专利名称：一种三相线路或负载保护模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度线性三相线路或负载保护模块，适应各种等级电压、等级电流的三相交流线路或负载(包括三相电动机)。
市场上一般线路或负载保护器件都有工作电压与工作电流范围，给选型与使用带来十分不方便；并且由于受铁芯饱和等因数的影响，其线性度与精度不十分理想。
本发明的目的就是克服上述存在的缺陷，结合了王正存先生发明的三相交流电动机保护专利线路(专利号ZL94245583.5)，提供一种没有供电电源、具有标准电流范围(例如3-5A)高精度线性保护模块适应各种等级电压、等级电流的三相交流线路或负载。
本发明的技术方案①采用工厂常用电流互感器，将所有等级电流变换成5A等级电流，并将不同电位三相电流直接耦合，与直流电源地端相连，克服了市场上保护器外电流信号耦合受铁芯饱和非线性缺陷；②采用一种合金铜电阻串联在互感器次级5A回路，将5A级交流电流信号变换成微伏级交流电压信号，线性度高；③将二相5A级交流电流经过电流变换器两组初级线圈，在其次级产生毫安级交流电流作为直流电源正常工作电流，不需要外接电源；④以调节集成电流调节电路运算放大器电压放大倍数达到改变电流值的目的，与市场上电位器分压式电流调节相比，克服了高的过电流倍数，电路进入饱和非线性的缺陷，提高元件利用率。
详细内容由下面实施例说明，本实施例选用电流互感器变比500∶5，电动机额定电流450A为例。
图1是电子保护模块、空气断路器、交流电动机工作原理方框图。
图2是电子保护模块工作原理总图。
由图1、图2本实施例是一个具有过载、断相、短路、以及三相电流不平衡保护的电子保护模块，电子主电路包括电流取样电路、有源半波整流电路、二极管耦合电路、滤波电路、集成电流调节电路、反时限电路、电压比较电路、输出继电器，支电路包括平均电路、电流不平衡保护电路、非过载放电电路、大电流保护电路。电流取样电路采用工厂常用电流互感器(Ta、Tb、Tc)与铜电阻(Ra、Rb、Rc)、电流变换器B以及整流二极管(VD1、VD2、VD3、VD4)、电容C1、稳压二极管V1、调整电阻R1等组成。铜电阻Ra并联在电流互感器Ta次级，铜电阻Rb、铜电阻Rc分别与电流变换器B两初级线圈串联组成的串联电路并联在电流互感器(Tb、Tc)同名端与非同名端之间，电流互感器(Ta、Tb、Tc)次级同名端连接在一起；电流变换器B次级接桥式整流二级管、电容C1滤波、稳压二极管V1等组成直流电源；电流互感器(Ta、Tb、Tc)次级端连接的同名公共端与直流电源地端连接；电流互感器(Ta、Tb、Tc)穿在保护主电路中，铜电阻(Ra、Rb、Rc)非公共端分别与有源半波整流电路集成运算放大器(N1、N2、N3)正端相连。三相交流主电流经过电流互感器(Ta、Tb、Tc)，在其次级回路上产生一具有同电位三相对称5A级交流取样电流，该电流在铜电阻(Ra、Rb、Rc)上产生三相微伏级交流电压取样信号，其大小与主电流成正比，由于其同电位端就是直流电源地端，因此，该取样信号可以直接接在后级电路输入端，通过一系列信号变换与放大，由于元件全部工作在线性区，放大后的信号电压与主电流存在线性关系。主电流经过电流互感器(Ta、Tb、Tc)，在次级回路上产生三相对称5A级交流取样电流，该电流经过电流变换器B初级线圈，在次级回路上产生毫安级交流电流，该电流将保证直流电源输出正常工作电压。由于电流互感器(Ta、Tb、Tc)的变流作用，无论主电路额定电流值大小，选用合适的电流互感器变比，或改变穿过电流互感器初级匝数，次级回路将获得正常5A级交流电流。如果主电路电流小于额定值，不需要保护，只要主电路电流接近或达到额定值，直流电源将输出额定电压值；主电路电流继续增大，由于稳压电路吸收电能作用，直流电源输出端仍是正常工作电压，一旦主电流远远大于额定值(例如8Ie)，大电流保护电路将起作用，切断主电路，达到保护的目的。由于B、C两相主电流相位差120度，合成后的电压幅值与单相值相同，因此A、B、C三相任一相断相，不会影响电流变换器B次级输出电压。滤波电路与反时限电路之间串联集成电流调节电路，该电路由集成运算放大器N4、电位器RP、电阻R10、电阻R11组成的。电位器RP与电阻R10组成的串联电路接在集成运算放大器N4输出端、负端与地端之间，集成运算放大器N4正端经电阻R11接在滤波电路电阻R6高位端，集成运算放大器N4输出端接反时限电路电阻R14高电位端。滤波电路输出端电压幅值反映主电流大小，该电压信号经集成电流调节电路放大后加在反时限电路输入端，如果保护主电流额定值大，减小集成电流调节电路中电位器RP阻值，达到减少集成电流调节电路电压放大倍数，使其输出端电压维持某一恒定值。