電子式電機保護器的製作方法
2023-09-23 05:41:15
專利名稱：電子式電機保護器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電機保護器，尤指一種具有缺相、過載、短路、漏電等故障檢測、保護功能的電子式電機保護器，特別適用於煤礦井下等惡劣環境。
背景技術：
目前，對於交流電動機的過載、過流保護普遍採用熱繼電器進行保護。當電機過載、過流時，隨著電流的升高，電機發熱，熱繼電器動作，切斷電機電源，使電機停止工作。熱繼電器是五十年代初引進蘇聯技術開發的金屬片機械式電機過載保護裝置。它在保護電機過載方面具有一定的作用。但是，它功能單一，無缺相、漏電保護功能，在實際使用過程中，對其它故障引起的電機燒毀不能起到真正的保護作用；另外，它結構也比較複雜、生產工藝難度大、成本高、靈敏度差。
發明內容
鑑於上述原因，本實用新型的目的是提供一種結構簡單、靈敏度高、可靠性高的多功能電子式電機保護器。
為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種電子式電機保護器，它主要由殼體和設置在殼體內的控制電路板構成；所述控制電路板主要包括漏電閉鎖檢測處理電路、三相取樣放大電路、缺相檢測處理電路、過載檢測處理電路、短路檢測處理電路、輸出控制電路和電源電路；所述漏電閉鎖檢測處理電路的信號輸入端與電機外殼相連，檢測電動機外殼及輔助線路是否存在漏電的現象，其輸出端通過輸出控制電路與電機三相電源的其中一相電源相連，控制電機的旋轉；所述三相取樣放大電路的信號輸入端與設置在電機輸出端的三相電流互感器的信號輸出端相連，三相取樣放大電路的信號輸出端分別與缺相檢測處理電路、過載檢測處理電路和短路檢測處理電路的信號輸入端相連；缺相檢測處理電路、過載檢測處理電路和短路檢測處理電路的信號輸出端均通過輸出控制電路與被控電機三相電源的其中一相電源相連，控制電機的旋轉；所述輸出控制電路串聯在被控電機三相電源的其中一相電源迴路中。
由於本實用新型的控制電路板採用模塊化設計，所以，本實用新型結構簡單、靈敏度高、可靠性高。另外，由於本實用新型可以實現對電機的漏電、缺相、過載和短路故障的檢測和處理，與傳統的單一功能的保護裝置相比具有保護全面、功能多、使用範圍廣的優點。
圖1為本實用新型電路板的原理框圖圖2為本實用新型電路板的具體電路圖具體實施方式
本實用新型公開的電子式電機保護器包括一個殼體和設置在殼體內的電路板。殼體上設有電源輸入端子、檢測用端子和控制信號輸出端子。
如圖1所示，設置在殼體內，具有缺相、過載、短路和漏電檢測功能的電路板主要包括漏電閉鎖檢測處理電路1、三相取樣放大電路2、缺相檢測處理電路3、過載檢測處理電路4、短路檢測處理電路5、語音提示電路6、輸出控制電路7和電源電路8。
漏電閉鎖檢測處理電路1的信號輸入端與電機外殼相連，檢測電機外殼及其輔助線路是否存在漏電現象，其輸出端通過輸出控制電路7與被控電機三相電源的其中一相電源相連，控制電機的旋轉。當電機出現漏電現象時，漏電閉鎖檢測處理電路1發出控制信號，通過輸出控制電路7切斷電機電源，使電機停止旋轉，從而保護電機。
三相取樣放大電路2的信號輸入端與設置在電機輸出端的三相電流互感器的信號輸出端相連，三相取樣放大電路2的信號輸出端分別與缺相檢測處理電路3、過載檢測處理電路4和短路檢測處理電路5的信號輸入端相連；缺相檢測處理電路3、過載檢測處理電路4和短路檢測處理電路5的信號輸出端均通過輸出控制電路7與被控電機三相電源的其中一項電源相連，控制電機的旋轉，同時，通過語音提示電路6進行語音提示。當被保護的電動機存在缺相、過載、短路現象時，缺相檢測處理電路3、過載檢測處理電路4和短路檢測處理電路5輸出控制信號，通過輸出控制電路7切斷電機電源，使其停止旋轉。
