專利名稱：負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于交流電機(jī)保護(hù)裝置，它應(yīng)用于3-200KW三相交流電動(dòng)機(jī)缺相、過載、堵轉(zhuǎn)(抱軸)的保護(hù)；同時(shí)適用于需要用計(jì)算機(jī)監(jiān)視電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，獲取數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的電機(jī)保護(hù)辦法是熱繼電器或熱敏電阻，他們靈敏度差，有時(shí)反應(yīng)不靈或控制不準(zhǔn)而造成電機(jī)燒毀事故。近年來，市場(chǎng)上出現(xiàn)的各種電機(jī)保護(hù)器因采樣不準(zhǔn)以及采用定性控制方法或電位器的調(diào)控方式，人機(jī)界面不清人為因素較多，使保護(hù)器失控，電機(jī)產(chǎn)生誤控或燒壞電機(jī)。在中國(guó)專利雖然公開一種“負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器”(CN230020PY)，但由于所采用的電路結(jié)構(gòu)(如三相電流僅采用一相作過流采樣信號(hào)、元件采用分立器件，用可控硅作執(zhí)行器件等)，也存在著類似的缺陷。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(即三相電流)作定量控制，人機(jī)界面簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)了一種可靠、準(zhǔn)確和不會(huì)產(chǎn)生誤控的負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器。
本實(shí)用新型技術(shù)方案是這樣在殼體上包括有電機(jī)電源線穿線孔、電源開關(guān)、電纜插頭座、負(fù)載顯示器和過載、正常、缺相指示，在殼體內(nèi)具有包括三相電流互感器、放大器、跟隨器、比較器、驅(qū)動(dòng)器、繼電器構(gòu)成的電機(jī)過流和堵轉(zhuǎn)控制電路、電機(jī)缺相控制電路，三相電流互感器的輸入為三相電機(jī)的三相電流信號(hào)。
電機(jī)過流和堵轉(zhuǎn)控制電路三相電流互感器的各相電流輸出經(jīng)整流濾波后經(jīng)二極管連接跟隨器，該跟隨器后接放大器的輸出端與RC積分器線路連接，RC積分器線路產(chǎn)生的延時(shí)信號(hào)接比較器的一輸入端、比較器的另一輸入端接參考電壓，比較器輸出端經(jīng)二極管后接或門一輸入端、或門另一輸入端接地，該或門的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后接繼電器的電流線圈。
電機(jī)缺相控制電路三相電流互感器的各相電壓連接相應(yīng)的三個(gè)比較器的輸入端，該各輸入端與上述中的各相電流整流濾波后相接，三個(gè)比較器的另一輸入端為上述中的參考電壓且經(jīng)電阻分壓和跟隨器后相連接，三個(gè)比較器的輸出端分別接兩異或門的輸入端，該兩異或門的輸出端經(jīng)二極管后并聯(lián)再接RC積分器線路，該線路產(chǎn)生的延時(shí)信號(hào)接或門一輸入端、或門另一輸入端接地、或門的輸出端經(jīng)二極管后再與上述中連接三極管的或門輸入端并接，該或門的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后接繼電器的電流線圈。
為提供比較器(即采樣信號(hào)比較器)的參考電壓，提供了一線性較好與電機(jī)功率相對(duì)應(yīng)的參考電壓。該參考電壓是由撥碼開關(guān)設(shè)定電機(jī)功率經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器、放大器組成一個(gè)與電機(jī)功率相對(duì)應(yīng)的量化參考電壓。
采用運(yùn)放集成塊聯(lián)成所述的放大器、跟隨器、比較器，驅(qū)動(dòng)器和D/A轉(zhuǎn)換器均為集成塊。
驅(qū)動(dòng)器采用MOSTTL輸入多通道驅(qū)動(dòng)集成塊，異或門和或門采用4異或門集成塊，撥碼開關(guān)為8421撥碼開關(guān)。
