专利名称：一种电机保护器双机联动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型应用于双台对转电动机的控制及保护领域，能实现当一台电动机发生 堵转而需要停机甚至反转时，另一台电动机也同步动作，从而解决了工业生产企业因双台对 转电动机运行不同步而导致的生产线故障，属于双台对转电动机的电气自动化控制领域。
背景技术：
双台对转电动机一般应用于矿场、洗煤厂等需要将矿物粉碎的场合。这种对转形 式的主要结构由两台电动机组成，它们驱动两个靠在一起的踬轴朝相对的方向转动，从而 把矿物碾碎。由于矿物的硬度、大小、重量的不同，有些矿物块体不易粉碎，甚至会卡到踬轴 之间，使踬轴无法转动，从而造成电动机堵转。堵转时电动机的电流迅速增大，可以达到额 定电流的8倍以上，如不及时采取措施，会造成电动机烧坏，给企业带来经济损失；同时，非 正常停工所造成的生产流程混乱、物料损失、安全隐患也是十分巨大的。对于双台电动机对 转，当其中一台电动机发生堵转时，必须首先同时停止两台电动机的运转，继而控制两台电 动机同时回倒，将卡住的物块退出，然后恢复正常的运转。如果其中一台堵转而另一台继续 运转，会加剧故障的危害，导致两台电动机都会损坏。因而双机的同步是非常必要的。目前，避免堵转问题所带来的损害一般采用热过载继电器或电机保护器来实现。 热过载继电器主要包括感知定子绕组温度的热元件、控制交流接触器的常闭触头、用于推 动推杆的双金属片、用于推动触头的人字形拨杆等。其工作原理是在电机运转过程中，温度 随着电流的大小变化，双金属片随温度不同其弯曲的程度也不相同。当电动机电流过大引 起温度过高时，双金属片就会推动推杆和拨杆，断开触头，从而断开接触器电流，使得电动 机回路断电，电动机停止运行。这类设备的缺点在于其内部极其复杂，各个结构的物理性质 存在差异，不可靠性急剧增加，最大的欠缺是保护不精细、反应速度慢、重复性差，随着使用 时间的延长有效性和精度都会降低。而且对于双机对转的场合，不能够实现电动机的回倒， 并且不可能实现多个热过载继电器的同步，因而无法完成对双台电动机的同步控制。而对 于一般的智能型电动机保护器，主要由微处理器、交流互感器、继电器控制等模块组成，可 以精确地检测电动机回路的电流，实现故障精确判断，并能够及时地进行保护。但是这类智 能电机保护器智能针对一台电动机进行保护，一台保护器只能单独地保护一台电动机，不 同的保护器之间不能进行信息的交互，对于双台对转电动机来说，即使每台电动机都使用 一台保护器，由于保护器之间无法通信，因而也无法实现双台电动机的准确同步停机和回 倒。目前也有一些电动机保护器产品具有无线组网的功能，多台保护器可以通过无线模块 把数据集中地发送到一台服务器上，可以利用服务器实现集中控制。但这类保护器只能和 服务器进行交流，任意两台保护器之间无法实现点对点的直接通信，因而仍然无法实现双 台电动机同步运行的功能。
实用新型内容技术问题本实用新型针对双台对转电动机的堵转问题，提供一种电机保护器双机联动方法及装置，能实现当一台电动机发生堵转而需要停机甚至反转时，另一台电动机 也同步动作，从而解决了工业生产企业因双台对转电动机运行不同步而导致的生产线故障。技术方案本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案本实用新型一种电动机保护器双机联动装置，一台电动机配备一个联动装置，两 个联动装置结构相同，每个联动装置都包括由电流采样电路、串口驱动芯片、单片机、继电 器控制电路构成的保护器以及二次控制回路和交流-直流开关电源模块，其中电流采样电 路的输入端与设置于电动机三相输入端上的电流互感器连接，电流采样电路的输出端接单 片机的输入端，单片机通过串口驱动芯片与另一个联动装置通信，单片机的输出端串接继 电器控制电路后接二次控制回路的输入端，交流-直流开关电源模块给保护器供电，二次 控制回路和交流_直流开关电源模块的电源端接外部交流电源。有益效果本实用新型能够实现当双台对转电动机的其中一台发生堵转而需要停 机甚至反转回倒时，另一台电动机也同步动作，从而解决了工业生产企业因双台对转电动 机运行不同步而导致的生产线故障，具有整定精度高、可重复性好、动作时间准确、同步准 确无误等特点。
