CN1117213A

CN1117213A - 全功能电机保护器

Info

Publication number: CN1117213A
Application number: CN 94118614
Authority: CN
Inventors: 黄旭珠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-12-17
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2014-12-17
Also published as: CN1034618C

Abstract

本发明提供一种电机全功能保护器，该保护器对电机由于过载、缺相、堵死、超压、欠压等引起的过热故障及对电机过湿，漏电、定子转子相摩擦、短路等故障都能有效地保护。保护器分别用温度传感器、湿度传感器、三极管、定子转子相摩擦探条、光敏管进行检测、处理。显示出电机绕组温升的10挡温度，当电机一旦出现故障时，能显示所属故障，并能驱动关机机构自动停机，实现了对电机的保护，并能对各种起动方式的起动设备进行保护。

Description

全功能电机保护器

本发明涉及一种电机多功能保护装置，属于电子技术领域。

目前用热敏电阻对电机温升检测的电机保护装置都没有同时设置对电机的定子与转子相摩擦、漏电、过湿、绕组短路等故障进行检测和保护。三只热敏电阻只能对电机过流引起的过热的有效的检测，而电机的定子与转子相摩擦、漏电、进水或过度潮湿和绕组短路等故障只是在故障点上发热，即局部发热，热敏电阻是不易检测到的。同时目前使用的电机保护装置都不能对电机的各种起动方式的起动设备进行保护。

本发明的目的是提供一种能对电机过热，定子与转子相摩擦，漏电，进水或受潮过湿，绕组短路及断相等多种故障都能分别有效地检测、显示，并自动关机保护，且设有10档电机绕组温升显示和接近允许最高工作温度自动报警(下称高温报警)的电机保护器，同时能对各种起动方式的起动设备有效的保护。

本发明的目的是由以下方案实现的：1.三只热敏电阻或热敏管分别紧贴在散热条件最差的电机的三相绕组端部，对三相绕组的温升实时检测，检测到的讯号通过电子开关周期性地分别送到一块显示驱动集成电路的输入端，经显示驱动集成电路内部处理后通过10个引脚向外输出，分别驱动10只发光管将电机绕组的温升显示出10档温度，当电机绕组温升接近允许最高工作温度时，驱动高温报警器报警，当电机绕组温升超过允许工作温度时，触发双稳态电路翻转，过热故障显示发光管亮，并驱动关机机构自动关机，电机得到保护。2.在定子铁蕊槽口装一条高出槽口0.05毫米的金属探条，卧式电机只装在最低一槽，立式电机在转子移位趋向(如皮带的拉力作用)的一槽及其对称槽各装一条。因重力作用，卧式电机的转子较容易与最低一槽的槽口铁蕊相摩擦。该金属探条用导线与双稳态电路的触发端相连。因电机转子接负电源，当定子与转子将要发生摩擦时，转子首先与金属探条相触，因而触发双稳态电路翻转，摩擦故障显示发光管亮，并自动关机。3.用三极管作电机漏电检测，三极管集电极接双稳态电路的触发端，发射极接电路地(负电源)也是电机壳，基极经电阻与大地相接。当电机发生漏电时，三极管触发双稳态电路翻转，漏电故障显示发光管亮，并自动关机。在电路地与大地之间接有两只分流二极管，漏电电流较大时，对三极管进行保护。4.湿度传感器装于电机内最低处，湿度传感器的一根电极接双稳态电路的触发端，另一根电极接电路地(负电源)。湿度传感器受潮后，其两电极间的电阻值下降，当电阻值下降到一定值时，双稳态电路翻转，过湿故障显示发光管亮，并自动关机。5.在电机两端盖内各装一只光敏管或光敏电阻，当电机绕组发生短路时，所产生的电火花直射或反射到光敏管上，光敏管触发双稳态电路翻转，短路故障显示发光管亮，并自动关机，防止短路故障扩大。6.用三只电阻接成星形，分别与三条火线相接，中性点与三极管的基极相接，三极管的集电极和发射极分别与双稳态电路的触发端和电路地(负电源)相接，当发生断相时，中性点电压升高，三极管导通，触发双稳态电路翻转，断相故障显示发光管亮，并自动关机。7.用关机驱动继电器的常开触点来控制起动关机机构，可以防止电机在保护器不工作的情况下起动运行。8.在起动电机时，用整流桥将380伏或220伏交流电整流成全压直流电，供起动设备的吸引线圈，能使触点闭合迅速可靠，触点闭合后采用电容降压再整流成低压直流电供给起动设备的吸引线圈，维持触点闭合。