電源電路8為整個電路板提供工作電源。
本實用新型的工作原理是通過設置在電機輸出處的三相電流互感器檢測電機的三相電流；將檢測到的電機三相電流經三相取樣放大電路2處理後；經缺相檢測處理電路3、過載檢測處理電路4和短路檢測處理電路5處理、判斷被保護電機是否存在缺相、過載和短路現象；如果存在缺相、過載和短路現象，立即通過輸出控制電路7切斷電機電源，同時，通過語音提示電路6進行報警；本實用新型還通過漏電閉鎖檢測處理電路1檢測、判斷被保護電機是否存在漏電現象，如果被保護電機存在漏電現象，漏電閉鎖檢測處理電路1立即輸出控制信號，通過輸出控制電路7切斷電機電源。
圖2為本實用新型電路板的具體電路圖。為了使本實用新型結構簡單、可靠性高，本實用新型控制電路板採用模塊化設計。如圖所示，漏電閉鎖檢測處理電路1包括漏電閉鎖和動作控制模塊IC5(北京自動化所生產的型號為CON10的模塊)和繼電器J2。三相取樣放大電路2包括三相整流模塊IC4(型號HY-4)；缺相檢測處理電路3包括缺相判別模塊IC2(型號HY-2)；過載檢測處理電路4和短路檢測處理電路5包括過載、短路判別模塊IC1(型號HY-1)；語音提示電路6包括語音產生模塊IC3(型號HY-3)；輸出控制電路7包括繼電器J1；電源電路8包括二極體整流橋D1～D4、D5～D8、穩壓晶片U1、U2。
其連接關係為如圖2所示，漏電閉鎖檢測處理電路1中的繼電器J2的線圈一端與+12V電源相連，另一端與漏電閉鎖和動作控制模塊IC5的控制信號輸出管腳9相連；繼電器J2的常開觸點的一端通過端子M與被控電極的外殼相連，另一端通過電阻R11、二極體D9與漏電閉鎖和動作控制模塊IC5的信號輸入管腳2相連，檢測被控電機的絕緣電阻；IC5的信號輸出管腳8與輸出控制電路7中的繼電器J1線圈的一端相連，繼電器J1線圈的另一端與+12V相連，繼電器J1的常開觸點L1、L2串聯在被控電機電源迴路中。
三相取樣放大電路2中的三相整流模塊IC4的管腳14、15、2、3、8、9分別與A、B、C三相電流互感器的信號輸出端相連，IC4的信號輸出管腳6、12、18分別與缺相檢測處理電路3中的缺相判別模塊IC2的信號輸入管腳1、3、12相連，IC2的信號輸出管腳13與漏電閉鎖和動作控制模塊IC5的管腳6相連。當三相取樣放大電路2中的三相整流模塊IC4的信號輸出管腳19與衰減電位器IC6(型號CON20)的管腳7相連，IC6的管腳6又與過載、短路判別模塊IC1的信號輸入管腳6相連，IC1的信號輸出管腳7與漏電閉鎖和動作控制模塊IC5的管腳6相連。
當被控電機開始工作，合閘後，電源電路8輸出+5V和+12V電源。漏電閉鎖和動作控制模塊IC5的控制信號輸出管腳9輸出低電平，繼電器J2線圈得電，其常開觸點吸合，本實用新型電機保護器通過與電機外殼相連的端子M檢測電機外殼的絕緣電阻值。當電動機三相繞組對電動機外殼絕緣電阻小於額定值時，則M端子電位則比正常值偏低，IC5模塊則通過第8腳輸出高電位到繼電器J1，使繼電器J1斷開，切斷電動機主控制迴路的工作電源，使電動機不能啟動。如果電動機三相繞組的絕緣電阻高於額定值，則3秒後，IC5模塊的管腳9輸出高電平，使繼電器J2斷開，漏電檢測過程結束，IC5模塊第8腳輸出低電位，使J1繼電器吸合，則電動機的主控制迴路得到工作電源，可以正常起動。