图1是双台对转电动机结构示意图。图2是本实用新型双机联动装置及外部二次控制回路原理图。图中有接触器KM1 常闭辅助触点56，接触器KM1常开辅助触点54，接触器KM2常闭辅助触点57，接触器KM2常 开辅助触点55，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第一电容C1，第二电容C2，串口通 信芯片2，继电器ZJ1线圈41，继电器ZJ2线圈42，继电器ZJ3线圈43，32位高性能单片机 芯片3，AD采样芯片11，交流-直流开关电源模块6，继电器ZJ1常开触点51，继电器ZJ2常 开触点52，继电器ZJ3常闭触点53，接触器KM1线圈58，接触器KM1线圈59，第一启动开关 Q1，第二启动开关Q2，停机开关T1。图3为本双机联动实用新型方法及装置具体应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型方法及装置作进一步说明。如图1所示，某生产线上采用双台对转电动机A和B，每台电动机为380V三相异 步电动机，电源频率为50Hz工频，电机采用星型接法工作。在电气控制系统中采用空气开 关、交流接触器及本实用新型方法及装置进行双机联动和堵转保护。保护器A和保护器B 分别对应于电动机A和电动机B进行图2所示的接线，保护器A和保护器B之间用串口相 连。总体结构如图3所示。如图2所示，一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于一台电动机配备一个 联动装置，两个联动装置结构相同，每个联动装置都包括由电流采样电路1、串口驱动芯片 2、单片机3、继电器控制电路4构成的保护器以及二次控制回路5和交流-直流开关电源模 块6，其中电流采样电路1的输入端与设置于电动机三相输入端上的电流互感器连接，电流 采样电路1的输出端接单片机3的输入端，单片机3通过串口驱动芯片2与另一个联动装
4置通信，单片机3的输出端串接继电器控制电路4后接二次控制回路5的输入端，交流_直 流开关电源模块6给保护器供电，二次控制回路5和交流-直流开关电源模块6的电源端 接外部交流电源。所述的一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于所述电流采样电路1包括 第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和AD芯片11，其中第一 电阻R1的一端分别接电流互感器的同名端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端分 别接第一电容C1和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端分别接第二电容C2的一端 和AD芯片11的采样输入端，第一电阻R1的另一端分别与电流互感器的异名端和第一电容 C1、第二电容C2的另一端连接接地。所述的一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于所述继电器控制电路4由 继电器ZJ1线圈41、继电器ZJ2线圈42、继电器ZJ3线圈43组成，继电器ZJ1线圈41、继电 器ZJ2线圈42、继电器ZJ3线圈43分别通过内部控制总线与处理器相连，并与并与二次控 制回路5的输入端连接。