专利名称：用于三相感应电动机的电源检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机接通/断开控制器，更具体地说，涉及一种用于确定何时断开电动机的电源检测电路。该电源检测电路适用于多相感应电动机。
更换加热器元件需要花费金钱和时间。在本领域中需要改进响应过载状态而控制电动机的接通/断开的方式。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于电动机的电源检测电路。
本发明的再一个目的是提供一种电动机复位电路，该电路无需更换机械部件即可使电动机复位。
本发明的这些和其他目的均可以通过提供一个用于控制多相感应电动机的运行的电源检测电路来实现。该电源检测电路包括多个电流传感器，其数量对应于该感应电动机的相数，所述电流传感器检测电动机各相的电流，并输出各个检测值信号；一个过载检测电路，用于根据所述检测值信号检测电动机的至少一相的过载电流状态，并且当检测到过载电流状态时产生一个断开信号；以及一个电动机断开控制电路，用于响应所述断开信号断开该电动机。
本发明进一步的应用范围通过下面的详细描述将变得更为明显。然而，应该理解的是，下面的详细描述和说明本发明的优选实施例的特定例子仅仅是说明性的，因为通过阅读该详细描述，在本发明的精神和范围内的各种改变和变更对本领域普通技术人员来说都是显而易见的。
根据本发明的优选实施例，对一个三相交流感应电动机的每一相设置一个电流检测器，检测值被求和以形成一个合成信号。该合成信号用作电动机控制的基础。对该合成信号进行信号调节，并用来接通或断开一个开关，如一个晶体管，其通过一个继电器将电源连接到电动机上。
当用于三相电动机时，本发明的电路能够将各个电流互感器测量的各相的电流转换为数据，用于确定流过该电动机的电流是否是过电流，并根据电动机的运行特性把三相中任何一相的最强的信号转换为“断开”信号。
参照
图1，一个三相电动机24由从接触器或者固态电动机控制器25接收的X，Y和Z信号供电。该电动机控制器或者接触器25从外部电源(未示出)和来自继电器26的两条控制线接收适当的线输入。该电动机控制器25及其操作是公知的，在此无需进一步介绍。
根据本发明，电动机控制器25与继电器26连接，该继电器26在“AUTO”操作模式下由开关28控制；在图1所示的实施例中，开关28是一个晶体管。在不偏离本发明精神的前提下，也可以使用其他类型的开关。晶体管2 8的集电极连接到手动开关27的“ON”位置，并连接到继电器26。晶体管28的发射极连接到手动开关27的“AUTO”位置。晶体管28的基极连接到光电耦合器29。在其上游侧，光电耦合器29连接到桥式整流器30，该桥式整流器30从输入端31接收最好为110或者120伏的交流远距离电压信号。到达输入端31的交流远距离电压信号可以是任何适当的驱动信号。
当手动开关27处于“ON”位置时，晶体管28，光电耦合器29和桥式整流器30从控制电路移开。从复位计时器23输出的接通/断开信号38通过手动开关27的“ON”端子，并直接到达继电器26。因此，电动机24将按照接通/断开信号38进行接通/断开。
当手动开关27处于“AUTO”或遥控位置时，接通/断开信号38通过晶体管28的发射极。晶体管28的操作从而通过接通/断开信号38与从输入端31接收的交流远距离电压信号的组合来控制。交流远距离电压信号经过桥式整流器30整流，并接通光电耦合器29，后者又给晶体管28的基极供电，使得晶体管导通。只要接通信号38为低，晶体管28将给继电器26的线圈供电，从而使得电动机控制器或者接触器25将线信号传到电动机24。
手动开关优选地具有一个将电动机24断开的“OFF”位置，并且具有如下文所述的用于复位该电路的附加操作性能。
在所示出的实施例中，电动机24具有三相，即A，B和C相。电动机24的三相中的每一相与各个电流互感器(C.T.)连接，该电流互感器通过电位计4，5或6监控。每一个互感器具有一个检测线圈，其在一端与中性点相连，在另一端连接到各个电位计4，5或6。该电位计进一步通过如图2A，2B和2C所示的各个插入电阻32，33和34连接到中性点。电位计4，5和6的各个分接头用于将检测的信号输入到连接到各个线性整流器10，11和12的各个缓存器7，8和9。线性整流器10，11和12对从电位计得到的信号进行整流，并把整流后的信号提供到各个放大器13，14和15，放大器13，14和15将整流后的信号进行放大，并将他们提供到公共节点N。该公共节点N主要是对来自各个放大器13，14和15的电流求和，并将该求和值提供到过载积分器19，电流-电压转换器21并提供到跳闸指示器16。
图2E示出的跳闸指示器16是一个常规的开关电路，当电源检测电路跳闸并且电动机断开时用于驱动报警，如红光发射二极管LED17。可以使用任何其他类型的报警，比如声音报警、组合的声音和图像报警、远距离报警等等。跳闸指示器16通过求和电流和来自复位计时器23的断开信号38进行控制。
图2D示出的电流-电压转换器21将求和电流转换为电压。该电压可以通过外部可接近的试验点T.P.#D的伏特计或其他电压读取装置测量。例如，在试验点T.P.#D的10伏的测量值表示电动机运行在100％的负载下。如图2A-2C所示，当在如下所述的本发明的电路的初始启动阶段(或者后来的调节阶段)调节单个的电位计4，5和6时，提供另外的试验点T.P.#A、T.P.#B和T.P.#C.
