高穩定性電器過流全能電子保護器的製作方法

2023-04-25 20:19:46 2

專利名稱：高穩定性電器過流全能電子保護器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電、配電和機電設備過流保護裝置，尤其是用於電動機的電子式過流保護裝置製造領域。
眾所周知，機械式過流保護裝置，如雙金屬片過流保護產品受溫度變化影響，靈敏度較低，對機電設備，特別是電機不能提供有效保護。電子型過流保護不受溫度變化影響，靈敏度高，但是，由於受電壓變化影響較大(如電源電壓變化，線路電流波動均引起檢測電壓的變化，特別是用於電機，還要受電機起動、控制、運行狀態及機械特性不同所引起檢測電壓的變化)，因而穩定性及可靠性是電子式過流產品急待解決的一大難題，特別是電機保護技術難度更大1、要求體積小，便於安裝。2、要求成本低，電機本身不值錢。3、保護故障電流範圍寬，如過載電流範圍1.2～10Ie一般在習慣上稱過載是指過載1.2Ie，電機抱軸過載電流範圍1.2～7Ie，堵轉過載電流範圍6～7Ie，其中二極四極電機為7Ie，六極電機為6.5Ie，八極電機為6Ie，欠壓、過載電流範圍1.2～7Ie，電壓達到由380V降到300V時電機處於爬行或堵轉。4、電機保護涉及很多使用功能，如(1)全壓起動(主要用於10KW以下電機，有的7.5KW就採用降壓起動)，(2)降壓起動(一般採用Y形起動，Δ形運行)它的特點是有兩次起動電流，由於起動電流就是堵轉電流，使用功能與保護功能俱全是電機保護器的關鍵技術難題。(3)有穩定負載和不穩定負載(一般情況穩定負載電機留有20～30％的餘量，不穩定負載電機在設備空載時留有50％的餘量)。另外，電機堵轉電流與電機極數有關，更增加了設計難度。目前，國內國外相應產品均存在穩定性差、可靠性低的問題，以及還未出現較為理想的全能保護產品。國外電子式過流保護產品所存在的問題是1、德國AEG公司「ME系列框架斷路器」的保護特性指標為0.5-10Ie(額定電流)，動作時間最長30秒，用於電機容易誤動作；2-12Ie最短3秒，最長27秒，不能用於風機降壓起動；2、德國西門子公司「3WN6系列框架式斷路器」的保護特性指標的問題和缺陷是其長延時過載40％才動作，定時10秒，為了減少誤動作，設定空氣開關1.05Ie不動作，改為1.4Ie動作，使保護範圍縮小了，不符合產品性能要求。其40秒是為風機降壓起動設置，不符合熱繼電器堵轉＜10秒的要求。上述國外產品存在1、穩定性差，用於電機尤為顯現。因此西門子3WN6系列將起始值訂為1.4Ie才動作，整定電流定點，動作時間定點，可以彌補穩定性差之不足，但不能從根本上解決穩定性問題；2、保護特性曲線(表述自變量預期電流/脫扣器額定電流與因變量動作時間之間的函數關係)是梯形，曲線不完整，中間有空檔，國內類似產品中，四川眉山普達公司「電機保護開關」，河南偃師低壓電器廠「保護電機閘刀」，四川成都432信箱「多功能電機保護供電箱」是限制使用範圍(全壓起動)來達到使用的目的。其堵轉保護指標均不合格；山東濟南乃斯、浙江寧波巨龍、陝西成陽明強、成都432信箱、南京等產品均設一點保護，有起動延時設計，即起動過程不保護，它不符合熱繼電器產品性能要求。北京正存保護器保護點多，但一致性很差，相差3倍以上如6Ie約3～15秒，仍然不能保護堵轉，以上產品缺乏完整的保護特性曲線，不具備保護動作指標的一致性，只能根據用戶特定適用範圍調整使用，同時，穩定性較差，因電源電壓波動、電機振動，電機負裁變化，都易使保護器產生誤動作。此外，中國專利文獻公開了「電動機過流全能保護器」(CN2218421Y)，由電源電路、交流電動態檢測電路、比例放大電路、反時限延時電路和短路保護電路組成，主要缺點是缺乏穩定性。
本發明的任務在於針對以上現有技術的問題和不足之處而提供一種高穩定性電器過流全能電子保護器，它具有高穩定性和保護特性曲線的完整性。