所述的一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于所述二次控制回路5由第 一启动开关Q1、第二启动开关Q2、继电器ZJ1常开触点51、继电器ZJ2常开触点52、继电器 ZJ3常闭触点53、第一交流接触器KM1常开辅助触点54、第二交流接触器KM2常开辅助触 点55、第一交流接触器KM1常闭辅助触点56、第二交流接触器KM2常闭辅助触点57、第一 交流接触器KM1线圈58和第二交流接触器KM2线圈59构成，其中继电器ZJ1常开触点51 的一端分别与继电器ZJ2常开触点52、继电器ZJ3常闭触点53的一端连接后由第一接线端 子a连接到外部交流电源的中性线N上，继电器ZJ1常开触点51另一端与第五接线端子e 相连，继电器ZJ2常开触点52另一端与第三接线端子c相连；第一交流接触器KM1常开辅 助触点54和第一启动开关Q1 —端并联到第四接线端子d上，另一端并联到第五接线端子 e上；第二交流接触器KM2常开辅助触点55和第二启动开关Q2 —端并联到第四接线端子d 上，另一端并联到第三接线端子c上；第一交流接触器KM1常闭辅助触点56的一端和第二 交流接触器KM2常闭辅助触点57的一端并联后通过第二接线端子b接到外部交流电源的 相电源线L上；第一交流接触器KM1线圈58 —端与第三接线端子c相连，另一端与第二交 流接触器KM2常闭辅助触点57的另一端相连；第二交流接触器KM2线圈59 —端与第五接 线端子e相连，另一端与第一交流接触器KM1常闭辅助触点56的另一端相连；停止开关T1 一端与第四接线端子d相连，另一端与继电器ZJ3常闭触点53的另一端相连。其中一台电动机A启动时，空气开关打到合闸位置，按下启动按钮Q2，此时由于继 电器ZJ3常闭触点53处于默认常闭状态，因此交流接触器KM1线圈58从控制回路得电并 吸合交流接触器KM1的主触点，同时接触器KM1常闭辅助触点56断开，三相异步电动机正 常启动。双台对转电机的另一台B也按此步骤操作，则两台电机均处于正常运转状态。正 常工作期间，32位高性能单片机CPU芯片3通过由AD采样芯片11和第一电阻R1、第二电 阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2所组成的电流采样电路对电动机的三相电流 进行实时数据采集，对低压三相异步电动机的工作状态进行实时监测，从而判定电动机一 直处于正常工作模式。电动机A和电动机B的同步过程如下步骤一假设在正常运行过程中，电动机A开始发生堵转，保护器A内部的32位高性能单片机CPU芯片3检测到当前电流超过了发生堵转的临界值，此时CPU芯片3开始 计时。当发生堵转的时间超过了所能允许的最大值时，则认为电动机遇到了不可粉碎的硬 物，需立即停机。这时CPU芯片3控制继电器ZJ3线圈43，使得继电器ZJ3常闭触点53做 一次跳闸动作，此时第一交流接触器KM1线圈58因为控制回路失电因而也失电，从而释放 第一交流接触器KM1主触点，断开主回路。同时，保护器A内部的CPU芯片3通过串口发送 一条信息给保护器B，告知保护器B现在应停机，保护器B内部的CPU芯片3在接收到这一 消息后，立即控制B内部的继电器ZJ3线圈43，使得继电器ZJ3常闭触点53做一次跳闸动 作，从而断开电动机B的主回路，这样就实现了电动机A和电动机B的同步停机。步骤二 当电动机A的回路断开时，由于电动机惯性的原因，仍在减速运转，保护 器A的32位CPU芯片3便开始计时，等待电动机完全停止运转。计时完毕，此时保护器A 的CPU控制继电器ZJ1线圈41，使得继电器ZJ1常开触点51做一次合闸动作，此时第二交 流接触器KM2线圈59从控制回路得电因而吸合交流接触器KM2的主触点，由于KM2主触点 的接线相序是反相的，因而电动机反转回倒。保护器A内部的CPU芯片3在控制常开触点 51合闸的同时，通过串口发送一条信息给保护器B，告知保护器B现在应反转回倒，保护器 B内部的CPU芯片3在接收到这一消息后，立即控制B内部的继电器ZJ1线圈41，使得继电 器ZJ1常开触点51做一次合闸动作，从而使电动机B也反转回倒，这样就完成了电动机A 和电动机B的同步反转。步骤三保护器A的CPU芯片3计算反转运行的时间，当达到一定值时，认为双台 对转电动机已经把卡住踬轴的硬物退出，此时应停止反转。保护器A的CPU芯片3控制继 电器ZJ3线圈43，使得继电器ZJ3常闭触点53做一次跳闸动作，此时第二交流接触器KM2 线圈59因为控制回路失电因而也失电，从而释放第二交流接触器KM2主触点，断开主回路。 