態(tài)時，使電動機的主線路斷開，所述設(shè)定電位器VR8的一固定端接地，另一固定端接三端穩(wěn)壓集成電路IC7的輸出端。
全文摘要
一種三相交流電動機保護裝置，該保護裝置包括嵌放于電動機定子槽中的對應(yīng)于三相定子繞組的三相檢測線圈和與之相連接的保護器，利用檢測線圈的感應(yīng)電壓與旋轉(zhuǎn)磁場強度的對應(yīng)關(guān)系，對電動機的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，當(dāng)電動機處于堵轉(zhuǎn)、過載、過壓、欠壓、定轉(zhuǎn)子不同心、缺相、反轉(zhuǎn)狀態(tài)時，由保護器的輸出控制電動機的主線路斷開。
文檔編號H02K11/00GK1154007SQ9511897
公開日1997年7月9日 申請日期1995年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月6日
發(fā)明者田京濤 申請人:田京濤