無開關元件斷相保護器的製作方法

2023-06-21 12:37:06

專利名稱:無開關元件斷相保護器的製作方法
本實用新型涉及一種防止交流電機非正常運行的斷相保護裝置及其應用，更具體地說，涉及一種防止三相交流異步電機斷相運行的斷相保護器。
在現有技術中，使用於三相交流異步電機的斷相保護器種類繁多，結構各異，但究其根本不外乎包括以下幾個主要部分測量部分，邏輯部分以及出口部分。
測量部分監督被保護對象的工作狀態，它將儀用互感器傳來的電信號進行加工和放大，變換成便於在邏輯部分使用的電信號，因此，測量部分還進一步包括電壓形成迴路、比較迴路及執行迴路。
邏輯部分接收測量部分的輸出信號，按照給定的程序進行邏輯運算，決定保護裝置的動作與否，發出一個「是」或「否」的單值命令信號，它包括門電路及延時電路。
出口部分將邏輯部分的單值命令信號進行功率放大，以便操縱諸如交流接觸器等電機開關。
現有技術的缺點在於，所需環節較多，電路冗雜，而且出口部分往往還含有多個諸如幹簧或小型中間繼電器或可控矽等開關元件，電機的開關是受這些開關元件控制的，因而，現有技術的斷相保護裝置不僅成本較高，而且保護動作的速度的提高受到了限制。
其次，現有技術的斷相保護裝置保護動作是通過出口部分發出繼電信號(「有」或「無」)給作為電機開關的接觸器而得以實現的，而斷相裝置本身並不給接觸器提供維持吸合的電流(或電壓)，接觸器維持吸合狀態的電流(或電壓)往往直接由交流電源提供，由於接觸器的鐵損以及短路環的消耗，因而耗電較大。
針對現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種可省去現有技術中的諸多環節並毋需採用中間繼電器等輔助開關的結構簡單、成本低廉的斷相保護器，該斷相保護器用比現有技術更為直接的方法去操縱作為電機開關的接觸器，從而使本實用新型的斷相保護器保護動作速度快，可靠性高。
本實用新型的另一個目的在於使本實用新型的斷相保護器能在電機正常運行時為控制電機運行的接觸器提供維持吸合的直流電流，而在斷相的瞬時即中斷該維持電流從而使接觸器釋放，從而達到斷相保護的目的，並能使接觸器在直流電流的維持下工作，從而消除接觸器在交流運行時的鐵損和短路環的功耗。
本實用新型的再一個目的在於，將上述斷相保護器進一步組裝在接觸器的電磁系統中，從而提供一種具有斷相保護功能的節能接觸器。
本實用新型的上述目的是通過下述方式實現的本實用新型的斷相保護器包括三個副邊電壓具有高次諧波的變壓器，諸如高效速飽和零序電流互感器，所述三個變壓器的三個原邊分別與三相交流電機的A、B、C相相串聯，並且其副邊相互串聯；用於將上述三個變壓器副邊串聯後所輸出的交流信號轉換成直流信號的變換電路，所述變換電路的輸入端與所述三個變壓器副邊串聯後的兩端相連，所述變換電路將所述交流信號轉換成便於控制電機運行的接觸器使用的直流信號後輸出給控制電機的接觸器並籍此操縱所述接觸器。
由上述可知，由於上述變壓器的副邊電壓中含有高次諧波，因而，當電機正常運行時，因三個基波電壓大小相等，相位互差120°，故串聯後總電壓為0，但某些高次諧波的疊加卻不為0，其中，尤以三次諧波的電壓幅值為最大，其他某些高次諧波如九次諧波，由於幅值較小，其疊加量基本上可忽略。因而，可選擇三次諧波的幅值足夠大的變壓器以便給接觸器提供足以維持其吸合的電流。
當斷相運行時，其他兩相的線電流大小相等、相位相反，因而變壓器的副邊電壓相互抵消，因而變壓器輸出信號為0，上述接觸器的維持吸合電流即刻消失，致使上述接觸器立即釋放，從而切斷電源，使電機停止運行，起到斷相保護的目的。
由於上述斷相保護器除了三個變壓器以外，其他部件只是些諸如電阻、電容、二極體等元件，因而它可很方便地與接觸器的電磁系統有機地組裝在一起，從而提供一種具有斷相保護功能的接觸器，說這種組裝是有機的是因為它並不使這種新穎的接觸器的體積增加多少，此外，由於在製造上也未增加任何麻煩，但卻增加了斷相保護功能，並且由於斷相保護器給接觸器提供了直流運行的維持電流，因而使這種接觸器較之交流運行的接觸器具有省電的優點。
