專利名稱：交流電動機過載自動保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為交流電動機過載自動保護裝置。
交流電動機是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研教學(xué)、人民生活各個領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣泛的動力機械。由于負(fù)載和電源的變化，電動機過載現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，交流電動機損壞大多數(shù)都是因過載所致。傳統(tǒng)的也是目前應(yīng)用最多的過載保護裝置為熱熔斷器即保險絲和熱繼電器。當(dāng)電動機過載時，保險絲熔斷或熱繼電器自動跳閘，將電動機供電電路切斷，從而達到過載自動保護的目的。這種保護器件結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，對于連續(xù)變化的過載具有較好的保護作用。但由于這兩種保護器件均為電熱效應(yīng)器件，對于電動機突變的過載現(xiàn)象如缺相或輸出傳動部分被卡住，電動機工作電流突然增大，保險絲來不及熔斷、熱繼電器也來不及跳閘電動機就燒壞了，這種事例很多。盡管電動機安裝時都串入保險絲和熱繼電器，但因過載而燒壞電動機的現(xiàn)象大量發(fā)生。本發(fā)明提出一種新的電動機過載自動保護方法和裝置，旨在解決上述存在問題，并取代保險絲和繼繼電器。它具有過載保護迅速(毫秒級)、靈敏度高、安全可靠、接線簡單等特點。在三相交流電動機任兩相中各串接一個互感器作為電流傳感器，電流取樣信號經(jīng)整流濾波和放大電路輸入至控制電路。當(dāng)任一相過流時，控制電路將電動機電源切斷，從而達到電動機過載自動保護的目的。交流電動機啟動時工作電流相當(dāng)于正常工作電流的5～8倍，過渡時間為4～6秒，控制器對于啟動時過流不應(yīng)自動保護。本發(fā)明設(shè)計了啟動過流和故障過流自動識別電路，只有在電動機出現(xiàn)故障引起的過流時才進行自動保護，安全可靠。
本發(fā)明適用于各種型號規(guī)格的交流電動機的過載自動保護，用途十分廣泛。
可以提供的參考文獻1.電動機運行與節(jié)能技術(shù)
(日本)森
著、趙家禮譯，機械工業(yè)出版社 1984.12.電氣工程手冊日本電氣學(xué)會編 機械工業(yè)出版社 1984.12本發(fā)明的詳細(xì)說明。
附

圖1為本發(fā)明的電氣原理圖，它由主回路〔1〕、輔助電源〔2〕、取樣和放大電路〔3〕、啟動過渡和故障過流識別與控制電路〔4〕組成。附圖二為過渡保護曲線，當(dāng)電動機工作電流在曲線之上時(陰影部分)自動切斷電源。
1.主回路三相交流電經(jīng)電流互感器初級L1、L2、交流接觸器CJ1、CJ2、CJ3進入三相交流電機M。交流接觸的線圈經(jīng)啟動，停止按扭和自動控制繼電器J1的常閉觸點接380V交流電源。和一般主回路不同點有二一是省去了保險絲和熱繼電器，二是在交流接觸器控制電路中串入了過流自動控制繼電器的常閉觸點。
2.為給控制電路提供一個直流穩(wěn)壓電源，并盡量簡化電路，降低成本，采用380V交流電經(jīng)過電容C1偶合降壓的方法獲得。偶合降壓后的交流電壓經(jīng)二極管D1～D4橋式整流、電容C2濾波、集成穩(wěn)壓器IC1穩(wěn)壓輸出12V直流穩(wěn)壓電源，作為整機的直流電源。
3.過流取樣及放大電路L′1、L′2分別為主回路中電流互感器的次級，作為電流傳感器輸出。設(shè) (L1)/(L1) ＝ (L2)/(L2) ＝n＞＞1，L1和L2的感抗為ZL1＝ZL2，電動機任兩項工作電流為Ia、Ib，則在L1和L2上的壓降分別為U1＝ZL1·Ia、U2＝ZL2·Ib，L′1、L′2上的壓降為U1′＝U1·n
＝ZL1·Ia·nU2′＝U2·n＝ZL2·Ib·n即在電流互感器次級輸出電壓正比于電動機工作電流。
