水泵自動控制及電動機多功能保護電路的製作方法

2023-10-09 17:33:09 2

專利名稱：水泵自動控制及電動機多功能保護電路的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種電動機的啟動以及具有各種保護功能的電路，特別是一種用於水泵電機的自動控制線路，併集成化。
眾所周知，電動機在運行過程中，各種參數必須符合額定的設計，若遇到超壓、欠壓、堵轉、過載、漏電、缺相等故障，其保護電路必須迅速作出反應，或切斷電源、或自動調整，以免損毀電動機，甚至傷及人身安全。在正規的工廠，上述故障都有專門的保護裝置，但都體大昂貴，且靈敏度不高，可靠性差，很多時候電機已經燒壞了，而擔任過載保護的熱繼電器不表態，主要原因是雙金屬片使用壽命太短。水泵，是人類的好幫手，農村、城市、礦山、工地用處極廣，不管多少，哪怕是一臺，也要有專人值班看守，常常發生水塔(高位水池)水滿為患，或發生水源丟失，水泵空轉而燒毀等等。如用於農村自動給水系統的水泵，工作條件十分惡劣，長年水泵都置於水井中，電器控制系統都就近設置，潮溼，溫差大，加上電動機起動頻繁，很容易出現上述的各種故障，燒毀電動機，加上農村科技水平低，若控制系統過於複雜，元件多，無法得到及時維護，所以很多類似的裝置運行一陣後由於故障頻繁而停用。因此，研製一種適應於水泵電動機的控制電路是有必要的。
本發明的目的在於克服已有技術的缺點，提供一種能可靠運行的水泵自動控制及電動機多功能保護電路。
為實現上述目的，本發明的方案為；將具有下述特徵的電路用集成技術處理，所述的電路包括a、電壓取樣電路的輸入端與三相電源相接，其輸出端與一個電壓保護電路相接，電壓保護的輸出端與總控開關電路相接，並發出超壓顯示及欠壓顯示；b、電流取樣電路的輸入端與三相電源相接，其輸出端的高端與堵轉保護電路與過載保護電路的輸出端與總控開關相接，並發出堵轉顯示及過載保護指示，電流取樣電路的輸出高端還與一個電機狀態指示電路相接；c、電流取樣電路的低輸出端與缺相保護電路相接，所述缺相保護電路的輸出端與總控開關相接，並發出缺相保護顯示；d、一個漏電保護電路的輸入端與一個漏電信號拾取裝置相接，其輸出端與總控開關相接，並發出漏電顯示；e、一個水塔自動控制電路的輸入端與一個最高水位信號的拾取裝置的輸出端相接，並與一個最低水位拾取裝置的輸出端相接，其輸出端與總控開關相接，並發出水滿停機指示；f、一個水源自動控制電路的輸入端與最高水位信號拾取裝置的輸出端相接，並與一個最低水位信號拾取裝置的輸出端相接，其輸出端與總控開關相接，並發出水源不足停機指示；g、總控開關電路的輸出端經執行裝置與水泵電機相接。
採用上述電路方案並作成集成塊用於水泵電機的控制則能克服已有技術中不可靠和壽命短的因素，實現了本發明的目的。
下面結合圖示及實施例對方案作更詳細的說明。


圖1為水泵自動控制及電動機多功能保護電路的方框圖；圖2為水泵自動控制及電動機多功能保護電路的總電路圖3為圖1中的電壓取樣電路；圖4為圖1中的電壓保護電路；圖5為圖1中的電流取樣電路；圖6為圖1中所述的堵轉保護、過載保護、漏電保護電路圖；圖7為圖1中所述缺相保護電路圖；圖8為圖1中所述水塔自動控制電路圖；圖9為圖1中所述水源自動控制電路圖；圖10為圖1中所述數據總線電路圖；圖11為圖1中所述總控開關電路；如圖1所述的方框圖，代表了本發明的方案。三相電源A、B、C與電壓取樣電路(1)相接，通過電路(1)輸出高電壓信號與低電壓信號與電壓保護電路(2)相接，電路(2)的輸出通過數據總線(3)與總控開關電路(4)相接，並同時超、欠壓保護指示(5)。
從同樣的三相電源A、B、C與電流取樣電路(6)相接，電路(6)輸出大電流信號與堵轉(短路)保護電路(7)及過載保護電路(8)、電機狀態指示電路(9)相接，電路(7)和(8)通過數據總線(3)與總控開關(4)相接。並同時發出過載或堵轉保護指示(10)，電路(9)還發出電機運行指示(12)。電路(6)發出的小電流信號與缺相保護電路(11)相接，電路(1)通過數據總線與總控開關電路相接，並發出缺相保護指示(53)。