其
具體實施方式如下將接觸器的吸引線圈的輸入端與上述變壓器的三個副邊相互串聯後的兩端相連，或，所述三個副邊串聯後其整體作為接觸器的吸引線圈，三個副邊相互串聯後的兩端亦同時與上述變換電路的二個輸入端相連，上述變壓器的三個原邊與三相交流電機的A、B、C相相串聯。具體裝配方式極其簡單，為本領域內具有中等以上水準的技術人員所熟知，在此毋需贅言，在下面的實施例中將作為例子給出一種具體的組合方式。
綜上所述，本實用新型的優點在於省去了現有技術通常採用的放大和繼電器等開關元件控制等中間環節，免去這些環節的工作電源和它們的損耗以及對反應速度的延遲，從而實現無開關元件控制接觸器的立即釋放，提高了保護的準確性和可靠性，具有結構簡單，動作速度快、適用範圍廣、便於使用等優點。
此外，本實用新型起動電流與維持電流的轉換是連續的，這是依靠電路本身得以實現的，而不必採用觸點轉換方式，因而，使用本實用明的斷相保護器，可以使上述接觸器不必象通常的情形那樣使用輔助觸頭來實現起動電流與維持電流的轉換。因而可省去傳統的接觸器必須採用一對常開輔助觸點來維持吸合的工作方式。
由於本實用新型的斷相保護器能同時給交流接觸器提供直流運行的維持電流，同時，可很自然地設想將其與接觸器組裝在一起從而提供一種新穎的、具有斷相保護功能的接觸器。如上文所述，由於本實用新型斷相保護器的結構極其簡單，因而這種組合是極為方便的。本發明的斷相保護器給接觸器提供直流運行的維持電流，因而使接觸器比交流運行時耗電節省90％以上，並消除其運行噪聲，因而本實用新型為深入推廣《國務院關於節約用電指令(節能指令第二號)》中第八條的要求「對電耗高效率低的老產品，最遲在1982年底以前停止生產，其中包括未採用無聲運行技術的100安以上的交流接觸器」〈國發(1981)56號文〉提供了一個行之有效的方法。
上述具有斷相保護功能的新穎的接觸器還有一個顯著的優點是，電磁線圈直流工作狀態，因而通常附設的短路環已不再需要；此外，鐵心的渦流也由於接觸器處於直流運行狀態得以消除，所以，製造交流接觸器的矽鋼片衝剪、疊合鉚固這一複雜的工藝可免去而代之以簡單的整塊澆注工藝，從而大大降低了生產成本。
下面將結合附圖對本實用新型的實施例作詳細的描述，其中，圖1a為本實用新型的第一個實施例的電原理圖；圖1b為本實用新型的第一個實施例的外部接線圖；圖2a為本實用新型第二個實施例的電原理 圖2b為本實用新型第二個實施例的外部接線圖；圖3為本實用新型的一個最佳實施例的電原理和外部接線圖；圖4為本實用新型的斷相保護器的安裝示意圖；圖5為將本實用新型的一個斷相保護器與接觸器的電磁系統組裝在一起產生的一種帶斷相保護功能的接觸器線圈電原理圖；圖6為圖5所示的接觸器裝置的結構示意圖；圖7a為圖5和圖6所示的接觸器的外形主視圖；圖7b為圖5和圖6所示的接觸器的外形側視圖。
附圖1是符合本實用新型的一種斷相保護器的電原理和外部接線圖。它把三個具有穩定的高次諧波電壓輸出的變壓器(諸如高效飽和型零序電流互感器)LHA、LHB、LHC，的次級同極性串聯並和由二極體D12、D13等組成的變換電路相接。
當電機正常運行時，互感器LHA、LHB、LHC副邊的三個基波電壓大小相等，相位互差120°，故串聯後基波合成電壓為零，而它們的三次諧波電壓則是同相互相疊加後輸出，經二極體D13半波整流後供給接觸線圈JC維持吸合，並在該電壓負半周時，由二極體D12提供給線圈JC續流迴路，使線圈內流過連續波形的直流電流，保證接觸器能可靠地維持吸合。
發生斷相的瞬時，由於健全的兩相線電流大小相等，相位相反，故串聯後副邊的基波和三次諧波電壓均互相抵消，輸出電壓為零，無法經由D12、D13所組成的變換電路給線圈JC提供維持吸合的電流，導致接觸器立即作保護性釋放。所以，圖1中續流二極體D12和整流二極體D13構成了上述變換電路。
