专利名称：电动机保护启动与节电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三相电动机断相和过流紧急保护、延时自动启动与节能装置。
现有的三相交流电动机断相和过流保护装置不少，对运行中的电机都有一定的保护作用。但是，由于绝大部分保护装置过分简单，只有单一保护功能，主要是断相保护，如专利CN86200766，CN87203408。有的只对某种联接方式才能适用，如专利CN85205544。有的保护装置较为复杂，断相和过流故障都能保护，如专利CN87205954，CN88220351.7，但是由于都是为保护单台电机而设计的，所以不具备对多台电机按给定延时时间顺序自动启动及缺相时不能启动的功能，并且绝大部分不具备节电功能。
对于某些特殊场合，如油田油井抽油机群所用的大批鼠笼式三相异步电动机来说，不但长期在野外露天无人值守连续运转，工作环境恶劣，而且在雷雨或风雪季节停电频繁，多台电机同时重新启动时对电网和变压器冲击很大，容易造成重大事故。多年来因为没有比较理想的多功能自动保护装置，一个较大规模的油田，每年就有上千台电机被烧坏，价值上百万元，同时还影响了原油生产，带来了很大的经济损失。
本实用新型的目的是提供一种既具有变压器原边6千伏和副边380伏断相保护和过流紧急保护功能，又具有缺相时不能启动，并能按给定延时顺序自动启动多台电机的多功能保护装置。该装置不但自身耗电量很少，而且能提高感性负载(电动机)的功率因数，提高电网供电能力，节省大量电能。从而满足油田及类似场合的生产需要。
本实用新型提供的电动机保护、启动与节电装置，主要包括电动机断相与过流紧急保护电路、自动启动电路和节电电路。其中，紧急保护电路主要由断相信号取出器、过流信号取出器、中心控制电路构成。自动启动电路主要由无触点自动延时送电电路和定时释放电路构成。节电电路主要由交直流转换强弱结合主控电路和补偿电容器等组成。此外还有启动方式及供电状态转换开关和电机启停按钮等。该装置的电气原理图见附图
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本实用新型所用的断相信号取出器和过流信号取出器，由电压变换器及断相信号整流滤波电路和过流信号整流滤波整定电路构成。二极管BG11、BG12、BG13与电容器C9、C10、C11等构成了断相信号取出器的整流滤波电路，其作用是检测和提供断相信号。二极管BG1、BG2、BG3与电阻R1、R3，电容C5、电位器W1等构成了过流信号取出器的整流滤波和整定电路，其作用是检测和提供过流信号，并能通过电位器W1调整给定过载保护电流的大小。
本实用新型的中心控制电路，是该装置实现断相和过流紧急保护的关键部分。其中的断相控制电路，主要包括三极管BG14、BG15、BG16等构成的″或门″电路和三极管BG21、BG7等构成的开关电路，以及继电器J2等。其中的过流控制电路，主要包括三极管BG4射极输出器和三极管BG21、BG7开关电路，以及继电器J2等。中心控制电路与前述断相信号取出器和过流信号取出器一起构成该装置的断相和过流紧急保护电路。
本实用新型的自动启动电路中的无触点自动延时送电电路主要由单结晶体管BG10、延时电阻R7、电容C8和继电器J1等构成。定时释放电路主要由三极管BG9、继电器J2和J1、电容C7、电阻R6等构成。改变R7阻值或电容C8，即可改变延时启动时间。改变R6阻值或电容C7，即可改变定时释放时间。当继电器J1经延时得电后，J1－1和J1－2吸合，使J1线圈继续得电，并使BG9获得充电基流而饱和导通，为J2的线圈电流提供一个通路。C7充电约10秒结束，使BG9因失去基流而截止。但此时J2已得电，使J2－2断开，使BG21截止BG7导通，为J2线圈电流提供另一通路，J2继续得电，完成了一次启动过程。对于同一台变压器控制下的各台电机，给定不同的延时时间，就能实现所要求的自动顺序启动，从而避免多台电机同时启动时对变压器和电网的不良影响。
本实用新型的交直流转换主控电路是一种独特的强弱电结合的供电电路。这部分电路主要包括继电器J2、交流接触器CJ、电阻R20、R21、R22、电容C12、二极管BG22、BG23和交直流供电状态转换开关K2、自动与手动启动转换开关K1等。这部分电路的主要作用是对CJ线圈采取直流低压供电，减少其铜耗和铁损，消除噪声，增强可靠性，并达到节电目的。
此外，该装置设有移相补偿电容器，可使三相电动机的功率因数由0.5提高到0.9左右，从而提高电网供电能力，大大节省无功电能。这是该装置节电的主要部分。
本装置采用固定输出集成稳压电源W7812C作为各部分电子线路的直流稳压电源，使线路简化，工作稳定可靠。