本发明能同时对电机由于任何原因引起的过热、定子与转子相摩擦、漏电、进水或过湿、绕组短路及断相等故障分别有效地保护，而且能对各种起动方式的起动设备有效地保护。本发明设有电机绕组温升显示及高温报警，使管理人员及时掌握电机运行情况，一旦发现温升异常，能及时采取补救措施，(如减轻负荷，加强散热)或做好停机的准备工作(如停止进料)。采用显示驱动集成电路对电机温升讯号的处理及驱动显示，比用微机处理成本低得多。且各种故障都有显示，以便管理人员及时找到故障所在及排除，采用双稳态电路能让继电器动作干脆，双稳态电路与电容配合，抗干扰能力很强，是其他电路无法比拟的。如果忘记打开保护器电源，电机无法起动，对操作规程实行有效的监督，避免电机在无保护状态下起动。起动设备的吸引线圈采用直流供电，能在电网电压较低时触点闭合迅速可靠，克服了触点闭合不可靠而打火损坏触点而造成断相的缺点，采用低压直流供电维持吸合，既节电又能防止吸引线圈发热烧毁。

附图图面说明：

图1是电机保护器方框图。

图2是电路原理图。

图3、图4是定子与转予相摩擦故障检测器结构及安装

位置示意图。

图5是湿度传感器结构图。

图6是湿度传感器安装位置示意图。

图7是用按钮控制接触器进行全压起动的接线图。

图8是用手柄操作的自耦减压起动器的接线图。

图9是用按钮操作的自耦减压起动器的接线图。

图10是用按钮控制两个接触器进行星形起动三角形运行的接线图。

图11是用按钮控制两个接触器进行三角形起动，双星形运行的接线图。

图12是用按钮控制三个接触器进行延边三角形起动，三角形运行的接线图。

下面以B级绝缘的卧式电机为例结合附图进一步说明其原理。

参照图2，三只热敏电阻(R_t1、R_t2、R_t3)的一端由电阻(R₁)和稳压管(D_w)供给7.5伏正电压，三只热敏电阻(R_t1、R_t2、R_t3)把检测到的电机三相绕组的热讯号变成电讯号分别送到电子开关电路(IC₁)CD4066的第1、4、11脚。由电源变压器次级取50H_z 18V经电阻(R₂)输入计数电路(IC₂)CD4017的CL端第14脚，计数电路(IC₂)计数，其第2、3、4脚分别以50/3H_z的频率轮流输出高电平控制电子开关电路(IC₁)的控制端第5、12、13脚，电子开关电路(IC₁)把三只热敏电阻(R_t1、R_t2、R_t3)送来的讯号通过第2、3、10脚轮流地周期性地经电阻(R₃)送至显示驱动集成电路(IC₃)TA7666的输入端第16脚。TA7666是双五点显示的，在其两输入端第16脚与第1脚之间接上一只3.3千欧的电阻(R₄)便成了单10点显示。显示驱动集成电路(IC₃)的10条输出脚分别驱动10只发光管完成电机绕组温升的10档显示。当电机的三相或其中一相绕组温度升至80℃时，显示驱动集成电路(IC₃)的第10脚输出低电平，发光管(D₁)亮，当温度升至85℃ 时，第11脚输出低电平，发光管(D₂)亮。随着电机绕组温度的升高，发光管发亮的只数也随之依次增多。随着电机绕组温度的下降，发光管发亮的只数也随之依次减少。当电机绕组温度升至120℃时，显示驱动集成电路(IC₃)的第4脚输出低电平，发光管(D₉)亮，同时三极管(T₁)饱和导通，报警驱动继电器(J₁)吸合，驱动高温报警器报警，当温度升至130℃时，(IC₃)的第3脚输出低电平，发光管(D₁₀)亮，同时，(IC₃)第3脚输出的低电平触发双稳态电路(A)翻转，双稳态电路(A)输出低电平，这低电平经电阻(R₁₇)反馈至输入端，这时即使触发讯号消失，输入端仍能维持在低电平状态，双稳态电路仍能保持输出低电平，发光管(D₁₁)亮，显示出过热故障，同时三极管(T₄)因基极变低电平而截止，正常工作显示发光管(D₁₇)熄灭，同时关机驱动继电器(J₂)释放，驱动关机机构自动关机，实现对电机的保护。

