专利名称：三相异步电动机节电保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术领域，特别指工业和民用机械设备中的三相电动机的节电和保护装置。
现有技术中有一种三相电动机自动保护节电器(中国专利号CN93244642.6)，其由接在三相电源中的一个相线上的电流互感器、过载、断相保护电路和Y/Δ转换电路，上述电流互感器可提供取样信号，并将该取样信号送至保护电路和Y/Δ转换电路，进而实现对电机的保护和Y/Δ转换，达到安全节电的目的。
以上技术的缺点是，由于单相电流互感器取样，取样有局限性，虽然能自动跟踪负荷，但当电网三相不平衡时，控制信号误差较大，容易产生误动作；另外，负载自动跟踪采用定点控制方式，不能随时自动控制、调整电动机的运行负载；加上Y/Δ转换采用继电器、交流接触器触点接触型控制方式，机械磨损大，易损坏，引起使用寿命短的缺点。特别是当未被检测的相线断相时，不能立即发出指令，并在瞬间内停机保护。再是，该装置没有解决电动机启动电流大，启动时对电网的冲击，以至影响其他设备的正常工作的问题。
本实用新型的技术方案通过以下结构实现本实用新型包含有电动机电压检测部分、电动机电流检测部分、同步信号取样部分、方波整形部分、鉴相器部分、负载跟踪部分、控制信号合成部分、高频信号发生器部分、功率放大部分、双稳态触发器部分、恒流软启动部分、缺相保护部分、过载保护部分、电流限载傍路部分、运行及故障显示部分、机体部分等组成。其中电信号采样与主回路相连接且电流采样通过三个互感器采取、电流同步采样通过三个同步变压器采取、电压采样取自三相主回路经光偶合隔离进入控制电路；所述的方波整形部分为采样信号与相位比较部分连接；所述相位比较部分与方波整形部分相连接；所述负载跟踪部分与相位比较部分相连接；所述控制信号合成部分与负载跟踪部分相连接；所述高频信号发生器部分与控制信号合成相连接；所述功率放大部分与高频信号发生器部分相连接；所述功率放大部分与可控硅模块相连接；所述可控硅模块与主回路相连接；所述电流采样部分与电动机主回路相连接；所述电动机保护部分与电流采样部分相连接；所述电动机保护部分与高频信号发生器部分相连接；所述电流限载傍路部分与负载跟踪部分相连接；所述运行及故障显示部分与电动机保护、功率放大、电源部分相连接；本实用新型进一步包含有恒流软启动部分中的启动电流倍率限制调节器部分(其电路连接包含在恒流软启动电路之中)；过载保护部分中的保护时限和电流整定值参数设定部分(其电路连接包含在过载保护电路之中)；所述过载保护时限控制为5～45S可调，过载保护电流整定值为80～200％可调；所述恒流软启动时限控制为0～240S可调，启动电流控制在额定电流的1.5～4.5倍可调；所述电动机动态响应速度为0.025～2S可调；本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点1、启动功能优良由于采用了恒流软启动技术，使电动机启动时的启动电流可控制在0.8～4.5倍之间，避免了启动冲击电流，实现平滑的、无极的电机加速启动，从而减轻了企业内部电网的负担，大大降低了企业送配电设施的投入成本和供电成本；2、节电效果显著本装置采用微电子适时跟踪监控负载变化、动态调整可控硅导通角大小，自动跟踪监测电动机的负荷变化状况，适时调整供给电动机所需电量，使电动机始终处于最经济的运行状态，从而在真正意义达到了高效节电的目的；3、延长电动机的寿命由于降低了工作电流，从而降低了电机的工作温度，减少了电机的磨损，延长了电机的使用寿命；4、运行安全可靠由于实现了一体化多种保护功能(自身温度保护、缺相、过载/过流、欠压/过压等保护功能)，使电机不致烧毁，避免设备损坏甚至事故的发生；
