专利名称：高稳定性电器过流全能电子保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发电、配电和机电设备过流保护装置，尤其是用于电动机的电子式过流保护装置制造领域。
众所周知，机械式过流保护装置，如双金属片过流保护产品受温度变化影响，灵敏度较低，对机电设备，特别是电机不能提供有效保护。电子型过流保护不受温度变化影响，灵敏度高，但是，由于受电压变化影响较大(如电源电压变化，线路电流波动均引起检测电压的变化，特别是用于电机，还要受电机起动、控制、运行状态及机械特性不同所引起检测电压的变化)，因而稳定性及可靠性是电子式过流产品急待解决的一大难题，特别是电机保护技术难度更大1、要求体积小，便于安装。2、要求成本低，电机本身不值钱。3、保护故障电流范围宽，如过载电流范围1.2～10Ie一般在习惯上称过载是指过载1.2Ie，电机抱轴过载电流范围1.2～7Ie，堵转过载电流范围6～7Ie，其中二极四极电机为7Ie，六极电机为6.5Ie，八极电机为6Ie，欠压、过载电流范围1.2～7Ie，电压达到由380V降到300V时电机处于爬行或堵转。4、电机保护涉及很多使用功能，如(1)全压起动(主要用于10KW以下电机，有的7.5KW就采用降压起动)，(2)降压起动(一般采用Y形起动，Δ形运行)它的特点是有两次起动电流，由于起动电流就是堵转电流，使用功能与保护功能俱全是电机保护器的关键技术难题。(3)有稳定负载和不稳定负载(一般情况稳定负载电机留有20～30％的余量，不稳定负载电机在设备空载时留有50％6余量)。另外，电机堵转电流与电机极数有关，更增加了设计难度。目前，国内国外相应产品均存在稳定性差、可靠性低的问题，以及还未出现较为理想的全能保护产品。国外电子式过流保护产品所存在的问题是1、德国AEG公司“ME系列框架断路器”的保护特性指标为0.5—10Ie(额定电流)，动作时间最长30秒，用于电机容易误动作；2—12Ie最短3秒，最长27秒，不能用于风机降压起动；2、德国西门子公司“3WN6系列框架式断路器”的保护特性指标的问题和缺陷是其长延时过载40％才动作，定时10秒，为了减少误动作，设定空气开关1.05Ie不动作，改为1.4Ie动作，使保护范围缩小了，不符合产品性能要求。其40秒是为风机降压起动设置，不符合热继电器堵转＜10秒的要求。上述国外产品存在1、稳定性差，用于电机尤为显现。因此西门子3WN6系列将起始值订为1.4Ie才动作，整定电流定点，动作时间定点，可以弥补稳定性差之不足，但不能从根本上解决稳定性问题；2、保护特性曲线(表述自变量预期电流/脱扣器额定电流与因变量动作时间之间的函数关系)是梯形，曲线不完整，中间有空档，国内类似产品中，四川眉山普达公司“电机保护开关”，河南偃师低压电器厂“保护电机闸刀”，四川成都432信箱“多功能电机保护供电箱”是限制使用范围(全压起动)来达到使用的目的。其堵转保护指标均不合格；山东济南乃斯、浙江宁波巨龙、陕西成阳明强、成都432信箱、南京等产品均设一点保护，有起动延时设计，即起动过程不保护，它不符合热继电器产品性能要求。北京正存保护器保护点多，但一致性很差，相差3倍以上如6Ie约3～15秒，仍然不能保护堵转，以上产品缺乏完整的保护特性曲线，不具备保护动作指标的一致性，只能根据用户特定适用范围调整使用，同时，稳定性较差，因电源电压波动、电机振动，电机负裁变化，都易使保护器产生误动作。此外，中国专利文献公开了“电动机过流全能保护器”(CN2218421Y)，由电源电路、交流电动态检测电路、比例放大电路、反时限延时电路和短路保护电路组成，主要缺点是缺乏稳定性。
本新型的任务在于针对以上现有技术的问题和不足之处而提供一种高稳定性电器过流全能电子保护器，它具有高稳定性和保护特性曲线的完整性。