本發明的任務通過以下設計來實現一種高穩定性電器過流全能電子保護器，包括穩壓電源電路、交流電動態檢測電路1、1.2Ie比例放大電器2、反時限延時電路5、短路保護電路6、脫扣電路7，上述電路1、2、5、6、7順次級聯；上述電路1、6、7順次級聯，其特徵在於，還包括a)、大電流動作時間加速電路3由運算放大器A2、電阻R19、R20、R21、R22組成；運算放大器A2的負輸入端串聯R19後，接於所述電路1的輸出端，A2的正輸入端串聯R20後分別接於R21、R22的一端，R21另一端接所述穩壓電源電路負極輸出端，R22另一端接地；b)、保護動作指標穩定電路4由二級管D7、D8、D10、電阻R5、R6、R7、R10、R12、R13組成；D10正極串聯R12後，接於上述電路3的輸出端即運算放大器A2的輸出端，D10負極和D7正極均接於所述反時限延時電路5的輸入端，D7負極順次串聯R6、R7後接地，R13一端接於R6和R7的交接點，R13另一端接所述穩壓電源電路的負極輸出端，D8負極接於D7負極，D8正極串聯R10後，接於1.2Ie比例放大電路2的輸出端。
上述設計是針對現有電子過流保護產品的普遍問題，在原有專利(CN2218421Y)基礎上，增設大電流動作時間加速電路和保護動作指標穩定電路。它有效地解決了穩定性和保護特性曲線完整性問題(詳見電路原理闡述)。


圖1圖2分別是本發明的電路圖和電原理框圖；圖3是本發明一個實施例的保護特性曲線圖。
圖1圖2示出，本發明由穩定電源電路，交流電動態檢測電路1(簡稱檢測電路)，1.2Ie比例放大電路2(簡稱放大電路)，大電流動作時間加速電路3(簡稱加速電路)，保護動作指標穩定電路4(簡稱穩定電路)，反時限延時電路5(簡稱延時電路)，短路保護電路6，脫扣電路7組成；上述電路1，2，4，5，6，7順次級聯(上一級輸出聯接下一級輸入)；電路1，6，7順次級聯。加速電路3由運算放大器A2、電阻R19、R20、R21、R22組成；運算放大器A2的負輸入端串聯R19後，接於檢測電路1的輸出端，A2的正輸入端串聯R20後分別接於R21、R22的一端，R21另一端接所述穩壓電源電路負極輸出端，R22另一端接地；運算放大器A2的正輸入端通過電阻R20後接入的電壓，對電機為堵轉電壓，對發電、配電保護定為2Ie時的電壓。發光二極體D12、D13專為風機降壓起動而設，在Y形起動時，發光二極體D13剛滅、D12剛亮，要達到這種精確程度很困難，此時可利用風機Y形起動時間長和起動電流不回零的特點，將電阻R21和R22改為電位器，由現場整定，可以避免框架式斷路器多點設置和電機保護器堵轉保護指標不合格的弊病；穩定電路4由二級管D7、D8、D10、電阻R5、R6、R7、R10、R12、R13組成；D10正極串聯R12後，接於加速電路3的輸出端即運算放大器A2的輸出端，D10負極和D7正極均接於延時電路5的輸入端，D7負極順次串聯R6、R7後接地，R13一端接於R6和R7的交接點，R13另一端接所述穩壓電源電路的負極輸出端，D8負極接於D7負極，D8正極串聯R10後，接於放大電路2的輸出端，在二極體D7、D8、電阻R5的結點上通過電阻R6接入電壓-V8，當電機正常起動進入正常運行狀態時，電壓-V8又是延時電容C5的放電電壓，由於-V8是恆定值，放電量保持恆定，其中二極體D8、D10是隔離二極體，從而實現了保護動作指標的一致性和重複性；穩壓電源電路由變壓器T，二級管D1-D4、C1、C2以及正負三端穩壓集成電路(7812和7912)組成；檢測電路1由電流互感器HL1、HL2、HL3，二級管D14、D15、D16，電容C6，電位器W1組成，電流互感器將電機M上的電流變化轉換為電位器W1上的-V1的變化，放大電路2由運算放大器A1(Lm324)，電阻R9、R15-R18組成，運放A1的負輸入端通過R16接入電壓(如1.6V)，即為該保護器的基準保護值，並利用磁飽和特性曲線的平直段，對電位器W1動臂電壓-V1進行正負比例運算電機保護的比例為5倍，並用儀表(電壓表V)指示，穩定和不穩定負載電機均可精確調整；發電、配電保護的比例為10倍，按額定電流選用，不調整，可用發光二極體指示；延時電路5由運放A3(Lm324)、電容C5、二級管D6組成。發電、配電不涉及6-7Ie起動電流，D6可以不加；短路保護電路6由運放A4，電阻R2、R3、R4、R8、R23組成。其中電阻R23(100K)保證其保護特性曲線1.2-10Ie的完整性。運放A4正輸入端通過電阻R4接入電壓，該電壓(如為4V)為該保護器的短路保護值；脫扣電路7由可控矽SCR、繼電器K、二極體D5、穩壓二極體Dw、電阻R1組成。其中可控矽專為自動控制電機使用而設，繼電器控制交流接觸器通斷，穩壓二極體防止誤動作。