在上述電機(jī)過流和堵轉(zhuǎn)控制電路中，在放大器輸出端還經(jīng)跟隨器后與在殼體上的PC監(jiān)測(cè)接口和負(fù)載顯示器相連。
在上述電機(jī)缺相控制電路中，電阻分壓比為1∶6-11。
本實(shí)用新型采用以上的電路結(jié)構(gòu)，在控制電路中的電流互感器，是提取三相電機(jī)三相電流信號(hào)，通過半波整流分為兩路直流采樣信號(hào)送入控制電路，其一路提供電機(jī)過流和堵轉(zhuǎn)控制信號(hào)、另一路提供電機(jī)缺相控制信號(hào)。
在電機(jī)過流和堵轉(zhuǎn)控制電路對(duì)三相信號(hào)作選擇處理，提取最大一相采樣電流信號(hào)，經(jīng)跟隨器、放大器、RC積分器線路提供一個(gè)具有量化的定時(shí)延時(shí)信號(hào)，與參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)采樣信號(hào)大于設(shè)定的參考電壓，通過驅(qū)動(dòng)器使直流繼電器釋放、繼電器觸點(diǎn)斷開，切斷電機(jī)配電盤上交流接觸器電源，交流接觸器釋放，三相電源切斷，電機(jī)停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)電機(jī)的目的。
在電機(jī)缺相控制電路將三相交流電流三路采樣信號(hào)分別送至三個(gè)比較器的輸入端，該三個(gè)比較器參考電壓為同樣取自上述中的參考電壓，經(jīng)電阻分壓、跟隨器后作為所述三個(gè)比較器的參考電壓，用同一個(gè)缺相參考電壓進(jìn)行比較和異或門電路邏輯運(yùn)算，大于參考電壓則比較器輸出“1”(正常運(yùn)行時(shí)，因三相電流其采樣的信號(hào)均大于缺相參考電壓，使三個(gè)比較器均輸出為“1”，將此三路信號(hào)經(jīng)過一定的邏輯運(yùn)算F＝ab+bC，控制處理，只要發(fā)生一路或兩路信號(hào)為零，則F函數(shù)為“1”)，此“1”信號(hào)經(jīng)過RC積分器產(chǎn)生一延時(shí)信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器控制繼電器觸點(diǎn)斷開，同上所述，切斷三相電源、電機(jī)停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)電機(jī)的目的。
在執(zhí)行上述兩類保護(hù)的同時(shí)，面板上的指示燈也發(fā)出相應(yīng)的指示。
本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)上的不足，它具有兩個(gè)明顯的量化參量控制，一個(gè)是量化的電流，一個(gè)是保護(hù)時(shí)間。前一個(gè)量化可嚴(yán)格監(jiān)控電機(jī)的情況，過載電流超過2倍，則實(shí)施過載保護(hù)，超過6倍左右則執(zhí)行堵轉(zhuǎn)保護(hù)；后一個(gè)量化，即保護(hù)時(shí)間嚴(yán)格按照電動(dòng)機(jī)例行檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行保護(hù)。過載2倍，電機(jī)必須在15秒內(nèi)執(zhí)行保護(hù)。抱軸電流一般為額定電路的6倍，其保護(hù)時(shí)間(在冷狀態(tài)不能超過10秒)，考慮電機(jī)一般均處于運(yùn)行態(tài)，會(huì)有不同發(fā)熱，所以本保護(hù)器在發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)，保護(hù)時(shí)間為4秒以內(nèi)。
以下將要詳述的本實(shí)用新型實(shí)施例，三相電機(jī)的缺相、過載、堵轉(zhuǎn)三種電機(jī)故障，保護(hù)過程控制完全處于定量控制之下，使整個(gè)保護(hù)準(zhǔn)確有效，不致產(chǎn)生誤控(比如電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流很大，這是一種異常的控制信號(hào)，但又是電機(jī)運(yùn)行的正常信號(hào)，采取了延時(shí)保護(hù)，將電機(jī)三種故障保護(hù)的時(shí)間必須均控制在1.5秒以上，則不會(huì)產(chǎn)生誤控)；僅通過撥碼開關(guān)對(duì)電機(jī)功率進(jìn)行設(shè)定，具有嚴(yán)格的量化設(shè)定，故人機(jī)界面簡(jiǎn)單；從線路組成上因無三極管分離器件，全采用組合邏輯控制，無時(shí)序邏輯控制，也既是說控制線路對(duì)干擾信號(hào)不“敏感”，因此具有強(qiáng)的抗干擾能力。本保護(hù)器具有實(shí)用性和較好的可靠性。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施制作詳述說明