本新型的任务通过以下设计来实现一种高稳定性电器过流全能电子保护器，包括稳压电源电路、交流电动态检测电路1、1.2Ie比例放大电器2、反时限延时电路5、短路保护电路6、脱扣电路7，上述电路1、2、5、6、7顺次级联；上述电路1、6、7顺次级联，其特征在于，还包括a)大电流动作时间加速电路3由运算放大器A2、电阻R19、R20、R21、R22组成；运算放大器A2的负输入端串联R19后，接于所述电路1的输出端，A2的正输入端串联R20后分别接于R21、R22的一端，R21另一端接所述稳压电源电路负极输出端，R22另一端接地；b)、保护动作指标稳定电路4由二级管D7、D8、D10、电阻R5、R6、R7、R10、R12、R13组成；D10正极串联R12后，接于上述电路3的输出端即运算放大器A2的输出端，D10负极和D7正极均接于所述反时限延时电路5的输入端，D7负极顺次串联R6、R7后接地，R13一端接于R6和R7的交接点，R13另一端接所述稳压电源电路的负极输出端，D8负极接于D7负极，D8正极串联R10后，接于1.2Ie比例放大电路2的输出端。
上述设计是针对现有电子过流保护产品的普遍问题，在原有专利(CN2218421Y)基础上，增设大电流动作时间加速电路和保护动作指标稳定电路。它有效地解决了稳定性和保护特性曲线完整性问题(详见电路原理阐述)。
图1图2分别是本新型的电路图和电原理框图；图3是本新型一个实施例的保护特性曲线图。
图1图2示出，本新型由稳定电源电路，交流电动态检测电路1(简称检测电路)，1.2Ie比例放大电路2(简称放大电路)，大电流动作时间加速电路3(简称加速电路)，保护动作指标稳定电路4(简称稳定电路)，反时限延时电路5(简称延时电路)，短路保护电路6，脱扣电路7组成；上述电路1，2，4，5，6，7顺次级联(上一级输出联接下一级输入)；电路1，6，7顺次级联。加速电路3由运算放大器A2、电阻R19、R20、R21、R22组成；运算放大器A2的负输入端串联R19后，接于检测电路1的输出端，A2的正输入端串联R20后分别接于R21、R22的一端，R21另一端接所述稳压电源电路负极输出端，R22另一端接地；运算放大器A2的正输入端通过电阻R20后接入的电压，对电机为堵转电压，对发电、配电保护定为2Ie时的电压。发光二极管D12、D13专为风机降压起动而设，在Y形起动时，发光二极管D13刚灭、D12刚亮，要达到这种精确程度很困难，此时可利用风机Y形起动时间长和起动电流不回零的特点，将电阻R21和R22改为电位器，由现场整定，可以避免框架式断路器多点设置和电机保护器堵转保护指标不合格的弊病；稳定电路4由二级管D7、D8、D10、电阻R5、R6、R7、R10、R12、R13组成；D10正极串联R12后，接于加速电路3的输出端即运算放大器A2的输出端，D10负极和D7正极均接于延时电路5的输入端，D7负极顺次串联R6、R7后接地，R13一端接于R6和R7的交接点，R13另一端接所述稳压电源电路的负极输出端，D8负极接于D7负极，D8正极串联R10后，接于放大电路2的输出端，在二极管D7、D8、电阻R5的结点上通过电阻R6接入电压—V8，当电机正常起动进入正常运行状态时，电压—V8又是延时电容C5的放电电压，由于—V8是恒定值，放电量保持恒定，其中二极管D8、D10是隔离二极管，从而实现了保护动作指标的一致性和重复性；稳压电源电路由变压器T，二级管D1—D4、C1、C2以及正负三端稳压集成电路(7812和7912)组成；检测电路1由电流互感器HL1、HL2、HL3，二级管D14、D15、D16，电容C6，电位器W1组成，电流互感器将电机M上的电流变化转换为电位器W1上的—V1的变化，放大电路2由运算放大器A1(Lm324)，电阻R9、R15—R18组成，运放A1的负输入端通过R16接入电压(如1.6V)，即为该保护器的基准保护值，并利用磁饱和特性曲线的平直段，对电位器W1动臂电压—V1进行正负比例运算电机保护的比例为5倍，并用仪表(电压表V)指示，稳定和不稳定负载电机均可精确调整；发电、配电保护的比例为10倍，按额定电流选用，不调整，可用发光二机管指示；延时电路5由运放A3(Lm324)、电容C5、二级管D6组成。发电、配电不涉及6—7Ie起动电流，D6可以不加；短路保护电路6由运放A4，电阻R2、R3、R4、R8、R23组成。其中电阻R23(100K)保证其保护特性曲线1.2—10Ie的完整性。运放A4正输入端通过电阻R4接入电压，该电压(如为4V)为该保护器的短路保护值；脱扣电路7由可控硅SCR、继电器K、二极管D5、稳压二极管Dw、电阻R1组成。其中可控硅专为自动控制电机使用而设，继电器控制交流接触器通断，稳压二极管防止误动作。
