一体化智能型电子电动机控制保护器的研制

第１９卷第３期２００６年５月

机电产品开发与剀新

Ｄｅｖｅｌ叩ｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ０ｆｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｓ

ＶＯ｜．１９．Ｎ０．３

Ｍａｙ．，２００６一体化智能型电子电动机控制保护器的研制

张泽礼１，张曙辉２

（１．滨州职业学院，山东滨州２５６６２４；２．中国石油大学，山东东营２５７０６１）

摘要：目前电动机的控制及保护的采用的组合式电路存在控制功能不强、保护功能不完善的缺陷。本文提供一种集电动机的控制、保护、故障记忆及多功能显示于一体的装置。它设有负荷状态显示与整定指示装置；具有完善的保护作用和良好保护特性；对接触器的吸引线圈和主触点具有很好的保护作用，能够使接触器节能无声运行；对电动机运行中出现各种故障保持记忆，以便用户迅速的排除故障；具有控制电路简单，节能效果显著的优点。

关键词：节能；保护功能；保护特性；防误动保护

中图分类号：ＴＨ一３９文献标识码：Ａ文章编号：１００２—６６７３（２００６）０３—０６８—０３

０引言

当前电动机控制一般采用变频器、ＰＬＣ及继电器控

制三种方式。变频器及ＰＬｃ用于控制要求比较高的场合，其特点是控制功能强，但是成本高。继电器控制具

有成本低的优点，用于控制要求不高的场合。就电动机

的保护而言，变频器是利用自身的过流和过热保护间接

的达到保护电动机的目的；ＰＬｃ和继电器控制多采用传

统的热继电器或者电子保护器实现对电动机保护。

时至今日，电动机的过载保护仍以热继电器为主，其

原因是现有的电子保护器在技术上不成熟。但是具有良好

保护性能的电子保护器取代热继电器将是大势所趋。在电

动机控制与保护领域中，必然用一体式、智能化、低能耗、多功能的电子电动机控制保护装置，全面取代组合式、能耗大、性能差、传统继电保护式的机电磁装置。

１电动机控制保护器必须解决的问题

１．１电动机的控制

借鉴变频器的控制方式：一是控制按钮使用安全电压，这样外接控制按钮可不必使用控制电缆，控制端口

输出５Ｖ直流电压，输出电流在１ｍＡ以下，即便是露芯

或者短路，也不会产生火花，更不会发生触电；二是自

带控制按钮，供一般情况使用。利用外接控制端口具有

的输出功能，可以配接根据生产实际需要设计的扩充功

能盒，便于实现一些简单的自动控制。其应用电路如图——收稿日期：２００６—０３—２７

基金项目：山东省教育厅项目（１０４Ａ７０）

作者简介：张泽礼（１９５６一），男，副教授。从事应用电子技・术、电工技术教学与实践２０多年，有多项科研成果和专利。１所示。

１．２防误动保护

。

从形式上看，变ｖ频器就是一种一体化ｗ的电动机控制保护方

万方数据

・产品与市场・

流则不应实施断电保护。

施反时限延时保护。

１．５接触器控制

如出现过流应根据过流程度实

在目前的接触器控制方式中，不论是继电器控制方式还是ＰＬＣ控制方式，均采用由交流电压实现接触器的维持。交流电压维持具有噪声大、功耗大的缺点。用直流电压控制接触器的维持，则可以克服上述缺陷。

１．６故障记忆

保护功能齐全固然是好事，但是也会造成对故障原因的错误判断。设置故障记忆如同飞机上的黑匣子，旨在实施保护之前，将故障原因记忆保持下来。这样有利于用户迅速的排除故障。

１．７显示功能

一般继电器控制仅仅设置工作状态显示功能，而且这种显示功能仅能显示运行与停止两种状态。此外，还设置许多新的显示功能：①负荷状态显示功能；②整定指示功能；③电源监控显示功能；④故障指示功能；⑤最大电流显示功能。

１．８性价比高

在目前ＰＬＣ和变频器应用已经十分广泛的情况下，这种产品的生命力在于其低成本上。从对电动机控制、保护性能上，从安全可靠性方面，从控制电路的节能效果上大大的优于目前广泛使用的继电器控制逻辑，而且其使用成本仅略高于相应的继电器控制方式。