六个双稳态电路(A、B、C、D、E、F)是由六个同相缓冲器(如CD4050)和六只电阻(R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀、R₂₁、R₂₂)分别组成的。六个电容器(C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇)的作用是在本电路通电瞬间分别触发六个双稳态电路都输出高电平，同时起到抗干扰作用。六个发光管(D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₁₅、D₁₆)除能分别显示出六种故障外，还能起到二极管门电路的作用。

图3、图4是定子与转子相摩擦故障检测器结构及安装位置示意图。该检测器有一金属探条(1)，金属探条可用铜或铝制成。装于电机定子槽口(2)，并与槽口平行，其长度比定子铁蕊(3)长度稍长，金属探条(1)高出定子铁蕊(3)0.05毫米，金属探条(1)的两则及底面用绝缘树脂填充固定在槽口中。金属探条(1)的一端接有引线(4)与图2的双稳态电路(B)触发端相接，当转子(5)发生偏心移位时，在与槽口铁蕊(3)摩擦前，首先与金属探条(1)相触，由于转子(5)与电源负相接，于是双稳态电路(B)受负电触发翻转(见图2)发光管(D₁₂)亮，显示出摩擦故障，同时三极管(T₄)因基极变低电平而截止，关机驱动继电器(J₂)释放，实现自动关机。

参照图2，漏电检测三极管(T₂)发射极接电机壳，也是电路地，基极经电阻(R₂₄)接大地，集电极接双稳态电路(C)的触发端。当电机发生漏电时漏电经电机壳、三极管(T₂)的发射极、基极及电阻(R₂₄)流入大地。当漏电电流达一定值时，(视电机壳对大地的电阻值而定)，三极管(T₂)的集电极触发双稳态电路(C)翻转，发光管(D₁₃)亮，显示出漏电故障，同时三极管(T₄)因基极变低电平而截止，关机驱动继电器(J₂)释放，实现自动关机。实验表明，当保护器工作电压取12伏，三极管(T₂)的电流放大倍数为200倍，基极电阻(R₂₄)是10欧时，电机机壳对大地的电阻值，保护器地线对大地电阻值和能使双稳态电路(C)翻转的最小漏电电流值三者的关系如下表：

电机机壳对大地电阻值(欧)	保护器地线对大地电阻值(欧)	能使双稳态电路(C)翻转的最小漏电电流值 (毫安)
电机机壳对大地电阻值(欧)	保护器地线对大地电阻值(欧)	能使双稳态电路(C)翻转的最小漏电电流值 (毫安)	无限大	100	2.2
100	100	8	无限大	100	2.2
100	100	8	50	100	15
10	50	50	50	100	15

从上表可以看出即使电机壳(M)对大地的电阻值较小时，(如机座是钢架且埋入地里漏电电流大部分从机座流入大地，如图2虚线所示)，电机也能得到保护。二极管(D₁₉、D₂₀)是为了保护三极管(T₂)而设的，当漏电电流较大时，绝大部分电流经二极管(D₁₉、D₂₀)流入大地，二极管(D₁₉、D₂₀)将电路地与大地之间的电压嵌位于1伏以下，从而保护了三极管(T₂)，实验表明：三极管(T₂)取2SC8050(0.8W)，二极管取3安整流管；当电机壳对大地电阻无限大，保护器地线对大地电阻值为5欧时，在电机的一根接线柱上(火线)多次用粗导线直接接到机壳上作模似漏电，关机时间为0.1秒，三极管(T₂)，二极管(D₁₉、D₂₀)均不损坏。