试验点T.P.#A、T.P.#B、T.P.#C和T.P.#D与电位计一起使用，建立系统，从而每一相将提供表示由该相消耗的满负载电流的百分比的电动机负载信号。例如，在T.P.#D测量的一个10伏直流电平表示电动机24运行在满负载状态下。当分别调节电位计4，5和6的分压计51，52和53时(图2A-2C)，进行该测量。在一个优选实施例中，该可调节的分压计51，52和53是50K分压计。
在该启动之后并且电动机24接通时，每一相A，B和C的电流由各个电流互感器1，2和3采样。这些信号值通过调节的电位计得到平衡，从而相同的电流将相同的信号提供到缓存器7，8和9中。插入电阻器32，33和34的值确定了输入到缓存器7，8和9的信号的幅值，并且具有适合于被控电动机的电阻值。如果需要，可以改变插入电阻32，33和34的值，以与满负载状态下的电动机的安培数相一致。试验点T.P.#A，T.P.#B和T.P.#C用来校验三相是否调节以提供相同的信号。通过以这种方式设置电路，不管满负载状态下的电动机的安培数如何，来自电位计4，5和6的信号的幅值总是相同。
该电路优选地在试验点T.P.#D提供在电动机的满负载状态下等于10伏的信号，而不管受控的特定电动机的满负载电流如何(即不管电动机的尺寸如何)。在电动机使用过程中，在过载积分器19(图2D)的RC网络35处产生相同的10伏满负载电压，而与电动机尺寸或满负载状态下的电流无关。将会明白，可以选择其他电压作为满负载状态下的所需电压。
来自缓存器7，8和9的信号通过线性整流器10，11和12被整流，并被送到放大器13，14和15。该信号被放大，并被藕接到过载积分器19。RC网络35从三个放大器13，14和15充电到最高值。如果一相或多相的电流等于电动机的满负载电流，RC网络35将充电到10伏的满负载电压值(或者设置任何其他的满负载电压值)。如果电流低于满负载电流，RC网络35将充电到一个低于10伏的电压值，其等于满负载电流的一个百分数。例如，满负载的80％的电流将在RC网络35处充电到8伏。一个110％的电流将给RC网络35充电到11伏。
RC网络35充电的速度由RC网络35的电阻和电容值来确定。现有的NEMA编码需要在电动机以15％过负载运行54秒的情况下自动断开。因此，网络35的RC时间常数可以设定与该要求或任何其他选择的要求相匹配。
来自过载积分器19的RC网络35的输出信号37被送到比较器18的负端子。比较器18在其正输入端由一个基准信号偏置，在所述的例子中该基准信号从图2E所示的电位计36得到。正偏压应该在所希望的过载值比如11.5伏的情况下设置，该过载值表示NEMA的15％过载或者说与10伏的满负载值比较的满负载的115％。只要从RC网络35的信号37直接馈送到比较器18的负输入比正输入更负，比较器18就会有负的输出。这将保证所有电路运行在保持电动机运行的方式。当来自RC网络35的信号37超过过载值时，比较器18产生一个正输出，使跳闸电路22接通。如上所述，跳闸电路22是一个常规的开关电路。该开关电路22断开复位计时器23从而使该复位计时器输出一个高电平信号，该高电平信号接通跳闸指示器电路16和红色指示灯17。同时，来自复位计时器23的高电平信号38使晶体管28截止(当手动开关27处于“AUTO”位置时)。因为晶体管28截止，所以继电器26打开，并且断开接触器25的电动机控制器，从而断开电动机24。
当电动机24断开时，通过将开关27切换到“OFF/RESET”位置立即将系统复位。“OFF”和“RESET”在图1的开关上处于同一个位置，其中“OFF”端子将复位计时器23的输出端38连接到地，而“RESET”端子将RC网络35的一侧接地。当RC网络35对地放电时，比较器18的负馈送端变得比正偏压的过载值更负，从而通过跳闸指示器16断开红色LED17，并且断开跳闸电路22，将复位计时器23复位。系统现在可以通过将手动开关27切换到“ON”或者“AUTO”位置而再一次接通。如果RC网络35没有放电，在电动机启动期间，仍会有可能流过过电流，从而将RC网络35的电压增加到可能使电动机跳闸的电平。
手动开关不必是特定的开关。在图1中示出的是三位置、六极开关。在图2中示出的是三位置、九极开关，其中一个来自复位计时器23的附加信号在“OFF”位置接地，以便当电动机复位时避免不必要的跳闸。这一附加信号是否出现取决于复位计时器芯片的制造商。