本实用新型与现有技术对比，其主要优点是线路设计比较完善合理，有些部分构思比较巧妙。该装置不但具有变压器原边6千伏和副边380伏及三相电机绕组断相保护和过流紧急保护基本功能，而且具有缺相不能启动和控制多台电机按给定延时顺序自动启动功能。因此更加适用于长期在野外露天无人值守连续运转的大批量电机。另一个突出优点是由于本装置的交流接触器绝大部分时间在低压直流状态下运行，全部电路自身耗电只有4.7瓦左右，每台装置每年即可节电314度，节省无功电能1748千乏。尤其在安装了补偿电容器的情况下，还可以大大提高负载功率因数，节省大量无功电能，半年节电价值即可收回本装置投资。本装置在油田投产使用后，可使几千台鼠笼式三相异步电机得到有效而可靠的保护，每台电机平均使用寿命至少可延长20％，可节省材料费300元。与使用手动补偿器对比，每台装置每年还可节省变压器油约20公斤。此外，由于大量电机免遭损坏而节约了因更换电机浪费的生产时间、人力和车辆，按更换一台电机停产1.5小时计算，平均每口油井可多产原油930公斤。由于实现了按给定延时时间顺序自动启动多台电机，争取了宝贵的开井时间，每井按提前10分钟计算，可多产原油100公斤。每套装置一般可控制10口油井，即可多产原油10吨多。由此可见本实用新型的技术方案不但具有实质性特点和显著进步，而且实施之后产生的经济效益非常可观。
附图所示的电气原理图，是本实用新型的具体实施例。图中各部分电路的动态工作过程及其实现的功能分别是［1］当电机和电源全都正常时，由于没有断相信号，BG14、BG15、BG16全都饱和导通，″或门″P点处于低电位，使BG21截止。由于没有过流信号，BG4截止，也使P点处于低电位，使BG21截止。由于BG21截止，使BG7获得基流而导通，使继电器J2继续吸合，接触器CJ也继续吸合，电机保持正常运转。
［2］电机在正常运转中如果突然断掉任何一相电源，该相就没有感应信号电流，相应的三极管就因无基流而截止，使″或门″的P点呈高电位，使BG21饱和导通，BG7截止，J2的线圈因无电流回路而释放，J2－1断开，CJ即释放，电机停转，从而实现了电源断相保护功能。从断相开始，到电机停转，不到2妙时间，并能记忆。对于Y型接法的电动机，当绕组断路后，该装置按断相情况保护。
［3］电机在正常运转中如果突然过载，并且过载时间超过2至6秒，则使BG4饱和导通，引起BG21饱和导通，BG7截止，J2释放，CJ也释放，电机停转，从而达到过流保护的目的。从过流故障发生到电机停转约2至6秒钟，并能记忆。对于△型接法的电机，当绕组断路后，该装置按过流情况保护。
［4］电机启动时，如果三相电源中缺任何一相，如缺A、B任何一相，则变压器T的原边无回路，直流稳压电源没有直流输出电压，也就没有延时启动电压，电机不会启动。如缺C相，则交流接触器CJ线圈因缺C相无回路而不能吸合，电机也不会启动。从而实现了缺相不能启动这一功能。
［5］多台电机顺序延时自动启动的操作过程是首先把选择开关K1置于″自动″位置，再把选择开关K2置于″直流″运行位置，即如附图所示位置。此时集成稳压电源W7812C开始工作，提供＋12伏直流电源。该电源经继电器常开触点J1－1和延时电阻R7给电容C8充电。经过一定的延时时间当单晶体管BG10发射极达到峰点电压后，BG10导通，电容C8经BG10和J1放电，使继电器J1吸合。由于常开触点J1－1的自锁，使＋12伏电源经限流电阻R9继续给J1供电，使J1一直吸合。由于常开触点J1－2闭合，直流电源经限流电阻R6向电容C7充电的电流为BG9提供了基流，使BG9饱和导通并维持约10秒，为继电器J2提供启动电源通路使J2吸合，常开触点J2－1闭合。A相电源经J2－1和交流接触器CJ的常闭触点CJ－2、限流电阻R21、二极管BG22和CJ线圈与C相电源连通。由于CJ得到大的瞬时半波直流电源，产生较大的吸力，把衔铁吸住，使其常闭触点CJ－2断开。此时A相380伏交流电流经电容C12和电阻R20降压限流后，给CJ线圈提供微弱的功率，达到节电的目的。二极管BG23对其负半周电压起续流作用，既抑制了CJ线圈上的反压，又能充分利用能量保证接触器在低电压下可靠地吸合。电机启动后约经10秒钟正常运转，由于电容C7充电结束，使BG9失去基流而截止。但此时因继电器常闭触点J2－2已断开，又因无断相和过流信号，故BG21的基极处于低电位，BG21截止，引起BG7导通，为J2线圈提供了另一电流通路，不至于因BG9的截止而造成CJ释放。此后，电机的运转与停机就由J2的吸合与释放来控制，而J2的吸合与释放又由BG7和BG21导通与截止来决定了。
