專利名稱：有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緊急保護(hù)電路裝置，尤其涉及專用于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路。
在工礦企業(yè)和揚(yáng)水站等用電大戶中，運(yùn)行著總數(shù)多達(dá)幾百萬(wàn)臺(tái)的大型高、低壓電動(dòng)機(jī)。由于電動(dòng)機(jī)過(guò)載、短路、缺相、接地等故障，常引起電動(dòng)機(jī)被燒毀的事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；所以，“電動(dòng)機(jī)保護(hù)”就成了電業(yè)領(lǐng)域的重要課題之一。在目前已經(jīng)以商品面市的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置中，有專門針對(duì)過(guò)負(fù)載、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等對(duì)稱性故障的正序反時(shí)限保護(hù)電路；也有專門針對(duì)斷相、短路等不稱故障的負(fù)序反時(shí)限保護(hù)電路及專門針對(duì)接地故障的零序電流保護(hù)電路。此外，還有將以上兩種或叁種保護(hù)電路組合的綜合性保護(hù)。由于三種保護(hù)電路的保護(hù)范圍不同，且不可相互替代；因接地故障造成的電機(jī)燒毀事故甚多，故零序電流保護(hù)電路及裝置的研究與生產(chǎn)仍占有重要的位置。
目前，電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置中采用的零序電流保護(hù)電路，其原理框圖如

圖1所示。按這種原理框圖制作的零序電流保護(hù)裝置早已面市并有眾多用戶，故其相應(yīng)的電路亦早已成為公知技術(shù)。這種零序電流保護(hù)裝置，有較高的靈敏性，能有效的保護(hù)電機(jī)；但是，當(dāng)區(qū)外故障時(shí)它們極易產(chǎn)生誤動(dòng)作而影響電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行造成不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。因此，保證保護(hù)裝置原有的靈敏性、避免誤動(dòng)作、提高保護(hù)裝置的可靠性，是提高零序電流保護(hù)裝置的重要課題。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠區(qū)別區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的“有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路”，該保護(hù)電路在區(qū)外故障時(shí)能使繼電器不跳閘，而在區(qū)內(nèi)故障時(shí)高靈敏跳閘，以使電機(jī)動(dòng)得到有效保護(hù)而且不產(chǎn)生誤動(dòng)作，進(jìn)一步提高保護(hù)電路的可靠性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下(參見(jiàn)圖2、圖3)本發(fā)明在保護(hù)電路中增設(shè)了功率方向元件，該功率方向元件包括移相電路、零序電流元件、延時(shí)50ms電路電壓方波電路、電流方波電路、比相電路和邏輯電路。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是對(duì)于電動(dòng)機(jī)的零序電流保護(hù)，不論電網(wǎng)的中性點(diǎn)是否接地或是否經(jīng)過(guò)電阻接地，當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，其零序電流I0和零序電壓U0的關(guān)系為I0超前U090°；而當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，則變?yōu)镮0滯后U090～180°；另外，為了躲開(kāi)故障瞬間過(guò)渡過(guò)程的影響，延時(shí)50ms開(kāi)放是必要的。