专利名称：一种数字式电机保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于交流电动机保护领域。
现有的电子式保护器，已有许多种，但存在如下几个问题1、为获得较高的取样电压，互感器线圈两端并接的负载电阻，阻值较大，有的无该负载电阻，互感器输出端直接接整流二极管，则在检测50HZ交流电流中，互感器易饱和，线性范围窄，且线性差。
2、互感器线圈上获得的取样电压，经二极管整流后，直接接取样电容，获得反映电流大小的直流电压信号，用以鉴幅和控制，该种由整流二极管和取样电容组成的整流电路，实际为峰值检波电路，用于具有谐波成份和电流时常出现畸变的50HZ交流电网中，对电机电流进行取样检测，误差很大，因为在通过电机有效电流不变的情况下，而取样电压实际为峰值电压，会随电网中的谐波成份和电流畸变的程度而大小变动，且幅度较大，造成保护器误动或拒动，该种情况是目前许多电子式保护器精度不高的主要原因。
3、无试验电流电路，保护器面板没有设置试验电流电位器，用于检测保护器的整定值及保护器在各种不同过载状态下的保护情况。
4、反时限特性与电动机运载特性的匹配不理想。
5、目前利用单片机开发的精度较高的保护器，因抗干扰能力仍存在问题，会出现“死机”而影响保护器的可靠性，且较好的单片机设计程序只被个别企业所掌握，不利推广。
本实用新型的目的，就在于针对现有技术存在的问题，提供一种测量线性范围大，精度高，可在2.5级以上，抗干扰能力强，反时限特性好，保护准确，检查方便，制作容易，电路可模块化的数字式电机保护器。
本实用新型的目的是采用如下方式来实现的整个保护器有外壳和装在外壳内的电子线路组成，电子线路由数显电路4，鉴幅电路5，延时启动电路7，堵转保护电路8，执行电路9，电源电路10组成，其特征在于电子线路还有三相线性有效值取样电路1，三相选最大相电路2，试验电流电路3，反时限积分电路6组成，在电机正常运行时，三相电机电流经三相线性有效值取样电路1，获得三相取样直流电压信号，经三相选最大相电路2，选出三相最大相的电压信号，一路送至数显电路4，显示电机运行的最大相电流值，另一路送至鉴幅电路5，当电机过载时，鉴幅电路5输出高电平，启动反时限积分电路6工作，过载一定时间，则令执行电路9动作，达到保护电机的作用。
本实用新型的目的可以采用以下方式来实现即三相线性有效值取样电路1由互感器A、B、C及次级绕组L1、L2、L3，运算放大器IC1、IC2、IC3、IC4、IC5、IC6，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24，可调电阻W1、W2、W3，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，其中A相线性有效值取样电路连接关系为电阻R1与互感器A次级绕组L1并联，且一端接地，另一端与电阻R2相接，R2另一端接运放IC1同相端3，电阻R3和R4串联后，R3的另一端接运放IC1反相端2，电阻R4的另一端接运放IC1的输出端1，二极管D1与电阻R4并联，且正极与电容C1相接，C1的另一端接地，二极管D2正极接运放IC1的反相端2，负极接运放IC1的输出端及二极管D3正极，二极管D3的负极接电阻R6及可调电阻W1，电阻R6的另一端接电容C2的正极，电容C2的负极接地，开关K1并接在电容C2的两端，可调电阻W1的另一端与R5串联后接运放IC1反相端2，运放IC1的反相端2通过电阻R7接地，B相和C相的线性有效值取样电路联接关系与A相相同。
本实用新型的目的还可采用以下方式来实现即三相线性有效值取样电路1中，电阻R1、R2、R3的阻值各小于30欧姆，一般取2至6欧姆。
