专利名称：电动机的多功能节电保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动机的多功能节电保护器。
在厂矿企业中，电动机是应用最广泛、损坏最普遍的一种设备。目前市场上已推出电动机的各种电子保护器以及各种节电产品，包括Y－△轻载自动转换节电器和交流接触器无声运行节电器等。它们的共同特点是功能单一、通用性差，如果将这些产品同时用于一台电机上，不仅成本高、安装维修麻烦，而且所占空间大，使这些仪器无法在原控制柜上安装下来。另外，由于控制电器数目的增加，造成电机运行的整体可靠性也下降。
本实用新型的目的在于为用户提供电动机的多功能节电保护器，把电机保护、空载自动停机节电，Y－△轻载自动转换节电及交流接触器无声运行节电等功能集于一体，从而最大限度地提高产品的功能和实用价值。
本实用新型的技术解决方案是在电动机的电源主电路ZL上并联一个分流电路FL作为电流取样电路，根据过载率、负载率设计安装过载、断相保护及空载自动停机和轻载自动转换等电路，并通过选择开关进行功能选择。
下面以图为例，对发明作详细说明
图1、JBⅠ节电保护器原理方框图图2、JBⅡ节电保护器原理方框图图3、JBⅠ、JBⅡ节电保护器结构示意图图4、稳压电源原理图图5、JBⅠ节电器控制原理图图6、JBⅠ节电保护器控制原理图。
图7、JBⅡ节电保护器控制原理图。
图8、JBⅡ节电保护器工作原理图其中JBⅠ是具有过载断相保护及空载自动停机节电、交流接触器无声运行节电等功能的电动机节电保护器，JBⅡ是具有过载断相保护及Y－△轻载自动转换节电、交流接触器无声运行节电等功能的电动机节电保护器。
由图1、图2可知，JBⅠ、JBⅡ节电保护器的过载断相保护原理和电路组成相同，均由过载断相信号形成电路、比较放大电路、过载报警电路、延时输出电路、反相器及执行电路等组成。
图3表示本节电保护器系统由直流电源(如图4所示)、继电控制电路、电源切换器等主要单元组成。其中直流稳压电源采用简单的串联稳压电路，包括元件D1、D2、D3、D4、C1、C2、DW、T，以保证控制电路可靠工作。电源切换器采用交流接触器，接通或断开电动机的电源。
以变压器为主的低压电源以及继电控制电路构成本节电保护器，其中的继电控制电路是这个系统的核心。
参看图5，以图7为例说明本节电保护器过载断相控制原理与工作原理。
分流线FL作为电流取样电路，由电流互感器CT及元件R1、R2、C1、D1、DW1等完成对电流信号的检测并转换成直流电压信号UI。过载信号及A、B相断相信号通过电位器W1从UI中取出，C相断相信号直接取自UI。元件R1、DW1的设置是为了把输入信号压｜UI｜限制在4.5V以下，防止强电流信号的冲击而损坏晶体管T1、T2。
由元件T1、D4、D5组成电压比较放大电路；由元件R4、LED1组成保护器内灯光显示报警电路，元件T9、DW3、J3组成外接报警控制电路；由元件R5、C2、D2、DW2组成过载信号记忆延时电路；由元件T3、R7、R9组成过载动作信号的输出电路；由元件T2、R3、R6、R8组成反相器构成C相断相动作信号的输出电路；由元件R10、C3组成启动瞬间断相防误动作电路；由元件R11、D4、D5组成的比较电压产生电路在A点具有约－1.4V至－1.5V的负电位，使正常情况下T4能可靠截止，并为T1提供比较电压信号，调节R2使W1两端电压Ui在－1.5V至－3V之间。
在正常情况下，｜Ui｜＞1.5V，通过调整W1，使A点电位略低于D点电位，T1反射结反端偏而截止，E点处于低电位，T3截止；同时T2处于饱和导通状态，B点为高电位，从而C点亦为高电位，T4反射结反端偏而截止，J1不动作。
发生过载时，由于C相电流增加而使输入信号Ui增大，当其增大超过额定值时，T1处于放大或饱和状态，使E点电位升高，C2经R5、D2充电，同时发光二极管LED1随过载量的大小发出不同强度的光。
如果过载时间短，C2的电压没有上升到DW2的击穿电压，T3不会导通，保护器不动作。
但过载消失后由于E点电位复低，而C2已充电，这时F点电位高于E点电位，D2承受反向电压而截止，故C2的放电相当缓慢，这就是说此电路时对过载信号具有记忆储存功能。