同时，保护器A内部的CPU芯片3通过串口发送一条信息给保护器B，告知保护器B现在应 停机，保护器B内部的CPU芯片3在接收到这一消息后，立即控制B内部的继电器ZJ3线圈 43，使得继电器ZJ3常闭触点53做一次跳闸动作，从而断开电动机B的主回路，这样就实现 了电动机A和电动机B的同步停机。步骤四当电动机A的反转回路断开时，由于电动机惯性的原因，仍在减速运转， 保护器A的32位CPU芯片3便开始计时，等待电动机完全停止运转。计时完毕，此时保护 器A的CPU控制继电器ZJ2线圈42，使得继电器ZJ2常开触点52做一次合闸动作，此时第 一交流接触器KM1线圈58从控制回路得电因而吸合交流接触器KM1的主触点，因而电动机 开始正常启动。保护器A内部的CPU芯片3在控制常开触点52合闸的同时，通过串口发送 一条信息给保护器B，告知保护器B现在应正常启动，保护器B内部的CPU芯片3在接收到 这一消息后，立即控制B内部的继电器ZJ2线圈42，使得继电器ZJ1常开触点52做一次合 闸动作，从而使电动机B也正常启动，这样就完成了电动机A和电动机B的同步正常启动。由此可见，如果正常运行时是电动机A先发生堵转，那么保护器B的动作受到保护 器A的控制，电动机B的一系列动作都随电动机A而动。同理，如果正常运行时是电动机B 先发生堵转，那么电动机A的一系列动作都随电动机B而动，具体步骤可类比步骤一到步骤 四而得到。综上所述，本实用新型是利用了两台保护器对双台对转电动机进行保护，两台处 理器之间通过串口进行通信。处理器通过电流采样电路对电动机的运行状态进行检测，判别电动机是否发生堵转。双机对转电动机在遇到堵转故障后，经过上述四个步骤，通过继电 器控制电路来对二次控制回路的状态进行控制，能够自动同步地进行停机、等待、反转、停 机、等待、正常启动这样一系列精准有序的动作，能够在不需人为干预的情况下，自动排除 堵转故障，实现智能化控制。本设计具有采样精度高、整定精度高、可重复性好、动作时间准 确、同步准确无误等特点。需要设置的参数有5个，其定义如下堵转电流定值Id 电流超过该值以上认为进入堵转；允许堵转时间tq 允许电流超过堵转电流持续最大时间；等待停机时间ty :电动机断电后由于惯性仍能持续转动的时间；反转回倒时间tf 电动机退出硬物所需要的反转回倒时间；脉冲时间to :ZJ1、ZJ2闭合一次持续时间以及ZJ3断开一次持续时间。如果在较短时间内连续发生3轮上述步骤一到步骤四的全过程，则认为双台对转 电机遇到的硬物无法通过反复挤压而压碎，那么则由32位高性能单片机CPU芯片3控制继 电器ZJ3线圈43，使得继电器ZJ3常闭触点53做一次跳闸动作，从而断开主回路，保护电动 机，不再自动重启电动机，等待人员处理改硬物。如果在反转回倒过程中也发生了堵转，则认为硬物无法反转退出，那么则由32位 高性能单片机CPU芯片3控制继电器ZJ3线圈43，使得继电器ZJ3常闭触点53做一次跳闸 动作，从而断开主回路，保护电动机，不再自动重启电动机，等待人员处理改硬物。如果在正常工作过程中需要停止双台对转电动机，可通过按下停止按钮T1来实 现。以上借助较佳实施例描述了本实用新型的具体实施方式
，但是应该理解的是，前 述具体的描述不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在 阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。
权利要求一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于一台电动机配备一个联动装置，两个联动装置结构相同，每个联动装置都包括由电流采样电路(1)、串口驱动芯片(2)、单片机(3)、继电器控制电路(4)构成的保护器以及二次控制回路(5)和交流-直流开关电源模块(6)，其中电流采样电路(1)的输入端与设置于电动机三相输入端上的电流互感器连接，电流采样电路(1)的输出端接单片机(3)的输入端，单片机(3)通过串口驱动芯片(2)与另一个联动装置通信，单片机(3)的输出端串接继电器控制电路(4)后接二次控制回路(5)的输入端，交流-直流开关电源模块(6)给保护器供电，二次控制回路(5)和交流-直流开关电源模块(6)的电源端接外部交流电源。