5、降低了运行成本由于采用了大功率可控硅模块，其无触点自动通断保护功能，使电气器件损耗降低到最低限度，既节约了开支又省去了频繁更换电气器件的麻烦；6、适应(通用)性强由于三相异步电动机的广泛使用于各种机械设备，使得该装置具有广泛的使用价值。在特殊工况下(如防尘、防水、防腐蚀气体等)使用时，只要稍加处理便可适用。另一方面，它适应于各种不同的工况下运行的机电设备，如根据不同负载下启动设备，调整它的软启动时间长短，突加负载时，调整限流保护值和限时保护时间等；7、易于管理和使用由于功能齐全、技术完善，所以不需外接辅件。再是该装置直接安装在主回路上，十分方便。一旦安装调试好后，无须人员看护，完全实行自我伺服。
本实用新型的原理是电信号采样，其中包含电流采样、电流同步采样、电压采样，主要分别实现如下功能电流采样通过三个互感器采取三相电流信号，通过电信号比较控制，达到对电动机各保护功能(缺相、过载)、软启动控制功能和自动傍路功能的目的；电流同步采样通过三个同步变压器采取三相同步电流信号，通过整形形成方波电信号，再与电压方波电信号进行相位比较，从而实现电动机运行过程中的适时负载跟踪控制；电压采样取自三相主回路采取三相电压信号，通过光偶合隔离整形形成方波电信号，一路与电流同步采样整形后的方波电信号进行相位比较，实现电动机运行过程中的适时负载跟踪控制，另一路通过微分积分处理后形成与电压同相位的锯齿波信号，经控制信号合成部分的逻辑处理，实现控制、调整可控硅模块导通角大小，达到动态节电的目的。
本实用新型的实施方式由以下附图给出
图1是本实用新型方框图图2是本实用新型电原理图
G1的方波信号经C1、R7连接N1(324)再次进行整形放大，从N1的1、7脚输出，连接C7、C8、R25、R26微分，在N4的6脚上形成一个极性为负的针状脉冲，N4的5脚静态设定的电压比6脚低，输出脚7静态为低电压，在N4的6脚负针状脉冲的作用下，7脚出现与针状脉冲相对应的正脉冲，经C13、R57充放电在C13上形成与电源同相位的负相锯齿波。
2鉴相(与功率因数成比例的电压形成)G1脚信号是与电源同相的方波，同步变压器B得到的是与电机电流同相位的正弦波，这二个信号经N1整形，在N1的7、1、8、14脚输出，再通过R13、R14、R15、R16进行合成，V9、V10再次合成经R32输出一个电压信号。当G1与B得到的信号同相位时，R32的输出信号为零，G1、B信号的相位相差越大，R32输出的信号越大，从而把电压电流的相位关系变换成电压信号。
3可控硅控制信号的合成与电源相同的负相锯齿波，反应功率因数的电压信号，分别从N4的9脚和10脚输入，经N4比较，在8脚输出一个方波信号，方波起点为功率因数线与锯齿波斜边的交汇点，止点为电源过零点。方波信号作为一个开关信号，通过V25控制C1008基极7KHZ高频信号的通断，这一受方波信号控制的高频信号，经C1008(3DG130B)、BV806(1073)放大，脉冲变压器隔离后触发可控硅。
4缺相保护LH3互感器上的感应电流经R172变成电压，经二级管整流R92、C17滤波形成一个负电压加到N6的2脚，N6的3脚预置为-0.1左右，正常工作时N6的2脚的电压比3脚低，1脚输出高电位，当电机缺相时，互感器上的电压为零，N6的2脚电压比3脚低，1脚输出低电位，使C1008(3DG130B)基极的7KHZ高频信号被切断，可控硅关断。
5软启动互感器、二级管R110、N7的6、7脚，N7的3、1脚，N8的2、1脚、R155、V56、R70形成一个闭环控制回路，当启动电流增大，N7的6脚电压降低，7脚电压升高，3脚电压升高，当高于2脚的设定值时，1脚电压升高，N8的1脚电压降低，可控硅导通角减小，电机电压降低，使启动电流保持在设定值上。