本發明的工作原理是電機運行時電流互感器中有感應電流，經二極體負向整流後由電位器構成通路，調整電位器與所配電機電流相對應。當電機電流上升。運算放大器A1負端電壓為負，則A1輸出端電壓V2，V2＝R17/R18·V1(電位器W1動臂電壓)完成運算，當V2』＞V2+(-V7)時(-V7為R20和R21結點處電壓；V2』為D8負極電壓)，通過電阻R5向電容C5充電，-V4＝1/R5·C5∫V2』dt(-V4為A3輸出端電壓)，完成積分，V2』越高充電時間越快，它能摸擬雙金屬片的反時限保護特性曲線。當-V1達到堵轉電壓時，運算放大器A2輸出端電壓V3，通過電阻R12、二極體D10向電容C5充電，充電時間T＝R12·C5，此時反時限保護特性是由電阻R23單獨來完成的。當-V1達到短路電壓時，運算放大器A4立即翻轉輸出V5(A4輸出端電壓)，繼電器K吸合併自鎖，切斷電機工作電源，可控矽斷電即復位。如果是正常起動電流向C5充電，當起動電流回零瞬間C5充電電荷通過二極體D7、電阻R6向-V8(R6和R7結點處電壓)放電，其充電時間又重新開始計算。如果是故障電流就會有升不降，在規定的時間內便會自動停機，實現了保護動作的可靠性。改變電壓-V7、-V9(R4和R2結點處電壓)、電阻R12，可改變2Ie以上大電流保護動作時間來適應發電、配電、電機保護實用性的需要。該保護器用於民用建築可增設電壓過高保護，如防止中性線鬆脫220V變成380V，增設漏電保護防止觸電事故等，電機保護必須增設缺相保護單元，電機缺相事故佔電機燒毀總量70％以上，是一項重點保護內容。該保護器樣機已於1997年4月15日連續不斷電運行至今無故障，對電機缺相，過載、堵轉、電壓320V、Y-Δ轉換失靈都可達到有效保護。
本發明電流倍數與-V1的關係Ie＝1.4V；1.2Ie＝1.78V；1.5Ie＝2.15V；2Ie＝3.05V；3Ie＝4.4V；4Ie＝4.7V；5Ie＝5.7V；6Ie＝6.6V。
圖3示出根據實驗測出本發明電流及其保護作用時間連續變化的函數關係曲線，其保護動作特性指標為1.05Ie不動作；1.2Ie≤6min；1.5Ie≤3min；6Ie≤5S；10Ie瞬動(風機專用6Ie≤8S其餘不變)。
本發明與現有技術相比有以下優點1、具有保護特性曲線完整性和連續性；2、對電器，尤其是電機動態參量的保護具有高度穩定性，即保護動作指標的一致性和重複性；3、實現了全能保護和全能使用的目的，可對電機的過載、缺相、抱軸、堵轉、短路進行全能保護。
權利要求
1.一種高穩定性電器過流全能電子保護器，包括穩壓電源電路、交流電動態檢測電路(1)、1.2Ie比例放大電路(2)、反時限延時電路(5)、短路保護電路(6)、脫扣電路(7)，上述電路(1)、(2)、(5)、(6)、(7)順次級聯；上述電路(1)、(6)、(7)順次級聯，其特徵在於，還包括a)、大電流動作時間加速電路(3)由運算放大器A2、電阻R19、R20、R21、R22組成；運算放大器A2的負輸入端串聯R19後，接於所述電路(1)的輸出端，A2的正輸入端串聯R20後分別接於R21、R22的一端，R21另一端接所述穩壓電源電路負極輸出端，R22另一端接地；b)、保護動作指標穩定電路(4)由二級管D7、D8、D10、電阻R5、R6、R7、R10、R12、R13組成；D10正極串聯R12後，接於上述電路(3)的輸出端即運算放大器A2的輸出端，D10負極和D7正極均接於所述反時限延時電路(5)的輸入端，D7負極順次串聯R6、R7後接地，R13一端接於R6和R7的交接點，R13另一端接所述穩壓電源電路的負極輸出端，D8負極接於D7負極，D8正極串聯R10後，接於1.2Ie比例放大電路(2)的輸出端。
2.根據權利要求1所述的保護器，其特徵在於，可在所述大電流動作時間加速電路(3)中加入發光二極體D12、D13、電阻R14；D12正極和D13負極接地，D12負極和D13正極均串聯R14後，接於運算放大器A2的輸出端。
全文摘要
一種高穩定性電器過流全能電子保護器,由穩壓電源電路,交流電動態檢測電路,比例放大電路、反時限延時電路、短路保護電路、脫扣電路、大電流動作時間加速電路、保護動作指標穩定電路組成;上述加速電路和穩定電路主要解決大電流及其保護穩定性問題;它建立了電流與作用時間的連續變化關係,具有很好的反時限保護特性,同時,具有高度穩定性,可對電機多種動態參量實現全能和可靠保護。
文檔編號H02H3/08GK1374726SQ0110724
公開日2002年10月16日 申請日期2001年3月13日 優先權日2001年3月13日
發明者李相明 申請人:李相明