圖中D11是為接觸器提供起動電流而設置的整流二極體，它在工作時，D12仍起續流作用，使流經線圈JC的起動電流為連續的直流電流；因此，D11與手動控制常開觸點QA一起構成了一個起動電路，應指出，在本實施例以及下面幾個實施例中所提供的起動電路給本實用新新的實施提供了方便，但並非限定性的，即起動方法有多種，此方法並非本實用新型的必不可少的特徵當按下QA後，即可使接觸器起動。D13在此則有箝位隔離作用，防止起動電流竄入互感器的次級迴路而引起短接，當起動完畢，D11結束工作的瞬間，D13又能及時向線圈JC提供直流維持電流，實現起動電流與維持電流的連續轉換，在這一轉換中，接觸器輔助觸頭並不起作用，因此可省去。應指出，上述變換電路也可由橋式整流電路構成，其輸入端與所述變壓器副邊串聯後的兩端相連，輸出端與所述接觸器線圈相連。
R11、C11構成阻容吸收回路，保護電路中二極體避免被高壓擊穿。
保險熔絲RD11對裝置中的元件起短路保護作用。端點①、②通過停止按鈕TA與接觸器吸引線圈相連接，端點①、③通過起動按鈕QA與外源相接，以下同。
在大、中型交流接觸器上實施本實用新型，應採用如附圖二所示的本實用新型的第二個實施例，在實施例的起動電路中，增設了起動限流電阻R22和接觸器的輔助常閉觸點JC1。R22在起動時可減小對二極體D21、D22的電流衝擊，JC1則可縮短對二極體D22、D21的電流衝擊時間。
本實用新型的典型實施例見附圖三。當起動按鈕QA動作時，B、C二相的控制電流經QA的已閉合的常開觸點和停止按鈕TA的常閉觸點流向線圈JC，並通過二極體D31完成半波整流，在電源負半周時，D31截止，由二極體D32提供給線圈JC續流迴路，使流經線圈JC的電流為連續的直流起動電流，保證接觸器可靠地吸合，主觸頭JC閉合，電機開始運轉。在QA復位的瞬間，起動電源被斷開，由互感器LHA、LHB、LHC以及D32、D33所組成的供電電路立即投入工作，按上文中所述原理控制接觸器繼續維持吸合併在發生斷相時作保護性釋放，保證電機安全地工作。
如果按工作需要使電機停止運轉，只要按動停止按紐TA，斷開接觸器線圈的直流供電和續流迴路，就可使接觸器立即釋放。
圖4給出了本實用新型的一種安裝方式。現請參見圖5～7。圖5～7描繪了將本實用新型的斷相保護器應用於接觸器中，與其組裝在一起而得到的一個新穎的、同時具有斷相保護功能的節能接觸器的內外結構和電原理。正如上文所述，由於本發明的斷相保護器可簡化到只需採用2～3個由晶體二極體和一、二個電阻、電容，因而，它與接觸器電磁系統的組合是極為簡便的，並且組合後的這種新穎的接觸器的體積並不因此而變大。同樣，對工藝也無任何特殊的要求，相應地，卻簡化了接觸器的生產工藝，因而，在下文中將只是結合附圖作一極簡略的說明，而附圖在此則儘可能提供得詳細一些，以便本領域內具有中等以上水準的技術人員能夠實施。
下面給出圖4～7元部件的標號的意義及其簡略說明41符合本實用新型的一個斷相保護器；42控制電機運轉的接觸器；43接線柱③，連接B相電流傳感器的原邊出線端B′；44接線柱①，和控制按鈕QA、TA之間連線相接；45接線柱②，連接接觸器42線圈的一端；46三相電源進線；47斷相保護器41和接觸器42之間電源連接線；48接觸器42的輸出線，連接所控制的三相異步電機。
51A相電流線圈；52B相電流線圈；53C相電流線圈；54A相的次級線圈；55B相的次級線圈；
56C相的次級線圈；57「山」字形鐵芯。
61彈簧；62接觸器主觸頭。
在圖5和6中，D32的兩端可與接觸器的吸引線圈相連接，也可省去接觸器的吸引線圈而直接由線圈(54、55、56)取而代之。
71帶斷相保護功能的接觸器；72三相電流線圈接線樁頭，連接控制按鈕TA和三相電源進線；73三相電流線圈接線樁頭，連接接觸器的主觸頭；74接觸器三相輸出線接線樁頭；75三相電源進線；76接線柱，連接控制按鈕QA和二極體D32之間連線；77接觸器71的輸出線，連接所控制的三相異步電機。
