馬達保護裝置的製作方法
2023-05-13 03:55:11
專利名稱：馬達保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於監控電機的運行環境和狀態，防止電機發生燒毀的馬達保護
直O
背景技術：
在現代工業中，電動機作為一種拖動機械，成為所有動力機械的基礎，隨著科學技 術的不斷進步和工藝控制的不斷完善，迫切需要開發和完善電動機的控制和保護設備，從 而實現對生產過程和大型機械的故障診斷和集中控制。特別是使用大電流三相電動機的 應用場合，由於電機本身的價值較大，對其運行環境和狀態要求實時監控和保護，對相序錯 誤、斷相、三相不平衡、過熱等情況進行檢測，防止電機燒毀事故的發生，避免經濟損失。
實用新型內容針對上述問題，申請人提供一種馬達保護裝置，可用於監控電機的運行環境和狀 態，防止電機發生燒毀事故。本實用新型的技術方案如下一種馬達保護裝置，連接在三相互感器、三相電機及主控制迴路之間，由三相互感 器電流檢出和相序檢出電路、電流量程分解電路、馬達相電流輸出電路、防互感器電纜虛接 電源跌落復位和SOC調試電路、顯示設定電路、PTC保護接口電路、看門狗電路、繼電器輸出 電路、微控器SOC及電源接口電路組成；三相互感器電流檢出和相序檢出電路與三相互感器、電流量程分解電路及馬達 相電流輸出電路連接，用於實時檢測馬達運行電流值，生成用於缺相、相電流檢測、三相的 平衡度、加載狀態監控的直流電壓信號，以及用於判別相序狀態的相序信號，同時提供看門 狗電路的時鐘信號源；電流量程分解電路與三相互感器電流檢出和相序檢出電路及微控器SOC連接， 用於將三相互感器電流檢出和相序檢出電路送來的三相直流電壓信號分別經各自的1:1 的通道和3:1的衰減通道，產生出正常值信號和衰減值信號，用於對正常電流、過電流、堵 轉電流值進行檢測；馬達相電流輸出電路與三相互感器電流檢出和相序檢出電路及外部用電系統 連接；用於將三相互感器電流檢出和相序檢出電路送來的其中一相電流放大輸出，並對應 O 5V的輸出量程規格，供外部用電系統採集；防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路與微控器SOC及三相互感器連 接，用於當供電電壓跌落或互感器連接電纜在未接狀態時，復位微控器S0C，避免繼電器有 異常輸出；顯示設定電路與微控器SOC連接，提供可以設置額定電流數值的設定開關和顯 示各信息的數碼LED ；PTC保護接口電路與微控器SOC及三相電機連接，用於檢測三相電機內每個正溫度係數熱敏電阻的電阻值，判斷是否有電動機繞組超過規定溫度；看門狗電路與微控器SOC及繼電器輸出電路連接，接收微控器SOC從三相互感 器電流檢出和相序檢出電路收到的相序輸出作為其內部計數晶片的時鐘輸入信號，每計滿 8個20ms的方波就鎖定計數晶片並令繼電器輸出電路為關斷狀態，當看門狗電路的輸出清 零引腳有高電平輸入時，解除計數晶片的鎖定狀態；繼電器輸出電路與微控器S0C、看門狗電路及主控制迴路連接，用於主控制迴路 的開關控制；微控器SOC 與電流量程分解電路、防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電 路、顯示設定電路、PTC保護接口電路、看門狗電路及繼電器輸出電路連接，為計算及控制的 核心。電源接口電路，與外電源連接，為上述所有用電設備供電。本實用新型的有益技術效果是本實用新型對三相電機的運行環境和狀態進行實時監控和保護，可對相序錯誤、 斷相、三相不平衡、過熱等情況進行檢測，從而防止電機燒毀事故的發生，避免經濟損失。