圖1為本實(shí)用新型的控制電路原理圖。
圖2為本實(shí)用新型的殼體主視示意圖。
圖3為圖2的俯視示意圖。
圖4為圖2的側(cè)視示意圖。
圖5為本實(shí)用新型的安裝示意圖。
參見圖1-圖5本保護(hù)器的殼體11的面板1上具有顯示器2(數(shù)字面板表)、停電監(jiān)測(cè)開關(guān)5、電源開關(guān)10、電動(dòng)機(jī)功率撥碼開關(guān)9和停電監(jiān)測(cè)、過載、正常、缺相指示燈(3、6、7、8)，在殼體11設(shè)有三個(gè)電機(jī)電源線穿線孔13，在殼體11側(cè)部具有與電源、繼電器觸點(diǎn)相接的插頭座4和PC監(jiān)測(cè)接口14，并具有將保護(hù)器安裝固定在配電盤上的帶螺孔的固定板12，在殼體11內(nèi)具有對(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)缺相、過載、堵轉(zhuǎn)進(jìn)行保護(hù)的控制電路，該電路采用組合邏輯控制，包括電流互感器(L1～L3)、運(yùn)放集成塊U2、U6、U5和異或門集成塊U1、多通道驅(qū)動(dòng)器U3、D/A轉(zhuǎn)換集成塊U4、8421撥碼開關(guān)K(圖2中的標(biāo)號(hào)9)、直流繼電器J。其U3采用MOSTTL輸入7通道驅(qū)動(dòng)器，U2、U6為4運(yùn)放集成塊，U2連成放大器U2-1、跟隨器(U2-4、U2-3)、比較器U2-2，U6連成比較器(U6-1、U6-2、U6-3)、跟隨器U6-4，U1為4個(gè)異或門(在圖1的電路連接中U1-3、U1-2為異或門，U1-1、U1-4連接成或門)、U5為雙運(yùn)放集成塊。
在控制電路中L1～L3為三只電流互感器，分別采樣電動(dòng)機(jī)A、B、C三相電流信號(hào)通過電阻R23-R25轉(zhuǎn)換為交流電壓，由二極管D1～D3、電容C2～C4整流濾波后，分別經(jīng)二極管D12～D14連接于一點(diǎn)，再經(jīng)電阻R22、R21分壓接跟隨器U2-4，隔離后的信號(hào)由放大器U2-1放大。其一路由跟隨器U2-3送至接口CZ(圖4中的標(biāo)號(hào)14，作為計(jì)算機(jī)采樣信號(hào))和負(fù)載顯示器2；另一路經(jīng)R13、C8積分延時(shí)送至比較器U2-2的5腿。該比較器U2-2的6腿參考電壓，受控于電動(dòng)機(jī)M功率設(shè)定。它是通過8421撥碼開關(guān)K(圖2中的標(biāo)號(hào)9)，設(shè)定電機(jī)M功率，產(chǎn)生8、4、2、1碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換集成塊U4，由運(yùn)放集成塊U5的1腿送至比較器U2-2的6腿。也就是說通過比較器U2-2對(duì)采樣信號(hào)及設(shè)定功率比較，產(chǎn)生控制信號(hào)。如采樣信號(hào)大于功率設(shè)定值時(shí)，比較器U2-2輸出“1”(高電平)，經(jīng)二極管D15、D9使或門U1-1的2腿為“1”，此時(shí)輸出端3腿為“1”，U3的16腿為“0”(低電平)，U3輸出端10、11、12為“1”，此時(shí)繼電器J無工作電流而釋放，控制觸點(diǎn)J1、J2、J3斷開，切斷三相交流電壓電源，執(zhí)行保護(hù)。同時(shí)，U3的3腿因?yàn)椤?”，則使U3的14腿為“0”驅(qū)動(dòng)過載發(fā)光二極管Z2燈亮，表示過載。此處規(guī)定為超過電機(jī)額定電流2倍為過載，6倍為堵轉(zhuǎn)。由前面提到執(zhí)行保護(hù)時(shí)間前者為15秒以內(nèi)，后者小于4秒。承擔(dān)此項(xiàng)指標(biāo)控制線路為R11、C9組成的積分器，R11輸入端電壓增高，使執(zhí)行保護(hù)的時(shí)間短，反之則加長(zhǎng)，使過載的兩種現(xiàn)象獲得準(zhǔn)確可靠的保護(hù)。用作切斷三相電源的關(guān)鍵控制繼電器J，在正常時(shí)工作于導(dǎo)通狀態(tài)，控制觸點(diǎn)J1、J2、J3(常開)吸合，處于常閉態(tài)。反之，保護(hù)時(shí)則繼電器J釋放，控制觸點(diǎn)J1、J2、J3斷開。從上述過載保護(hù)原理介紹，電機(jī)M正常時(shí)驅(qū)動(dòng)器U3的16腿為“1”，過載為“0”。