本实用新型的目的还可采用以下方式来实现即三相选最大相电路2，由电阻R8、R16、R24、R25、R26可调电阻W5，电容C3、C6、C9、C10，二极管D10、D11、D12，运放IC4、IC5、IC6组成，电阻R8、R16、R24一端分别与三相线性有效值取样电路1中的电容C2、C5、C8正极相接，另一端分别与运放IC4同相端12、运放IC5同相端3、运放IC6同相端5接相，且分别与电容C3、C6、C9正极相接，电容C3、C6、C9另一端分别接地，运放IC4输出端14与二极管D10正极相接，运放IC5输出端1与二极管D11正极相接，运放IC6输出7与二极管D12正极相接，二极管D10、D11、D12负极并接且与运放IC4、IC5、IC6反相端并接，该接点接电容C10的正极，电容负极接地，电阻R25与可调电阻W5和电阻R26串联后，一端接电容C10正极，另一端接地。
本实用新型的目的还可采用以下方式来实现即试验电流电路3，由电阻R27、R28和电位器W4，稳压管CW1二极管D13组成，电阻R27一端接正电源E+，另一端接稳压管CW1负极和电阻R29，稳压管CW1正极接地，电阻R29另一端与电位器W4串联后接地，二极管D13正极接可调电阻W4中心抽头端，负极接三相取最大相电路中C10的正极。
本实用新型的目的还可采用以下方式来实现即保护器面板上还装有一个试验电流电位W4。
本实用新型的目的还可采用以下方式来实现即反时限积分电路6，由电阻R43、R44，电容C25，二极管D14、D15，运放IC8组成，电阻R43一端接鉴幅电路5中的比较器IC7反相端9，另一端接运放IC8反相端2和电容C25负极，运放IC8输出端1接二极管D14正极，二极管D14负极接电容C25正极和二极管D15正极，D15负极接电阻R44，R44另一端接鉴幅电路5中比较器IC7输出端8，运放IC8的工作电源正端4直接接于鉴幅电路5中比较器IC7输出端8或通过由延时电路7控制的三极管Q1的E脚至C脚接于鉴幅电路5中比较器IC7输出端8，运放IC8的电源负端接地或接E-。
本实用新型的目的还可采用以下方式来实现即反时限积分电路6中，当电容C25选择一定值时，改变R43，可获得不同的反时限特性曲线。
图1是本实用新型数字式电机保护器原理方框图。
图2是本实用新型数字式电机保护器简化后的原理方框图。
图3是本实用新型数字式电机保护器电路原理图。
图4是本实用新型数字式电机保护器简化后的电路原理图图5是本实用新型数字式电机保护器反时限特性曲线。
图6是本实用新型数字式电机保护器简化后反时限特性曲线。
图1中1三相线性有效值取样电路，2三相选最大相电路，3试验电流电路，4数显电路，5鉴幅电路，6反时限积分电路，7延时启动电路，8堵转保护电路，9执行电路，10电源电路。
图2原理方框图中，省略了延时启动电路7和堵转保护电路8，其余与图1中相同。
图5、图6中反时限特性曲线的曲线部分AB段，根据选择不同阻值的电阻R43，可左右平移，以获得与电动机运载特性相匹配的反时限特性曲线。图6中BC直线段为堵转保护区，B点一般选择在电动机额定电流的4倍处，堵转延时保护时间一般为3秒。
图3、图4也是本实用新型的最佳实施例，根据需要可加上专门的缺相保护电路，
以下结合附图1-6对本实用新型的数字式电机保护器作进一步说明。