圖1是本實用新型的結構框圖。圖2是本實用新型內部具體結構圖(第一部分)。圖3是本實用新型內部具體結構圖(第二部分)。圖4是觸發電流值曲線圖。圖5是相電流和模擬電壓輸出對應圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過實施例對本實用新型進行具體說明。如圖1所示，本實用新型D連接在三相互感器A、三相電機B及主控制迴路C之間， 由三相互感器電流檢出和相序檢出電路1、電流量程分解電路2、馬達相電流輸出電路3、防 互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路4、顯示設定電路5、PTC保護接口電路6、看 門狗電路7、繼電器輸出電路8、微控器SOC 9及電源接口電路10組成。圖1中各模塊電路 可用市售商品。主控制迴路C控制三相電(A/B/C)經三相互感器A到達三相電機B，主控制迴路C 中的交流接觸器IKM受控於輸出繼電器觸點KM和後續的開關組合，用於啟停三相電機B。 其控制方法同現有技術。本實用新型D所要調控的輸出僅為繼電器輸出，其餘連接線都為監控輸入。下面結合圖2和圖3，說明本實用新型內部各部分的結構如圖2所示，三相互感器電流檢出和相序檢出電路1 與三相互感器A、電流量程分 解電路2及馬達相電流輸出電路3連接。三相電流A/B/C經各自的A/B/C互感器檢出電路 實時檢測三相電機B的運行電流值。A/B/C每一路都經全橋整流和100R取樣電阻R7/R13 生成直流電壓信號，分別為Va、Vb、Vc，用於缺相、相電流檢測、三相的平衡度、加載狀態等 監控輸入。另外，A、B相的L、N信號，經三極體TR3檢出正相過零點翻轉的相序信號A-ph、B-ph，用於判別三相的相序狀態，其中A-ph還作為看門狗電路7的時鐘信號源(見圖3)。如圖2所示，電流量程分解電路2 與三相互感器電流檢出和相序檢出電路1及微 控器SOC 9連接。Va、Vb、Vc信號經各自的1:1通道和3:1衰減通道，產生出正常值信號 Van、Vbn、Vcn和衰減值信號Vao、Vbo、Vco，用於對正常電流、過電流、堵轉電流等值進行檢 測。如圖2所示，馬達相電流輸出電路3 與三相互感器電流檢出和相序檢出電路連接 1。C相電流的輸出Vc，經運放U2B的同相放大後輸出，並對應O 5V的輸出量程規格，供 系統採集。超量程的部分由穩壓二極體DZ2進行限幅。如圖2所示，防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路4 與微控器SOC 9 及三相互感器A連接。互感器連接電纜連接圖1中的三相互感器A及本實用新型D，三相互 感器A的互感器接插件的7、8兩腳內部短接。本實用新型D的互感器接插件的7、8兩腳分 別連接電源+24和防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路4的PWR腳。當供電電 壓跌落或互感器連接電纜在未接狀態時，防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路 4的運放比較電路復位微控器SOC 9，避免繼電器有異常輸出。如圖3所示，顯示設定電路5 與微控器SOC 9連接。提供一個可以設置的「MUST HOLD」額定電流數值的設定DIP開關和顯示各信息的數碼LED。如圖3所示，PTC保護接口電路6:與微控器SOC 9及三相電機B連接。其具有的 溫度保護功能是通過將三個正溫度係數熱敏電阻(PTC熱敏電阻)Rtl、Rt2、Rt3安裝到三相 電機B的每相繞組中。PTC保護接口電路6檢測每一個PTC熱敏電阻的電阻值，來判斷是否 有電動機繞組超過規定溫度。如果PTC熱敏電阻的電阻值超過保護觸發阻值，將立即切斷 輸出繼電器。當電動機繞組溫度下降到允許的範圍內，PTC熱敏電阻的阻值也下降到保護 復位阻值後，可以關斷電源，然後上電，此時超溫報警將取消。