6过载保护互感器、二级管、R128、N7的12脚、N8的10脚、V56形成一个闭环控制回路，当工作电流增大，N7的12脚电压下降，当低于N7的13脚的设定值时，N7的14脚为低电压，N8的8脚为低电压，可控硅关断，电机断电。
7起动状态(工作状态的自动转换)N9、N11组成一个双稳态触发器，当N9的10、13脚电压低于N9的12脚时，N9的14脚为高电压，N11的10脚为低电压，并通过V49、V50关闭过载保护回路，N9的1脚为高电压，关闭功率因数回路，电路处于启动状态。当电机启动后，N9的10、13脚电压升高，高过N9的9脚电压时，双稳电路翻转，N9的1脚为低电压，通过V60关闭启动回路，N11的10脚为高电压，节电器进入工作状态。
8开关机关机时N10的5脚为低电位，N10的7脚也为低电位，经V43关闭可控硅触发电路。
开机时N10的5脚为高电位，N10的7脚为高电位，经V43，可控硅触发电路开始工作。
9运行及故障显示运行、故障采用LED显示。
缺相保护显示在正常运行时，缺相保护指示灯H4不亮，当A、B、C三相任一相断相时，保护电路动作点亮H4。
过载保护显示在正常运行时过载保护指示灯H5不亮，当运行负载超过设定的电流值及过载时间超过设定时间时，保护动作点亮H5。
运行显示在正常运行时三个运行指示灯(HA、HB、HC)全部点亮，当其中任何一相停止运行时，相对应的指示灯将熄灭。
10其他技术说明W1起动电流调整顺时针方向增大。根据实际情况调整，保证电动机能正常起动。
W2电动机最小不失步电压调整顺时针增大(约80V左右)。
W3电动机最小工作电压调整顺时针增大(比最小不失步电压高30V左右。)W4冲击负载灵敏度调整顺时针灵敏度增加。在保证电动机遇冲击负载不堵转的前题下，灵敏度越低越好。
W5过载保护电流调整顺时针增大(一般比额定电流大10％，在10KW的设定状态时，调W5使N7的13脚为-2V，此时保护电流约为14A。)
W6过载保护延时时间调整顺时针调到底约延时5秒钟，逆时针调到底约延时45秒钟。
W7正反馈的强度调整可改变电压下降的速度。
W8预备状态电压设定调整W8使W9的13脚比12脚低0.5V(13脚约为9.5V)，此时节电器处在启动状态。
H5为过载保护指示灯。
H4为缺相保护指示灯。
H1、H2、H3为可控硅触发指示灯
权利要求1.一种三相异步电动机节电保护器，包括电动机电压检测部分、电动机电流检测部分、同步信号取样部分、方波整形部分、鉴相器部分、负载跟踪部分、控制信号合成部分、高频信号发生器部分、功率放大部分、双稳态触发器部分、恒流软启动部分、缺相保护部分、过载保护部分、电流限载傍路部分、运行及故障显示部分、机体部分，其特征在于其中电信号采样与主回路相连接且电流采样通过三个互感器采取、电流同步采样通过三个同步变压器采取、电压采样取自三相主回路经光偶合隔离进入控制电路；所述的方波整形部分为采样信号与相位比较部分连接；所述相位比较部分与方波整形部分相连接；所述负载跟踪部分与相位比较部分相连接；所述控制信号合成部分与负载跟踪部分相连接；所述高频信号发生器部分与控制信号合成相连接；所述功率放大部分与高频信号发生器部分相连接；所述功率放大部分与可控硅模块相连接；所述可控硅模块与主回路相连接；所述电流采样部分与电动机主回路相连接；所述电动机保护部分与电流采样部分相连接；所述电动机保护部分与高频信号发生器部分相连接；所述电流限载傍路部分与负载跟踪部分相连接；所述运行及故障显示部分与电动机保护、功率放大、电源部分相连接。
