专利名称：电机电子保护装置的制作方法
技术领域：
该项发明涉及带感应电路和触发脱扣器的电机电子保护装置。 作为应用实例，该电子保护器可应用于高负荷运作冷媒压縮机的温度过热监控。
背景技术：
电机存在其绕组过热的危险。超负荷，低质量的供电电网(电压超低或电压超
高)，冷却不足，转子堵死之类是导致故障的常见原因。因此电机，特别是用于冷媒压縮机而
高负荷使用的带强制冷却的电机必须受到保护，使其不受此类危险的影响。 电流感应继电器或者双金属开关不能完全可靠完成这一任务。因此在DE 195 40
625 B4中，带有多个PTC温度传感器的热敏保护电路受到推荐。其中，PTC温度传感器以串
联方式连接并被装于电机绕组中。 专利DE 198 22 056 Al介绍了另一种用于电气设备的温度保护电路。其特点是 将不同额定跳变温度的PTC-传感器串联起来。 PTC-传感器具有一个典型的，如图1所列的特征曲线。在室温到额定跳变温度NAT 以下几度的范围内，特征曲线呈平缓走势，然后则指数性上升。用此类PTC-传感器来测定 绕组温度是不可能的，但是在额定跳变温度NAT —段的范围内，电阻值的变化可以通过触 发保护设备中的测量装置得以测定。当触发保护设备确认温度超出额定跳变温度NAT时， 电机进入关闭过程。 PTC-传感器虽然很小，但由于存在于传感器和绕组之间的传热阻滞效应的影响， 它们不能及时跟踪温度的迅速上升。在绕组电流密度于短路情况下达80A/mm2的冷媒压縮 机中，其温度可以以每秒25到30度的速度上升。这意味着，哪怕是几秒的瞬间断路延迟， 都会导致电机绕组中产生过高的温度，如图2所示。虚线表明测量所得温度。直线表明绕 组的实际温度。当测量所得温度达到额定跳变温度值时，才导致断路保护。此时，绕组的实 际温度已远远高于额定跳变温度值。
发明内容
该项发明的任务即是给出一个对电机的保护装置，使其出现过高温度的危险得到 避免。 该项发明的任务通过权利要求1中描述的特征得以完成。
该项电机保护装置发明由以下几个基本部份组成-带有至少一个第一 PTC-传感器(PTC1)和至少一个第二 PTC-传感器(PTC2)的 感应电路。其中，第二PTC-传感器的额定跳变温度(NAT2)高于第一PTC-传感器的额定跳 变温度(NAT1)，以及-—个带有检测装置的触发脱扣器，用来检测以感应电路总电阻值为基础的感应 信号并输出取决于感应信号的触发信号。其中，检测装置具有求证时域感应信号二阶导数 (d2T/dt2， d2R/dt2， d2V/dt2)的方法。
这两个PTC-传感器相互如此连接，使感应电路中的总电阻值得以呈现一条特征 曲线。该曲线在每个额定跳变温度区域显示出一个转折点。 在该发明中，一个转折点被定义为特征曲线的某一点。在这点上特征曲线改变它 的弯曲走向。特征曲线由此或者从一个右弯道转入左弯道或者相反。第二个转折点处于第 二个额定跳变温度之前。 此类特征曲线可以更快检测危险情况的出现。该发明中给出了检测特征曲线上的 转折点区域的方法。为此，该发明包括求证时域感应信号二阶导数(d2T/dt2， d2R/dt2， d2V/ dt2)的方法。二阶导数反映了时域感应信号的加速度或者其弯曲的程度。
在到目前为止的PTC-感应电路中，只能在其指数跃升段才能确认触发界值的达 到，而在高电流密度的情况下，绕组温度会在数秒内剧升。这时，尽可能早的确认触发界值 的达到对其保护的电机具有决定性的作用。 按本项发明的第一优选示例，其转折点由连接一个固值电阻产生。优选的是此固 值电阻与第一PTC-传感器并联连接。此外，按另一示例，此固值电阻与第二PTC-传感器串 联连接。此两个PTC-传感器可并联或串联连接起来。此外，可有二个，优选三个，或更多个 第一 PTC-传感器，至少二个，优选三个，或更多个第二 PTC-传感器并联或串联连接。