如圖3所示，看門狗電路7 與微控器SOC 9及繼電器輸出電路8連接。，三相互感 器電流檢出和相序檢出電路1的相序輸出A-ph通過微控器SOC 9作為看門狗電路7的計 數晶片U8A、U8B的時鐘輸入信號，20ms的方波輸入到計數晶片U8A、U8B的時鐘輸入腳，計 數晶片U8A、U8B計滿8個20ms的方波(即160ms)後計數晶片U8A、U8B的6、8腳就會分 別有一個「 1，，電平輸出，二極體D28和二極體D29將計數晶片U8A、U8B的兩個QD輸出「 1 」 進行邏輯的「或」處理，一併驅動三極體TR7和三極體TR5，分別關斷計數晶片U8A、U8B的計 數輸入和繼電器輸出電路8的驅動三極體TR4的基極，這樣看門狗電路7的計數晶片U8A、 U8B將不再有計數脈衝的輸入，導致計數晶片的鎖定和繼電器輸出電路8的繼電器為關斷 狀態，除非計數晶片U8A、U8B的輸出清零引腳有「1」高電平輸入時，才將解除其鎖定狀態， 同時繼電器輸出電路8的繼電器恢復到由信號名為「OUT」線的控制狀態。要想讓看門狗電 路7 —直不出現鎖定的事故發生，只要在每個160ms的時間內對計數晶片U8A、U8B的2、12 引腳(輸出清零)有「1」高電平的輸入，即可防止看門狗電路7的鎖定發生。微控器SOC 9 的控制信號線「DIS-CS」，為看門狗電路7的餵狗清零脈衝輸出。計數晶片U8A、U8B的輸出 清零引腳分別工作在餵狗清零脈衝的正負電平狀態下，為保證在「DIS-CS」電平不翻轉的狀 態下(即微控器SOC 9不正常時)，也能保護異常輸出的發生。如圖3所示，繼電器輸出電路8 與微控器SOC 9、看門狗電路7及主控制迴路C連 接；用於開關控制。[0036]如圖2、圖3所示，微控器SOC 9 與電流量程分解電路2、防互感器電纜虛接電源 跌落復位和SOC調試電路4、顯示設定電路5、PTC保護接口電路6、看門狗電路7及繼電器 輸出電路8連接，為控制核心。電源接口電路10，與外電源連接，並為上述所有用電設備供電。本實用新型的工作說明為防止如轉軸鎖死等電流過載情況，本實用新型檢測三相電機的每一個相線上的 電流是否超過觸發電流值。本實用新型的顯示設定電路5中提供一個可以設置的「MUST HOLD」額定電流數值的DIP設定開關DIP-SW。「MUSTH0LD」電流的設定方法可以以2A為 單位，在26A到360A的範圍內根據實際負載電流自由設定。設定使用8位(SWl SW8)DIP 開關來進行。每一位開關代表一個電流值(權重值)。使用各開關的組合以達到要設定的 「MUSTH0LD」 電流數。下表1所示的開關位置是一個設定「MUST HOLD」電流數=60A的例子表 1
高位-低位B7B6B5B4B3B2BlBO開關號87654321權重值(A)25612864321684232+16+8+4 = 60AONONONON如果在上電時，設定的「MUST HOLD」電流數不在有效範圍內，將關斷繼電器輸出電 路8以切斷馬達供電的主控制迴路C。在上電中，不能撥動DIP開關，如果檢測到DIP開關位 置有變化，裝置也將關斷繼電器輸出電路8。所以修改「MUST HOLD」電流數必須在斷電情況下 進行。DIP開關不在有效範圍內或上電中有改變時，顯示設定電路5的數碼管顯示錯誤號「6」。觸發電流值曲線允許在通常啟動(如三相Υ-Δ切換等)中的大浪湧電流而不至 於觸發過電流報警。見表2以及圖4的觸發電流值曲線。表2
負載率(χ% ) = 100% X負載 電流+MUST HOLD電流典型過載觸發時間 (秒)112 < χ < 12425125 < χ < 1498. 0150 < χ < 1995. 5200 < χ < 2993. 0