故本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是在零序電壓50HZ濾波器前增設(shè)一個(gè)移相電路，把輸出相位比輸入相位提前90°；在零序電壓和零序電流的50HZ帶通濾波電路后各設(shè)一個(gè)方波電路，把正弦波變?yōu)楸阌诒容^的方波，該兩方波同時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)異或門比相后，將結(jié)果信號(hào)送至設(shè)有與門的邏輯電路并作為邏輯電路的控制信號(hào)之一，而且該邏輯電路同時(shí)受控于零序電流50HZ帶通濾波電路后的零序電流元件電路，該元件電路的輸出經(jīng)50ms延時(shí)電路后輸?shù)皆O(shè)有與門的邏輯電路并作為其控制信號(hào)之二，邏輯電路的輸出經(jīng)1～9.9S延時(shí)整定電路后將信號(hào)輸給接地跳閘或/和接地信號(hào)電路。
為使描述更加清楚明了，茲結(jié)合最佳實(shí)施例(參見(jiàn)圖3)中借用的現(xiàn)有技術(shù)如零序電壓和零序電流的50HZ帶通濾波電路、延時(shí)整定1～9.9S電路和其后的接地信號(hào)及接地跳閘電路作一簡(jiǎn)單說(shuō)明，并對(duì)本發(fā)明特征技術(shù)詳述如下1.零序電壓50HZ帶通濾波電路，包括R5、R6、R7、R8、R9、C2、C3和運(yùn)放U1B(LM1558型)。
2.零序電流50HZ帶通濾波電路，包括R18、R19、R20、R21、R22、R23、C16、C8、及運(yùn)放U2A，UZA為L(zhǎng)M1558型。
3.延時(shí)整定1～9.9S電路包括R42、晶震CR、U5(4060型)分頻器U6A(4518型)和U6B(4518型)、LP3、U7A(4518型)、U7B(4518型)、D9～D16、BL4、BL4、C11、C12、R44、R45和或門U4C(4071型)，以及電阻排RP1、RPZ、RP3、RP4、BL1組成。
4.接地信號(hào)與接地跳閘電路，由D17、C13、KZ及W組成，該電路從延時(shí)整定1～9.9S電路中U4C(或門)的輸出腳接受信號(hào)。
本發(fā)明的特征技術(shù)為(1)零序電壓的移相電路，零序電壓輸入經(jīng)C1與U1A(LM1458)的輸入腳3相接，并經(jīng)R1與U1A的輸入腳2相接，腳2經(jīng)R2與U1A的輸出腳1相接，該輸出接腳1與零序電壓帶通濾波電路中的R5，C1的右端接R4下端，R4上端經(jīng)R3及與之并聯(lián)的LP1接地。
(2)零序電壓方波電路，其R10左端接端接N8、右端接F1A腳3，R11左端接U1B的輸出、右端接F1A的腳3，使F1A的輸出成為方波；F1B為L(zhǎng)M224型。
(3)零序電流方波電路，R25左端接N8、右端接F1B(LM224)的腳5，R24左端接U2A的輸出、右端接F1B的接腳6，腳6經(jīng)R26與F1B的輸出腳7相接。
(4)比相電路由U3A(4070型)構(gòu)成異或門，其輸入腳1接F1A的輸出，輸入腳2接F1B的輸出。當(dāng)零序電壓方波與零序電流方波電路的輸出相位相同時(shí)，則U3A輸出低電平；若兩方波電路的輸入相位不同時(shí)，則U3A輸出高電平；F1A、F1B為L(zhǎng)M224型。
