專利名稱：電機節(jié)電保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機運行狀態(tài)的自動控制裝置，特別是一種電機節(jié)電保護器。
電動機在工礦企業(yè)中的使用數(shù)量相當(dāng)大，人們對電動機的節(jié)能運行和采用保護措施方面已做了大量的工作，目前的電機節(jié)電器和電動機斷相保護器品種繁多，但它們往往功能不全，在技術(shù)方案上較多的忽視了電壓波動對電機效率和功率因素的影響，缺乏欠壓，過壓保護節(jié)電的措施，保護器也往往是某一種故障的單一保護，保護器與節(jié)電器都是截然分開設(shè)計的其性能和價格相比相差太大，不易為人們所接收。
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低的節(jié)電和保護綜合為一體的電機節(jié)電保護器。
本實用新型是用如下方式完成的，電機節(jié)電保護器包括負(fù)載電流取樣電路和負(fù)載端電壓檢測電路。過流檢測電路接受負(fù)載電流取樣電路的信號后，輸出至保護控制電路，節(jié)電運行檢測電路接受負(fù)載電流取樣電路的信號后，輸出至“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路；斷相檢測電路接受負(fù)載電流取樣電路的信號后，輸出至保護控制電路；負(fù)載端電壓檢測電路的輸出信號，控制保護控制電路，清零控制電路接受保護控制電路的動作信號后，輸出控制信號，將“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路和保護控制電路中的RC延時電路和直流電源短接，為電機重起動作準(zhǔn)備。
過流檢測電路和節(jié)電運行檢測電路及斷相檢測電路是分別由帶有正反饋的差動式比較器組成。斷相檢測電路與過流檢測電路和節(jié)電運行檢測電路中的差動式比較器的輸入信號接收端是反相的。保護控制電路是由兩個差動式比較器分別經(jīng)RC延時電路接受輸入信號后，并聯(lián)輸出控制可控硅SCR，來控制繼電器J2構(gòu)成。“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路是由輸入信號控制開關(guān)三極管Q的基極電壓，使其處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，來控制繼電器J1構(gòu)成。負(fù)載端電壓檢測電路是由帶正反饋和負(fù)反饋的兩個差動式比較器的同相端和反相端分別接受整形后的電壓信號，經(jīng)二極管D并聯(lián)輸出構(gòu)成。清零控制電路是由輸入端有RC延時電路的電壓跟隨器，輸入至差動式比較器后，控制開關(guān)三極管Q的導(dǎo)通，使RC延時電路的電容C短接放電和直流電源短接，電壓跟隨器輸入端的RC延時電路中的電容C并接保護繼電器J2的常開接點。有手動開關(guān)K控制“Y／△”轉(zhuǎn)換電路，強制使電機按“△”形或“Y”形或“Y／△”啟動或節(jié)電方式運行。
本實用新型采用節(jié)電器和保護器綜合為一體，對電機運行時隨時檢測?？砂碮／△起動或者是對間斷性負(fù)載采用Y／△變換節(jié)電，其保護方面對斷相、過流和欠壓、過壓實現(xiàn)保護性動作，具有較理想的反時限保護特性，其結(jié)構(gòu)簡單，采用運算放大器構(gòu)成差動式比較器和RC延時電路，自耗電低、熱穩(wěn)定性好，開關(guān)速度快，靈敏度高，適合于各種電機的保護和具有Y／△轉(zhuǎn)換電機的節(jié)電和保護，特別是對帶間斷性負(fù)載的電機其節(jié)電性能更突出。
圖1是本實用新型電路方框圖圖2是本實用新型電路原理圖圖3是本實用新型應(yīng)用在電機控制電路中的一次線路圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明在圖1圖2中電機節(jié)電保護器由負(fù)載電流取樣電路(1)，過流檢測電路(2)，節(jié)電運行檢測電路(3)、斷相檢測電路(4)，“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路(5)，保護控制電路(6)、負(fù)載端電壓檢測電路(7)、清零控制電路(8)組成。
負(fù)載電流取樣電路(1)是由電流互感器B1，電阻R1、W1電容C1和整流器Z1及運算放大器IC1和IC2組成。電流互感器B1檢測到電機負(fù)載電流后，經(jīng)全波整流和R1、C1濾波后，在電位器W1上得到一個反映負(fù)載電流大小的直流電壓，實現(xiàn)了電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，調(diào)節(jié)W1可適應(yīng)于不同容量的電機。運算放大器IC1和IC2串聯(lián)構(gòu)成兩級同相端輸入的電壓跟隨器，其輸出信號作為反映負(fù)載電流變化的電壓信號輸出。