一個漏電信號(13)與漏電保護電路(14)相接，電路(14)通過數據總線(3)與總控開關(4)相接，並發出漏電保護指示(15)。
通過一個水塔水位信號拾取裝置(16)輸出最高水位信號及最低水位信號與水塔自動控制電路(17)相接，電路(17)的輸出端通過數據總線(3)與總控開關(4)相接。並發出水滿不足停機指示(18)。
通過一個水源水位信號拾取裝置(19)輸出最高水平信號及最低水位信號與水源自動控制電路(20)相接，電路(20)的輸出端通過數據總線(3)與總控開關電路(4)相接，並發出水源停機指示(21)。
總控開關電路的輸出端執行機構與所控制的水泵電動機相接。
上述電路不僅限於三相電源，對於單相電源同樣適應。
如圖2所示是根據框圖設計的具體線路圖，如圖中各個電路的具體功能，可以劃分為與框圖相對應的電路，如電壓取樣電路(1)，電壓保護電路(2)，數據總線電路(3)，電流取樣電路(6)，堵轉保護電路(7)，過載保護電路(8)，缺相保護電路(11)，漏電保護電路(14)，水塔供水自動控制電路(17)，水源自動控制電路(20)，總控開關電路(4)等等。將上述的具體線路及元件通過集成技術做成一塊或兩塊集成塊，通過封裝處理的集成塊，具有防震、耐溫差，防潮，可靠性高的特點，再與少量的外接元件結合，就作成了一個體積較小，功能齊全，經久耐用，維修簡便的多功能電機保護器，或電機保護啟動器，或水泵多功能自動控制保護器等多種產品。本實施例作成的集成塊型號為BHQ，在試驗中使用效果較好。
如圖3所述的是具體的電壓取樣電路(1)的原理圖，電壓取樣電路，電源的各相均連有一個由電阻組成的分壓器，一個晶體二極體並接在分壓電阻上，其負端連有一組互為反極性的二極體，其中一組二級管的負端相接，形成共同的高信號輸出，另外一組二極體的正端相接，形成共同的低信號輸出。
在圖3所示的電路僅舉一相說明上述原理。如A相電源連有一個由電阻(22)、(23)、(24)組成的分壓器，二極體(25)並接在分壓器上，其負端連有一個二極體(26)的正極，一個二極體(27)的負極，所有各相中類似二極體(26)的負端連在一起，類似二極體(27)的正端連在一起。
上述電路的工作原理是由各相電源連接的三個分壓器取得各相的電壓變化值，通過二極體(25)或另二個類似的二極體整流，作為超壓保護的輸入端，低電壓信號經二極體(27)等輸出作為欠壓保護的輸入端。
如圖4所述的電壓保護電路(2)，由高電壓保護電路與欠壓保護電路組成。其中高電壓保護電路包括來自電壓取樣電路的高電平輸出端與一個NPN型晶體三極體(28)基極相接，三極體(28)的發射極與一個比較電壓(29)相接，集電極與一個PNP型晶體三極體(30)的基極耦合，三極體(30)的集電極與一個NPN型晶體三極體(31)的基極耦合。
欠壓保護電路包括來自電壓取樣電路的低電壓輸出端與一個PNP型晶體三極體(32)的基極相連，三極體(32)的發射極與一個比較電壓(33)相接，集電板與一個NPN型晶體三極體(34)的基極耦合。兩電路原理為在高壓保護電路中，如由高壓取樣電路中獲得高電壓信號超過比較電壓(29)，則電晶體(28)導通，電晶體(30)、(31)均導通，於是由電晶體(31)的集電極輸出信號到數據總線並發出超壓保護指示。
在欠壓保護電路中，如電壓取樣電路中獲得低電壓(欠壓)信號，則三極體(32)導通，並由三極體(34)的集電極輸出信號到數據總線並發出欠壓保護指示。
在上述兩種情況下，總控開關接到數據總線傳輸來的信號，立即關閉總控開關以免電動機電流過大而損毀。如果電源恢復到正常電壓，系統可以自動啟動電動機工作。
如圖5所示的電流取樣電路其原理是通過電流互感器從電源中取得信號，每個電流互感器的輸出端與一個倍壓整流裝置相連，倍壓整流裝置的輸出端與一組互為反相連接的晶體二極體相連。
如圖5所示的電流取樣電路圖，如在a相，通過電流互感器(35)取得a相的電流變化，與互感器輸入端相接的是由二極體(36)、(37)組成的倍壓整流電路，然後連接兩個互為反相連接的二極體(38)、(39)。其他兩相類似，最後輸出高電流信號和低電流信號供後續電路控制使用。