图5是湿度传感器结构图。

图6是湿度传感器安装位置示意图。

湿度传感器(6)是用不锈钢或铜制成的内外两电极，其中内电极是直径为5至10毫米的圆管形，在圆管外层套上玻璃纤维布，再在玻璃纤维布上绕上不锈钢丝或铜丝作外电极。将该湿度传感器安装在电机内最低处，外电极接电机壳(也是电路地)，内电极接双稳态电路(D)触发端。湿度传感器内外电极间的电阻值随湿度的增大而减少，当电机内湿度达一定值时湿度传感器两电极间的阻值为13千欧时触发双稳态电路(D)翻转，发光管(D₁₄)亮，显示过湿故障，同时三极管(T₄)因基极变低电平而截止，关机驱动继电器(J₂)释放，实现自动关机。因各电机内的清洁度不同，所以受潮影响的程度也不同，湿度传感器应分为四种规格，分别能在相对湿度为95％、96％、97％、98％时电阻值为13千欧，以便不同电机使用。

当电机发生绕组短路时，一般都会发生电火花，光敏管(T_光)受电火花辐射(见图2)，其集电极输出低电平触发双稳态电路(E)翻转，发光管(D₁₅)亮，显示出短路故障，同时三极管(T₄)因基极变低电平而截止，关机驱动继电器(J₂)释放，实现自动关机。

断相检测电阻(R₂₅、R₂₆、R₂₇)的各一端分别与电机引线处的三条火线相接，另一端接在一起成为星形，中性点接于三极管(T₃)的基极。当发生断相或三相电压严重不平衡时，中性点电压上升三极管(T₃)导通并触发双稳态电路(F)翻转，发光管(D₁₆)亮，显示出断相故障，同时三极管(T₄)因基极变低电平而截止，关机驱动继电器(J₂)释放，实现自动关机。

图7是用按钮控制接触器进行全压起动的接线图。当按一下起动按钮(QA)时，380伏交流电通过关机驱动继电器(J₂)的常开触点再经整流桥(DA)整流成直流电供给接触器(QC)的吸引线圈，接触器(QC)的主触点迅速闭合，接通电机的电源，电机起动开始。当起动按钮(QA)复位后，由接触器(QC)的一个主触点(也可以是辅助触点)经电容器(C₈)降压后再经整流桥(DA)整流成低压直流电供给接触器(QC)的吸引线圈，使接触器维持吸合，电机投入正常运行。当电机出现异常时，由于保护器的作用，关机驱动继电器(J₂)的常开触点释放断开，接触器(QC)的吸引线圈失电，其主触点释放切断电机电源，实现自动关机保护。

图8是用手柄操作自耦减压起动器的接线图。电机起动完毕把手柄拨向运行位置时，吸引线圈的铁蕊受机械力作用而闭合，同时运行触点(SC)闭合，此时电容器(C₈)把380伏交流电降压后通过关机驱动继电器(J₂)的常开触点再经整流桥(DA)整流成低压直流，供给维持触点闭合的吸引线圈(SC)，使运行触点(SC)维持闭合，电机正常运行。当电机出现异常时，关机驱动继电器(J₂)的常开触点释放断开，驱动关机机构关机，电机得到保护。

图9是用按钮操作自耦减压起动器的接线图。当按一下起动按钮(QA)，380伏交流电通过关机驱动继电器(J₂)的常开触点再经整流桥(DA)整流成直流电供给起动接触器(QC)的吸引线圈，起动接触器(QC)的主触点迅速闭合，电源经自耦减压器(ZBQ)减压后供给电机进行起动。在按下起动按钮(QA)的同时，运行接触器(SC)因吸引线圈回路被断开而不能吸合。起动按钮(QA)复位后，运行接触器(SC)吸引线圈的回路又恢复接通，但由于电容(C₈)的降压作用，整流桥(DA)输出低压直流电，运行接触器(SC)还是不能吸合，待起动完毕需进入正常运行时只须按一下运行按钮(SA)，此时整流桥(DA)输出全压直流电使运行接触器(SC)吸合，在其主触点没有闭合之前，其常闭辅助触点先断开，切断起动接触器(QC)吸引线圈的回路，起动接触器(QC)吸引线圈失电，其主触点释放断开，电源及电机均脱离自耦减压器(ZBQ)，然后运行接触器(SC)主触点完全闭合，电机接全电压正常运行。运行按钮(SA)复位后，电源经电容器(C₈)降压后又经整流桥(DA)整流成低压直流电供给运行接触器(SC)吸引线圈，使其维持吸合，电机保持正常运行。当电机出现异常时，由于保护电路的作用，关机驱动继电器(J₂)的常开触点释放断开，接触器(SC)的主触点释放切断电机电源，实现自动关机保护。