也可以用一个当电动机断开时操作的自动开关机构代替手动开关。自动开关机构能够检测出电动机何时断开，将来自RC网络35的信号37和复位计时器23的输出端38接地，等待一个预定时间，而后进入“ON”或“AUTO”操作模式。
在本发明实施例的描述中，采用了10伏作为满负载电压，并且NEMA的15％过载条件也仅仅作为优选的例子。实际上，可以使用任何电压作为满负载电压，并且可以选择任何过载条件。
图2A至2G更详细地示出了图1所示的实施例。图2F所示的复位计时器23是一个诸如由MOTOROLA和其他制造商生产的常规复位计时器芯片。图2E和2F所示的复位计时器23的接通/断开信号38被一对二极管D1，D2所箝位到约等于零伏的高电平和一个为负电压的低电平。将接通信号38保持在或低于零伏能防止在晶体管28的发射极上出现不必要的正电压。
尽管以上述方式对本发明进行了描述，很显然本发明可以以许多种方式进行变更。这些变更不应视为脱离本发明的精神和范围，并且所有对本领域技术人员来说是显而易见的变更都应包括在所附的权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于控制多相感应电动机运行的电源检测电路，包括多个电流传感器，其数量与感应电动机的相数相对应，所述电流传感器检测电动机的各相的电流，并输出各个检测值信号；一个过载检测电路，用于根据所述检测值信号检测电动机的至少一相的过电流状态，当检测到过电流状态时产生一个断开信号；以及一个电动机断开控制电路，用于响应所述断开信号断开电动机。
2.如权利要求1所述的电源检测电路，其中电动机的每一相具有一个相线圈，并且每一个所述电流传感器包括一个电流互感器，可操作地与电动机的相应相线圈相关，并产生一个互感器输出；以及一个整流器电路，用于将所述互感器输出整流，并产生一个整流器信号。
3.如权利要求1所述的电源检测电路，其中所述整流器电路包括一个缓存器，用于接收所述互感器输出，并产生一个缓存器输出；一个线性整流器，用于接收所述缓存器输出，并产生一个整流器输出；以及一个放大器，用于接收所述整流器输出，并产生所述整流器信号。
4.如权利要求1所述的电源检测电路，其中所述过载检测电路对检测值信号求和，产生一个复合信号，并包括一个积分器，用于将所述复合信号积分为电动机负载信号。
5.如权利要求4所述的电源检测电路，其中所述负载检测电路将所述电动机负载信号与一个过载基准值比较，并当所述电动机负载信号超过所述过载基准值时产生所述断开信号。
6.如权利要求5所述的电源检测电路，其中所述过载基准值是可调节的。
7.如权利要求4所述的电源检测电路，进一步包括一个调节元件，用于调节所述电流传感器，从而当电动机运行在满负载状态时电动机负载信号具有所需的满负载值。
8.如权利要求7所述的电源检测电路，其中所述调节元件包括一个连接到每一个所述电流互感器的可变电阻。
9.如权利要求1所述的电源检测电路，其中所述电动机断开控制电路包括一个将电源连接到电动机的开关，所述断开信号断开所述开关，从而将电源与电动机断开。
10.如权利要求1所述的电源检测电路，其中所述电动机断开控制电路包括一个复位开关，用于在电动机断开之后将所述电源检测电路复位。
11.如权利要求10所述的电源检测电路，其中所述复位开关选择性地置于ON模式或RESET模式，所述ON模式使所述断开信号控制电动机的ON/OFF运行，而所述RESET模式使所述电源检测电路重新初始化，从而将电动机复位。
12.如权利要求11所述的电源检测电路，其中所述复位开关进一步包括一个AUTOMATIC模式，并且所述电源检测电路进一步包括一个用于将外部驱动信号连接到所述电动机断开控制电路的端子，从而在所述AUTOMATIC模式，通过所述断开信号和所述外部驱动信号来控制电动机。
13.如权利要求10所述的电源检测电路，其中所述复位开关是一个手动开关。
全文摘要
一种用于三相感应电动机的电源检测电路，其中对三相电流求和，提供一个与偏置的满负载信号相比较的控制信号。该电路使得当控制信号超过偏置的满负载信号时三相电动机断开，此外还提供过载保护、即时复位和手动和/或远距离启动。
文档编号H02H7/085GK1402402SQ01130718
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月22日 优先权日2001年8月22日
发明者尼古拉斯·安德森 申请人:苏州哈迪逊电子有限公司