按图3或图4所示制作一台实用新型的数字式电机保护器，工作过程如下三相线性有效值取样电路1中，当电动机正常工作时，A、B、C三相电流分别穿过三相检测互感器A、B、C，互感器A、B、C分别在次级线圈L1、L2、L3感应出电压，以A相取样电路为例L1感应出的电压经负载电阻R1，通过输入电阻R2加至IC1的同相输入端3进行线性放大，经整流二极管D3整流，电阻R6、电容C2阻容滤波，在电容C2正极获得取样电压，通过三相选最大相电路2，在数显电路4中，显示相应的电流值，通过调节可调电阻W1或电阻R5、R7，可直接读出相应的有效电流值，其中电阻R3、R4为负反馈电阻，电容C1和二极管D1可补偿二极管对小信号整流时所产生的波形失真，D2为保护二极管，给反向电流提供通路，同样，B相取样电路和C相取样电路原理与A相取样电路原理相同。
三相选最大相电路2由电阻R8、电容C3、运放IC4二极管D10为一组和电阻R16、电容C6、运放IC5、二极管D11为一组及电阻R24、电容C9、运放IC6、二极管D12为一组组成的三相隔离和选通元件，从三相线性有效值取样电路1中，选出最大相电压信号V0，电容C10获得的最大相电压信号V0，一路通过电阻R25、R26，可调电阻W5的中心抽头送至数显电路4，另一路送至鉴幅电路5。
数显电路4，由ICL7107系列双积分式A/D转换器构成，R31、C20为时钟振荡器的阻容元件，R32、R33组成基准电压的分压电路，R34、C22为输入端高频虑波器，C21、C23分别为基准电容和自动调零电容，R35、C24为积分电阻和积分电容，电源正极E+，通过限流电阻R27，稳压二极管CW2，单独给供阳极LED1显示器，ICL7107内部工作电源由电路10中，单独一组绕组供电，以提高数显电路的抗干扰能力。
试验电流电路3，由限流电阻R27，稳压二极管CW1，分压电阻R28及可调电位器W4，隔离二极管D13组成，调节W4，从电流E+端取得连续可调的电压幅值，通过隔离二极管D13，至电容C10正极，模拟取样电路电压信号V0，一路送至数显电路4，显示相应的模拟电流值，一路送至鉴幅电路5进行鉴幅，调节电位器W4可模拟从小到大的不同电流值，用于检查试验保护器的整定值及电路工作可靠性。
鉴幅电路5，由电阻R40、R38、R39和稳压管CW3为比较器IC7反相端9建立基准电压，从三相线性有效值取样电路1送来的取样电压信号经整定电位器W6中心抽头至比较器IC7同相端10脚与比较器IC7反相端9脚基准电压比较。当IC7同相端电压低于反相端电压时比较器IC7输出端8呈低电位，绿色发光二极管LED2导通发光，表示电机运行正常，当电机过载时IC7同相端电压高于反相端电压，IC7输出端8输出高电位令LED2截至，红色发光二极管LED3导通发光，表示过载，且IC7输出端8脚高电位为反时限积分电路6提供工作电源，调节电位器W6，可获得所需保护的整定值。
反时限积分电路6中，运放IC8与电容C25组成积分电路，其实际电路及工作过程为运放IC8反相端2，通过电阻R43接入基准电压，IC8同相端与比较器IC7同相端相接，当IC7同相端10电位恰恰高于反相端9电位时，IC7输出端8输出高电位，IC8直接得到工作电源(图4)或通过由延时启动电路7控制的三极管Q1得到工作电源(图3)，并开始通过二极管D14，向电容C25充电，C25正极电压随着充电时间的增加不断升高，C25正极升到某一给定电压值所需的时间，由C25、R43及R39决定。在C25、R43、R39给定的情况下，C25正极电压升到某一给定电压值由IC8同相端3与反相端2的电压差决定，同相端3电压越高，则C25正极电压上升越快，当比较器IC7输出低电平时，IC8失电，C25通过D15、R44至IC7输出端8放电。
延时启动电路7，由电阻R51、R52为IC11反相端2建立基准电压，IC12反相端6基准电压引自CW5，当电机停止时，取样电路无电压输出，IC11同相端电压低于反相端，IC11输出端1截止，IC12输出端12截止、三极管Q1截止，保证反时限积分电路6不工作，当电机启动时，三相线性有效值取样电路1输出电压信号V0，IC11同相端3便高于反相端2，IC11输出端通过延时电位器W8，向电容C27在充电，经一定时间IC12翻转，输出端7输出高电平，三极管Q1导通，为反时限积分电路6工作起到延时启动的作用，W8即为保护器的延时启动整定电位器，该电路在图4中省略。