图10是用按钮控制两个接触器进行星形起动三角形运行的接线图。当按一下起动按钮(QA)时，起动接触器(QC)吸合，使电机之引出线(1、2、3)端接通电源，此时电机即成星形起动，待起动完毕只须按一下运行按钮(SA)，运行接触器(SC)吸合，其三个常闭触点断开，使电机引出线(4、5、6)端相互分开，然后通过其常开触点分别接到电源上，使电机呈三角形正常运行。当电机出现异常时，关机驱动继电器(J₂)常开触点释放断开，两个接触器(QC、SC)的吸引线圈同时失电，它们的主触点释放，实现自动关机。

图11是用按钮控制两个接触器进行三角形起动，双星形运行的接线图.当按下起动按钮(QA)时，起动接触器(QC)吸合，电机的引出线(4、5、6)端分别通过起动接触器(QC)的三个常开触点与电源相接，使电机成三角形起动，待起动完毕后只须按一下运行按钮(SA)，运行接触器(SC)吸合，在其主触点没有闭合之前，其常闭辅助触点先断开，起动接触器(QC)释放，其常闭主触点复位，然后运行接触器(SC)主触点完全闭合，电机呈双星形运行。当电机出现异常时，关机驱动继电器(J₂)的常开触点释放，运行接触器(SC)的主触点释放，实现自动关机。

图12是用按钮控制三个接触器进行延边三角形起动，三角形运行的接线图，当按下起动按钮(QA)时，起动接触器(1QC、2QC)同时吸合，使电机引出线(1、2、3)端分别与电源相接，(4、5、6)端分别与(8、9、7)端相接，电机成延边三角形起动，待起动完毕只须按一下运行按钮(SA)运行接触器(SC)吸合，其常闭辅助触点首先断开，起动接触器(2QC)释放，电机引出线(4、5、6)端分别与(8、9、7)端断开，然后运行接触器(SC)的主触点完全闭合，电机呈三角形正常运行。当电机出现异常时，关机驱动继电器(J₂)释放，接触器(1QC、SC)均释放，实现自动关机。

在典型应用情况下，各电阻阻值如下：

R₁为1千欧，R₂为680千欧，R₃为910欧，(R₃的阻值是根据三只热敏管或热敏电阻的型号、规格和经稳压管D_w稳压后的电压值而定)，R₄为3.3千欧，R₅、R₆各为43千欧，R₇至R₁₅各为1千欧，R₁₆为2.4千欧，R₁₇至R₂₂各为10千欧，R₂₃为3.3千欧，R₂₄为10欧，当三极管T₃的电流放大倍数为200倍时，R₂₅至R₂₇各为5.6兆欧，R₂₈为30千欧。