6300 < χ 4001. 5在進入運行狀態後，對於電流不平衡保護有一個11秒的延遲時間，這段時間內允 許短暫的電流不平衡，不會引起不平衡報警保護。依據電機的各種運行狀態我們定義如下1、馬達電流為檢測的三相電流經計算後的平均電流值。2、不平衡率為檢測的(相電流-馬達電流)/馬達電流X 100%，取三相中的最大值。3、加載狀態為馬達電流達到或超過「MUST HOLD」電流數的65%時的運行狀態。4、部分加載狀態為馬達電流在「MUST HOLD」電流數的40%到65%範圍內時的運 行狀態。5、不加載狀態為馬達電流小於等於「MUST HOLD」電流數的39%時的運行狀態。使用設定的「MUST HOLD」電流數來決定當前電動機的上述運行狀態加載中，部分 加載中或不加載中。使用下述的電流不平衡率來保護電動機。6、加載狀態不平衡為在加載狀態中，不平衡率超過17%時的保護報警狀態，切
斷輸出繼電器。數碼管顯示錯誤號「2」。7、部分加載狀態不平衡為在部分加載狀態中，不平衡率超過25%時的保護報警 狀態，切斷輸出繼電器。數碼管顯示錯誤號「3」。8、不加載狀態不平衡為在不加載狀態中，不平衡率超過50%時的保護報警狀 態，切斷輸出繼電器。數碼管顯示錯誤號「7」。9、斷線斷相狀態為在任何以上三種運行狀態中，不平衡率超過80%時的保護報 警狀態，切斷輸出繼電器。數碼管顯示錯誤號「8」。不平衡保護的反應時間是1. 5秒。斷相保護的反應時間是0. 5秒。10、錯相接線保護在進入運行狀態後，檢測三相電流的相序(使用A相和B相的電流互感器感應的 信號)，如果檢測發現相序倒序，將立即切斷輸出繼電器。數碼管顯示錯誤號「4」。錯相接 線保護的反映時間是0. 25秒。使用電流互感器檢測相線斷相，錯相和相序不平衡。當各類電流故障觸發電流報 警保護後，斷電復位才進入正常動作方式，否則一直處於電流保護中。11、超溫報警保護溫度保護功能使用三個正溫度係數熱敏電阻(PTC熱敏電阻)安裝到三相電機B 的每相繞組中。裝置檢測每一個PTC熱敏電阻的電阻值，來檢測是否有電動機繞組超過規 定溫度。如果PTC熱敏電阻的電阻值超過保護觸發阻值，將立即切斷輸出繼電器。數碼管 顯示錯誤號「5」。超溫保護的反映時間是1. 0秒。當電機繞組溫度下降到允許的範圍內，PTC熱敏電阻的阻值也下降到保護復位阻 值後，可以關斷電源至少5秒鐘，然後上電，此時超溫報警將取消。因為PTC熱敏電阻處於 電機繞組的高溫環境下，為了防止接線短路等情況，PTC熱敏電阻的阻值過低也將引起超溫報警。
7[0066]保護觸發阻值> 13 士 3K Ω超過1秒；保護復位阻值< 3. 25士0. 5ΚΩ後撤銷保護；短路保護阻值< 20 士 5 Ω超過1秒。12、運行狀態最小電流電流設定範圍正確，溫度傳感器在復位阻值以內，輸出繼電器將吸合。根據控制回 路的差異，電機可能並不運轉。當檢測到任何的相線電流都小於5AAC時，將持續不斷的顯 示設定的「MUST HOLD」電流數，此時，本實用新型不處於運行監控狀態，即不會有不平衡/ 斷線或過載或錯相等電流報警保護。當檢測到電機的任意一相電流超過5AAC時，進入運行 監控狀態，數碼管停止顯示「MUST HOLD」電流數，開始各項電流故障報警監控(不平衡/斷 線或過載或錯相等)，數碼管一個筆畫接一個筆畫地持續走馬燈方式顯示「0」 ；DIP開關改 動(「6」)和溫度報警(「5」)持續監控，不需要滿足相電流超過5AAC的條件。"MUST HOLD」電流數的顯示方式「HAXXX」五個字符循環顯示，其中χχχ是DIP開 關*2倍設定的「MUST HOLD」電流數。範圍是「026」- 「360」，其他設定則顯示錯誤號「6」。 每個字符顯示0. 5秒然後空白0. 5秒，五個字符顯示完畢後空白1秒，一個周期是六秒左右。本實用新型提供一個和相線電流在0 360A範圍內成比例的，線性極好的0_5V DC電壓輸出。見表3以及圖5的相電流和模擬電壓輸出對應圖。表3 從表3以及圖5可知，在0 360A的電流範圍內，輸出電壓與電流成比例，線性極好，電壓輸出為0 5V DC。 以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型不限於以上實施例。可 以理解，本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和構思的前提下，可以做出其他改進 和變化。