C2充电后，下次发生过载时的保护动作时间就要减少，如过载很轻，E点电位不高，DW3未能击穿，J3不动作，故避免了不必要的报警，可充分发挥电动机的过载能力。
如果过载大，T1饱和导通，E点电位高，DW3击穿，J3动作，外接报警器报警。当过载持续到使C2充电达到DW2的击穿电压时，T3导通，C点电位降低，致使T4导通，J1动作，将电源切断。
这样，就实现了过载时先报警后动作的功能。
过载越大，T1的输出电压越高(直至T1饱和)，C2充电越快，因而延时间越短，电源切断越快，反之亦然。
当A相或B相断相时，C相电流增加，报警电路和执行电路按过载特性动作。
若C相断开，则T2因无输入而截止，B点和C点电位下降，T4导通，J1动作将电源切断。在启动瞬间，由于C3的充电作用，即使有短暂断相，J1也不会动作。
另外，由于过载延时电路的作用，启动过程中J1不会动作，但如果需要更长的启动时间时，可在图5中的C2两端并联运行接触器的常闭触点LC3。
从图5可知，JBⅠ节电保护器的空载自动停机系统由D5、W2构成的空载信号比较检测电路和由C3、T4、R10、R11、R12，构成的空载自动停机延时电路等组成。
正常负载下，T2的基极电位在－0.7V至－1.5V之间，为了保持T2的正常导通，要求输入信号电压Ui在－1.5V至－3之间，可根据C点电位由R2、W2调整。当电机空载时，工作电流下降二分之一以上，从而信号电压也下降约一半，此时T2发射结电压为零或反偏，T2截止，B点地位下降，C3开始充电，T4导通，使C点保持高电位，J1不动作。
随着C3充电电压的上升，T4由导通进入截止状态，C点地位降低，T5导通，J1动作，电源切断。
T4从导通到截止的时间即为空载延时断电的时间，调整W2及R2可改变J1动作电流(即自动停机的工作点)，本节电保护器的电机允许空载时间约18秒，超过此时间便会自动停机。
当不需要空载自动停机时，可将开关K1推向位置2。
JBⅠ节电保护器的动作原理如图6所示。
(1)、启动过程a、QC吸合过程，启动电机时，按下启动按钮QA(以下简称QA，余下类同)，380V交流电流经TA、QA、QC2以及经过R15限流、D7整流，产生一脉动直流高压，此电压经J1的常闭接点而施加于QC线圈的两端，使之产生一冲击吸引力而吸合，为在负半图周D7截止时，使QC的吸合力保持连续，这里引入了续流二极管D9，其作用是利用QC线圈产生的感应电势经D9而维持电流的连续，至此，QC完成吸合过程，为了防止按下QA时因QC与LC并联，造成LC的误动作，故将QA的联动常闭接点串接在LC线圈的电源回路中，按下QA时同时将QC回路断开，QC吸合后其常闭接点QC2断开，将QC线圈的高压直流切断。同时QC1闭合，接通变压器B的电源，其第二个付绕组经整流稳压电路(见图4)提供12V直流电源，使控制电路(见图5)开始工作，B、QC的无声运行过程，在QC吸合B获电后，经D8半波整流，D9续流，D的第一个付绕组供给QC低压直流电(60A以下交流接触器K2放1档，60A以上放2档)，从而维持QC的吸合，由于是直流电，因而QC处于无声运行状态，而且没有无功损耗；由于是低压电，因而其有功损耗小，无发热现象，这就是本节电保护器的无声运行节电过程。
(2)、电机从启动到运行的过程，在电机启动后经过整定时间，时间继电器SJ动作，其常开接点SJ1闭合，通过LC1又将高压电源接通，使LC吸合，随即LC进入无声运行状态，与此同时，LC1的断开又将高压电源切断，至此，电机进入运行过程，在启动过程中，因LC3将电容C2短接(见图5)，避免了启动过负荷引起的误动作。
(3)、JB1的节电保护动作过程当电机过载时，C相电流增大，经电流取样电路FL，过载信号形成电路(R1、R2、C1、D1、DW1等构成)，获得过载信号△Ui，经W1取出(△USγ)输送给比较大电路(D4、D5、T1构成)，使T1导通，在E点获得一高电压输出，此电位信号一方面输送到过载报警电路(DW3、T6、T2等构成)，另一方面同时输送到记忆延时电路(R5、D2、C2等构成)，经延时后由T3输出(即T3导通)，在C点获得一低电位(这就是过载动作信号)，此信号使执行电路工作，即T5导通，J1吸合。J1的常闭接点断开，QC断电释放，从而切断电源，达到保护电机的目的。当A相或B相断相时，会引起C相电流增加，其保护动作过程与过载的情形一致，当C相断相时Ui＝0，开关电路(T2、R3、R6、R8等构成)输入高电压(相对于Ui＜0而言)，T2截止，通过R8在C点输出低电压。于是T5导通，J1吸合，QC线圈断电而释放，从而切断电源，保护电机，当电机处于空载状态时，根据前述原理，J1会延时动作，从而切断电源，达到空载自停节电的目的。
