專利名稱：負載監(jiān)控式電機保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于交流電機保護裝置，它應用于3-200KW三相交流電動機缺相、過載、堵轉(抱軸)的保護；同時適用于需要用計算機監(jiān)視電機運行狀態(tài)，獲取數(shù)據(jù)的應用領域。
傳統(tǒng)的電機保護辦法是熱繼電器或熱敏電阻，他們靈敏度差，有時反應不靈或控制不準而造成電機燒毀事故。近年來，市場上出現(xiàn)的各種電機保護器因采樣不準以及采用定性控制方法或電位器的調控方式，人機界面不清人為因素較多，使保護器失控，電機產(chǎn)生誤控或燒壞電機。在中國專利雖然公開一種“負載監(jiān)控式電機保護器”(CN230020PY)，但由于所采用的電路結構(如三相電流僅采用一相作過流采樣信號、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。
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，對電機運行狀態(tài)(即三相電流)作定量控制，人機界面簡單，設計了一種可靠、準確和不會產(chǎn)生誤控的負載監(jiān)控式電機保護器。
本實用新型技術方案是這樣在殼體上包括有電機電源線穿線孔、電源開關、電纜插頭座、負載顯示器和過載、正常、缺相指示，在殼體內具有包括三相電流互感器、放大器、跟隨器、比較器、驅動器、繼電器構成的電機過流和堵轉控制電路、電機缺相控制電路，三相電流互感器的輸入為三相電機的三相電流信號。
電機過流和堵轉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)生的延時信號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)驅動器后接繼電器的電流線圈。
電機缺相控制電路三相電流互感器的各相電壓連接相應的三個比較器的輸入端，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)生的延時信號接或門一輸入端、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)驅動器后接繼電器的電流線圈。
為提供比較器(即采樣信號比較器)的參考電壓，提供了一線性較好與電機功率相對應的參考電壓。該參考電壓是由撥碼開關設定電機功率經(jīng)D/A轉換器、放大器組成一個與電機功率相對應的量化參考電壓。
采用運放集成塊聯(lián)成所述的放大器、跟隨器、比較器，驅動器和D/A轉換器均為集成塊。
驅動器采用MOSTTL輸入多通道驅動集成塊，異或門和或門采用4異或門集成塊，撥碼開關為8421撥碼開關。
在上述電機過流和堵轉控制電路中，在放大器輸出端還經(jīng)跟隨器后與在殼體上的PC監(jiān)測接口和負載顯示器相連。
在上述電機缺相控制電路中，電阻分壓比為1∶6-11。
本實用新型采用以上的電路結構，在控制電路中的電流互感器，是提取三相電機三相電流信號，通過半波整流分為兩路直流采樣信號送入控制電路，其一路提供電機過流和堵轉控制信號、另一路提供電機缺相控制信號。
在電機過流和堵轉控制電路對三相信號作選擇處理，提取最大一相采樣電流信號，經(jīng)跟隨器、放大器、RC積分器線路提供一個具有量化的定時延時信號，與參考電壓進行比較，當采樣信號大于設定的參考電壓，通過驅動器使直流繼電器釋放、繼電器觸點斷開，切斷電機配電盤上交流接觸器電源，交流接觸器釋放，三相電源切斷，電機停轉，實現(xiàn)保護電機的目的。
在電機缺相控制電路將三相交流電流三路采樣信號分別送至三個比較器的輸入端，該三個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比較器的參考電壓，用同一個缺相參考電壓進行比較和異或門電路邏輯運算，大于參考電壓則比較器輸出“1”(正常運行時，因三相電流其采樣的信號均大于缺相參考電壓，使三個比較器均輸出為“1”，將此三路信號經(jīng)過一定的邏輯運算F＝ab+bC，控制處理，只要發(fā)生一路或兩路信號為零，則F函數(shù)為“1”)，此“1”信號經(jīng)過RC積分器產(chǎn)生一延時信號，經(jīng)驅動器控制繼電器觸點斷開，同上所述，切斷三相電源、電機停轉，實現(xiàn)保護電機的目的。
在執(zhí)行上述兩類保護的同時，面板上的指示燈也發(fā)出相應的指示。
本實用新型解決了現(xiàn)有技術上的不足，它具有兩個明顯的量化參量控制，一個是量化的電流，一個是保護時間。前一個量化可嚴格監(jiān)控電機的情況，過載電流超過2倍，則實施過載保護，超過6倍左右則執(zhí)行堵轉保護；后一個量化，即保護時間嚴格按照電動機例行檢驗標準執(zhí)行保護。過載2倍，電機必須在15秒內執(zhí)行保護。抱軸電流一般為額定電路的6倍，其保護時間(在冷狀態(tài)不能超過10秒)，考慮電機一般均處于運行態(tài)，會有不同發(fā)熱，所以本保護器在發(fā)生堵轉時，保護時間為4秒以內。