堵转保护电路8，由电阻R46，可调电阻W7为IC9反相端13建立基准电压，该基准电压为鉴幅电路IC7基准电压的4倍，同相端5电压引自鉴幅电路5中W6中心抽头，当电机在运行中电流增加为整定电流的4倍时，IC9翻转，输出端7输出高电平，使红色发光二极管IED4亮，表示电机堵转或重过载，并通过隔离二极管D17和较小的充电电阻R47，对C25充电，使其在短时间内，一般为3秒，达到某一定值，令执行电路动作。运放IC9的工作电源也取自鉴幅电路5中的IC7输出端8执行电路9，由电阻R49，稳压管CW5为比较器IC10建立基准电压，当同相端12从C25正极获得的电压高于基准电压时，IC10输出高电平，继电器J动作。
电源电路10有两组单独次级绕组L5、L6，绕组L5经整流滤波输出不对称双电源E+和E-，为各电路单元中运放集成块等提供电源，L6绕组经整流滤波单独为ICL7107内部电源供电。
与现有技术相比，本实用新型数字式电机保护器，具有以下优点1、采用三相线性有效值取样电路，包括选择了合理的互感器负载电阻，使检测线性范围大，取样线性好，精度高。
2、三相选最大相电路，使各相取样电路无叠加地选送最大相取样电压，使数显准确显示最大相电流值，也保证了鉴幅电路准确鉴别过载电流。
3、具有很好的反时限积分电路调整电阻R43即可平移反时限特性曲线，结合堵转保护电路及延时启动电路，可获得理想的反时限特性曲线，既能发挥电动机应有的过载运行能力，又对电机起很好的保护作用。
4、电路选用电子硬件，在达到相当高的测量精度和优越的保护性能情况下，具有很好的抗干扰能力。
5、具有简单有效的试验电流电路，可方便的为保护器设定及检查整定值及保护情况，保证该保护器正常运行。
总之，该数字式电机保护器检测精度高，线性范围广，抗干扰能力强，功能实用性强，能对各类交流电动机起理想的保护作用。
权利要求1.一种数字式电机保护器由外壳和装在外壳内的电子线路组成，电子线路由数显电路4，鉴幅电路5，延时启动电路7，堵转保护电路8，执行电路9，电源电路10组成，其特征在于电子线路还有三相线性有效值取样电路1，三相选最大相电路2，试验电流电路3，反时限积分电路6组成，在电机正常运行时，三相电机电流经三相线性有效值取样电路1，获得三相取样直流电压信号，经三相选最大相电路2，选出三相最大相的电压信号，一路送至数显电路4，显示电机运行的最大相电流值，另一路送至鉴幅电路5，当电机过载时，鉴幅电路5输出高电平，启动反时限积电路6工作，过载一定时间，则令执行电路9动作，达到保护电机的作用。
2.根据权利要求1所述的一种数字式电机保护器，其特征在于所述的三相线性有效值取样电路1，由互感器A、B、C及次级绕组L1、L2、L3，运算放大器IC1、IC2、IC3、IC4、IC5、IC6，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24，可调电阻W1、W2、W3，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，其中A相线性有效值取样电路连接关系为电阻R1与互感器A次级绕组L1并联，且一端接地，另一端与电阻R2相接，R2另一端接运放IC1同相端3，电阻R3和R4串联后，R3的另一端接运放IC1反相端2，电阻R4的另一端接运放IC1的输出端1，二极管D1与电阻R4并联，且正极与电容C1相接，C1的另一端接地，二极管D2正极接运放IC1的反相端2，负极接运放IC1的输出端及二极管D3正极，二极管D3的负极接电阻R6及可调电阻W1，电阻R6的另一端接电容C2的正极，电容C2的负极接地，可调电阻W1的另一端与R5串联后接运放IC1反相端2，运放IC1的反相端2通过电阻R7接地，B相和C相的线性有效值取样电路连接关系与A相相同。