［6］如果需要手动直流启动，则把开关K1置于″手动″位置，把K2置于″直流″档。按下启动开关QA1即可启动。此时A相电源在开始瞬间分两个回路与C相电源连通，一个回路是经过常闭触点CJ－2、R21、BG22和CJ线圈，另一个回路是经过C12、R20和CJ线圈。由于瞬间启动电流较大，使CJ产生较大吸力而牢固吸合。此后CJ－2断开而CJ－1闭合，A相电源经过K1－2、CJ－1、C12、K2－2，3和CJ线圈与C相电源连通，负半周则主要经过K2－4、BG23、C12、CJ－1、K1－2返回。此时CJ线圈工作在低压状态，仍能可靠吸合，并节省了电能。按下停电按钮TA－1即可停机。
［7］如果需要手动启动和交流供电，则把开关K1置于″手动″位置，把K2置于″交流″档。按下QA1即可启动，按下TA－1即可停机。在启动瞬间，A相电源经QA1、CJ－2(和K2－1)、K2－2，3和CJ线圈等与C相电源连通。CJ线圈得电后吸合，A相电源则经K1－2、CJ－1(和K2－1)、K2－2，3和CJ线圈等与C相电源连通。此时交流接触器处于交流供电状态，与通常用法一样。当保护装置或直流运行出现故障时，可采用这种手动启动和交流运行状态，将故障部分拆下检修，其余部分保持不变，也不影响电机正常运行和生产。
QA2是随时启动按钮，不受延时限制，按下QA2，J1得电吸合，J1－1闭合并自锁，直流稳压电源则通过J1－1和R9一直为J1线圈供电。TA－2是随时停机按钮，按下TA－2，J2则失去线圈电流，J2－1断开，J2－2闭合，使自动保护状态下的J2－1断开，CJ线圈失电而释放，电机停转。同时因J2－2的闭合使BG21导通，BG7截止，在TA－2复位接通后BG7仍不能恢复导通，J2仍无线圈电流，CJ仍处于释放状态。直至再次按下QA2才能随时启动。
权利要求1.一种电动机保护、启动与节电装置，主要包括电机断相与过流紧急保护电路，自动启动电路和节电电路，以及自动启动与手动启动转换开关，直流供电与交流供电状态转换开关等，其特征是紧急保护电路主要由断相信号取出器和过流信号取出器，以及中心控制电路构成，自动启动电路主要由无触点自动延时送电电路和定时释放电路构成，节电电路主要由交直流转换强弱结合主控电路和补偿电容器等组成。
2.根据权利要求1所说的电动机保护、启动与节电装置，其特征在于紧急保护电路中的断相信号取出器和过流信号取出器，主要由电压变换器及断相信号整流滤波电路和过流信号整流滤波整定电路构成。
3.根据权利要求1所说的电动机保护、启动与节电装置，其特征在于紧急保护电路中的中心控制电路分为断相控制电路和过流控制电路，断相控制电路主要由三极管BG14、BG15、BG16等构成的″或门″电路和三极管BG21、BG7等构成的开关电路，以及继电器J2等组成，过流控制电路主要由三极管BG4等构成的射极输出器和三极管BG21、BG7等构成的开关电路，以及继电器J2等组成。
4.根据权利要求1所说的电动机保护、启动与节电装置，其特征在于自动启动电路中的无触点自动延时送电电路主要由单结晶体管BG10、延时电阻R7、电容器C8和继电器J1等构成，定时释放电路主要由三极管BG9、继电器J2和J1、电容C7、电阻R6等构成，改变R7或C8即可改变延时启动时间，改变R6或C7即可改变定时释放时间。
5.根据权利要求1所说的电动机保护、启动与节电装置，其特征在于节电电路中的交直流转换强弱结合主控电路，主要包括继电器J2、交流接触器CJ、电阻R20、R21、R22、电容C12、二极管BG22、BG23等，其主要作用是对CJ线圈采用直流低压供电，减少铜损和铁损，消除噪声，增强可靠性，并达到节电目的，其中的补偿电容器可使三相电动机的功率因数有较大的提高，从而提高电网供电能力，大大节省无功电能。
6.根据权利要求1所说的电动机保护、启动与节电装置，其特征在于合理设置了自动与手动启动方式转换开关K1，交直流供电状态转换开关K2，以及电机启停按钮QA1和TA－1等，该装置处于正常工作状态时，采用自动启动方式和直流供电状态，如该装置出现故障，可拆下检修，采用手动启动方式，直流或交流供电状态，按下QA1启动，按下TA－1停机，不影响电机正常运转和继续生产。
专利摘要本实用新型属于电机紧急保护装置。主要由断相与过流信号取出器、中心控制电路、自动延时和定时释放电路、交直流变换主控电路和补偿电容、以及转换开关和启停按钮等构成。本装置能对三相电动机进行断相与过流紧急保护，并能对多台电机进行自动延时顺序启动。由于交流接触器线圈采用直流或交流低压供电方式，并在电机负载中加补偿电容器，从而节省大量电能。该装置特别适用于油田抽油机用的大批量野外露天工作电机。
文档编号H02P1/04GK2062915SQ8921638
公开日1990年9月26日 申请日期1989年12月28日 优先权日1989年12月28日
发明者郑世民, 刘庆华, 郝洪友, 史兆伟 申请人:郑世民