三相異步電動機不允許缺相運行。當三相異步電動機任缺一相時，其他兩相的線電流會大於電動機額定電流，而此電流不足使熔絲熔斷，從而造成電動機繞組過熱、導致電動機燒毀，而本實用新型在電源缺相或繞組斷相時，可在極短的時間內將電動機電源斷掉，並發出語音報警，從而保護電動機不致燒毀。
本實用新型的缺相或斷相保護主要由缺相檢測處理電路3完成。三相電流互感器取得的三相電流信號經IC4模塊的第2、3、8、9、14、15腳輸入到IC4模塊，經IC4模塊整流濾波後經第6、12、18腳輸出三相電流信號到缺相判別模塊IC2的管腳1、3、12，IC2模塊將缺相判別結果由第13腳輸出到IC5模塊的第6腳，IC5再根據第6腳高電平，從第8腳輸出高電平到繼電器J1，使繼電器J1線圈斷電，閉合的常開點斷開，切斷電動機主迴路的工作電源，從而切斷了電動機工作電源，達到了保護電動機的目的。
當因負載或其他機械原因使電動機任何一相電流急劇上升8-15倍時，三相電流互感器將檢測到的不平衡三相電流傳輸至三相電流整流模塊IC4，模塊IC4將三相電流信號整流、疊加後，由第19腳輸出到衰減電位器IC6第7腳，IC6再通過第6腳將信號送到過載、短路模塊IC1的第6腳，由模塊IC1做短路故障判斷後，由IC1的第7腳輸出判斷結果到IC5模塊的第6腳，由IC5模塊根據第6腳的高電位，決定第8腳輸出高電平，使繼電器J1線圈斷電，已閉合的常開觸點斷開，從而切斷電動機主控迴路的工作電源，繼而使電動機停止運行。當沒有故障時，IC1模塊的第7腳送到IC5模塊的第6腳為低電平，IC5模塊根據第6腳的低電平，由第8腳輸出低電平，使繼電器J1仍處於吸合狀態，電動機的主控迴路有工作電源，電動機仍處於正常工作狀態。
當電動機實際運行功率大於額定功率時，俗稱「小馬拉大車」即過載時，電動機繞組電流增大，會使繞組發熱，損壞絕緣，燒毀電動機，從而影響生產，有時甚至造成嚴重後果。當負載電流大於額定電流12倍時，電流互感器將檢測到的三相電流信號加到IC4模塊後，由IC4模塊將三相電流信號整流、疊加，從第19腳輸出到衰減電位器IC6的第7腳，IC6再通過第6腳將信號送到過載判斷模塊IC1的第6腳，由模塊IC1判別是否過載。如果過載，則過載信號由IC1模塊的第12腳輸出，經過二極體D11和電阻R6對電容C5進行充電，如果過載信號越強，對C5進行充電越快，當電容C5上的電位充到設定值時，IC1模塊通過第11腳取得電容C5上的電壓進行比較判斷，然後由第7腳輸出高電平至IC5模塊的第5腳，IC5模塊根據第5腳的高電平，產生低電平由IC5模塊的第8腳輸出，使繼電器J1斷開，從而切斷電動機主控迴路的工作電源，進而切斷電動機電源。
當保護器發現電機出現漏電、短路、過載和缺相四種故障時，保護器在將切斷電機電源的同時，還通過語音提示模塊IC3(型號HY-3)進行語音提示。語音提示模塊IC3的信號輸入管腳3、8、7、5分別與漏電閉鎖和動作控制模塊IC5的語音控制信號輸出管腳4、缺相判別模塊IC2的語音控制信號輸出管腳13、過載/短路判別模塊IC1的語音控制信號輸出管腳6、9相連。當保護器發現電機出現上述四種故障後，語音提示模塊IC3的信號輸出管腳20輸出高電平，經電容CF1送至揚聲器，由揚聲器發出「漏電」、「缺相」、「過載」、「短路」報警。