如圖6所述的用於堵轉，過載、漏電的保護電路，該電路實際上是一個可控矽的工作原理。但由於用集成工藝無法在矽片上作出可控矽元件，所以用本方案的設計來代替，從實際中取得了良好的效果，也是對集成工藝的一個發展。
本方案的保護電路包括一個PNP型晶體三極體(40)，其發射極與基極接成共發射極形成源極，其基極還與另一NPN型晶體三極體(41)的集電極相接，三極體(40)的集電極與三極體(41)的基極耦合形成控制極，三極體(41)的發射極形成漏極。
本電路的工作原理為當控制極懸空或為負時，三極體(40)、(41)均不導通，三極體(41)的集電極輸出為正。當控制極變正約0.65V時，三極體(40)、(41)均導通，三極體(41)集電極輸出為負；此時即使控制極再懸空，三極體(40)、(41)仍保持導通。只有當源、漏極任何一極懸空或控制極變負近於地時，三極體(40)、(41)才截止，三極體(41)的集電極恢復為正。輸出信號可以從源極取出，也可從漏極取出。
如圖7所示為缺相保護電路，包括一個NPN型三極體(42)其發射極接有一組二極體，並與一PNP型三極體(43)的發射極相接，所述三極體(43)的集電極與一個PNP型三極體(44)的集電極及一個NPN型三極體(45)的基極相接，三極體(44)的基極與三極體(45)的集電極相接。
本電路的工作原理為當電動機運行正常時，三極體(42)導通，給三極體(43)建立一個正電壓。一旦電源缺相，電源取樣電路就給三極體(43)的基極送來一個負電平使之導通，三極體(44)隨之導通，三極體(45)集電極輸出負電平去數據總線關閉總控開關電路，使電機失電停轉，保護了電動機。同時三極體(44)發射極輸出負電平點亮設在外圍的發光二極體，指示缺相故障，經排除後方可啟動電動機。
如圖8所示的水塔自動控制電路，也可叫做「導電液面電子行程開關」。本電路的原理包括兩個晶體三極體(46)和(47)，其基極分別接有設在水塔D、E兩處的感應片，三極體(46)的發射極與三極體(47)的集電極相接，三極體(46)的基極與集電極還分別與三極體(48)的集電極與基極相接，三極體(48)還接成共發射極線路。
電路原理為上述電路的接法上部為已敘述的集成可控矽原理，有源極，漏極及控制極，當水淹在D、E兩點時均為正電位表示水位正常，集成可控矽及三極體(47)都導通，給數據總線一個負電平關閉總控開關，使電動機停轉，停止給水塔送水，同時點亮外圍設置的發光二極體指示人們水塔水已滿。當水塔水面下降，D點露出水面而由正電位變為懸空時，因可控矽的特點而繼續導通，水面繼續下落到E點露出水面而懸空時，三極體(47)因基極無電位而截止，使可控矽失電而截止，輸出一個正電平到數據總線去打開總控開關，使電機運行給水塔送水，同時設在外圍的相應發光二極體熄滅。當水塔水面上升，淹沒了E點，三極體(47)導通，但可控矽不會導通，水泵仍在工作，只有當水面淹沒了D點時，可控矽導通，才輸出負電平給數據總線關閉總控開關，使電動機停轉，停止送水。
如圖9所示水源自動控制電路，其控制原理與水塔自動控制電路相近，是在水塔自動控制電路去數據總線的輸出端加有一個由三極體(49)組成的反相器。
如圖10所示的數據總線，由一組二極體組成或非門電路，任何一個二極體出現正偏導通，輸出端(50)就會輸出一個負電平去關閉總控開關，如果全部二極體反偏，輸出端(50)則輸出正電平去打開總控開關使電機工作。
如圖11為總控開關電路，所述的總控開關為一支達林頓管，其輸入端受數據總線控制，(51)端接電源，(52)端接負載(直流繼電器)。
上述電路可用以製造單相電機全功能保護器，保護啟動器，水泵保護自動控制器等許多產品，由於採用集成技術處理後，具有體積小，重量輕，靈敏度高，可靠性好的特點，廣泛採用可以節省人力、財力、物力。
綜上所述，本發明是成功的。
權利要求