3.根据权利要求2所述的一种数字式电机保护器，其特征在于所述的三相线性有效值取样电路1中，电阻R1、R2、R3的阻值各小于30欧姆，一般取2至6欧姆。
4.根据权利要求1所述的一种数字式电机保护器，其特征在于所述的三相选最大相电路2，由电阻R8、R16、R24、R25、R26，可调电阻W5，电容C3、C6、C9、C10，二极管D10、D11、D12，运放IC4、IC5、IC6组成，电阻R8、R16、R24一端分别与三相线性有效值取样电路1中的电容C2、C5、C8正极相接，另一端分别与运放IC4同相端12、运放IC5同相端3、运放IC6同相端5相接，且分别与电容C3、C6、C9正极相接，电容C3、C6、C9另一端分别接地，运放IC4输出端14与二极管D10正极相接，运放IC5输出端1与二极管D11正极相接，运放IC6输出端7与二极管D12正极相接，二极管D10、D11、D12负极并接，且分别与运放IC4反相端13、IC5反相端2、IC6反相端6及电容C10的正极相连，该接点接电容C10的正极，电容C10负极接地，电阻R25与可调电阻W5和电阻R26串联后，一端接电容C10极，另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种数字式电机保护器，其特征在于所述的试验电流电路3，由电阻R27、R28和电位器W4，稳压管CW1、二极管D13组成，电阻R27一端接正电源E+，另一端接稳压管CW1负极和电阻R29，稳压管CW1正极接地，电阻R29另一端与电位器W4串联后接地，二极管D13正极接可调电阻W4中心抽头端，负极接三相取最大相电路1中C10的正极。
6.根据权利要求1所述的一种数字式电机保护器，其特征在于保护器面板上还装有一个试验电流电位器W4。
7.根据权利要求1所述的一种数字式电机保护器，其特征在于所述的反时限积分电路6，由电阻R43、R44、电容C25、二极管D14、D15、运放IC8组成，电阻R43一端接鉴幅电路5中的比较器IC7反相端9，另一端接运放IC8反相端2和电容C25负极，运放IC8输出端1接二极管D14正极，二极管D14负极接电容C25正极和二极管D15正极，D15负极接电阻R44，R44另一端接鉴幅电路5中比较器IC7输出端8，运放IC8的工作电源正端4直接接于鉴幅电路5中比较器IC7输出端8或通过由延时电路7控制的三极管Q1的E脚至C脚接于鉴幅电路5中比较器IC7输出端8，运放IC8的电源负端接地，也可接E-。
8.根据权利要求7所述的一种数字式电机保护器，其特征在于所述的反时限积分电路6中，当电容C25选择一定值时，改变R43，可获得不同的反时限特性曲线。
专利摘要一种数字式电机保护器由外壳和装在外壳内的电子线路组成,电子线路有数显电路4,鉴幅电路5,延时启动电路7,堵转保护电路8,执行电路9,电源电路10组成,其特征在于:电子线路还有三相线性有效值取样电路1,三相选最大相电路2,试验电流电路3,反时限积分电路6共同组成。本保护器具有测量线性范围大,精度高,可达2.5级以上,抗干扰能力强,反时限特性好,保护准确,检查方便,制作容易,电路易模块化等优点,是保护各类交流电动机的理想产品。
文档编号H02K11/00GK2433768SQ00206908
公开日2001年6月6日 申请日期2000年3月18日 优先权日2000年3月18日
发明者陈春贵 申请人:陈春贵