因此，缺相時(shí)要執(zhí)行保護(hù)，也應(yīng)使U3的16腿為“0”。
在控制電路中輸入采樣的三相電壓在A、B、C三點(diǎn)，一路經(jīng)二極管D14～D12送出供過載保護(hù)控制。另一路A、B、C分別直接送至運(yùn)算放大集成塊U6的三個(gè)比較器(U6-1、U6-2、U6-3)輸入端5、10、3，該三個(gè)比較器的參考電壓均取自U5輸出(同過載保護(hù)參考電壓)，經(jīng)電阻R4、R5分壓(分壓比1∶10左右)，再經(jīng)U6-4的14腿輸出到三個(gè)比較器(U6-1、U6-2、U6-3)輸入端，作為其比較器參考電壓。此參考電壓設(shè)定，必須低于采樣的電壓約10％左右，以保證無論電動(dòng)機(jī)M本身工作在空載或滿載情況下，保證U6三個(gè)比較器的輸出腿7、8、1均為“1”電平，通過U1-2、U1-3和二極管D8、D7邏輯控制使D點(diǎn)邏輯表達(dá)式F＝ab+bc結(jié)果為0。反之，如發(fā)生缺相，則某項(xiàng)采樣信號(hào)為“0”，U6三比較器(U6-1、U6-2、U6-3)相應(yīng)的輸出端為“0”，通過上述邏輯控制，使F等于“1”。此信號(hào)通過R11、C9積分器延時(shí)(約2到3秒)使或門U1-4的11腿為“1”，通過二極管D11此信號(hào)使U1-1輸出3腿為“1”，驅(qū)動(dòng)器U3的16腿為“0”。驅(qū)動(dòng)器U3的輸出端10、11、12為“1”，控制繼電器J釋放，控制觸點(diǎn)J1、J2、J3斷開，切斷配電盤交流接觸器KM線包電源，執(zhí)行保護(hù)，在U1-4輸出端11，剛才已提到缺相時(shí)為“1”，使驅(qū)動(dòng)器U3的13腿為“0”，缺相保護(hù)指示Z1燈亮。
控制電路的主要參數(shù)U2、U6型號(hào)LM324；U5型號(hào)LM358；U3型號(hào)MC1416；U4型號(hào)DAC0808；U1型號(hào)C1D4070；CZ為同軸插座；繼電器J型號(hào)JQX-16FZ；電容C8為68uF、電阻R13為200KΩ，電容C9為47uF、電阻R11為47KΩ。
本保護(hù)器的操作步驟及使用方法1、將保護(hù)器殼體11的固定板12用螺釘安裝固定在配電盤上。
2、保護(hù)器側(cè)面板上電纜插頭座4上接線端頭，電源端(按標(biāo)示電壓)連接于配電盤進(jìn)線端，保護(hù)器的繼電器控制觸點(diǎn)兩端頭串接于配電盤交流接觸器KM線圈電源線一端，具體接線參見圖5。
3、將電機(jī)三根電源進(jìn)線穿過保護(hù)器殼體11后部三個(gè)大孔13再接到電機(jī)M上電源端。
4、如想用計(jì)算機(jī)監(jiān)視電機(jī)M運(yùn)行情況，保護(hù)器側(cè)面板上安裝有電機(jī)運(yùn)行情況電壓輸出信號(hào)(滿量程10V左右)輸出接口14，可通過同軸線連接于計(jì)算機(jī)。
5、關(guān)于電機(jī)功率的設(shè)定說明根據(jù)電機(jī)標(biāo)牌上功率值，調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)K進(jìn)行設(shè)定。
6、電機(jī)M出現(xiàn)缺相、過載、抱軸等情況，保護(hù)器將切斷電機(jī)M電源。待檢查排除故障后，再重新啟動(dòng)配電盤上啟動(dòng)按鈕開關(guān)J0即可恢復(fù)正常工作。
7、如遇停電或保護(hù)器無交流輸入電源，或(保護(hù)器內(nèi)線式保險(xiǎn)器)斷，保護(hù)器殼體上的停電監(jiān)測(cè)燈3將會(huì)出現(xiàn)燈光報(bào)警。