(5)零序電流元件，其U2B(LM1558)的輸入腳5與零序電流帶通濾波器中U2A(LM1558)的輸出相接，U2B的輸入腳6與輸出腳7短路，U2B的輸出腳7經(jīng)R29及與電阻排RP1-RP4相接的導(dǎo)線之結(jié)點(diǎn)N4接F2A(LM224)的輸入腳2，且該接腳2經(jīng)R31及K接-15V，F(xiàn)2A的另一輸入腳3經(jīng)R30接地，F(xiàn)2A的輸出腳1經(jīng)與導(dǎo)線N5相聯(lián)的結(jié)點(diǎn)及R32與F2B(LM224)的輸入腳5相接，F(xiàn)2B的另一輸入腳6經(jīng)R33接地并經(jīng)R34和RW1與F2B的輸出腳7相接。
(6)延時(shí)50ms電路，其F2C(LM1558)的輸入腳10經(jīng)R35與F2B的輸出相接，F(xiàn)2C另一輸入腳9經(jīng)R36接+15V并經(jīng)WY1(7.5V)接地，F(xiàn)2C的輸出腳8接D6負(fù)端，D6正端通過(guò)其后的結(jié)點(diǎn)分別接F2D(LM224)的輸入腳13、經(jīng)C9接地、經(jīng)R39接+15V，F(xiàn)2D的另一輸入腳12經(jīng)R37接+15V并通過(guò)R37與R38的結(jié)點(diǎn)經(jīng)R38接地，F(xiàn)2D的輸出腳14接D7的負(fù)端，D7正端通過(guò)其后結(jié)點(diǎn)分別接U3D(4070型)的輸入腳13、經(jīng)R40接+15V、經(jīng)C10接地，U3D的另一輸入腳12接+15V，U3D的輸出腳11接U4B的輸入腳5，U4B的另一輸入腳6接地，U4B(4071型)的輸出腳4經(jīng)與導(dǎo)線N3相接的結(jié)點(diǎn)分別經(jīng)R41、D8接F2C的輸入腳10及LP2的3。
(7)邏輯電路其F1C(LM224)的輸入腳10接D1正端，D1負(fù)端與U3A的輸出相接，F(xiàn)1C的腳10經(jīng)R12接+15V、經(jīng)C4接地、D2正端，F(xiàn)1C的另一輸出腳9接7.5V門檻，其輸出腳8接U3B(4070)的輸入腳5，U3B的另一輸入腳6接地，U3B的輸出腳4接F1D(224型)的輸入腳13，F(xiàn)1D的另一輸入腳12經(jīng)R13接+15V并經(jīng)R14接地，F(xiàn)1D的輸出腳14接D4的負(fù)端，D4正端右的結(jié)點(diǎn)接U3C(4070)的輸入腳9、經(jīng)R16接+15V、經(jīng)C15接地，U3C的另一輸入腳8接+15V，U3C的輸出腳10接D5的負(fù)端、D5正端經(jīng)其右的結(jié)點(diǎn)分別接U4A(4071型)的輸入腳1、經(jīng)R17接+15V、經(jīng)C6接地，U4A的另一輸入腳2接地，U4A的輸出腳3接LP2的4并經(jīng)R15、D3經(jīng)C4與R12的結(jié)點(diǎn)接F1C的輸入腳10，導(dǎo)線N3接D2負(fù)端，D2正端接C4與R12的結(jié)點(diǎn)。
上述電路的工作過(guò)程如下當(dāng)區(qū)內(nèi)或區(qū)外有故障時(shí)，有零序電流輸出，在零序電流元件中U2B的輸出全波電流，F(xiàn)2A輸出高電平，F(xiàn)2B輸出高電平；在延時(shí)50ms電路中，F(xiàn)2C輸出高電平，D6截止、C9充電，F(xiàn)2D中13的的輸入大于12的的輸入時(shí)則輸出為低電平，D7導(dǎo)通，C10不充電，U3D輸出高電平；U4B輸出高電平；反之，當(dāng)區(qū)內(nèi)和區(qū)外均沒(méi)有故障時(shí)，則零序電流元件的輸出為低電平；由于延時(shí)50ms電路只起延時(shí)作用，其輸入電平與輸入電平恒相同，故其輸出必是低電平。綜上所述，當(dāng)區(qū)外有故障而區(qū)內(nèi)無(wú)故障或區(qū)內(nèi)區(qū)外均無(wú)故障時(shí)，比相電路U3A輸出低電平，延時(shí)50ms電路的U4B輸出高電平，D1導(dǎo)通D2截止，C4不能充電，F(xiàn)1C的輸入為低電平、輸出也為低電平，U3B輸出低電平，F(xiàn)1D輸出高電平，D4截止，C5充電，U3C輸出低電平，D5導(dǎo)通，C6不能充電，U4A輸出低電平，繼電器不能跳閘。當(dāng)區(qū)外無(wú)故障而僅有區(qū)內(nèi)故障時(shí)，比相電路U3A輸出高電平，而從零序電流元件后的延時(shí)50ms中U4B的輸出也為高電平，D1、D2均被截止，C4充電，F(xiàn)1C的輸入與輸出均為高電平，U3B輸出高電平，F(xiàn)1D輸出低電平，D4截止，C5充電，U3C輸出高電平，D5截止，C6充電，U4A輸出高電平，經(jīng)延時(shí)1～9.9S使繼電器動(dòng)作、切斷電動(dòng)機(jī)電源。