按本项发明的另一设计示例，也可应用第三或更多个PTC-传感器。这些PTC-传 感器具有不同的，特别是比第一和第二PTC-传感器更高的额定跳变温度以用于多段的温 度监控。 在特征曲线上，两个转折点之间呈现出可由检测装置检测的近似线性的走向。
检测装置可以如此设计，使之在感应信号超出预定界值时，产生一个输出信号。此 输出信号可以是依达到不同的额定跳变温度而不同的。不同的输出信号相应不同的处置措 施。 按本项发明的另一设计示例，检测装置具有求证时域感应信号一阶导数(dT/dt， dR/dt，dV/dt)的方法。感应信号一阶导数相应特征曲线上的斜率。 如是，除常规的使用额定跳变温度NAT的界值监控外，出现了另外的可能。即对被 监控的绕组电流密度设置界值并在其超越此界值时作出相应的反应。以此，过高的温度将 被提早确认并在必要时得到避免。
本项发明的其它优点和设计示例由如下描述和示图说明。
示图说明 图1 PTC-传感器特征曲线， 图2绕组实际温度和感应温度的对比示范， 图3保护电路的概括示范， 图4a+4b带一个第一 PTC-传感器，一个第二 PTC-传感器和固值电阻的感应电路 的两种连接方式， 图4c图4a所示感应电路的总阻值特征曲线， 图5a-5c带三个第一，三个第二PTC-传感器和至少一个固值电阻的感应电路的不 同电路示范，
图6a带三个不同PTC-传感器的感应电路， 图6b图6a所示感应电路总阻值的一个特征曲线， 图7a带两个具有不同的常态电阻值的PTC-传感器的感应电路， 图7b图7a所示感应电路总阻值的一个特征曲线， 图8图4a所示感应电路及其分压电路， 图9不同电流密度下绕组实际温度和感应温度的对比示范， 图IO通过一阶导数检测感应信号的示范， 图11通过二阶导数检测感应信号的示范。
具体实施例方式
图3所示电机保护装置包含一个感应电路2和触发脱扣器3，其中触发脱扣器带有
检测装置，用于检测以感应电路总阻值为基础的感应信号并为触发脱扣器产生与感应信号
相应的输出信号。此输出信号可以用来控制继电器4，以切断电机1的供电电流。 图4a所示感应电路带一个第一 PTC-传感器PTC1和一个第二 PTC-传感器PTC2
以及一个固值电阻R1。两个PTC-传感器以并联方式连接。固值电阻Rl与第二PTC-传感
器PTC2串联连接，与第一 PTC-传感器PTC1并联连接。 在图4b所示的另一感应电路示例中，固值电阻Rl以并联方式与第一PTC-传感器
PTC1连接，而第二 PTC-传感器PTC2以串联方式与第一 PTC-传感器PTC1相连。 PTC-传感器PTC1和PTC-传感器PTC2的特征曲线符合以DIN44081为例的标准。
它们通过图4a和4b所示的串联或并联电路连接，产生其总阻值PTCg的特征曲线。 图4c以虚线和点线显示了两个PTC-传感器的阻值特征曲线。其总阻值PTCg呈
现出台阶式特征曲线。 图4a所示感应电路的总阻值PTCS由如下公式得出
<formula>formula see original document page 5</formula>
在PTC1 << Rl和PTC2 << Rl的范围内从(1)得出
^^~~一 可见PTC1在这段范围内基本上单独决定了 PTCg特征曲线的走势。如是，在这段 范围内的温度可由(2)和PTC1的特征曲线求得。 当PTC1与R1处于同数值范围内且PTC2 << Rl，从(1)得出
<formula>formula see original document page 5</formula> 这等同于PTC1和R1的并联电路。因为R1是固值电阻，PTC1的阻值变化在这段范 围内就决定了PTCg的阻值变化。在这段范围内的温度可由(3)和PTC1的特征曲线求得。
在PTC1 >> (PTC2+R1)的范围内由(1)得出度g，:"Wc2+《 这等同于PTC2和Rl的串联电路。PTC2的阻值变化在这段范围内就决定了 PTCS的阻值变化。在这段范围内的温度可由(4)和PTC2的特征曲线求得。 PTCg特征曲线的特殊性在于，在两个额定跳变温度NAT1和NAT2的区域存在转折