在典型应用情况下，各电容器容量如下：

C₁为4.7微法，C₂至C₅各为68微法，C₆为4.7微法，C₇为68微法，C₈为0.22至1微法(视用380伏或220伏电压或吸引线圈功率而定)。

Claims

1、一种全功能电机保护器由电源、故障检测、讯号处理放大及起动关机驱动机构组成，其特征在于：

A、三只热敏电阻(或热敏管)各有一端并接于由电阻(R₁)和稳压管(D_w)供给的7.5V正电，另一端分别与电子开关电路(IC₁)的三个输入脚第1、4、11脚相接，电子开关电路(IC₁)的控制脚第5、12、13脚与计数电路(IC₂)的第2、3、4脚相接，计数电路的(CL)端第14脚经电阻(R₂)与电源变压器次级相接，电子开关电路(IC₁)的输出端第2、3、10脚都经电阻与显示驱动集成电路(TC₃)的输入脚相接，显示驱动集成电路(IC₃)的10个输出脚分别经电阻与显示电机绕组温升的10只发光管相接，发光管(D₉)与高温报警驱动电路的三极管(T₁)的基极相接，三极管(T₁)的集电极与高温报警驱动继电器(J₁)的线圈相接，继电器(J₁)线圈的另一端接电路地(负电源)，三极管(T₁)发射极接正电源；

B、六个双稳态电路(A、B、C、D、E、F)是由六只电阻(R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀、R₂₁、R₂₂)分别并接于六个同相缓冲器的输入输出端而成，六个双稳态电路(A、B、C、D、E、F)的六个触发端与正电源之间分别接有六只电容器(C2、C3、C4、C5、C6、C7)；

C、六个双稳态电路(A、B、C、D、E、F)的六个触发端分别与发光管(D₁₀)的负极、金属探条(1)的引线(4)、漏电检测三极管(T₂)的集电极、湿度传感器(6)的内电极、两只光敏管(T_光)的集电极、断相检测三极管(T₃)的集电极分别相连接；

D、由六个故障显示发光管(D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₁₅、D₁₆)组成的二极管门电路，其六个输入端分别与六个双稳态电路(A、B、C、D、E、F)的各个输出端分别相接，二极管门电路的输出端与三极管(T₄)基极相接，三极管(T₄)的发射极与正常工作显示发光管(D₁₇)的负极相接，发光管(D₁₇)的正极接电路地，三极管(T₄)集电极接关机驱动继电器(J₂)的线圈，线圈的另一端接电源正；

E、关机驱动继电器(J₂)常开触点串接于38O伏或220伏电源与整流桥(DA)的一输入端之间；

F、降压电容器(C₈)与运行按钮(SA)的常开触点并联相接，同时与起动按钮(QA)常开触点并联相接，或者经接触器(QC)的常开触点(主触点或辅助触点均可)与起动按钮(QA)的常开触点并联相接，降压电容器(C₈)串接于整流桥(DA)的一输入端与380伏或220伏电源之间；

G、整流桥(DA)的输出端与接触器(SC)的吸引线圈并联相接，或者经起动按钮(QA)的常闭触点与接触器(SC)的吸引线圈并联相接，同时与接触器(QC)的吸引线圈并联相接，或者经接触器(SC)的常闭辅助触点与接触器(QC)的吸引线圈并联相接；

H、电路地与电机(M)的机壳相接。

2、根据权利要求1所述的全功能电机保护器，其特征是金属探条(1)是用铜或铝制成，并用绝缘树脂固定装于定子铁蕊槽口(2)其长度比定子铁蕊长度稍长，高出槽口两边铁蕊(3)0.05毫米。

3、根据权利要求1所述的全功能电机保护器，其特征是漏电检测三极管(T₂)的发射极接电路地，基极经电阻(R₂₄)及地线接大地，分流二极管(D₁₉)的正极，(D₂₀)的负极并接于电阻(R₂₄)与地线的接点上，二极管(D₁₉)的负极，(D₂₀)的正极均接于电路地。

4、根据权利要求1所述的全功能电机保护器，其特征是湿度传感器(6)的外电极接电路地。

5、根据权利要求1所述的全功能电机保护器，其特征是两只光敏管分别装于电机(M)的两端盖内，它们的发射极均接电路地。

6、根据权利要求1所述的全功能电机保护器，其特征是断相检测三极管(T₃)的发射极接电路地，基极接于由电阻(R₂₅、R₂₆、R₂₇)组成的星形接法的中性点上，电阻(R₂₈)一端接于三极管(T₃)的基极，另一端接于大地。

7、根据权利要求1或4所述的全功能电机保护器，其特征是湿度传感器(6)是用不锈钢或铜制成，并用玻璃纤维布将其内外两电极绝缘相隔。