由此不難看出，本保護(hù)電路只有在區(qū)內(nèi)有故障而區(qū)外無(wú)故障時(shí)，繼電器才能靈敏地跳閘，切斷電動(dòng)機(jī)電源；而在區(qū)外有故障區(qū)內(nèi)無(wú)故障或者和區(qū)內(nèi)區(qū)外都無(wú)故障時(shí)，繼電器決不會(huì)跳閘，保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，故而本發(fā)明的保護(hù)電路不僅具有高靈敏性，還有無(wú)誤動(dòng)作的高可靠性；本保護(hù)電路在試驗(yàn)和企業(yè)試用中，也進(jìn)一步證明了上述優(yōu)點(diǎn)，其性能完全達(dá)到了本發(fā)明預(yù)期目的。
權(quán)利要求
1.一種專用于有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，包括50HZ帶通電壓濾波器、50HZ帶通電流濾波器、邏輯電路、延時(shí)帶定1-9.9S電路、接地信號(hào)和接地跳閘電路，其特征在于本發(fā)明增加了由移相電路、電壓方波電路、電流方波電路、零序電流元件、50ms延時(shí)電路和邏輯電路組成的功率方向元件，即在零序電壓50HZ濾波器前增設(shè)一個(gè)移相電路，把輸出相位比輸入相位提前90°；在零序電壓和零序電流的50HZ帶通濾波電路后各設(shè)一個(gè)方波電路，該兩方波同時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)異或門比相后，將輸出信號(hào)送至設(shè)有與門的邏輯電路并作為邏輯電路的控制信號(hào)之一，該邏輯電路同時(shí)受控于零序電流50HZ帶通濾波電路后的零序電流元件電路，該元件電路的輸出經(jīng)50ms延時(shí)電路后輸?shù)皆O(shè)有與門的邏輯電路并作為其控制信號(hào)之二，邏輯電路的輸出經(jīng)1～9.9S延時(shí)整定電路后將信號(hào)分別輸給接地跳閘或/和接地信號(hào)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，其特征在于，所述的零序電壓的移相電路，零序電壓輸入經(jīng)C1與U1A(LM1458)的輸入腳3相接，并經(jīng)R1與U1A的輸入腳2相接，腳2經(jīng)R2與U1A的輸出腳1相接，該輸出接腳1與零序電壓帶通濾波電路中的R5，C1的右端接R4下端，R4上端經(jīng)R3及與之并聯(lián)的LP1接地；所述的零序電壓方波電路，其R10左端接端接N8、右端接F1A腳3，R11左端接U1B的輸出、右端接F1A的腳3，使F1A的輸出成為方波；F1B為L(zhǎng)M224型；所述的零序電流方波電路，R25左端接N8、右端接F1B(LM224)的腳5，R24左端接U2A的輸出、右端接F1B的接腳6，腳6經(jīng)R26與F1B的輸出腳7相接；所述的比相電路由U3A(4070型)構(gòu)成異或門，其輸入腳1接F1A的輸出，輸入腳2接F1B的輸出。