L′1、L′2的輸出電壓經(jīng)二極管D5和D8半波整流，電容器C3濾波后組成或門電路輸入至放大三極管BG2的基極。在電動機正常工作的情況下，U′1、U′2足夠小，而偏置電阻R2又足夠大，BG1處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出高電位，使控制電路〔4〕中的與非門IC4輸出低電位，V－MOS功率管BG3截止，繼電器不工作，電動機正常運轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機過載時，U′1、U′2電壓升高，使BG1導(dǎo)通，輸出低電位，IC4輸出高電位，V－MOS管導(dǎo)通，繼電器J1吸合，電動機自動切斷電源。達到過載自動保護的目的。
在L′1和L′2繞組的 1/6 處各有一個插頭L′1－1和L′2－2，其輸出電壓經(jīng)二極管D6、D7半波整流，電容C4濾波后組成或門輸入至放大三極管BG2的基極，其作用是為啟動瞬間發(fā)生故障而設(shè)計的。在“識別與控制電路”中詳述。
4.啟動過流和故障過流識別與控制電路本發(fā)明的目的在于交流電動機過載(即過流)時能自動切斷電源。以保護電動機和電路的安全。交流電動機啟動后的4～6秒內(nèi)啟動電流約為正常工作電流的5～8倍，對于啟動時的過流不應(yīng)自動保護，只有在故障過流時才自動保護。另外，交流電動機在啟動時也可能因負(fù)載太重、缺相或轉(zhuǎn)動部分被卡住，啟動電流超過正常啟動電流，在這種情況下，保護裝置也應(yīng)能自動切斷電源。在圖二中，電動機最大正常工作電流為Io，正常啟動電流最大為8Io，啟動過流最長時間為8秒，電流曲線之上的陰影部分為自動保護區(qū)。
由時基電路IC6、電阻R7、電容C7等元件組成單穩(wěn)延時電路，IC6的2腳為低電位觸發(fā)端，3腳為輸出端。電動機啟動時，輔助電源經(jīng)電容C8、電阻R8組成的微分電路，給與非門IC7輸入一個上跳的尖脈沖，經(jīng)IC7反相后給IC6的觸發(fā)端輸入一個下跳的低電位，使其觸發(fā)，在3腳輸出一個寬度為8s的正方波，經(jīng)與非門IC5反相后輸入至與非門IC3。這時，不論IC2輸出高電位還是低電位，與非門
均輸出低電位，BG3截止，J1不工作，電動機正常運轉(zhuǎn)。而IC2的輸出是受取樣電流控制的，即電動機在每次正常啟動后的8s時間內(nèi)并不保護，從而起到啟動過流不自動保護的目的。啟動8s后，電動機進入正常工作狀態(tài)，單穩(wěn)態(tài)的3腳回復(fù)到低電位，IC5輸出高電位，將IC3與門打開，進入故障過流保護等待狀態(tài)。
電動機進入正常工作狀態(tài)后，工作電流I≤Io，三極管BG1截止，輸出高電位，經(jīng)IC2反相后輸出低電位至與非門IC3輸入端，IC4輸出低電位，BG3截止，電動機正常工作。當(dāng)電動機遇到故障過流時，即I＞Io，三極管BG1導(dǎo)通，輸出低電位，IC2輸出高電位，而這時IC5也輸入高電位，使IC4輸出高電位，使BG3導(dǎo)通，J1吸合，接觸器CJ線圈斷電，將電動機電源切斷，起到電動機故障過流自動保護的作用。
上述控制電路使電動機啟動后8s內(nèi)即使過流也不保護。在一般情況下符合電動機實際運轉(zhuǎn)的需要。但在有的情況下啟動時就發(fā)生故障，如機機械試車時傳動機構(gòu)不靈、負(fù)載過重、缺相等，這時啟動電流大于8Io，遇到這種情況也應(yīng)能自動保護。附圖1取樣電路中的L1′L2′的插頭L′1－1、L′2－2就是為啟動時故障過流設(shè)計的。在正常啟動時，I≤8Io由于L′1－1和L′2－2的繞組匝數(shù)很少，其輸出電壓不足以使三極管BG2導(dǎo)通，BG2輸出高電位，IC8輸出低電位。BG3截止，J1不吸合，電動機正常工作。若啟動時發(fā)生故障，電動機啟動電流大于8Io。L′1－1、L′2－1的輸出電壓增高，BG2導(dǎo)通，輸出低電位，IC8輸出高電位，使BG3導(dǎo)通，J1吸合，電動機自動斷電，起到啟動時發(fā)生故障自動保護作用。