点Wl和W2。它们对触发脱扣器3来说依然对应着两个开关点。 在低于额定跳变温度NAT1的范围内，PTCg的特征曲线，如单个PTC-传感器一样， 呈现低阻值平缓走向。在额定跳变温度NAT1的区域，感应电路具有与单个PTC-传感器相 媲美的分辨率。这段范围，举例来说，可以非常有效地用于堵转保护而无需影响其正常运转 情况下的断路保护界值。由于其特征曲线，在额定跳变温度NAT1和NAT2之间近似线性的 走向，这段区域可例如用作诊断功能，也可以无附加成本地用来加大再启动滞后。在额定跳 变温度NAT2的区域，感应电路同样具有与单个PTC-传感器相媲美的分辨率。这段区域特 别适用于电机过载的监控。 图5a至5c显示了其它的分别带三个第一 PTC-传感器PTC1和三个第二 PTC-传 感器PTC2的不同电路。实用上，在被监控电机三个绕组的每个中应分别装入一个第一和一 个第二 PTC-传感器。在这些不解自明的示例中哪一个更适于应用主要取决于这些传感器 的生产，连接以及装入设备的方式。 当然，两个以上不同的PTC-传感器也可以被采用。在图6a和6b示例中，采用了 3 个PTC-传感器PTC1，PTC2和PTC3。它们分别具有不同的额定跳变温度NAT1，NAT2和NAT3。 这3个PTC-传感器以串联方式连接。其中， 一个第一固值电阻Rl和第一 PTC-传感器PTC1 并联， 一个第二固值电阻R2和第二 PTC-传感器PTC2并联。按图6b所示，形成的感应电路 特征曲线PTCg再次呈阶梯形状并呈现出三个转折点。 在感应电路中，如果至少有两个温度传感器PTC1，PTC2并联并且第二 PTC-传感器 的常态电阻值高于第一PTC-传感器的常态电阻值，我们也可以不需要固值电阻，如图7a和 7b所示。 为使触发脱扣器对感应信号进行测量，它需要进行电信号转换。我们可以采用如 图8中所列的分路电压。 图9中表示了在不同电流密度下，绕组的实际温度增长和测量所得的温度。在这 里可以清楚看出，其斜率乃衡量电流密度的一个标尺。在电流密度很高的情况下，比如短路 时的电流密度，温度可以以以每秒25到30度的速度升高。本项发明的一个特殊示例是检 测装置具有求证时域感应信号一阶导数(dT/dt，dR/dt，dV/dt)的方法。感应信号一阶导数 对应于图10中描绘的斜率。以此方法，在所测温度达到额定跳变温度之前，相应的输出信 号就已经会发出。 如果给出求证时域感应信号二阶导数(d2T/dt2， d2R/dt2， d2V/dt2)的方法，就能更 快检测到危机情况。二阶导数反映了时域感应信号的加速度或者其弯曲的程度。如图ll 明确显示， 一个相应的输出信号因此可以更早些发出。 如是，除常规的使用额定跳变温度NAT的界值监控外，出现了另外的可能即对被 监控的绕组电流密度设置界值并在其超越此界值时作出相应的反应。以此，过高的温度将 被尽早确认并在必要时得到避免。 以上所描述的电路既可以通过额定跳变温度NAT用于静态的界值监控，也可以在 所检测温度急剧上升时，用于动态的温度监控。人们由此得到一个对电机相互独立的又可 个别定义的动态和静态保护。通过一阶导数或二阶导数得到的动态保护防止诸如转子堵转
6而引起的温度急剧上升，而以界值监控(额定跳变温度NAT)的静态保护防止系统超负荷运转。凭此，无需对正常负载度进行限制就可以取得一个对转子堵转有效的保护。除此之外，因转子堵转得到了有效的保护以及其相互独立的又可个别定义的动态和静态保护准则，可以进一步提高电机的负载度并且/或者可以节省些功能材料(铜和铁)。
权利要求