過流檢測電路(2)是由運算放大器IC3及其外圍電阻構(gòu)成，電位器W2串聯(lián)電阻R4接直流工作電壓、分壓輸入IC3的反相輸入端，負(fù)載電流取樣電路(1)的輸出信號輸入至IC3的同相輸入端。節(jié)電運行檢測電路(3)是由運算放大器IC4及其外圍電阻構(gòu)成，電位器W3串聯(lián)電阻R8后，分壓輸入至IC4的反相輸入端，負(fù)載電流取樣電路(1)的輸出信號輸入至IC4的同相輸入端。斷相檢測電路(4)是由運算放大器IC5及其外圍電阻構(gòu)成，電位器W5串聯(lián)電阻R13后，分壓輸入至IC5的同相輸入端，負(fù)載電流取樣電路(1)的輸出信號，輸入至IC5的反相輸入端。運算放大器IC3、IC4、IC5與其外圍電阻各自構(gòu)成差動式比較器，其輸出轉(zhuǎn)換工作點的輸入信號分別由電位器W2、W3、W5設(shè)定，轉(zhuǎn)換工作點可以按以下設(shè)定，當(dāng)負(fù)載電流達到1.5倍額定值時，調(diào)節(jié)W2，使IC3輸出高電平。低于此值時則IC3輸出低電平。當(dāng)負(fù)載電流達到0.5倍額定值時，調(diào)節(jié)W3，使IC4輸出高電平，低于此值時，則IC4輸出低電平。當(dāng)負(fù)載電流檢測相斷相時，檢測電流為零，此時IC5的反相端雖可接受到小于0.3V左右的信號，調(diào)節(jié)W5使IC5輸出高電平，反之當(dāng)輸入信號大于0.3V以上時，IC5輸出低電平。從上述可知，IC3IC4與IC5構(gòu)成雙向鑒幅器，IC3與IC4則構(gòu)成雙點鑒幅器，需要指出的是上述三個檢測電路，IC3、IC4、IC5均引入了適量深度的正反饋，如圖2所示，故它們均具有磁滯特性，形成三個有回差的鑒幅器，只是門限電壓分為高、中、低而已，但反饋的深度倘若過深，電路將成為不能自動復(fù)位的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。引入正反饋電路，是使過流和斷相保護電路在動作值附近有一個滯區(qū)，以提高系統(tǒng)保護的穩(wěn)定性和可靠性，可避免主回路中大容量的開關(guān)操作過于頻繁，同時也是為滿足鑒幅器有小于信號峰值電壓的回差。對于IC1、IC2用反相端輸入時，IC3、IC4、IC5的信號輸入端與上述相反即可。
“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路(5)是由開關(guān)三極管Q1Q2構(gòu)成的復(fù)合管控制繼電器J1組成。節(jié)電運行檢測電路(3)輸出信號經(jīng)二極管D7D10及電阻R21電容C4R22和電容C13控制Q1Q2復(fù)合管的基極電位，使其導(dǎo)通或截止，達到控制接于集電極的繼電器J1也就是說當(dāng)負(fù)載減輕后，其電流小于設(shè)定值時，IC4輸出低電平使Q1Q2復(fù)合管截止，繼電器J1斷電，使電機按“Y”形連接運行，達到節(jié)電的目的，而當(dāng)負(fù)載電流上升起過設(shè)定值時，IC4翻轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，使Q1Q2復(fù)合管導(dǎo)通，繼電器J1吸合，使電機按“△”形連接運行。電容C4和電阻R21、R23構(gòu)成RC延時電路，如圖2所示，其作用是使電機“Y／△”轉(zhuǎn)換過程中有一個延時。電容C5為高頻旁路電容，以提高抗擾度。
負(fù)載端電壓檢測電路(7)是由電壓互感器B2經(jīng)整流器Z1輸出至電壓跟隨器IC12后，輸出信號給兩個差動式比較器IC10和IC11構(gòu)成，IC10為反相端輸入信號，IC11為同相端輸入信號，電位器W6W7為調(diào)節(jié)設(shè)定值，如上所述，IC10和IC11構(gòu)成雙向鑒幅器，IC11為檢測電壓波動的上限值，達到檢測點后，IC11輸出高電平，IC11采用正反饋，如圖2所示，可改善差動式比較器的抗擾度，這是由于鑒幅器電路不僅要求失調(diào)電壓小最好兩輸入端網(wǎng)絡(luò)對稱，而且要求輸入的信號是單一頻率，不能有諧波干擾，否則會影響鑒別點的不穩(wěn)定，IC10為檢測電壓波動的下限值，當(dāng)達到檢測點后，由于IC10反相端輸入，故IC10輸出高電平，IC10采用負(fù)反饋，如圖2所示，它可以提高欠壓保護的穩(wěn)定性。IC10和IC11分別經(jīng)二極管D13和D14后并接輸出至保護控制電路(6)。
