電動機控制保護裝置的製作方法
2023-09-19 04:41:25
專利名稱：電動機控制保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電動機保護裝置，更具體地說，涉及一種集成了保護、控制、可通信功能的電動機控制保護裝置。
背景技術：
目前，國內外對電動機的短路、過載、斷相保護和頻繁的智能化控制，一般採用分離的元器件來實現，由於每個元件只能實現其中的一部分功能，因此，時常採用如下的幾種組合方式可通信斷路器+接觸器+熱繼電器(電動機保護器) (1)或斷路器+接觸器+可通信電動機保護器 (2)或斷路器+可通信接觸器+熱繼電器(電動機保護器) (3)從上面的幾種組合方式中可以看出，即採用分離元器件構成的裝置，尤其是可通信裝置中，往往在幾種分離元器件中只有一個是帶有通信功能的，這樣構成的可通信裝置，在進行數據通信時，就會缺少一部分數據和信息。對於在電動機保護的領域中來說，當採用方式(1)時，只能對斷路器的狀態、數據等信息進行通信，負責進行控制的上位機(一般是通過計算機網絡與其中的可通信部件進行通信)只能看到可通信斷路器所記錄的短路故障而無法看到由熱繼電器(電動機保護器)所保護和記錄的過載、斷相等故障，且無法由上位機控制接觸器的通和斷，而遠程控制接觸器的通斷是這樣一個系統所必須具備的基本功能；採用方式(2)時，則上位機只能看到電動機保護器所保護和記錄的過載、斷相等故障，而無法觀察和記錄到斷路器發生短路保護的情況，也無法遠程控制接觸器的和與分；當採用方式(3)時，上位機只能遠程控制接觸器的通斷，無法看到和記錄所有的故障情況；顯然，上述三種方式都是不全面的，如果為了採用以上三種分離元器件構成完整全面的可通信保護裝置，而全部採用可通信的元器件，即
可通信斷路器+可通信接觸器+可通信電動機保護器 (4)很明顯，採用方法(4)，不但通信數據大量重複(如線路電流等信息會在三個可通信電器中重複採樣和記錄)，而且從硬體上造成重複和浪費(如可能會存在三個用於採集電流信號的電流互感器)，另外，也不能保證三種元器件保護特性之間的協調配合性。
於是，對於現有的技術來說，就很需要一種能夠全面並且有效地採集數據並且進行通信的裝置，其既能對上述三個方面的數據進行全面的採集，又能夠對其中重複的信息進行選擇，避免重複和浪費的情況出現。
發明內容
本發明的目的是提供一種集成了保護、控制、可通信功能的電動機控制保護裝置，將實現上述斷路器、接觸器、電動機保護器以及通信器件功能的元件進行重新組合，集成在一個設備中，從而實現各種功能之間的協調配合。
根據本發明，提供一種電動機控制保護裝置，串接於電動機工作電路，包括斷路器，串接在電動機的主電路中，在短路故障發生時斷開主電路；接觸器，串接在電動機的主電路中，具有閉合與斷開兩種狀態；電流監測模塊，監測所述電動機主電路的三相電流並輸出相應信號；以及控制保護模塊，與所述電流監測模塊、斷路器和接觸器相連，還連接到計算機網絡，所述控制保護模塊接收電流監測模塊輸出的信號並轉換成數位訊號進行計算、分析(如判斷是否發生過載、斷相、三相不平衡等故障)，還從所述計算機網絡上接收控制命令，結合所述根據數位訊號計算的結果和接收到的控制命令產生指令並輸出至所述斷路器和接觸器；所述控制保護模塊還接收所述斷路器和接觸器的工作狀態信號並通過計算機網絡上傳。上傳的數據還可以包括很多電路參數如電壓、電流、功率因數等，控制器保護模塊還可以進行參數設定，如額定工作電流、脫扣等級。