如果保护主电流额定值小，增加集成电流调节电路电位器RP阻值，达到增加集成电流调节电路电压放大倍数，使其输出端电压保持某一恒定值，因此设置该集成电流调节电路的优点是有源半波整流电路在大的电流倍数时，不易进入饱和区，提高元件利用率。在集成电流调节电路输出端与输出继电器之间接大电流保护电路，由集成运算放大器N6及电阻R17、电阻R18、二极管VD6组成的，电阻R17、电阻R18组成的串联电路，接在电源正端、集成运算放大器N6负端与电源地端之间，集成运算放大器N6输出端经隔离二极管VD6接在输出继电器输入端R19高电位端，集成运算放大器N6正端接反时限电路R14高电位端。当主电流大于额定值6倍时(例如8Ie)，集成运算放大器N6正端电压大于负端电压，其输出端将出现高电位，经二极管VD6与电阻R19使输出继电器动作，带动主开关将主电路分断，实现保护目的。
如果采用单一电流互感器，取消平均值电路与电流不平衡保护电路，该三相线路或负载保护模块变成单相线路或负载保护模块；增加模数转换电路与数码显示表头，该电路变为具有电流值显示，广泛应用自动化控制与保护线路中。
综上所述，本三相线路与负载综合保护模块，具有如下几点优点1.不需要外加供电电源、设计合理、使用可靠、适应范围广、有广阔的市场前景。
2.元件工作在线性区，电流保护精度高，规格单一，易实现标准化大批量生产。
3.功能齐全，并有大电流限流保护，与交流接触器、空气断路器等主开关结合广泛应用于电力或工矿企业的线路或负载保护。
4.结合电流数码显示表头，生产出一种集保护与显示于一体的新的器件，广泛应用于自动化控制线路中。
权利要求
1.一种三相线路或负载保护模块由电流取样电路、有源半波整流电路、滤波电路、反时限电路、电压比较电路、输出继电器及主开关等组成，其特征是电流取样电路由工厂常用电流互感器(Ta、Tb、Tc)、铜电阻(Ra、Rb、Rc)、电流变换器(B)、以及整流二极管(VD1、VD2、VD3、VD4)、电容(C1)、稳压二极管(V1)、调整电阻(R1)等组成，将铜电阻(Ra)并联在电流互感器(Ta)次级，铜电阻(Rb、Rc)分别与电流变换器(B)两初级线圈串联组成的串联电路并联在电流互感器(Tb、Tc)同名端与非同名端之间，电流互感器(Ta、Tb、Tc)次级同名端连接在一起；电流变换器(B)次级接由二极管(VD1、VD2、VD3、VD4)整流、电容(C1)滤波、稳压二极管(V1)、调整电阻(R1)等组成直流电源；电流互感器(Ta、Tb、Tc)次级同名端连接的公共端与直流电源地端连接；电流互感器(Ta、Tb、Tc)穿在保护主电路中，铜电阻(Ra、Rb、Rc)非公共端分别与有源半波整流电路集成运算放大器(N1、N2、N3)正端连接。
2.根据权利要求书1所述的三相线路或负载保护模块，滤波电路与反时限电路之间串联集成电流调节电路，该电路由集成运算放大器(N4)、电位器(RP)、电阻(R10、R11)组成，电位器(RP)与电阻(R10)组成串联电路分别接在集成运算放大器(N4)输出端、负端与地端之间，集成运算放大器(N4)正端经电阻(R11)接滤波电路电阻(R6)高电位端，集成运算放大器(N4)输出端接在反时限电路电阻(R14)高电位端。
3.根据权利要求书1所述的三相线路或负载保护模块，在集成电流调节电路与输出继电器之间接大电流保护电路，该电路由集成运算放大器(N6)及电阻(R17)、电阻(R18)、二极管(VD6)组成的，电阻(R17)与电阻(R18)组成的串联电路，接在电源正端、集成运算放大器(N6)负端与电源地端之间，集成运算放大器(N6)输出端经隔离二极管(VD6)接在输出继电器输入端电阻(R19)高电位端，集成运算放大器(N6)正端接反时限电路电阻(R14)高电位端。
全文摘要
一种三相线路或负载保护模块由电流取样电路、有源半波整流电路、滤波电路、集成电路调节电路、反时限电路、电压比较电路、输出继电器及主开关等组成,其特征是电流取样电路由工厂常用电流互感器、铜电阻、电流变换器等组成。不需要外接电源,电流规格单一,电流调节精度高,线性,适应各种等级电压与等级电流,具有过电流、缺相、短路、三相电流不平衡等保护,与三相断路器,交流接触器等开关器件结合广泛应用于电力系统、电厂、工矿企业等场合线路或负载过电流保护。
文档编号H02H3/12GK1271196SQ00100310
公开日2000年10月25日 申请日期2000年4月3日 优先权日2000年4月3日
发明者王正存 申请人:王正存