2.根据权利要求1所述的一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于所述电流采 样电路(1)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一电容(C1)、第二电容 (C2)和AD芯片(11)，其中第一电阻(R1)的一端分别接电流互感器的同名端和第二电阻 (R2)的一端，第二电阻(R2)的另一端分别接第一电容(C1)和第三电阻(R3)的一端，第三 电阻(R3)的另一端分别接第二电容(C2)的一端和AD芯片(11)的采样输入端，第一电阻 (R1)的另一端分别与电流互感器的异名端和第一电容(C1)、第二电容(C2)的另一端连接 接地。
3.根据权利要求1所述的一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于所述继电器 控制电路(4)由继电器ZJ1线圈(41)、继电器ZJ2线圈(42)、继电器ZJ3线圈(43)组成， 继电器ZJ1线圈(41)、继电器ZJ2线圈(42)、继电器ZJ3线圈(43)分别通过内部控制总线 与处理器相连，并与并与二次控制回路(5)的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种电动机保护器双机联动装置，其特征在于所述二次控 制回路(5)由第一启动开关(Q1)、第二启动开关(Q2)、继电器ZJ1常开触点(51)、继电器 ZJ2常开触点(52)、继电器ZJ3常闭触点(53)、第一交流接触器KM1常开辅助触点(54)、第 二交流接触器KM2常开辅助触点(55)、第一交流接触器KM1常闭辅助触点(56)、第二交流 接触器KM2常闭辅助触点(57)、第一交流接触器KM1线圈(58)和第二交流接触器KM2线 圈(59)构成，其中继电器ZJ1常开触点(51)的一端分别与继电器ZJ2常开触点(52)、继电 器ZJ3常闭触点(53)的一端连接后由第一接线端子(a)连接到外部交流电源的中性线(N) 上，继电器ZJ1常开触点(51)另一端与第五接线端子(e)相连，继电器ZJ2常开触点(52) 另一端与第三接线端子(c)相连；第一交流接触器KM1常开辅助触点(54)和第一启动开 关(Q1) —端并联到第四接线端子(d)上，另一端并联到第五接线端子(e)上；第二交流接 触器KM2常开辅助触点(55)和第二启动开关(Q2) —端并联到第四接线端子(d)上，另一 端并联到第三接线端子(c)上；第一交流接触器KM1常闭辅助触点(56)的一端和第二交流 接触器KM2常闭辅助触点(57)的一端并联后通过第二接线端子(b)接到外部交流电源的 相电源线(L)上；第一交流接触器KM1线圈(58) —端与第三接线端子(c)相连，另一端与 第二交流接触器KM2常闭辅助触点(57)的另一端相连；第二交流接触器KM2线圈(59) — 端与第五接线端子(e)相连，另一端与第一交流接触器KM1常闭辅助触点(56)的另一端相 连；停止开关(T1) 一端与第四接线端子(d)相连，另一端与继电器ZJ3常闭触点(53)的另 一端相连。
专利摘要本实用新型公布了一种电机保护器双机联动装置，本实用新型一台电动机配备一个联动装置，两个联动装置结构相同，每个联动装置都包括由电流采样电路、串口驱动芯片、单片机、继电器控制电路构成的保护器以及二次控制回路和交流-直流开关电源模块，其中电流采样电路的输入端与设置于电动机三相输入端上的电流互感器连接，电流采样电路的输出端接单片机的输入端，单片机通过串口驱动芯片与另一个联动装置通信，单片机的输出端串接继电器控制电路后接二次控制回路的输入端，交流-直流开关电源模块给保护器供电，二次控制回路和交流-直流开关电源模块的电源端接外部交流电源。本实用新型整定精度高、动作时间准确、同步稳定。
文档编号H02H7/085GK201584759SQ20092028482
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者于阳, 刁龙, 时龙兴, 李冰, 桑爱兵, 钟锐, 陆生礼 申请人:东南大学