2.根据权利要求1所述的三相异步电动机节电保护器，其特征在于电源电路中380V正弦交流电，经5W/220K电阻降压，二级管限幅送到17324进行整形放大，通过光偶合器，隔离输出与380V交流电同相位的方波信号，连接到G1、G2、G3，G1的方波信号经C1、R7连接N1(324)再次进行整形放大，从N1的1、7脚输出，连接C7、C8、R25、R26微分，在N4的6脚上形成一个极性为负的针状脉冲，N4的5脚静态设定的电压比6脚低，输出脚7静态为低电压，在N4的6脚负针状脉冲的作用下，7脚出现与针状脉冲相对应的正脉冲，经C13、R57充放电在C13上形成与电源同相位的负相锯齿波。
3.根据权利要求1所述的三相异步电动机节电保护器，其特征在于所述的鉴相器部分G1脚信号是与电源同相的方波，同步变压器B得到的是与电机电流同相位的正弦波，这二个信号经N1整形，在N1的7、1、8、14脚输出，再通过R13、R14、R15、R16进行合成，V9、V10再次合成经R32输出一个电压信号，当G1与B得到的信号同相位时，R32的输出信号为零，G1、B信号的相位相差越大，R32输出的信号越大，从而把电压电流的相位关系变换成电压信号。
4.根据权利要求1所述的三相异步电动机节电保护器，其特征在于所述的控制信号合成部分其中与电源相同的负相锯齿波，反应功率因数的电压信号，分别从N4的9脚和10脚输入，经N4比较，在8脚输出一个方波信号，方波起点为功率因数线与锯齿波斜边的交汇点，止点为电源过零点，方波信号作为一个开关信号，通过V25控制C1008基极7KHZ高频信号的通断，这一受方波信号控制的高频信号，经C1008(3DG130B)、BV806(1073)放大，脉冲变压器隔离后触发可控硅。
5.根据权利要求1所述的三相异步电动机节电保护器，其特征在于所述的缺相保护部分，其中LH3互感器上的感应电流经R172变成电压，经二级管整流R92、C17滤波形成一个负电压加到N6的2脚，N6的3脚预置为-0.1左右，正常工作时N6的2脚的电压比3脚低，1脚输出高电位。
6.根据权利要求1所述的三相异步电动机节电保护器，其特征在于所述的软启动部分其中互感器、二级管R110、N7的6、7脚，N7的3、1脚，N8的2、1脚、R155、V56、R70形成一个闭环控制回路，当启动电流增大，N7的6脚电压降低，7脚电压升高，3脚电压升高，当高于2脚的设定值时，1脚电压升高，N8的1脚电压降低，可控硅导通角减小，电机电压降低，使启动电流保持在设定值上。
7.根据权利要求1所述的三相异步电动机节电保护器，其特征在于所述的过载保护部分其中互感器、二级管、R128、N7的12脚、N8的10脚、V56形成一个闭环控制回路，当工作电流增大，N7的12脚电压下降，当低于N7的13脚的设定值时，N7的14脚为低电压，N8的8脚为低电压，可控硅关断，电机断电。
专利摘要本实用新型涉及电子技术领域，特别指工业和民用机械设备中的三相电动机的节电和保护装置。本实用新型电信号采样与主回路相连接且电流采样通过三个互感器采取、电流同步采样通过三个同步变压器采取、电压采样取自三相主回路经光偶合隔离进入控制电路；所述的方波整形部分为采样信号与相位比较部分连接；所述相位比较部分与方波整形部分相连接；所述负载跟踪部分与相位比较部分相连接；所述控制信号合成部分与负载跟踪部分相连接；本装置采用微电子适时跟踪监控负载变化、动态调整可控硅导通角大小，自动跟踪监测电动机的负荷变化状况，适时调整供给电动机所需电量，使电动机始终处于最经济的运行状态，从而在真正意义达到了高效节电的目的；
文档编号H02H7/08GK2582244SQ02277690
公开日2003年10月22日 申请日期2002年11月15日 优先权日2002年11月15日
发明者许德球 申请人:许德球