綜上所述，本自動保護裝置在電動機正常啟動和正常工作時不進行保護；當(dāng)電動機工作中或啟動時發(fā)生故障過流均能自動切斷電源，達到過載自動保護的目的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的比較所具有的優(yōu)點及積極效果本發(fā)明和現(xiàn)行的熱熔斷器、熱繼電器相比較具有以下優(yōu)點a對過載反應(yīng)速度快，小于熱熔斷器反應(yīng)時間的 1/1000 。
b靈敏度高按照電動機功率設(shè)計成不同檔次的系列產(chǎn)品，能準(zhǔn)確可靠的對各種交流電動機進行過載保護。
c無發(fā)熱元件，提高了電動機工作效率。
d與主回路連線少，操作方便。
e造價低于熱繼電器和熱熔斷器，且體積小重量輕。
f本發(fā)明用途廣泛，具有很好的經(jīng)濟與社會效益。
由于本發(fā)明采用先進的半導(dǎo)體集成器件，對電動機操作與維修人員技術(shù)水平有一定要求，這可能是本發(fā)明推廣應(yīng)用的一個障礙。
本發(fā)明實施的最佳方案1.本發(fā)明已經(jīng)過實驗，電路成熟，只要元器件良好，接線正確，通電即可工作。
2.時基電路IC6采用NE555集成電路，IC2～IC8等用C034B型CMOS集成電路，BG3采用V－MOS功率器件。
權(quán)利要求1.一種交流電動機過載自動保護裝置，它由主回路[1]、輔助電源[2]、取樣及放大電路[3]和啟動正常過流、故障過流識別與控制電路[4]組成，其特征在于<1.>由集成電路IC2-IC8、三極管BG3、繼電器J1等元件組成啟動正常過流和故障過流識別與控制電路a.電容器C8一端接穩(wěn)壓電源正極Vc，另一端接與非門IC7輸入端和電阻R8，R8另一端接O，IC7輸出經(jīng)二極管D9至IC6的第二腳，即觸發(fā)端；b.IC6的輸出即第3腳至與非門IC5輸入，IC5輸出至IC3的輸入，IC3的輸出經(jīng)IC4反相后再經(jīng)二極管D11、電阻R6至控制三極管BG3的柵極；c.繼電器J1線圈作為BG3負(fù)載，J1的常閉接點與主回路中交流接觸器CJ的線圈串聯(lián)；<2.>由L1L1′、L2L2′、L′1-1、L′2-1、D5-D8、BG1等元件組成電流取樣電路aL′1和L′2一端接O，另一端分別接D5、D8正極，D5、D8的負(fù)極均接C3正極和R2的一端，R2的另一端接BG2基極，BG2集電極至IC2的輸入端；bL′1-1、L′2-1分別接D6、D7的正極，D6、D7的負(fù)極均接C4正極和電阻R3的一端，C4負(fù)極接O，R3的另一端接BG2的基極，BG2的集電極接IC8的輸入端，IC8輸出經(jīng)二極管D12，電阻R10至BG3的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述裝置，其特征在于， 單穩(wěn)態(tài)IC6延遲時間為5～7s，BG3采用V－MOS器件或達林頓管。
專利摘要本實用新型為交流電動機過載自動保護裝置，旨在解決目前由于熱熔斷器、熱繼電器對過載保護反應(yīng)慢、靈敏度低、受環(huán)境溫度影響等缺點所造成的電動機的損壞。在三相交流電動機任兩相各串入一個電流傳感器，所得到的電流信號經(jīng)加工放大后至控制電路?？刂齐娐吩O(shè)計了啟動過流和故障過流認(rèn)別與控制電路，對于正常啟動過流不于保護，對于故障過流能在毫秒級時間內(nèi)自動切斷電源。當(dāng)啟動電流大于正常啟動電流時，也能自動切斷電源。
文檔編號H02H7/085GK2086471SQ91203889
公開日1991年10月9日 申請日期1991年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月19日
發(fā)明者鄧克強, 邵蘭春, 鄧力杰, 鄧力建, 鄧維, 龐梅英, 邵長富, 邵長勝, 鄧克順, 鄧冉, 路月英, 邵君華, 鄧克彬 申請人:鄧克強, 邵蘭春