以下將要詳述的本實用新型實施例，三相電機的缺相、過載、堵轉三種電機故障，保護過程控制完全處于定量控制之下，使整個保護準確有效，不致產(chǎn)生誤控(比如電機啟動時電流很大，這是一種異常的控制信號，但又是電機運行的正常信號，采取了延時保護，將電機三種故障保護的時間必須均控制在1.5秒以上，則不會產(chǎn)生誤控)；僅通過撥碼開關對電機功率進行設定，具有嚴格的量化設定，故人機界面簡單；從線路組成上因無三極管分離器件，全采用組合邏輯控制，無時序邏輯控制，也既是說控制線路對干擾信號不“敏感”，因此具有強的抗干擾能力。本保護器具有實用性和較好的可靠性。
以下結合附圖對本實用新型實施制作詳述說明

圖1為本實用新型的控制電路原理圖。
圖2為本實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的側視示意圖。
圖5為本實用新型的安裝示意圖。
參見圖1-圖5本保護器的殼體11的面板1上具有顯示器2(數(shù)字面板表)、停電監(jiān)測開關5、電源開關10、電動機功率撥碼開關9和停電監(jiān)測、過載、正常、缺相指示燈(3、6、7、8)，在殼體11設有三個電機電源線穿線孔13，在殼體11側部具有與電源、繼電器觸點相接的插頭座4和PC監(jiān)測接口14，并具有將保護器安裝固定在配電盤上的帶螺孔的固定板12，在殼體11內具有對三相交流電動機缺相、過載、堵轉進行保護的控制電路，該電路采用組合邏輯控制，包括電流互感器(L1～L3)、運放集成塊U2、U6、U5和異或門集成塊U1、多通道驅動器U3、D/A轉換集成塊U4、8421撥碼開關K(圖2中的標號9)、直流繼電器J。其U3采用MOSTTL輸入7通道驅動器，U2、U6為4運放集成塊，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，分別采樣電動機A、B、C三相電流信號通過電阻R23-R25轉換為交流電壓，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，再經(jīng)電阻R22、R21分壓接跟隨器U2-4，隔離后的信號由放大器U2-1放大。其一路由跟隨器U2-3送至接口CZ(圖4中的標號14，作為計算機采樣信號)和負載顯示器2；另一路經(jīng)R13、C8積分延時送至比較器U2-2的5腿。該比較器U2-2的6腿參考電壓，受控于電動機M功率設定。它是通過8421撥碼開關K(圖2中的標號9)，設定電機M功率，產(chǎn)生8、4、2、1碼經(jīng)D/A轉換集成塊U4，由運放集成塊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對采樣信號及設定功率比較，產(chǎn)生控制信號。如采樣信號大于功率設定值時，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”，此時繼電器J無工作電流而釋放，控制觸點J1、J2、J3斷開，切斷三相交流電壓電源，執(zhí)行保護。同時，U3的3腿因為“1”，則使U3的14腿為“0”驅動過載發(fā)光二極管Z2燈亮，表示過載。此處規(guī)定為超過電機額定電流2倍為過載，6倍為堵轉。由前面提到執(zhí)行保護時間前者為15秒以內，后者小于4秒。承擔此項指標控制線路為R11、C9組成的積分器，R11輸入端電壓增高，使執(zhí)行保護的時間短，反之則加長，使過載的兩種現(xiàn)象獲得準確可靠的保護。用作切斷三相電源的關鍵控制繼電器J，在正常時工作于導通狀態(tài)，控制觸點J1、J2、J3(常開)吸合，處于常閉態(tài)。反之，保護時則繼電器J釋放，控制觸點J1、J2、J3斷開。從上述過載保護原理介紹，電機M正常時驅動器U3的16腿為“1”，過載為“0”。
因此，缺相時要執(zhí)行保護，也應使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，一路經(jīng)二極管D14～D12送出供過載保護控制。另一路A、B、C分別直接送至運算放大集成塊U6的三個比較器(U6-1、U6-2、U6-3)輸入端5、10、3，該三個比較器的參考電壓均取自U5輸出(同過載保護參考電壓)，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。此參考電壓設定，必須低于采樣的電壓約10％左右，以保證無論電動機M本身工作在空載或滿載情況下，保證U6三個比較器的輸出腿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點邏輯表達式F＝ab+bc結果為0。反之，如發(fā)生缺相，則某項采樣信號為“0”，U6三比較器(U6-1、U6-2、U6-3)相應的輸出端為“0”，通過上述邏輯控制，使F等于“1”。此信號通過R11、C9積分器延時(約2到3秒)使或門U1-4的11腿為“1”，通過二極管D11此信號使U1-1輸出3腿為“1”，驅動器U3的16腿為“0”。驅動器U3的輸出端10、11、12為“1”，控制繼電器J釋放，控制觸點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，在U1-4輸出端11，剛才已提到缺相時為“1”，使驅動器U3的13腿為“0”，缺相保護指示Z1燈亮。