1.一種水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述的電路包括a、電壓取樣電路的輸入端與三相電源相接，其輸出端與一個電壓保護電路相接，電壓保護的輸出端與總控開關電路相接，並發出超壓顯示及欠壓保護顯示；b、電流取樣電路的輸入端與三相電源相接，其輸出端的高端與堵轉保護電路、過載保護電路相接的輸出端與總控開關相接，並發出堵轉顯示及過載保護指示，電流取樣電路的輸出高端還與一個電機狀態指示電路相接；c、電流取樣電路的低輸出端與缺相保護電路相接，所述缺相保護電路的輸出端與總控開關相接，並發出缺相保護顯示；d、一個漏電保護電路的輸入端與一個漏電信號拾取裝置相接，其輸出端與總控開關相接；e、一個水塔自動控制電路的輸入端與一個最高水位信號的拾取裝置的輸出端相接，並與一個最低水位拾取裝置的輸出端相接，其輸出端與總控開關相接，並發出水滿停機指示；f、一個水源自動控制電路的輸入端與最高水位信號拾取裝置的輸出端相接，並與一個最低水位信號拾取裝置的輸出端相接，其輸出端與總控開關相接，並發出水源不足停機指示；g、總控開關電路的輸出端經執行裝置與電機相接。
2.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述的電壓取樣電路，電源的各相均連有一個由電阻組成的分壓器，一個晶體二極體並接在分壓電阻上，其負端連有一組互為反極性的二極體，其中一組二級管的負端相接，形成共同的高信號輸出，另外一組二極體的正端相接，形成共同的低信號輸出。
3.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於電壓保護電路(2)，由高電壓保護電路與欠壓保護電路組成。其中高電壓保護電路包括來自電壓取樣電路的高電平輸出端與一個NPN型晶體三極體(28)基極相接，三極體(28)的發射極與一個比較電壓(29)相接，集電極與一個PNP型晶體三極體(30)的基極耦合，三極體(30)的集電極與一個NPN型晶體三極體(31)的基極耦合。
4.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述的電流取樣電路，通過三個電流信號拾取裝置取得信號，每個電流信號拾取裝置輸出端與一個倍壓整流裝置相連，信壓整流裝置的輸出端與一組互為反相連接的晶體二極體相連。
5.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述的用於堵轉，過載、漏電的保護電路，包括一個PNP型晶體三極體(40)，其發射極與基極接成共發射極形成源極，其基極還與另一NPN型晶體三極體(41)的集電極相接，三極體(40)的集電極與三極體(41)的基極耦合形成控制極，三極體(41)的發射極形成漏極。
6.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述的水塔自動控制電路，包括兩個晶體三極體(46)和(47)，其基極分別接有設在水塔A、B兩處的感應片，三極體(46)的發射極與三極體(47)的集電極相接，三極體(46)的基極與集電極還分別與三極體(48)的集電極與基極相接，三極體(48)還接成共發射極線路。
7.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述水源自動控制電路，在水塔自動控制電路去數據總線的輸出端加有一個由三極體(49)組成的反相器。
8.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述的數據總線，由一組二極體組成或非門電路。
9.根據權利要求1所述的水泵自動控制及電動機多功能保護電路，其特徵在於所述的總控開關電路為一支達林頓管。
全文摘要
本發明公開了一種水泵自動控制及電動機多功能保護電路,用於製造單相電機全功能保護器,保護啟動器,水泵保護自動控制器等許多產品,由於採用集成技術處理後,具有體積小,重量輕,靈敏度高,可靠性好的特點,廣泛採用可以節省人力、財力、物力。
文檔編號G05D9/00GK1367412SQ0110707
公開日2002年9月4日 申請日期2001年1月20日 優先權日2001年1月20日
發明者羅丕榮 申請人:羅丕榮