本新型的工作原理是电机运行时电流互感器中有感应电流，经二极管负向整流后由电位器构成通路，调整电位器与所配电机电流相对应。当电机电流上升。运算放大器A1负端电压为负，则A1输出端电压V2，V2＝R17/R18·V1(电位器W1动臂电压)完成运算，当V2’＞V2＋(—V7)时(—V7为R20和R21结点处电压；V2’为D8负极电压)，通过电阻R5向电容C5充电，—V4＝1/R5·C5∫V2’dt(—V4为A3输出端电压)，完成积分，V2’越高充电时间越快，它能模拟双金属片的反时限保护特性曲线。当—V1达到堵转电压时，运算放大器A2输出端电压V3，通过电阻R12、二极管D10向电容C5充电，充电时间T＝R12·C5，此时反时限保护特性是由电阻R23单独来完成的。当—V1达到短路电压时，运算放大器A4立即翻转输出V5(A4输出端电压)，继电器K吸合并自锁，切断电机工作电源，可控硅断电即复位。如果是正常起动电流向C5充电，当起动电流回零瞬间C5充电电荷通过二极管D7、电阻R6向—V8(R6和R7结点处电压)放电，其充电时间又重新开始计算。如果是故障电流就会有升不降，在规定的时间内便会自动停机，实现了保护动作的可靠性。改变电压—V7、—V9(R4和R2结点处电压)、电阻R12，可改变2Ie以上大电流保护动作时间来适应发电、配电、电机保护实用性的需要。该保护器用于民用建筑可增设电压过高保护，如防止中性线松脱220V变成380V，增设漏电保护防止触电事故等，电机保护必须增设缺相保护单元，电机缺相事故占电机烧毁总量70％以上，是一项重点保护内容。该保护器样机已于1997年4月15日连续不断电运行至今无故障，对电机缺相，过载、堵转、电压320V、Y—Δ转换失灵都可达到有效保护。
本新型电流倍数与—V1的关系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。
图3示出根据实验测出本新型电流及其保护作用时间连续变化的函数关系曲线，其保护动作特性指标为1.05Ie不动作；1.2Ie≤6min；1.5Ie≤3min；6Ie≤5S；10Ie瞬动(风机专用6Ie≤8S其余不变)。
本新型与现有技术相比有以下优点1、具有保护特性曲线完整性和连续性；2、对电器，尤其是电机动态参量的保护具有高度稳定性，即保护动作指标的一致性和重复性；3、实现了全能保护和全能使用的目的，可对电机的过载、缺相、抱轴、堵转、短路进行全能保护。
权利要求1.一种高稳定性电器过流全能电子保护器，包括稳压电源电路、交流电动态检测电路(1)、1.2Ie比例放大电路(2)、反时限延时电路(5)、短路保护电路(6)、脱扣电路(7)，上述电路(1)、(2)、(5)、(6)、(7)顺次级联；上述电路(1)、(6)、(7)顺次级联，其特征在于，还包括a)、大电流动作时间加速电路(3)由运算放大器A2、电阻R19、R20、R21、R22组成；运算放大器A2的负输入端串联R19后，接于所述电路(1)的输出端，A2的正输入端串联R20后分别接于R21、R22的一端，R21另一端接所述稳压电源电路负极输出端，R22另一端接地；b)、保护动作指标稳定电路(4)由二级管D7、D8、D10、电阻R5、R6、R7、R10、R12、R13组成；D10正极串联R12后，接于上述电路(3)的输出端即运算放大器A2的输出端，D10负极和D7正极均接于所述反时限延时电路(5)的输入端，D7负极顺次串联R6、R7后接地，R13一端接于R6和R7的交接点，R13另一端接所述稳压电源电路的负极输出端，D8负极接于D7负极，D8正极串联R10后，接于1.2Ie比例放大电路(2)的输出端。
2.根据权利要求1所述的保护器，其特征在于，可在所述大电流动作时间加速电路(3)中加入发光二极管D12、D13、电阻R14；D12正极和D13负极接地，D12负极和D13正极均串联R14后，接于运算放大器A2的输出端。
专利摘要一种高稳定性电器过流全能电子保护器,由稳压电源电路,交流电动态检测电路,比例放大电路、反时限延时电路、短路保护电路、脱扣电路、大电流动作时间加速电路、保护动作指标稳定电路组成;上述加速电路和稳定电路主要解决大电流及其保护稳定性问题;它建立了电流与作用时间的连续变化关系,具有很好的反时限保护特性,同时,具有高度稳定性,可对电机多种动态参量实现全能和可靠保护。
文档编号H02H3/08GK2472383SQ0121442
公开日2002年1月16日 申请日期2001年3月13日 优先权日2001年3月13日
发明者李相明 申请人:李相明