从图7可知，JBⅡ节电保护器Y－△轻载自动转换系统，由元件R12、R13、R14、R5构成的射极输出器，由元件T6、T7为主要元件构成的施密特触发器作为开关电路，由元件R21、W3、C4构成的延时电路和由元件T8、J2构成的射极推动执行电路等组成。
静态(即无输入信号)时，T6截止，T7导通，其射极电流通过W2产生的－0.5V(此电压是随W2而变的)电压，这一电压即为施密特触发器的门限电压。当电机在额定电流的50％以上工作时，USγ较高，T6导通，T7截止，C4的充电电压接近12V、J2吸合，电机在△接法下进行，同时发光二极管LED2发亮，LED3熄灭，指示电机的△运行状态。
当电机在额定电流的50％以上工作时，USγ较低，T6截止，T7导通，LED2熄，LED3亮，指示电机将向Y运行转换，此时T7输出高电位，C4经W3、R21、R20、LED3放电，C4放电至J2释放电压(约2V)的时间即为△→Y转换的延时时间(约17秒)，显然，C4充电至J2吸合的时间要比放电至J2释放的时间短，即Y→△转换的延时时间比△→Y转换的延时时间短。这就表明其负荷跟随特性较好。
当负荷增加时T6恢复导通，T7恢复截止，LED2发亮，LED3熄灭，指示电机将向△运行转换。此时由于T7输出低电位，C4经W3、R21、R20、LED3充电，C4充电至J2吸合电压的时间即Y→△转换的延时时间(约6秒)。
JBⅡ节电保护器Y－△轻载自动转换工作原理，如图8所示，按下启动按纽QA、Cγ、CQ同时吸合，CQ1、Cγ1将高压电源断开，使Cγ、CQ保持直流低压运行。经过整定时间后，J2动作，Cγ释放，高压侧电源经Cγ1、C△1、R22、D7、Cγ2及J2的常开触点加在C△线圈的两端，使C△吸合，通过C△1又将高压电源断开，C△维持直流低压运行。至此，电机的Y－△自动启动过程完毕。
当启动过程时间需大于Y－△转换的延时时间时，可外接时间继电器SJ作辅助启动。(见图8)启动时SJ1是断开的，W3接入延时电路，调整W3以加大延时电路的时间常数，延长启动时间。(见图7)电机进入△运转后，SJ的常闭触点闭合，将R21短接，从而运行中Y→△的转换延时时间缩短，满足负载跟随的需要。
当电机在重负载下工作时，继电器J2保持吸合，电路正常工作。当电机在轻负载下工作，J2释放，C△断电而释放，J2的常闭触点和C△2常闭触点将Cγ线圈接通低压直流电源，这时，Cγ1、C△1都处于闭合状态，接通高压电源，使Cγ吸合，电机进入Y运行状态，接着Cγ1又将高压电源切断，当电机负载加重时，电路重复上面的相反过程而使电机进入△运行状态。
为了防止继电器触点在断开JC线圈的电路中产生电弧和火花，系统中设置了由RC构成的熄火花电路R23－C5、R24－C6与R25－C7。
需要说明的几个问题1、过载保护范围1－100KW，原则上此范围更宽，过载保护的整定值连续可调。
2、本保护器的过载延时动作时间可根据过载量的大小及对过载历史的记忆自动调整，即过载轻时延时时间长，有过载史和过载量大时延时时间短，延时动作的时间在5－100秒之间，单个冲击过载的记忆保持1小时左右。
3、JBⅠ和JBⅡ都具有空载节电功能，JBⅡ适用于△接；并且其轻载机会较多的电机，JBⅠ适用于空载机会较多，并且空载与负载电流落差大的任何接法的电动机。
4、取样电流为3A时，互感器的输出直流电压Ui在3V左右。
5、本节电保护器由于其过载断相信号及轻、空载信号取自同一信号源，即一个电流检测元件起到了四个电流检测元件的作用；由于交流接触器无声运行以及电机的自动控制电路均采用一变压器供电；由于轻、空载节电与交流接触器无声运行节电以及电机过载、断相保护等的有机结合，使整个保护装置的功能大大提高，成本大大降低，因而具有诱人的功能价格比。
