电机过流保护及三相电缺相保护

目录

一、方案论证 (2)

二、方案设计 (2)

1.过流保护 (2)

2.缺相保护 (2)

三、具体内容 (3)

1.过流保护 (3)

1）电流的检测方案比较 (3)

2）方案的选择 (3)

3）信号处理 (3)

4）基准比较电压 (4)

2.缺相保护 (4)

1）缺相信号检测方法的比较 (4)

2）方案选择 (5)

3）信号处理 (5)

4）控制开关电路 (5)

5）自锁的实现 (5)

四、方法步骤 (5)

1、查找文献 (5)

2、电路的设计与仿真 (6)

五、设计结论 (9)

六、附表及元件明细 (9)

七、参考文献 (9)

八、附图一 (12)

附图二.................................................. 错误！未定义书签。

电机过流保护及三相电缺相保护

一、方案论证

随着各行业现代化步伐加快，煤矿企业如今也慢慢步入电气化时代，尤其是近几年煤矿企业加大了对矿井的设备投入，这就为保障井下的各种电器设备安全正常的运行提出了更高的要求。电器设备的正常运行直接关系到煤矿的生产和井下工人的生命安全！为此，我们提出设计相关电器设备的保护电路。

而在井下常发生的电器事故中，设备的过载运行和三相电机的缺相运行是最常见的电器事故，且井下的大部分由外因素引起的火灾都是由上述两个因素造成的。特别是缺相运行的检测，因三相负载在缺相时仍能工作，且不易被发现，例如三相电动机。如果不及时发现故障电路采取相应的措施，会严重影响井下设备的正常运行，更严重着则会引发火灾，设备永久损坏！

所以，我们设计与这两个方面相关的电路保护——“过流保护”、“三相电缺相保护”。这两个保护电路在井下对电器设备的安全运行是必不可少的，具有很强的实用性！

二、方案设计

1.过流保护

过流保护首先要检测井下供电电缆的电流，而检测电流有多种方案——电阻分压、电流互感器、电流继电器。然后经采集的信号进行处理，若信号本身是直流则直接接相应的保护动作电路，若是交流则要多加一级交流有效值转换电路。而后就是实现电路的电器自锁，保证电路稳定可靠工作。流程图如下：

2.缺相保护

缺相保护首先要实现的是相位缺失的检测，这里同样有多种方案可供选择，主要的常用类型为：电容中性点检测法、电阻中性点检测法（只适用于三相四线制）、二极管整流法、互感器+二极管整流法。它们都是为了实现一个开关信号的检测去实现驱动开关元件动作。流程图如下：

三、具体内容

1.过流保护

1）电流的检测方案比较

●电阻分压

原理：将精密电阻串于负载电路，把电阻上的电压作为检测信号，

然后接后级电路。

优点：电阻相比较而言便宜且工作相当稳定可靠。

缺点：温漂对电阻影响较大

●电流互感器

原理：经互感器检测交流信号，然后接放大电路。

优点：检测精度高。

缺点：体积稍大、成本高。

●电流继电器

原理：靠电磁耦合，驱动继电器触点动作。

优点：可靠，安全，容易实现自锁

缺点：体积大

2）方案的选择

首先，电阻分压法只适用于小功率电路保护，若用于大功率电路，则要求电阻的功率非常大，不合实际，所以排除电阻分压法。

其次，虽然电流继电器适用电流范围比电阻分压法大，但要用于矿井下高达数十安、数百安的电流，则需要用到大功率（数百安）

电流继电器，如此则继电器体积太大，所以也被排除。

最后，电流互感器为最佳选择，它能实现电流初级与次级的变比，将大电流转化为小电流，非常适合于大电流的检测。这使得它

的成本相对于它所控制的设备来说成本几乎可以忽略。

3）信号处理

互感器检测到的信号为交流电流信号，需转化为电压控制信号，所以要加一级流压转换电路。然后，将再将其转化为直流信号。

传统方法交直转化为整流桥直接整流，这种方法精度低，动态性差。

这里选用真有效值转换电路，其原理为，电压真有效值转换公式为：

U=

4）基准比较电压

基准比较电压的实现可以利用德州仪器公司（TI ）生产的TL431。TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基

准源。他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf

（2.5V）到36V范围内的任何值。TL431可等效为一只稳压二

极管。

1)驱动及自锁

自锁实现了过载发生时能及时断开电路，电路断开后能保证电路不再闭合，保证电路安全可靠工作，不会出现电路反复动作。

2.缺相保护

1）缺相信号检测方法的比较

●电容中性点检测法

原理：在三线制三相电中，从三相线路中，每相通过电容各引出

一根线。并接在一点，形成人为的中性点。当三相负载正

常工作时，中性点对地电压为零。当负载缺相运行时，中

性点发生偏移，中性点对地电压发生变化。利用这个开关

量来检测负载是否在正常工作。

优点：原理简单、检测电路简单、改善了电路的功率因数

缺点：后级需加整流电路

●二极管整流法

原理：从三相线路中，每相通过二极管各引出一根线。并接在一

点，形成人字形的整流电路。当三相负载正常工作时，人

字形节点电压

=⨯u为三相电的相电压有效值

U 1.17u

当三相电中任意一相断开时，人字形节点电压

=⨯u为三相电的相电压有效值

U0.374u

通过上述两个电压大小的不同可以用来判断设备是否缺

相运行。

优点：简单、可靠、减少后级整流电路

●电阻中性点检测法

原理：，从三相线路中，每相通过电阻各引出一根线。并接在一