權利要求一種馬達保護裝置，連接在三相互感器、三相電機及主控制迴路之間，其特徵在於由三相互感器電流檢出和相序檢出電路、電流量程分解電路、馬達相電流輸出電路、防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路、顯示設定電路、PTC保護接口電路、看門狗電路、繼電器輸出電路、微控器SOC及電源接口電路組成；三相互感器電流檢出和相序檢出電路與三相互感器、電流量程分解電路及馬達相電流輸出電路連接，用於實時檢測馬達運行電流值，生成用於缺相、相電流檢測、三相的平衡度、加載狀態監控的直流電壓信號，以及用於判別相序狀態的相序信號，同時提供看門狗電路的時鐘信號源；電流量程分解電路與三相互感器電流檢出和相序檢出電路及微控器SOC連接，用於將三相互感器電流檢出和相序檢出電路送來的三相直流電壓信號分別經各自的1∶1的通道和3∶1的衰減通道，產生出正常值信號和衰減值信號，用於對正常電流、過電流、堵轉電流值進行檢測；馬達相電流輸出電路與三相互感器電流檢出和相序檢出電路及外部用電系統連接；用於將三相互感器電流檢出和相序檢出電路送來的其中一相電流放大輸出，並對應0～5V的輸出量程規格，供外部用電系統採集；防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路與微控器SOC及三相互感器連接，用於當供電電壓跌落或互感器連接電纜在未接狀態時，復位微控器SOC，避免繼電器有異常輸出；顯示設定電路與微控器SOC連接，提供可以設置額定電流數值的設定開關和顯示各信息的數碼LED；PTC保護接口電路與微控器SOC及三相電機連接，用於檢測三相電機內每個正溫度係數熱敏電阻的電阻值，判斷是否有電動機繞組超過規定溫度；看門狗電路與微控器SOC及繼電器輸出電路連接，接收微控器SOC從三相互感器電流檢出和相序檢出電路收到的相序輸出作為其內部計數晶片的時鐘輸入信號，每計滿8個20ms的方波就鎖定計數晶片並令繼電器輸出電路為關斷狀態，當看門狗電路的輸出清零引腳有高電平輸入時，解除計數晶片的鎖定狀態；繼電器輸出電路與微控器SOC、看門狗電路及主控制迴路連接，用於主 控制迴路的開關控制；微控器SOC與電流量程分解電路、防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路、顯示設定電路、PTC保護接口電路、看門狗電路及繼電器輸出電路連接，為計算及控制的核心；電源接口電路，與外電源連接，為上述所有用電設備供電。
專利摘要一種馬達保護裝置，連接在三相互感器、三相電機及主控制迴路之間，由三相互感器電流檢出和相序檢出電路、電流量程分解電路、馬達相電流輸出電路、防互感器電纜虛接電源跌落復位和SOC調試電路、顯示設定電路、PTC保護接口電路、看門狗電路、繼電器輸出電路、微控器SOC及電源接口電路組成。本實用新型對三相電機的運行環境和狀態進行實時監控和保護，可對相序錯誤、斷相、三相不平衡、過熱等情況進行檢測，從而防止電機燒毀事故的發生，避免經濟損失。
文檔編號H02H7/08GK201690221SQ20102020349
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月21日 優先權日2010年5月21日
發明者黃勝國 申請人:無錫市百川科技有限公司