控制電路的主要參數(shù)U2、U6型號LM324；U5型號LM358；U3型號MC1416；U4型號DAC0808；U1型號C1D4070；CZ為同軸插座；繼電器J型號JQX-16FZ；電容C8為68uF、電阻R13為200KΩ，電容C9為47uF、電阻R11為47KΩ。
本保護器的操作步驟及使用方法1、將保護器殼體11的固定板12用螺釘安裝固定在配電盤上。
2、保護器側面板上電纜插頭座4上接線端頭，電源端(按標示電壓)連接于配電盤進線端，保護器的繼電器控制觸點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、將電機三根電源進線穿過保護器殼體11后部三個大孔13再接到電機M上電源端。
4、如想用計算機監(jiān)視電機M運行情況，保護器側面板上安裝有電機運行情況電壓輸出信號(滿量程10V左右)輸出接口14，可通過同軸線連接于計算機。
5、關于電機功率的設定說明根據(jù)電機標牌上功率值，調節(jié)撥碼開關K進行設定。
6、電機M出現(xiàn)缺相、過載、抱軸等情況，保護器將切斷電機M電源。待檢查排除故障后，再重新啟動配電盤上啟動按鈕開關J0即可恢復正常工作。
7、如遇停電或保護器無交流輸入電源，或(保護器內線式保險器)斷，保護器殼體上的停電監(jiān)測燈3將會出現(xiàn)燈光報警。
8、面板上三個指標燈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、過載燈亮電機均停止運行。
權利要求1.一種負載監(jiān)控式電機保護器，在殼體上包括有電機電源線穿線孔、電源開關、電纜插頭座、負載顯示器和過載、正常、缺相指示，在殼體內具有包括三相電流互感器、放大器、跟隨器、比較器、驅動器、繼電器構成的電機過流和堵轉控制電路、電機缺相控制電路，三相電流互感器的輸入為三相電機的三相電流信號，其特征在于A、電機過流和堵轉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)生的延時信號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)驅動器后接繼電器的電流線圈，B、電機缺相控制電路三相電流互感器的各相電壓連接相應的三個比較器的輸入端，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)生的延時信號接或門一輸入端、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)驅動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設定電機功率經(jīng)過D/A轉換器、放大器組成一個與電機功率相對應的量化參考電壓。D、采用運放集成塊聯(lián)成所述的放大器、跟隨器、比較器，驅動器和D/A轉換器均為集成塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的負載監(jiān)控式電機保護器，其特征在于驅動器采用MOSTTL輸入多通道驅動集成塊，異或門和或門采用4異或門集成塊，撥碼開關為8421撥碼開關。
3.根據(jù)權利要求1所述負載監(jiān)控式電機保護器，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)測接口和負載顯示器相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的負載監(jiān)控式電機保護器，其特征在于在上述B中的電阻分壓比為1∶6-11。
專利摘要本實用新型提供了一種負載監(jiān)控式電機保護器。它采用電流互感器,提取三相電機三相電流信號,轉換為交流電壓信號,通過半波整流分為兩路直流采樣信號,該信號與參考電壓(由撥碼開關設定電機功率經(jīng)過D/A轉換而成的量化電壓)經(jīng)比較器后送入主控器,通過相關邏輯運算對三相電機的缺相、過載、堵轉故障,準確有效地保護,不致產(chǎn)生誤控。本保護器在線路組成上因無三極管分離器件,采用組合邏輯控制,無時序邏輯控制,故具有強的抗干擾能力。
文檔編號H02H7/08GK2412306SQ99241200
公開日2000年12月27日 申請日期1999年9月27日 優(yōu)先權日1999年9月27日
發(fā)明者彭明輝 申請人:成都晶峰電子有限公司