6、本节电保护器由于采用检测电流的相对变化量作为控制信号，使电流检测元件具有体积小、价格低的特点，从而减少了节电保护器的体积和重量，降低了成本。同时，使得该节电保护器实现其通用性。
7、本节电保护器的交流接触器无声运行节电，由于采用了如图6、图8所示的电路，使控制一台电机的多台交流接触器能同时进行无声运行。
8、安装本节电保护器时分流电路FL的电流应在2－5A左右。
9、在图1中，将JBⅠ节电保护器从5、6两点加进JBⅡ节电保护器的Y－△轻载自动转换控制单元就可构成同时具有空载自动停机和Y－△轻载自动转换的第三种节电保护器(简称JBⅢ)。当不需空载自停时，可通过选择开关K1推至位置2而切除此功能。这时，通过调节图5中的W2和调节图7中Y－△轻载自动转换控制单元中的W2，可使JBⅡ节电保护器按如下程序工作(一)、在通常负载下电机处于△运行状态；(二)、在轻载下电机处于Y运行状态；(三)、在空载下(即电机工作电流最低时)电机延时约18秒自动停机；(四)、在过载或断相时，按过载特性使电机电流自动切除。
权利要求1.一种具有过载、断相保护及交流接触器无声运行节电的多功能电动机节电保护器，其特征在于这种节电保护器设有空载自停装置∥(简称JBI节电保护器)。
2.一种具有过载、断相保护及交流接触器无声运行节电功能的电动机节电保护器，其特征在于这种节电保护器设有Y－△轻载自动转换装置(简称JBⅡ节电保护器)。
3.一种具有过载、断相保护及交流接触器无声运行节电功能的电动机节电保护器，其特征是在于这种节电保护器设有空载自停装置和Y－△轻载自动转换装置(简称JBⅢ节电保护器)。
4.按权利要求1、2所述的节电保护器，其特征是在电动机的电源主电路ZC上并联一个分流电路FL作为电流取样电路，其电流值在2－5A左右。
5.按权利要求1、2所述的节电保护器，其特征是过载、断相保护系统由以下电路组成(一)、由元件T1、D4、D5组成电压比较放大电路；(二)、由元件R4、LED1组成保护器内灯光显示报警电路，元件T9、DW3、J3组成外接报警控制电路；(三)、由元件T3、R7、R9组成过载动作信号输出电路；(四)、由元件T2、R3、R6、R8组成反相器构成C相断相动作信号的输出电路；(五)、由元件J1、T4、D3组成执行电路；(六)、由元件R10、C3组成启动瞬间断相防误动作电路；(七)、由元件R11、D4、D5组成比较电压产生电路。
6.按权利要求1、2所述的节电保护器，其特征是，过载保护范围1－100KW。
7.按权利要求1、2所述的节电保护器，其特征是过载延时动作的时间在5－100秒之间，可根据过载量的大小和有关无过载史自动调整，单个冲击过载的记忆可保持1小时左右。
8.按权利要求1、2所述的节电保护器，其特征是取样电流为3A时，互感器的输出直流电压｜Ui｜在3V左右。
9.按权利要求1所述的节电保护器，其特征是空载自动停机系统由D5、W2构成的空载信号比较检测电路及C3、T4、R10、R11、R12构成的空载自动停机延时电路组成。
10.按权利要求1、9所述的节电保护器，其特征是允许空载时间约18秒。
11.按权利要求2所述的节电保护器，其特征是Y－△轻载自动转换系统由以下电路组成。(一)、由元件R12、R13、R14、R5组成射极输出器；(二)、由元件T6、T7为主要元件构成的施密特触发器作为开关电路；(三)、由元件R21、W3、C4组成的延时电路；(四)、由LED2、LED3组成Y、△运转状态指示器；(五)、由元件T8、J2组成的射极推动执行电路。
12.按权利要求3所述的节电保护器，其特征是JBⅢ节电保护器由JBⅠ节电保护器从〔5〕、〔6〕两个接点加进JBⅡ节电保护器的Y－△轻载自动转换控制单元组成。
专利摘要本实用新型是用于电动机的多功能节电保护器，它在电动机的电源主电路上并联一个分流电路作为电流取样电路，把电动机的过载、断相保护、空载自动停机节电，Y～△轻载自动转换节电及交流接触器无声运行节电等功能集于一体，具有检测信号灵敏、工作稳定可靠、结构紧凑、体积小、成本低等特点。
文档编号H02P1/32GK2043433SQ8821809
公开日1989年8月23日 申请日期1988年6月19日 优先权日1988年6月19日
发明者阳晓知 申请人:阳晓知