權利要求1.一種電子式電機保護器，其特徵在於它主要由殼體和設置在殼體內的控制電路板構成；所述控制電路板主要包括漏電閉鎖檢測處理電路、三相取樣放大電路、缺相檢測處理電路、過載檢測處理電路、短路檢測處理電路、輸出控制電路和電源電路；所述漏電閉鎖檢測處理電路的信號輸入端與電機外殼相連，檢測電動機是否存在漏電的現象，其輸出端通過輸出控制電路與電機的三相電源相連，控制電機的旋轉；所述三相取樣放大電路的信號輸入端與設置在電機輸出端的三相電流互感器的信號輸出端相連，三相取樣放大電路的信號輸出端分別與缺相檢測處理電路、過載檢測處理電路和短路檢測處理電路的信號輸入端相連；缺相檢測處理電路、過載檢測處理電路和短路檢測處理電路的信號輸出端均通過輸出控制電路與電機的三相電源相連，控制電機的旋轉；所述輸出控制電路串聯在被控電機的電源迴路中。
2.根據權利要求1所述的一種電子式電機保護器，其特徵在於所述漏電閉鎖檢測處理電路包括漏電閉鎖和動作控制模塊和第二繼電器；第二繼電器的線圈一端與+12V電源相連，另一端與漏電閉鎖和動作控制模塊的控制信號輸出管腳相連；第二繼電器的常開觸點的一端通過端子與被控電極的外殼相連，另一端通過電阻、二極體與漏電閉鎖和動作控制模塊的信號輸入管腳相連，檢測被控電機的絕緣電阻；漏電閉鎖和動作控制模塊的控制信號輸出管腳與所述輸出控制電路的輸入端相連。
3.根據權利要求2所述的一種電子式電機保護器，其特徵在於所述輸出控制電路包括第一繼電器，該第一繼電器線圈的一端與所述漏電閉鎖檢測處理電路中漏電閉鎖和動作控制模塊的控制信號輸出管腳相連，另一端與+12V相連，第一繼電器的常開觸點串聯在被控電機電源迴路中，控制被控電機電源的通斷。
4.根據權利要求3所述的一種電子式電機保護器，其特徵在於所述三相取樣放大電路包括三相整流模塊；該三相整流模塊的信號輸入端分別與設置在被控電機輸出側的A、B、C三相電流互感器的信號輸出端相連，其A、B、C三相電流信號輸出端分別與缺相檢測處理電路中的缺相判別模塊的信號輸入管腳、過載檢測處理電路和短路檢測處理電路中的過載、短路判別模塊的信號輸入端相連；
5.根據權利要求4所述的一種電子式電機保護器，其特徵在於所述缺相檢測處理電路包括缺相判別模塊；該缺相判別模塊的信號輸入端與所述三相整流模塊的A、B、C三相電流信號輸出端相連，其輸出端與所述漏電閉鎖檢測處理電路中漏電閉鎖和動作控制模塊的控制信號輸入端相連；
6.根據權利要求5所述的一種電子式電機保護器，其特徵在於所述過載檢測處理電路和短路檢測處理電路包括過載、短路判別模塊；該模塊的信號輸入端與所述三相整流模塊的A、B、C三相電流信號輸出端相連，其輸出端與所述漏電閉鎖檢測處理電路中漏電閉鎖和動作控制模塊的控制信號輸入端相連；
專利摘要本實用新型公開了一種電子式電機保護器，它主要由殼體和設置在殼體內的控制電路板構成。所述控制電路板主要包括漏電閉鎖檢測處理電路、三相取樣放大電路、缺相檢測處理電路、過載檢測處理電路、短路檢測處理電路、輸出控制電路和電源電路，它可以檢測被控電機的漏電、缺相、短路和過載故障，當被控電機出現上述故障時，可及時切斷被控電機電源，使電機停止工作，從而保護被控電機。本實用新型適用於交流50Hz，電壓380V、660V、1140V，電流從5.5A－220A的長期工作制、間斷工作制或反覆短時工作制的交流電動機，它可實現過載、斷相、缺相、短路保護，結構簡單，保護過程全面、故障指示明顯、適配功率可調的優點。
文檔編號H02H7/08GK2626107SQ0325703
公開日2004年7月14日 申請日期2003年4月21日 優先權日2003年4月21日
發明者李剛, 曹雲翔 申請人:北京博鑫東辰電子設備有限公司