保護控制電路(2)是由運算放大器IC8、IC9、可控硅SCR及繼電器J2構(gòu)成。IC8和IC9也是差動式比較器，其基準(zhǔn)電壓為固定設(shè)置，IC8由電阻R32和R33分壓后，從IC8的反相端輸入基準(zhǔn)電壓；IC9由電阻R34和R35分壓后，從IC9的反相端輸入基準(zhǔn)電壓。IC9的同相端經(jīng)電阻R48和電容C10構(gòu)成的RC延時回路，接斷相檢測電路(4)的輸出端。IC8的同相端經(jīng)電阻R36和電容C9構(gòu)成的RC延時回路，接過流檢測電路(2)和負(fù)載端電壓檢測電路(7)的輸出端。當(dāng)過流檢測電路(2)或負(fù)載端電壓檢測電路(7)輸出高電平時即電機回路有故障時，使IC8輸出高電平，控制可控硅SCR導(dǎo)通，繼電器J2吸合，保護動作跳閘。過壓和欠壓保護動作跳閘，也是一種節(jié)電方式。當(dāng)斷相檢測電路(4)輸出高電平時，即檢測相有斷相故障發(fā)生，使IC9輸出高電平，控制可控硅SCR導(dǎo)通，繼電器J2吸合，保護動作跳閘。IC8和IC9的輸入端經(jīng)RC延時回路，是為了避免保護誤動作，達到反時限特性動作的要求，IC8和IC9采用開環(huán)工作是為了提高其轉(zhuǎn)換速率。為提高斷相保護的響應(yīng)速度，IC9基準(zhǔn)電壓的設(shè)定較IC8的基準(zhǔn)電壓設(shè)定低一倍左右。
清零控制電路(8)是由運算放大器IC6和IC7，開關(guān)三極管Q4、Q5、Q3組成。IC6為電壓跟隨器，其同相端接有電阻R16和電容C3構(gòu)成的RC延時電路，電容C3并接繼電器J2的常開觸點J2－1，IC6輸出至IC7的反相端，IC7是差動式比較器，其基準(zhǔn)電壓由電位器W4串接電阻R18后分壓提供，IC7的輸出信號經(jīng)電阻R20輸出至開關(guān)三極管Q4、Q5的基極，三極管Q4的“c、e”極并接在“Y／△”轉(zhuǎn)換電路(5)中RC延時回路的路容C4的兩端，三極管Q5的“c、e”極并接在保護控制電路(6)中RC延時回路的電容C9的兩端如圖2所示，三極管Q3的“c、e”極經(jīng)電阻R26、R27二極管D11接于直流的正、負(fù)極，三極管Q3的“b”極經(jīng)電阻R28和繼電器J1的常閉接點J1－1，接繼電器J2的線圈。當(dāng)保護動作，即繼電器J2吸合后，其接點J2－1閉合，將電容C3短接放電IC6輸出轉(zhuǎn)為低電平，同時IC7輸出轉(zhuǎn)為高電平，使開關(guān)三極管Q4和Q5飽和導(dǎo)通，三極管Q4導(dǎo)通后，使電容C4放電，A點鉗制為低電平，即使IC4輸出為高電平時，其作用無效，復(fù)合三極管Q1Q2可靠截止，繼電器J1斷電，這樣就保證電機重起動時，按Y／△起動的方式，短接C4也就為進行Y／△轉(zhuǎn)換提供了延時的條件。三極管Q5導(dǎo)通，使電容C9放電，繼電器J2的接點J2－2短接電容C10為保護控制電路(1)重新提供了延時條件。三極管Q3的導(dǎo)通條件是可控硅SCR截止和繼電器J1的接點J1－1返回閉合，當(dāng)保護動作后，由于電容C12的儲能，使集成穩(wěn)壓塊“7812”工作一很短的時間，三極管Q3瞬間導(dǎo)通期間，使直流電壓的正負(fù)極接近短路。以消除電路元件中的殘余電荷，保證電機重起動時，節(jié)能保護器性能的穩(wěn)定性和可靠性。開關(guān)K1的接點K1－1和K1－2是用于手動使保護控制電路(6)強制性復(fù)位(保護釋放)。K1－1并接于電容C9的兩端，K1－2串接在繼電器J2回路中。
運行狀態(tài)選擇電路是轉(zhuǎn)換開關(guān)K聯(lián)接“1－2”點或“1－3”或“1－4”點或“1－5”點，如圖2所示，人為控制復(fù)合管Q1Q2的基極電位，使電機按額定功率下節(jié)電方式或“△”形或“Y”形或“Y／△”起動方式運行。
本實用新型的一次接線如圖3所示，須指出的是若節(jié)電保護器的電流互感器B1采用單相檢測時，設(shè)當(dāng)為檢測B相，那么“Y／△”轉(zhuǎn)換控制接觸器QCY和QC△接A、B相，同時，電源控制接觸器QC控制回路接A、B相，這樣無論斷相是發(fā)生在電源端或是負(fù)載端，是在A相或是C相、B相QC或QC△、QCY都因失電而釋放。電機節(jié)電保護器的電流互感器B1和電壓互感器B2均接在電機端，“Y／△”轉(zhuǎn)換控制接觸器接在電機端，保護繼電器J2的常閉接點J2－3串接在電機控制接觸器QC回路中，J2－4串接在“Y／△”轉(zhuǎn)換控制接觸器QCY和QC△回路中，“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路的繼電器J1的接點J1－2控制QCY或QC△的投入或退出。
信號指示在運算放大器IC3、IC4、IC5、IC7IC10的輸出端分別接有發(fā)光二極管LED1～LED5串接電阻R組成的信號指示回路，指示各種狀態(tài)，便于運行維護人員直觀了解情況。
本實用新型的電路采用通用線性運算放大器組成各種比較電路，對負(fù)載端的電流、電壓信號(模擬量)進行鑒別，并作為輸入信號(模擬量)與輸出控制信號(數(shù)字量)的接口電路，具有結(jié)構(gòu)簡單，功能齊全，適用范圍廣的優(yōu)點。
權(quán)利要求1.一種電機節(jié)電保護器，它包括負(fù)載電流取樣電路(1)和負(fù)載端電壓檢測電路(7)，其特征是過流檢測電路(2)接受負(fù)載電流取樣電路(1)的信號后，輸出至保護控制電路(6)；節(jié)電運行檢測電路(3)接受負(fù)載電流取樣電路(1)的信號后輸出至“Y/Δ”轉(zhuǎn)換控制電路(5)；斷相檢測電路(4)接受負(fù)載電流取樣電路(1)的信號后，輸出至保護控制電路(6)；負(fù)載端電壓檢測電路(7)的輸出信號，控制保護控制電路(6)；清零控制電路(8)接受保護控制電路(6)的動作信號后，輸出控制信號，將“Y/Δ”轉(zhuǎn)換控制電路(5)和保護控制電路(6)中的RC延時電路和直流電源短接，為電機重起動作準(zhǔn)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)電保護器，其特征在于過流檢測電路(2)和節(jié)電運行檢測電路(3)及斷相檢測電路(4)是分別由帶有正反饋的差動式比較器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述節(jié)電保護器，其特征在于斷相檢測電路(4)與過流檢測電路(2)和節(jié)電運行檢測電路(3)中的差動式比較器的輸入信號接受端是反相的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)電保護器，其特征在于保護控制電路 、(6)是由兩個差動式比較器分別經(jīng)RC延時電路接受輸入信號后，并聯(lián)輸出控制可控硅SCR來控制繼電器J2構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)電保護器，其特征在于“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路(5)是由輸入信號控制開關(guān)三極管Q的基極電壓，使其處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，來控制繼電器J1構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)電保護器，其特征在于負(fù)載端電壓檢測電路(7)是由帶正反饋和負(fù)反饋的兩個差動式比較器的同相端和反相端分別接受整形后的電壓信號，經(jīng)二極管D并聯(lián)輸出構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)電保護器，其特征在于清零控制電路(8)是由輸入端有RC延時電路的電壓跟隨器，輸入至差動式比較器后，控制開關(guān)三極管Q的導(dǎo)通，使RC延時電路的電容C短接放電和直流電源短接，電壓跟隨器輸入端的RC延時電路中的電容C并接保護繼電器J2的常開接點。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)電保護器，其特征在于有手動開關(guān)K控制“Y／△”轉(zhuǎn)換控制電路(5)，強制使電機按“△”形或“Y”形或“Y／△”起動或節(jié)電方式運行。
專利摘要本實用新型屬于控制電機運行狀態(tài)的節(jié)電保護裝置。它是由對負(fù)載端的電流，電壓信號檢測鑒別后，控制“Y/△”轉(zhuǎn)換電路和保護電路，實現(xiàn)節(jié)電和保護功能。它具有結(jié)構(gòu)簡單，自耗電低，穩(wěn)定可靠以及較理想的反時限保護特性，適用于對電機的節(jié)電和保護運行，特別是對帶間斷性負(fù)載的電機，其節(jié)電性能更突出。
文檔編號H02H7/08GK2117662SQ9221256
公開日1992年9月30日 申請日期1992年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月3日
發(fā)明者沈遠才, 陳建 申請人:沈遠才, 陳建