圖5是該電磁線圈的電原理圖，應指出，在該實施例中所採用的斷相保護器基本上與圖3中所示的實施例相類似，只是由於原來互感器的次級串聯供電迴路在此實施例中代之以吸引電磁線圈，同時續流二極體D32和它構成了整流供電迴路。因此原來需要阻止起動電流竄入以及向原接觸器線圈半波整流供應維持吸合電流的二極體D33在此可以省去，因此上述變換電路的作用在此僅由二極體D32即可完成。具體工作原理下面將進一步闡述。
附圖6是上述新穎交流接觸器的結構圖，它由斷相保護器中三個變壓器合成為接觸器的吸引電磁線圈，它的初組(A－A′、B－B′、C－C′)分別串聯於三相電源中，並構成斷相保護器的三相電流線圈，次級相互串聯接成開口三角形。當起動按鈕QA動作時，A、C二相的控制電流經停止按鈕TA的常閉觸點和QA的已閉合的常開觸點流向串聯的次級線圈並通過二極體D31完成半波整流。在電源負半周時，D截止，由二極體D提供給次級線圈續流迴路，使流經次級線圈的電流為連續的直流起動電流，保證接觸器可靠地吸合，使所接電機開始運轉。在QA復位的瞬間，起動電源被斷開，次級線圈二端因並聯二極體D構成半波整流負載。次級線圈以及三相電流線圈在鐵芯中產生的磁通，使銜鐵受到的電磁吸力的總合力瞬時值能保持穩定(或較小波動)，保證接觸器繼續可靠地吸合。
當斷相運行時，電磁線圈中存在著電流相互抵消作用，其吸力迅速下降為零，在彈簧61的作用下致使接觸器作保護性釋放，起斷相保護的目的。
為簡易起見，停止按鈕TA的接法設計成在其斷開時形成斷相運行，使接觸器立即釋放。
該接觸器的外形圖見圖7a和7b，它和常用交流接觸器基本一樣，只是多了一組接線樁頭，可便於三相電流線圈的安裝，但它的外部控制電路十分簡單，同時製作時「山」字形鐵芯毋須加裝短路環，其耗電也省。
權利要求
1.一種防止三相交流電機斷相運行的斷相保護器，其特徵在於，它包括三個副邊電壓具有高次諧波的變壓器，所述變壓器的三個原邊分別與三相交流電機的A、B、C相相串聯，其三個副邊相互串聯；用於將上述變壓器的三個副邊串聯後所輸出的交流信號轉換成直流信號的變換電路，所述變換電路的二個輸入端與所述變壓器的三個副邊串聯後的兩端相連接，所述變換電路的二個輸出端與控制電機運行的普通接觸器的線圈相連接。
2.根據權利要求
1所述的斷相保護器，其特徵在於，所述變壓器為高效飽和型零序電流互感器。
3.根據權利要求
1所述的斷相保護器，其特徵在於，所述變換電路可由橋式整流電路組成。
4.根據權利要求
1所述的斷相保護器，其特徵在於，所述變換電路可由一個續流二極體D12(或D22或D32)、一個整流二極體D13(或D23或D33)所組成的電路構成。
5.根據權利要求
4所述的斷相保護器，其特徵在於，所述變換電路中還包括由電阻R11電容C11所組成的阻容吸收回路。
6.根據權利要求
1所述的斷相保護器，其特徵在於，所述斷相保護器還包括一個由起動二極體D11(或D21或D31)、手動控制常開觸點QA所構成的起動電路。
7.根據權利要求
6所述的斷相保護器，其特徵在於，所述起動電路中還包括起動限流電阻R22和輔助常閉觸點JC1。
8.一種具有斷相保護作用的接觸器，其特徵在於，它包括相互連接的上述斷相保護器和一個普通接觸器，上述斷相保護器中的部件與普通接觸器中的部件連接方式為將普通接觸器的吸引線圈的輸入端與上述變壓器的三個副邊相互串聯後的兩端相連，或，所述三個副邊串聯後其整體作為普通接觸器的吸引線圈，三個副邊相互串聯後的兩端亦同時與上述變換電路的二個輸入端相連，上述變壓器的三個原邊與三相交流電機的A、B、C相相串聯。
專利摘要
一種防止三相交流電機斷相運行的斷相保護器，它省去了現有技術中通常採用的中間放大、繼電器控制等諸多環節，控制電路簡單，保護動作迅速，且可使控制電機運行的接觸器不必使用輔助常開觸點。將本實用新型的斷相保護器安裝在接觸器中可使接觸器的功能增加而體積並不增大，更可貴的是可達到節能的效果。
文檔編號H02H7/08GK87206874SQ87206874
公開日1988年8月3日 申請日期1987年4月24日
發明者周繼文 申請人:周繼文導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan