一種電機保護器雙機聯動方法及聯動裝置的製作方法
2023-07-17 15:51:41 3
專利名稱：一種電機保護器雙機聯動方法及聯動裝置的製作方法
技術領域：
本發明應用於雙臺對轉電動機的控制及保護領域，能實現當一臺電動機發生堵轉
而需要停機甚至反轉時，另一臺電動機也同步動作，從而解決了工業生產企業因雙臺對轉 電動機運行不同步而導致的生產線故障，屬於雙臺對轉電動機的電氣自動化控制領域。
背景技術：
雙臺對轉電動機一般應用於礦場、洗煤廠等需要將礦物粉碎的場合。這種對轉形 式的主要結構由兩臺電動機組成，它們驅動兩個靠在一起的踞軸朝相對的方向轉動，從而 把礦物碾碎。由於礦物的硬度、大小、重量的不同，有些礦物塊體不易粉碎，甚至會卡到踞軸 之間，使踞軸無法轉動，從而造成電動機堵轉。堵轉時電動機的電流迅速增大，可以達到額 定電流的8倍以上，如不及時採取措施，會造成電動機燒壞，給企業帶來經濟損失；同時，非
正常停工所造成的生產流程混亂、物料損失、安全隱患也是十分巨大的。對於雙臺電動機對 轉，當其中一臺電動機發生堵轉時，必須首先同時停止兩臺電動機的運轉，繼而控制兩臺電 動機同時回倒，將卡住的物塊退出，然後恢復正常的運轉。如果其中一臺堵轉而另一臺繼續 運轉，會加劇故障的危害，導致兩臺電動機都會損壞。因而雙機的同步是非常必要的。
目前，避免堵轉問題所帶來的損害一般採用熱過載繼電器或電機保護器來實現。 熱過載繼電器主要包括感知定子繞組溫度的熱元件、控制交流接觸器的常閉觸頭、用於推 動推桿的雙金屬片、用於推動觸頭的人字形撥杆等。其工作原理是在電機運轉過程中，溫度 隨著電流的大小變化，雙金屬片隨溫度不同其彎曲的程度也不相同。當電動機電流過大引 起溫度過高時，雙金屬片就會推動推桿和撥杆，斷開觸頭，從而斷開接觸器電流，使得電動 機迴路斷電，電動機停止運行。這類設備的缺點在於其內部極其複雜，各個結構的物理性質 存在差異，不可靠性急劇增加，最大的欠缺是保護不精細、反應速度慢、重複性差，隨著使用 時間的延長有效性和精度都會降低。而且對於雙機對轉的場合，不能夠實現電動機的回倒， 並且不可能實現多個熱過載繼電器的同步，因而無法完成對雙臺電動機的同步控制。而對 於一般的智能型電動機保護器，主要由微處理器、交流互感器、繼電器控制等模塊組成，可 以精確地檢測電動機迴路的電流，實現故障精確判斷，並能夠及時地進行保護。但是這類智 能電機保護器智能針對一臺電動機進行保護， 一臺保護器只能單獨地保護一臺電動機，不 同的保護器之間不能進行信息的交互，對於雙臺對轉電動機來說，即使每臺電動機都使用 一臺保護器，由於保護器之間無法通信，因而也無法實現雙臺電動機的準確同步停機和回 倒。目前也有一些電動機保護器產品具有無線組網的功能，多臺保護器可以通過無線模塊 把數據集中地發送到一臺伺服器上，可以利用伺服器實現集中控制。但這類保護器只能和 伺服器進行交流，任意兩臺保護器之間無法實現點對點的直接通信，因而仍然無法實現雙 臺電動機同步運行的功能。
發明內容
技術問題本發明針對雙臺對轉電動機的堵轉問題，提供一種電機保護器雙機聯
4動方法及裝置，能實現當一臺電動機發生堵轉而需要停機甚至反轉時，另一臺電動機也同 步動作，從而解決了工業生產企業因雙臺對轉電動機運行不同步而導致的生產線故障。
技術方案本發明為實現上述目的，採用如下技術方案 本發明一種電動機保護器雙機聯動方法，其特徵在於一臺電動機配備一個聯動 裝置，保護器採用電流採樣電路單獨檢測其保護的電動機的電流，並將採樣電流輸出至單 片機；當單片機根據採樣電流判斷電動機發生異常，則驅動繼電器控制電路停止或反轉電 動機，同時通過串口驅動晶片發送同步控制信號給另一臺電動機機聯動裝置停止或反轉另 一臺電動機；當單片機根據採樣電流判斷電動機未發生異常，則驅動繼電器控制電路重啟 電動機或不動作，同時通過串口驅動晶片發送同步控制信號給另一臺電動機機聯動裝置重 啟另一臺電動機或不動作。 —種電動機保護器雙機聯動裝置， 一臺電動機配備一個聯動裝置，兩個聯動裝置 結構相同，每個聯動裝置都包括由電流採樣電路、串口驅動晶片、單片機、繼電器控制電路 構成的保護器以及二次控制迴路和交流-直流開關電源模塊，其中電流採樣電路的輸入端 與設置於電動機三相輸入端上的電流互感器連接，電流採樣電路的輸出端接單片機的輸入 端，單片機通過串口驅動晶片與另一個聯動裝置通信，單片機的輸出端串接繼電器控制電 路後接二次控制迴路的輸入端，交流_直流開關電源模塊給保護器供電，二次控制迴路和 交流_直流開關電源模塊的電源端接外部交流電源。 有益效果本發明能夠實現當雙臺對轉電動機的其中一臺發生堵轉而需要停機甚 至反轉回倒時，另一臺電動機也同步動作，從而解決了工業生產企業因雙臺對轉電動機運 行不同步而導致的生產線故障，具有整定精度高、可重複性好、動作時間準確、同步準確無 誤等特點。
圖1是雙臺對轉電動機結構示意圖。 圖2是本發明雙機聯動裝置及外部二次控制迴路原理圖。圖中有接觸器KM1常 閉輔助觸點56，接觸器KM1常開輔助觸點54，接觸器KM2常閉輔助觸點57，接觸器KM2常開 輔助觸點55，第一電阻Rl，第二電阻R2，第三電阻R3，第一電容Cl，第二電容C2，串口通信 晶片2，繼電器ZJ1線圈41，繼電器ZJ2線圈42，繼電器ZJ3線圈43， 32位高性能單片機芯 片3， AD採樣晶片11，交流-直流開關電源模塊6，繼電器ZJ1常開觸點51，繼電器ZJ2常 開觸點52，繼電器ZJ3常閉觸點53，接觸器KM1線圈58，接觸器KM1線圈59，第一啟動開關 Ql，第二啟動開關Q2，停機開關Tl。 圖3為本雙機聯動發明方法及裝置具體應用示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明方法及裝置作進一步說明。
如圖1所示，某生產線上採用雙臺對轉電動機A和B，每臺電動機為380V三相異步 電動機，電源頻率為50Hz工頻，電機採用星型接法工作。在電氣控制系統中採用空氣開關、 交流接觸器及本發明方法及裝置進行雙機聯動和堵轉保護。保護器A和保護器B分別對應 於電動機A和電動機B進行圖2所示的接線，保護器A和保護器B之間用串口相連。總體結構如圖3所示。 如圖2所示，一種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於一臺電動機配備一個 聯動裝置，兩個聯動裝置結構相同，每個聯動裝置都包括由電流採樣電路1、串口驅動晶片 2、單片機3、繼電器控制電路4構成的保護器以及二次控制迴路5和交流-直流開關電源模 塊6，其中電流採樣電路1的輸入端與設置於電動機三相輸入端上的電流互感器連接，電流 採樣電路1的輸出端接單片機3的輸入端，單片機3通過串口驅動晶片2與另一個聯動裝 置通信，單片機3的輸出端串接繼電器控制電路4後接二次控制迴路5的輸入端，交流_直 流開關電源模塊6給保護器供電，二次控制迴路5和交流-直流開關電源模塊6的電源端 接外部交流電源。 所述的一種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於所述電流採樣電路1包括 第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl、第二電容C2和AD晶片ll，其中第一 電阻R1的一端分別接電流互感器的同名端和第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端分 別接第一電容C1和第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端分別接第二電容C2的一端 和AD晶片11的採樣輸入端，第一電阻R1的另一端分別與電流互感器的異名端和第一電容 C1、第二電容C2的另一端連接接地。 所述的一種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於所述繼電器控制電路4由 繼電器ZJl線圈41 、繼電器ZJ2線圈42、繼電器ZJ3線圈43組成，繼電器ZJl線圈41 、繼電 器ZJ2線圈42、繼電器ZJ3線圈43分別通過內部控制總線與處理器相連，並與並與二次控 制迴路5的輸入端連接。 所述的一種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於所述二次控制迴路5由第 一啟動開關Q1、第二啟動開關Q2、繼電器ZJ1常開觸點51、繼電器ZJ2常開觸點52、繼電器 ZJ3常閉觸點53、第一交流接觸器KM1常開輔助觸點54、第二交流接觸器KM2常開輔助觸 點55、第一交流接觸器KM1常閉輔助觸點56、第二交流接觸器KM2常閉輔助觸點57、第一 交流接觸器KM1線圈58和第二交流接觸器KM2線圈59構成，其中繼電器ZJ1常開觸點51 的一端分別與繼電器ZJ2常開觸點52、繼電器ZJ3常閉觸點53的一端連接後由第一接線端 子a連接到外部交流電源的中性線N上，繼電器ZJ1常開觸點51另一端與第五接線端子e 相連，繼電器ZJ2常開觸點52另一端與第三接線端子c相連；第一交流接觸器KM1常開輔 助觸點54和第一啟動開關Ql —端並聯到第四接線端子d上，另一端並聯到第五接線端子 e上；第二交流接觸器KM2常開輔助觸點55和第二啟動開關Q2 —端並聯到第四接線端子d 上，另一端並聯到第三接線端子c上；第一交流接觸器KM1常閉輔助觸點56的一端和第二 交流接觸器KM2常閉輔助觸點57的一端並聯後通過第二接線端子b接到外部交流電源的 相電源線L上；第一交流接觸器KM1線圈58 —端與第三接線端子c相連，另一端與第二交 流接觸器KM2常閉輔助觸點57的另一端相連；第二交流接觸器KM2線圈59 —端與第五接 線端子e相連，另一端與第一交流接觸器KM1常閉輔助觸點56的另一端相連；停止開關Tl 一端與第四接線端子d相連，另一端與繼電器ZJ3常閉觸點53的另一端相連。
其中一臺電動機A啟動時，空氣開關打到合閘位置，按下啟動按鈕Q2，此時由於繼 電器ZJ3常閉觸點53處於默認常閉狀態，因此交流接觸器KM1線圈58從控制迴路得電並 吸合交流接觸器KM1的主觸點，同時接觸器KM1常閉輔助觸點56斷開，三相異步電動機正 常啟動。雙臺對轉電機的另一臺B也按此步驟操作，則兩臺電機均處於正常運轉狀態。正
6常工作期間，32位高性能單片機CPU晶片3通過由AD採樣晶片11和第一電阻Rl、第二電 阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl、第二電容C2所組成的電流採樣電路對電動機的三相電流 進行實時數據採集，對低壓三相異步電動機的工作狀態進行實時監測，從而判定電動機一 直處於正常工作模式。 電動機A和電動機B的同步過程如下 步驟一 假設在正常運行過程中，電動機A開始發生堵轉，保護器A內部的32位 高性能單片機CPU晶片3檢測到當前電流超過了發生堵轉的臨界值，此時CPU晶片3開始 計時。當發生堵轉的時間超過了所能允許的最大值時，則認為電動機遇到了不可粉碎的硬 物，需立即停機。這時CPU晶片3控制繼電器ZJ3線圈43，使得繼電器ZJ3常閉觸點53做 一次跳閘動作，此時第一交流接觸器KM1線圈58因為控制迴路失電因而也失電，從而釋放 第一交流接觸器KM1主觸點，斷開主迴路。同時，保護器A內部的CPU晶片3通過串口發送 一條信息給保護器B，告知保護器B現在應停機，保護器B內部的CPU晶片3在接收到這一 消息後，立即控制B內部的繼電器ZJ3線圈43，使得繼電器ZJ3常閉觸點53做一次跳閘動 作，從而斷開電動機B的主迴路，這樣就實現了電動機A和電動機B的同步停機。
步驟二 當電動機A的迴路斷開時，由於電動機慣性的原因，仍在減速運轉，保護 器A的32位CPU晶片3便開始計時，等待電動機完全停止運轉。計時完畢，此時保護器A 的CPU控制繼電器ZJ1線圈41，使得繼電器ZJ1常開觸點51做一次合閘動作，此時第二交 流接觸器KM2線圈59從控制迴路得電因而吸合交流接觸器KM2的主觸點，由於KM2主觸點 的接線相序是反相的，因而電動機反轉回倒。保護器A內部的CPU晶片3在控制常開觸點 51合閘的同時，通過串口發送一條信息給保護器B，告知保護器B現在應反轉回倒，保護器 B內部的CPU晶片3在接收到這一消息後，立即控制B內部的繼電器ZJ1線圈41，使得繼電 器ZJ1常開觸點51做一次合閘動作，從而使電動機B也反轉回倒，這樣就完成了電動機A 和電動機B的同步反轉。 步驟三保護器A的CPU晶片3計算反轉運行的時間，當達到一定值時，認為雙臺 對轉電動機已經把卡住踞軸的硬物退出，此時應停止反轉。保護器A的CPU晶片3控制繼 電器ZJ3線圈43，使得繼電器ZJ3常閉觸點53做一次跳閘動作，此時第二交流接觸器KM2 線圈59因為控制迴路失電因而也失電，從而釋放第二交流接觸器KM2主觸點，斷開主迴路。 同時，保護器A內部的CPU晶片3通過串口發送一條信息給保護器B，告知保護器B現在應 停機，保護器B內部的CPU晶片3在接收到這一消息後，立即控制B內部的繼電器ZJ3線圈 43，使得繼電器ZJ3常閉觸點53做一次跳閘動作，從而斷開電動機B的主迴路，這樣就實現 了電動機A和電動機B的同步停機。 步驟四當電動機A的反轉迴路斷開時，由於電動機慣性的原因，仍在減速運轉， 保護器A的32位CPU晶片3便開始計時，等待電動機完全停止運轉。計時完畢，此時保護 器A的CPU控制繼電器ZJ2線圈42，使得繼電器ZJ2常開觸點52做一次合閘動作，此時第 一交流接觸器KM1線圈58從控制迴路得電因而吸合交流接觸器KM1的主觸點，因而電動機 開始正常啟動。保護器A內部的CPU晶片3在控制常開觸點52合閘的同時，通過串口發送 一條信息給保護器B，告知保護器B現在應正常啟動，保護器B內部的CPU晶片3在接收到 這一消息後，立即控制B內部的繼電器ZJ2線圈42，使得繼電器ZJ1常開觸點52做一次合 閘動作，從而使電動機B也正常啟動，這樣就完成了電動機A和電動機B的同步正常啟動。
由此可見，如果正常運行時是電動機A先發生堵轉，那麼保護器B的動作受到保護器A的控制，電動機B的一系列動作都隨電動機A而動。同理，如果正常運行時是電動機B先發生堵轉，那麼電動機A的一系列動作都隨電動機B而動，具體步驟可類比步驟一到步驟四而得到。 綜上所述，本發明是利用了兩臺保護器對雙臺對轉電動機進行保護，兩臺處理器之間通過串口進行通信。處理器通過電流採樣電路對電動機的運行狀態進行檢測，判別電動機是否發生堵轉。雙機對轉電動機在遇到堵轉故障後，經過上述四個步驟，通過繼電器控制電路來對二次控制迴路的狀態進行控制，能夠自動同步地進行停機、等待、反轉、停機、等待、正常啟動這樣一系列精準有序的動作，能夠在不需人為幹預的情況下，自動排除堵轉故障，實現智能化控制。本設計具有採樣精度高、整定精度高、可重複性好、動作時間準確、同步準確無誤等特點。 需要設置的參數有5個，其定義如下 堵轉電流定值Id :電流超過該值以上認為進入堵轉； 允許堵轉時間tq :允許電流超過堵轉電流持續最大時間； 等待停機時間ty :電動機斷電後由於慣性仍能持續轉動的時間； 反轉回倒時間tf :電動機退出硬物所需要的反轉回倒時間； 脈衝時間to :ZJ1、 ZJ2閉合一次持續時間以及ZJ3斷開一次持續時間。 如果在較短時間內連續發生3輪上述步驟一到步驟四的全過程，則認為雙臺對轉
電機遇到的硬物無法通過反覆擠壓而壓碎，那麼則由32位高性能單片機CPU晶片3控制繼
電器ZJ3線圈43，使得繼電器ZJ3常閉觸點53做一次跳閘動作，從而斷開主迴路，保護電動
機，不再自動重啟電動機，等待人員處理改硬物。 如果在反轉回倒過程中也發生了堵轉，則認為硬物無法反轉退出，那麼則由32位
高性能單片機CPU晶片3控制繼電器ZJ3線圈43，使得繼電器ZJ3常閉觸點53做一次跳閘
動作，從而斷開主迴路，保護電動機，不再自動重啟電動機，等待人員處理改硬物。 如果在正常工作過程中需要停止雙臺對轉電動機，可通過按下停止按鈕Tl來實現。 以上藉助較佳實施例描述了本發明的具體實施方式
，但是應該理解的是，前述具體的描述不應理解為對本發明的實質和範圍的限定，本領域內的普通技術人員在閱讀本說明書後對上述實施例作出的各種修改，都屬於本發明所保護的範圍。
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權利要求
一種電動機保護器雙機聯動方法，其特徵在於一臺電動機配備一個聯動裝置，保護器採用電流採樣電路(1)單獨檢測其保護的電動機的電流，並將採樣電流輸出至單片機(3)；當單片機(3)根據採樣電流判斷電動機發生異常，則驅動繼電器控制電路(4)停止或反轉電動機，同時通過串口驅動晶片(2)發送同步控制信號給另一臺電動機機聯動裝置停止或反轉另一臺電動機；當單片機(3)根據採樣電流判斷電動機未發生異常，則驅動繼電器控制電路(4)重啟電動機或不動作，同時通過串口驅動晶片(2)發送同步控制信號給另一臺電動機聯動裝置重啟另一臺電動機或不動作。
2. —種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於一臺電動機配備一個聯動裝置，兩 個聯動裝置結構相同，每個聯動裝置都包括由電流採樣電路(1)、串口驅動晶片(2)、單片 機(3)、繼電器控制電路(4)構成的保護器以及二次控制迴路(5)和交流-直流開關電源模 塊(6)，其中電流採樣電路(1)的輸入端與設置於電動機三相輸入端上的電流互感器連接， 電流採樣電路(1)的輸出端接單片機(3)的輸入端，單片機(3)通過串口驅動晶片(2)與 另一個聯動裝置通信，單片機(3)的輸出端串接繼電器控制電路(4)後接二次控制迴路(5) 的輸入端，交流-直流開關電源模塊(6)給保護器供電，二次控制迴路(5)和交流-直流開 關電源模塊(6)的電源端接外部交流電源。
3. 根據權利要求2所述的一種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於所述電流採 樣電路(1)包括第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第一電容(Cl)、第二電容 (C2)和AD晶片(ll)，其中第一電阻(Rl)的一端分別接電流互感器的同名端和第二電阻 (R2)的一端，第二電阻(R2)的另一端分別接第一電容(Cl)和第三電阻(R3)的一端，第三 電阻(R3)的另一端分別接第二電容(C2)的一端和AD晶片(11)的採樣輸入端，第一電阻 (Rl)的另一端分別與電流互感器的異名端和第一電容(Cl)、第二電容(C2)的另一端連接 接地。
4. 根據權利要求2所述的一種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於所述繼電器 控制電路(4)由繼電器ZJ1線圈(41)、繼電器ZJ2線圈(42)、繼電器ZJ3線圈(43)組成， 繼電器ZJ1線圈(41)、繼電器ZJ2線圈(42)、繼電器ZJ3線圈(43)分別通過內部控制總線 與處理器相連，並與並與二次控制迴路(5)的輸入端連接。
5. 根據權利要求2所述的一種電動機保護器雙機聯動裝置，其特徵在於所述二次控 制迴路(5)由第一啟動開關(Ql)、第二啟動開關(Q2)、繼電器ZJ1常開觸點(51)、繼電器 ZJ2常開觸點(52)、繼電器ZJ3常閉觸點(53)、第一交流接觸器KM1常開輔助觸點(54)、第 二交流接觸器KM2常開輔助觸點(55)、第一交流接觸器KM1常閉輔助觸點(56)、第二交流 接觸器KM2常閉輔助觸點(57)、第一交流接觸器KM1線圈(58)和第二交流接觸器KM2線 圈(59)構成，其中繼電器ZJ1常開觸點(51)的一端分別與繼電器ZJ2常開觸點(52)、繼電 器ZJ3常閉觸點(53)的一端連接後由第一接線端子(a)連接到外部交流電源的中性線(N) 上，繼電器ZJ1常開觸點(51)另一端與第五接線端子(e)相連，繼電器ZJ2常開觸點(52) 另一端與第三接線端子(c)相連；第一交流接觸器KM1常開輔助觸點(54)和第一啟動開 關(Ql) —端並聯到第四接線端子(d)上，另一端並聯到第五接線端子(e)上；第二交流接 觸器KM2常開輔助觸點(55)和第二啟動開關(Q2) —端並聯到第四接線端子(d)上，另一 端並聯到第三接線端子(c)上；第一交流接觸器KM1常閉輔助觸點(56)的一端和第二交流 接觸器KM2常閉輔助觸點(57)的一端並聯後通過第二接線端子(b)接到外部交流電源的相電源線(L)上；第一交流接觸器KM1線圈(58) —端與第三接線端子(c)相連，另一端與第二交流接觸器KM2常閉輔助觸點(57)的另一端相連；第二交流接觸器KM2線圈(59) —端與第五接線端子(e)相連，另一端與第一交流接觸器KMl常閉輔助觸點(56)的另一端相連；停止開關(Tl) 一端與第四接線端子(d)相連，另一端與繼電器ZJ3常閉觸點(53)的另一端相連。
全文摘要
本發明公布了一種電機保護器雙機聯動方法及聯動裝置，本發明方法保護器採用電流採樣電路單獨檢測其保護的電動機的電流，並將採樣電流輸出至單片機；當單片機根據採樣電流判斷電動機發生異常，則驅動繼電器控制電路停止或反轉電動機，同時通過串口驅動晶片發送同步控制信號給另一臺電動機機聯動裝置停止或反轉另一臺電動機；當未發生異常，則驅動繼電器控制電路重啟電動機或不動作，同時通過串口驅動晶片發送同步控制信號給另一臺電動機機聯動裝置重啟另一臺電動機或不動作。本發明由處理器，電流採樣電路，串口晶片，繼電器控制電路，二次控制迴路，開關電源，接線端子組成。本發明整定精度高、動作時間準確、同步穩定。
文檔編號H02H7/08GK101741294SQ20091026457
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者於陽, 刁龍, 時龍興, 李冰, 桑愛兵, 鍾銳, 陸生禮 申請人:東南大學