根據本發明的一個實施例，所述控制保護模塊包括強電組件、弱電組件和信息交換組件，其中強電組件包括變壓器，連接到220V交流電源，輸出低壓工作電源；整流濾波穩壓電路，與所述變壓器的輸出相連，對工作電源進一步進行整流、濾波及穩壓，輸出第一、第二和第三電壓；繼電器，接收所述整流濾波穩壓電路輸出的第三電壓，輸出指令至所述斷路器及接觸器；弱電組件包括，採樣電路，接收所述整流濾波穩壓電路輸出的第二電壓，連接到所述電流監控模塊，對電流監控模塊監控的電流進行採樣；控制器，接收所述整流濾波穩壓電路輸出的第一電壓，還連接到所述採樣電路接收所述採樣電路的採樣輸出；所述控制器還接收所述斷路器及接觸器的工作狀態信號；報警器，與所述控制器相連，根據控制器的指示進行告警；而信息交換組件包括，顯示器，與所述控制器相連，根據控制器的指示顯示；輸入裝置，與所述控制器相連，接收輸入指令並傳輸給控制器；通信接口，與所述控制器相連，可進行雙向通信，還連接到計算機網絡，將通過計算機網絡傳輸的控制命令傳輸給控制器，還將控制器接收的斷路器及接觸器的工作狀態信號上傳到計算機網絡。
根據本發明的一實施例，所述整流濾波穩壓電路輸出的第一、第二和第三電壓分別為5V、9V和12V。
根據本發明的一實施例，所述報警器為一蜂鳴器，在另一個實施例中為一指示燈。
本發明所述的通信接口可直接通過MODBUS總線連接到計算機網絡。或者，所述通信接口可先連接到一通信適配器，所述通信適配器再通過DeviceNet總線或者ProfiBus總線連接到計算機網絡。
本發明中，所述控制保護模塊與所述電流監測模塊之間通過屏蔽雙絞線相連。
採用本發明的技術方案的電動機控制保護裝置集成了原來由各個分離的元件實現的過載、斷相、三相不平衡、熱敏保護、短路保護等多種控制和保護功能，且將它們集成在一個器件中之後，上述保護特性能協調配合，並可實現全面的數據通信，具有使用方便、控制保護功能完善、可靠性高等優點，特別適用於智能化程度較高的系統。
本發明上述的以及其他的特徵和優勢將在下面結合附圖和實施例的描述之後變得更加明顯，在附圖中相同的標記表示相同的特徵，其中，圖1是按照本發明的電動機控制保護裝置的結構框圖；圖2是按照本發明的電動機控制保護裝置的電氣原理圖；圖3是按照本發明的電動機控制保護裝置中的控制保護模塊的結構框圖；圖4是按照本發明的電動機控制保護裝置的工作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。
本發明是提供一種集中控制與保護功能的、具有單一智能化控制器的、通信數據全面完整的電動機控制保護裝置，它將多個元件集成在一個器件中，可以有多種保護功能和控制功能並使得這些功能協調配合，同時，該裝置還具有專門的通信裝置，是該裝置能夠實現「遙調」、「遙控」、「遙測」、「遙信」的功能。
為實現上述目的，本發明提供一種電動機控制保護裝置，圖1示出了該種裝置的框圖，該裝置100串接於電動機工作電路，包括斷路器102，串接在電動機的主電路中，在短路故障發生時斷開主電路；接觸器104，串接在電動機的主電路中，具有閉合與斷開兩種狀態；電流監測模塊106，監測電動機主電路的三相電流並輸出相應信號；控制保護模塊108，與電流監測模塊106、斷路器102和接觸器104都相連，還連接到計算機網絡(圖中未示出)，控制保護模塊接收電流監測模塊106輸出的信號並轉換成數位訊號進行計算、分析(如判斷是否發生過載、斷相、三相不平衡等故障)，還從計算機網絡上接收控制命令，結合根據數位訊號計算的結果和接收到的控制命令產生指令並輸出至斷路器102和接觸器104；控制保護模塊108還接收斷路器102和接觸器104的工作狀態信號並通過計算機網絡上傳。上傳的數據還可以包括很多電路參數如電壓、電流、功率因數等，控制器保護模塊還可以進行參數設定，如額定工作電流、脫扣等級。
圖2示出了本發明的電動機控制保護裝置的電氣原理圖200，在圖2中，102為斷路器，104為接觸器，106為電流監測模塊，108為控制保護模塊，226為控制保護模塊108的工作電源輸入端，208為用以連接控制保護模塊108和電流監測模塊106的屏蔽雙絞線，電流監測模塊106將其監測到的電動機主電路中的三相電流信號通過雙絞線208送入控制保護模塊108，控制保護模塊108把電流採樣信號進一步處理成數位訊號並進行相應的計算、判斷工作，之後控制保護模塊108還會根據上述計算、判斷的結果和接收到的控制命令產生指令並輸出至斷路器102和接觸器104(關於控制保護模塊108的內部結構將在下面進一步詳細描述)。
控制保護模塊108可對低於斷路器短路整定電流的故障電流進行保護，在工作時，控制保護模塊108通過控制觸點222和224來斷開接觸器104並發出報警信號，例如，圖2中所示的228為報警器，在一個實施例中，可為指示燈，在另一個實施例中，可以為蜂鳴器。圖2中的230接觸器204的線圈，控制保護模塊108通過控制觸點222來控制接觸器104的線圈230以實現對接觸器104開/合的控制。當電路中的電流達到斷路器102的短路電流動作值時，斷路器102動作並通過接點210將短路脫扣信號送入控制保護模塊108；控制保護模塊108具有兩個輸出接點218和220，連接到斷路器102的再扣器234以實現對斷路器102的斷/合的控制，圖2中的232為其斷路器再扣器234的工作電源輸入端。
控制保護模塊108還具有的另一個功能是具有通信功能，其通過通信接口216實現與網絡的通信，一般來說，主要是與連接在網絡上的上位機238進行通信。通信的內容包括兩個方面，其一是接收來自上位機的控制命令，之後通過上述的至斷路器102的輸出接點218和220以及至接觸器104的輸出接點222分別控制斷路器102和接觸器104。通信內容的另一方面為接收斷路器102和接觸器104的工作狀態信號並通過計算機網絡上傳。例如，圖2中示出的接點212就是用於接收接觸器104的工作狀態信息，接點210也可以用於接收斷路器102的工作狀態信息。對於通信接口216和網絡(上位機238)之間的使用的通信總線236，可直接使用MODBUS總線，也可以首先連接到一通信適配器(圖中未示出)，通過通信適配器再連接到DeviceNet、ProfiBus等總線，以進行各種信號傳輸、監控、控制及設定。上傳的數據還可以包括很多電路參數如電壓、電流、功率因數等，控制器保護模塊還可以進行參數設定，如額定工作電流、脫扣等級。
上面結合本發明的電動機控制保護裝置的電氣原理進行了說明，下面在結合本發明中的控制保護模塊108的具體結構進行描述。從硬體實現的角度來看，本發明中的控制保護模塊108可以分為以下幾個組件，如圖3所示強電組件302，包括，變壓器304，連接到220V交流電源，輸出低壓工作電源；整流濾波穩壓電路306，與變壓器304的輸出相連，對工作電源進一步進行整流、濾波及穩壓，輸出第一、第二和第三電壓，這三個電壓分別是用作後面將要描述的控制器314、採樣電路312和繼電器308的工作電源。強電組件302中的另一個元器件是繼電器308，接收整流濾波穩壓電路輸出的第三電壓，此處使用的是12V的工作電壓，繼電器308會輸出指令至斷路器102及接觸器104；弱電組件310，包括，採樣電路312，接收整流濾波穩壓電路輸出的第二電壓，此處為9V的電壓作為工作電壓，還連接到電流監控模塊106，接收電流監控模塊106輸出的其監控的主電路的電流信號並對電流信號進行採樣，採樣電路312的輸出連接到控制器314以進行進一步的處理，採樣電路312和電流監控模塊106之間通過屏蔽雙絞線相連。控制器314，接收整流濾波穩壓電路輸出的第一電壓，此處為5V的電壓作為工作電壓，還連接到採樣電路312，接收採樣電路312的採樣輸出；控制器314還接收斷路器102及接觸器104的工作狀態信號。弱電組件310中還包括報警器316，與控制器314相連，根據控制器314的指示進行告警，報警器316可以使用蜂鳴器，也可以使用指示燈。
信息交換組件318，包括，顯示器320，與控制器314相連，根據控制器314的指示顯示相應的信息；輸入裝置322，與控制器314相連，接收輸入指令並傳輸給控制器314；通信接口324，與控制器314雙向通信，還連接到計算機網絡(主要是實現與上位機的通信)，將通過計算機網絡傳輸的控制命令傳輸給控制器314，還將控制器314接收的斷路器102及接觸器104的工作狀態信號上傳到計算機網絡以供上位機進行處理。對於所使用的通信總線，可直接使用MODBUS總線，也可以首先連接到一通信適配器(圖中未示出)，通過通信適配器再連接到DeviceNet、ProfiBus等總線。
圖4是本發明的電動機控制保護裝置的工作流程示意圖，如圖4所示的，本發明的裝置基本按照如下的流程工作S11.初始化步驟，對裝置中的控制器、通信接口、顯示器、輸入裝置、採樣電路進行初始化；S12.採樣及轉換步驟，由採樣電路對主電路中的三相電路參數進行採樣並輸入到控制器中，控制器進行模/數轉換將其變成數位訊號；S13.有效值計算步驟，對採樣的信號進行有效值計算；S14.故障判定步驟，在該步驟中，進行過載判斷、不平衡判斷以及斷相判斷，這三個判斷的先後順序並不需要固定，其中任何一個判斷出現故障都將會使脫扣器產生脫扣指令；上述的步驟S11-S14加上後面將要描述的步驟S16共同構成該電動機控制保護裝置的主工作流程，在此過程中，控制器還可以響應各種中斷並執行中斷程序，中斷程序在步驟S15中進行，由於中斷可能隨時發生，因此中斷流程不包括在主流程中，但本領域的技術人員應該理解，中斷步驟S15也是本發明的電動機控制保護裝置工作流程的一部分。
S15.中斷響應步驟，在該步驟中，將檢測是否有中斷請求產生，產生的中斷請求可以包括，來自通信接口的通信中斷、PTC熱保護器產生(和現有技術相同)的熱保護中斷、輸入裝置(如鍵盤)產生的中斷、電流過零點中斷以及定時器中斷。其中，對於通信中斷來說，一般是在上位機有控制命令到達時產生，因此，在接收到通信中斷後，控制器接收數據幀，對其進行CRC校驗，之後執行命令幀中的指令並在需要的時候發送響應的幀。對於其他四種中斷來說，接收到熱保護中斷則執行脫扣的操作；接收到輸入裝置的響應中斷則進入接收鍵盤輸入的過程，接收到電流過零點中斷則啟動定時器，而接收到定時器中斷則執行保護程序。
S16.顯示步驟，將前述步驟中電動機控制保護裝置的狀態、數據、故障在顯示器上顯示，以提示用戶。
上述的步驟S12-S16會電動機控制保護裝置的工作期間會反覆進行。
採用本發明的技術方案的電動機控制保護裝置集成了原來由各個分離的元件實現的過載、斷相、三相不平衡、熱敏保護、短路保護等多種控制和保護功能，且將它們集成在一個器件中之後，上述保護特性能協調配合，並可實現全面的數據通信，具有使用方便、控制保護功能完善、可靠性高等優點，特別適用於智能化程度較高的系統。
上述實施例是提供給熟悉本領域內的人員來實現或使用本發明的，熟悉本領域的人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的保護範圍並不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創新性特徵的最大範圍。
權利要求
1.一種電動機控制保護裝置，串接於電動機工作電路，其特徵在於，包括斷路器，串接在電動機的主電路中，在短路故障發生時斷開主電路；接觸器，串接在電動機的主電路中，具有閉合與斷開兩種狀態；電流監測模塊，監測所述電動機主電路的三相電流並輸出相應信號；控制保護模塊，與所述電流監測模塊、斷路器和接觸器相連，還連接到計算機網絡，所述控制保護模塊接收電流監測模塊輸出的信號並轉換成數位訊號進行計算、分析，還從所述計算機網絡上接收控制命令，結合所述根據數位訊號計算的結果和接收到的控制命令產生指令並輸出至所述斷路器和接觸器；所述控制保護模塊還接收所述斷路器和接觸器的工作狀態信號並通過計算機網絡上傳。
2.如權利要求1所述的電動機控制保護裝置，其特徵在於，所述控制保護模塊包括強電組件，包括，變壓器，連接到220V交流電源，輸出低壓工作電源；整流濾波穩壓電路，與所述變壓器的輸出相連，對工作電源進一步進行整流、濾波及穩壓，輸出第一、第二和第三電壓；繼電器，接收所述整流濾波穩壓電路輸出的第三電壓，輸出指令至所述斷路器及接觸器；弱電組件，包括，採樣電路，接收所述整流濾波穩壓電路輸出的第二電壓，連接到所述電流監控模塊，對電流監控模塊監控的電流進行採樣；控制器，接收所述整流濾波穩壓電路輸出的第一電壓，還連接到所述採樣電路接收所述採樣電路的採樣輸出；所述控制器還接收所述斷路器及接觸器的工作狀態信號；報警器，與所述控制器相連，根據控制器的指示進行告警；信息交換組件，包括，顯示器，與所述控制器相連，根據控制器的指示顯示；輸入裝置，與所述控制器相連，接收輸入指令並傳輸給控制器；通信接口，與所述控制器連接，可雙向通信，還連接到計算機網絡，將通過計算機網絡傳輸的控制命令傳輸給控制器，還將控制器接收的斷路器及接觸器的工作狀態信號上傳到計算機網絡。
3.如權利要求2所述的電動機控制保護裝置，其特徵在於，所述整流濾波穩壓電路輸出的第一、第二和第三電壓分別為5V、9V和12V。
4.如權利要求2所述的電動機控制保護裝置，其特徵在於，所述報警器為一蜂鳴器或者指示燈。
5.如權利要求2所述的電動機控制保護裝置，其特徵在於，所述通信接口通過MODBUS總線連接到計算機網絡。
6.如權利要求2所述的電動機控制保護裝置，其特徵在於，所述通信接口連接到一通信適配器，所述通信適配器通過DeviceNet總線連接到計算機網絡。
7.如權利要求2所述的電動機控制保護裝置，其特徵在於，所述通信接口連接到一通信適配器，所述通信適配器通過ProfiBus總線連接到計算機網絡。
8.如權利要求1至7中任一項所述的電動機控制保護裝置，其特徵在於，所述控制保護模塊與所述電流監測模塊之間通過屏蔽雙絞線相連。
全文摘要
本發明揭示了一種電動機控制保護裝置，串接於電動機工作電路，包括斷路器；接觸器；電流監測模塊；控制保護模塊，與電流監測模塊、斷路器和接觸器相連，還連接到計算機網絡，控制保護模塊接收電流監測模塊輸出的信號並轉換成數位訊號進行計算，還從計算機網絡上接收控制命令，結合根據數位訊號計算的結果和接收到的控制命令產生指令並輸出至斷路器和接觸器；控制保護模塊還接收斷路器和接觸器的工作狀態信號並通過計算機網絡上傳。本發明的技術方案集成了原來由各個分離的元件實現的過載、斷相、三相不平衡、熱敏保護、短路保護等多種控制和保護功能，且將它們集成在一個器件中以使上述保護特性能協調配合，並可實現全面的數據通信。
文檔編號H02H7/08GK1625011SQ200410089208
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月8日 優先權日2004年12月8日
發明者曾萍, 李利, 趙明華 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司