２实施方案

在图２所示的电路中，由三路独立的半波整流滤波电路产生三路分别反映电动机三相工作电流的电压信号，然后分两路输出。一路经过限幅加到与门电路的输入端，由与门电路输出断相信号送到延时逻辑电路。另一路输出信号经过平均值运算电路产生与三相电流的平均值成正比的电压信号加到三只电压比较器的反相输入端。此外，该路信号经过分压衰减后分别加到电压比较器的同相输入端。正常情况下，三只电压比较器的反相输入端电位高于其同相输人端，因此三只电压比较器的输出管均处于截止状态，经过线与后输出高电平的正常运行信号。如果三相不平衡，常见的是某相电压偏低，于是该相检测电路中的电压比较器中的三极管导通，输出低电平的过载信号送入延时电路进行的延时处理。

整定及负荷状态信号产生电路６对互感器ＴＡ，、ＴＡ：、ＴＡ３次级输出的交流电压进行处理，产生能够反映电动机的负荷状态的电压信号和大于电动机启动电流的短路信号；并将负荷状态信号与控制逻辑１０的设定值比较确定负荷状态，通过负荷状态显示电路用变色发光二极管将其显示出来。这种负荷状态信号，实际上是反

映电动机的整定电流与工作电流之比的信号。该电路由三相整流滤波电路完成将电动机的工作电流转化为电压信号的任务，整流电路所接的负载电阻是可调的，这样调节其负载电阻的大小，既可以改变整流电路的输出电压，用于完成过载保护的整定。整流输出的信号通过与两基准电压的比较输出差值电压作过载信号和短路信号输出送入延时控制逻辑电路。

断相及三相不平衡信号产生电路７通过检测电流判断是否出现断相，通过三相电流的比较来判断是否三相不平衡。

控制逻辑１０的作用：①接受指令信号产生电路输入的复位脉冲，将内部电路初始化后，在电源电压正常情况下自动输出启动脉冲和维持信号，控制接触器控制电路实现接触器的高压吸合低压维持，实现接触器的节能低噪声运行，如出现欠压则不输出启动脉冲和维持信号；②对输入的过载信号、短路信号、三相不平衡信号、欠压信号和断相信号等进行分析，根据具体的情况进行适当的延时处理，并实现记忆显示功能；③对从整定及负荷状态信号产生处理电路输出的连续变化的电信号进行鉴别，当其达到阈值电平时，输出相应的停机信号到显示单元９的相应输入端；④判断故障类型，自动选择保护方式。在运行中出现欠压、三相不平衡或过载故障时，根据三相电流中的最大一相电流与给定值差额自动调整延时电路的时间常数，实现良好的反时限保护；⑤根据环境温度自动修正设定值。该部分电路是整个电路的核心部分，可以由逻辑门电路组成，也可以采用单片机实现。

显示单元９是由发光二极管和声响报警电路组成。它可以将以上故障显示出来，还可以实现来电报警，延时自动启动的功能。

指令信号产生电路８的作用是对于输入的启动指令信号进行处理，输出复位脉冲将控制逻辑初始化处理。该部分电路由控制按钮，整形电路组成。整形电路负责对输入的指令信号进行脉冲宽度和波形的变换处理。由于该装置具有多种控制模式，在其自锁开关控制模式下，当将自锁开关置于运行位置时，指令信号产生电路能够输出一个启动脉冲，在初加电时自动产生复位信号并起动延时电路，报警电路自动工作２分钟左右告诉用户供电已经恢复正常，然后延时自动启动。这种自锁开关控制模式，适合用于水泵、风机之类负载，虽然没有失压保护作用，但是然具有欠压保护功能。在其按钮开关控制模式下，具有失压保护功能。

欠压和初加电信号产生电路１３能够在电源出现欠压时，输出欠压信号到延时控制逻辑电路，用于实现欠压保护。

温敏稳压电源１２由输出电压非常接近的主、副两路稳压电源组成。副稳压电源输出随环境温度变化的电

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