當(dāng)零序電壓方波與零序電流方波電路的輸出相位相同時(shí)，則U3A輸出低電平；若兩方波電路的輸入相位不同時(shí)，則U3A輸出高電平；F1A、F1B為L(zhǎng)M224型；所述的零序電流元件，其U2B(LM1558)的輸入腳5與零序電流帶通濾波器中U2A(LM1558)的輸出相接，U2B的輸入腳6與輸出腳7短路，U2B的輸出腳7經(jīng)R29及與電阻排RP1-RP4相接的導(dǎo)線之結(jié)點(diǎn)N4接F2A(LM224)的輸入腳2，且該接腳2經(jīng)R31及K接-15V，F(xiàn)2A的另一輸入腳3經(jīng)R30接地，F(xiàn)2A的輸出腳1經(jīng)與導(dǎo)線N5相聯(lián)的結(jié)點(diǎn)及R32與F2B(LM224)的輸入腳5相接，F(xiàn)2B的另一輸入腳6經(jīng)R33接地并經(jīng)R34和RW1與F2B的輸出腳7相接；所述的延時(shí)50ms電路，其F2C(LM1558)的輸入腳10經(jīng)R35與F2B的輸出相接，F(xiàn)2C另一輸入腳9經(jīng)R36接+15V并經(jīng)WY1(7.5V)接地，F(xiàn)2C的輸出腳8接D6負(fù)端，D6正端通過(guò)其后的結(jié)點(diǎn)分別接F2D(LM224)的輸入腳13、經(jīng)C9接地、經(jīng)R39接+15V，F(xiàn)2D的另一輸入腳12經(jīng)R37接+15V并通過(guò)R37與R38的結(jié)點(diǎn)經(jīng)R38接地，F(xiàn)2D的輸出腳14接D7的負(fù)端，D7正端通過(guò)其后結(jié)點(diǎn)分別接U3D(4070型)的輸入腳13、經(jīng)R40接+15V、經(jīng)C10接地，U3D的另一輸入腳12接+15V，U3D的輸出腳11接U4B的輸入腳5，U4B的另一輸入腳6接地，U4B(4071型)的輸出腳4經(jīng)與導(dǎo)線N3相接的結(jié)點(diǎn)分別經(jīng)R41、D8接F2C的輸入腳10及LP2的3；所述的邏輯電路其F1C(LM224)的輸入腳10接D1正端，D1負(fù)端與U3A的輸出相接，F(xiàn)1C的腳10經(jīng)R12接+15V、經(jīng)C4接地、D2正端，F(xiàn)1C的另一輸出腳9接7.5V門檻，其輸出腳8接U3B(4070)的輸入腳5，U3B的另一輸入腳6接地，U3B的輸出腳4接F1D(224型)的輸入腳13，F(xiàn)1D的另一輸入腳12經(jīng)R13接+15V并經(jīng)R14接地，F(xiàn)1D的輸出腳14接D4的負(fù)端，D4正端右的結(jié)點(diǎn)接U3C(4070)的輸入腳9、經(jīng)R16接+15V、經(jīng)C15接地，U3C的另一輸入腳8接+15V，U3C的輸出腳10接D5的負(fù)端、D5正端經(jīng)其右的結(jié)點(diǎn)分別接U4A(4071型)的輸入腳1、經(jīng)R17接+15V、經(jīng)C6接地，U4A的另一輸入腳2接地，U4A的輸出腳3接LP2的4并經(jīng)R15、D3經(jīng)C4與R12的結(jié)點(diǎn)接F1C的輸入腳10，導(dǎo)線N3接D2負(fù)端，D2正端接C4與R12的結(jié)點(diǎn)。
全文摘要
一種有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路,它涉及電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。該功率方向元件由穩(wěn)相電路、兩個(gè)方波電路、比相電路、零序電流元件、延時(shí)電路和邏輯電路組成。移相電路將電壓帶通濾波器輸出電壓提前90°,電壓和電流帶通濾波器后的兩方波電路的輸出由異或門比相后將信號(hào)送到邏輯電路,零序電流元件的輸出經(jīng)延時(shí)后也送到邏輯電路。由邏輯電路的輸出控制繼電器動(dòng)作,該方向元件能區(qū)別區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障,繼電器僅在區(qū)內(nèi)故障時(shí)跳閘。
文檔編號(hào)H02H7/08GK1241829SQ9810285
公開(kāi)日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月14日
發(fā)明者宋從矩, 寧景云, 劉寶學(xué) 申請(qǐng)人:天津奇神電力高新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司