电机电子保护装置(1)含-带有至少一个第一PTC-传感器(PTC1)和至少一个第二PTC-传感器(PTC2)的感应电路，其第二传感器的额定跳变温度(NAT2)高于第一传感器的额定跳变温度(NAT1)，以及-带检测装置的触发脱扣器(3)。检测装置检测以其感应电路总电阻值为基础的感应信号并由此产生一个输出信号给触发脱扣器。-这两个PTC-传感器(PTC1，PTC2)相互如此联接，使感应电路中的总电阻值得以呈现一条特征曲线，在特征曲线的额定跳变温度(NAT1，NAT2)区段，分别出现一个转折点(W1，W2)，其特征在于，所述检测装置包含求证时域感应信号二阶导数(d2T/dt2，d2R/dt2，d2V/dt2)的方法。
2. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述检测装置包含检测特征曲线转折 点的方法。
3. 如权利要求l所述的保护装置，其特征在于，所述感应电路(2)具有一个固值电阻， 其作用在于产生一个转折点。
4. 如权利要求l所述的保护装置，其特征在于，这两个PTC-传感器(PTC1，PTC2)以串联方式连接。
5. 如权利要求l所述的保护装置，其特征在于，这两个PTC-传感器(PTC1，PTC2)以并联方式连接。
6. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，至少两个，优选三个第一PTC-传感器 (PTC1)和至少两个，优选三个第二PTC-传感器(PTC2))以并联或串联方式连接。
7. 如权利要求l所述的保护装置，其特征在于有至少一个第三PTC-传感器(PTC3)，其 额定跳变温度(NAT3)高于第二 PTC-传感器(PTC2)的额定跳变温度(NAT2)。
8. 如权利要求l所述的保护装置，其特征在于，至少两个PTC-传感器(PTC1，PTC2)以 并联方式连接，并且第二PTC-传感器(PTC2)的常态阻值高于第一PTC-传感器的。
9. 如权利要求l所述的保护装置，其特征在于，在特征曲线上，两个转折点(W1，W2)之 间呈现近似线性的走向。
10. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，检测装置可以检测特征曲线上两个额 定跳变温度之间的上升走向。
11. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，检测装置具有求证时域感应信号一阶 导数(dT/dt， dR/dt， dV/dt)的方法。
12. 如上所述的一个或多个权利要求，其特征在于，当感应信号超出预定界值时，会发 出输出信号。
13. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，检测装置具有通过时域感应信号一阶 导数和/或二阶导数调整界值的方法。
14. 如上所述的一个或多个权利要求所描述的保护装置，其特征在于，当时域感应信号 的一阶导数超出预定界值时，检测装置(3)会发出输出信号。
15. 如上所述的一个或多个权利要求所描述的保护装置，其特征在于，当时域感应信号 的二阶导数超出预定界值时，检测装置会发出输出信号。
全文摘要
本项发明所描述的电机保护装置主要由如下组成-带有至少一个第一PTC-传感器(PTC1)，至少一个第二PTC-传感器(PTC2)的感应电路。其中，第二PTC-传感器的额定跳变温度(NAT2)比第一传感器的额定跳变温度(NAT1)较高，以及-一个带检测装置的触发脱扣器。其检测装置检测以感应电路总电阻值为基础的感应信号并由此产生一个输出信号给触发脱扣器。其中，检测装置具有求证时域感应信号二阶导数(d2T/dt2，d2R/dt2，d2V/dt2)的方法。这两个PTC-传感器相互如此联接，使感应电路中的总电阻值得以呈现一条特征曲线，该特征曲线在每个额定跳变温度NAT区段内，分别显示出一个转折点。
文档编号G01K7/22GK101741064SQ20091021098
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月13日 优先权日2008年11月13日
发明者弗里德里希·科瑞文, 彭晓明 申请人:科瑞文工业电子有限公司