8、面板上三個(gè)指標(biāo)燈6、7、8(即Z1、Z2、Z3)分別指示缺相、正常、過載三種工作狀態(tài)。缺相、過載燈亮電機(jī)均停止運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器，在殼體上包括有電機(jī)電源線穿線孔、電源開關(guān)、電纜插頭座、負(fù)載顯示器和過載、正常、缺相指示，在殼體內(nèi)具有包括三相電流互感器、放大器、跟隨器、比較器、驅(qū)動(dòng)器、繼電器構(gòu)成的電機(jī)過流和堵轉(zhuǎn)控制電路、電機(jī)缺相控制電路，三相電流互感器的輸入為三相電機(jī)的三相電流信號(hào)，其特征在于A、電機(jī)過流和堵轉(zhuǎn)控制電路三相電流互感器的各相電流輸出經(jīng)整流濾波后經(jīng)二極管連接跟隨器，該跟隨器后接放大器的輸出端與RC積分器線路連接，RC積分器線路產(chǎn)生的延時(shí)信號(hào)接比較器的一輸入端、比較器的另一輸入端接參考電壓，比較器輸出端經(jīng)二極管后接或門一輸入端、或門另一輸入端接地，該或門的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后接繼電器的電流線圈，B、電機(jī)缺相控制電路三相電流互感器的各相電壓連接相應(yīng)的三個(gè)比較器的輸入端，該各輸入端與上述A中的各相電流整流濾波后相接，三個(gè)比較器的另一輸入端為上述A中的參考電壓且經(jīng)電阻分壓和跟隨器后相連接，三個(gè)比較器的輸出端分別接兩異或門的輸入端，該兩異或門的輸出端經(jīng)二極管后并聯(lián)再接RC積分器線路，該線路產(chǎn)生的延時(shí)信號(hào)接或門一輸入端、或門另一輸入端接地、或門的輸出端經(jīng)二極管后再與上述A中連接二極管的或門輸入端并接，該或門的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后接繼電器的電流線圈，C、所述的參考電壓是由撥碼開關(guān)設(shè)定電機(jī)功率經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器、放大器組成一個(gè)與電機(jī)功率相對(duì)應(yīng)的量化參考電壓。D、采用運(yùn)放集成塊聯(lián)成所述的放大器、跟隨器、比較器，驅(qū)動(dòng)器和D/A轉(zhuǎn)換器均為集成塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器，其特征在于驅(qū)動(dòng)器采用MOSTTL輸入多通道驅(qū)動(dòng)集成塊，異或門和或門采用4異或門集成塊，撥碼開關(guān)為8421撥碼開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器，其特征在于在上述A中放大器輸出端，還經(jīng)跟隨器后與在殼體上的PC監(jiān)測(cè)接口和負(fù)載顯示器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器，其特征在于在上述B中的電阻分壓比為1∶6-11。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種負(fù)載監(jiān)控式電機(jī)保護(hù)器。它采用電流互感器,提取三相電機(jī)三相電流信號(hào),轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào),通過半波整流分為兩路直流采樣信號(hào),該信號(hào)與參考電壓(由撥碼開關(guān)設(shè)定電機(jī)功率經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換而成的量化電壓)經(jīng)比較器后送入主控器,通過相關(guān)邏輯運(yùn)算對(duì)三相電機(jī)的缺相、過載、堵轉(zhuǎn)故障,準(zhǔn)確有效地保護(hù),不致產(chǎn)生誤控。本保護(hù)器在線路組成上因無三極管分離器件,采用組合邏輯控制,無時(shí)序邏輯控制,故具有強(qiáng)的抗干擾能力。
文檔編號(hào)H02H7/08GK2412306SQ99241200
公開日2000年12月27日 申請(qǐng)日期1999年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月27日
發(fā)明者彭明輝 申請(qǐng)人:成都晶峰電子有限公司