CN102340127A

CN102340127A - 数字化的电动机综合保护器

Info

Publication number: CN102340127A
Application number: CN2011102469119A
Authority: CN
Inventors: 滕波
Original assignee: DALIAN MH TIMES TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: DALIAN MH TIMES TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: CN102340127B; CN202197091U

Abstract

本发明公开了一种数字化的电动机综合保护器，包括：电机运行信号检测电路，电流互感器，电流转换电路；分别连接电机运行信号检测电路和电流转换电路，对电机运行信号检测电路和电流转换电路传回的信号进行处理的中央处理单元；连接中央处理单元，对中央处理单元发出的控制信号进行响应的控制输出继电器和故障输出继电器；其特征在于还包括：连接中央处理单元，对中央处理单元发出的上级动力电路断开指令进行响应的异常输出继电器；所述异常输出继电器所控制的触点设置在上级动力电路中。该保护器避免了因异常情况所导致的重物高空坠落的危险发生，不仅保障了国家及工矿企业的生产效益，更保护了车间工作人员的生命安全。

Description

数字化的电动机综合保护器

技术领域

本发明涉及一种数字化的电动机综合保护器。

背景技术

现行的电动机保护器普遍特点是单一性强，综合程度不高，尤其是对起重机用电动机的保护手段不完善。辽宁清河特殊钢有限公司发生4.18特大事故后，分析事故的直接原因就是正反转接触器故障，导致电机失电而制动器仍在通电，导致重物失控坠落，为此，在国质办特【2007】375号文、TS-GQ0002-2008《起重机械安全技术监察规程-桥式起重机》中做了规定：起重机应具有正反向接触器故障保护功能，防止电动机失电而制动器仍然通电，导致电动机失速造成重物坠落。根据新的《起重机设计规范》GB/T3811-2008中7.4.6条要求“起重机构电动机应设置定子异常失电保护功能，当调速装置和正反向接触器故障导致电动机失控时，制动器应立即上闸。”纵观国内外电动机保护器件能够完全满足此类检验方法和国标要求的电动机保护器还没有。因此一种新型的电动机综合保护器急需被研制。从而对电机的断相、欠流、过流、过载、异常故障进行保护，来满足质检局检验和国标要求。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种数字化的电动机综合保护器。本发明采用的技术手段如下：

一种数字化的电动机综合保护器，包括：

对电机运行状态进行检测的电机运行信号检测电路；

对电机定子电流进行检测的电流互感器；

连接电流互感器，对电流互感器传回信号进行处理的电流转换电路；

分别连接电机运行信号检测电路和电流转换电路，对电机运行信号检测电路和电流转换电路传回的信息进行处理，当发现电机输入出现断相、欠流、过流或电机过热情况后，发出控制报警、电机电源断开及合闸信号的中央处理单元；

连接中央处理单元，对中央处理单元发出的控制信号进行响应控制报警电路报警，以及断开电动机电源和制动器电源的控制输出继电器；当给出电机运行信号时，通过电流互感器检测电机定子电流，当定子电流大于欠流设定值且无其他故障，并到达设定的时间时，中央处理单元会控制控制输出继电器动作，给出开闸信号，控制制动器开闸；当给出电机停止运行信号时，或者在其他不满足上述开闸条件的情况下，中央处理单元会控制控制输出继电器动作，给出合闸信号，控制制动器合闸；

其特征在于还包括：

用于控制设置在上级动力电路中的触点的异常输出继电器；

所述中央处理单元通过电机运行信号检测电路检测电机运行信号，判断起重机构运行状态，在判断出起重机构正常运行时，控制设置在上级动力电路中的触点处于闭合状态；在判断出起重机构停止运行后进行计时，中央处理单元通过对电流转换电路传回的电流信号与设定值进行比较和判断，当计时的时间超过设定的时间后，中央处理单元检测到电动机定子依然有电流，且该电流值大于设定值，则控制异常输出继电器动作，继而控制上级动力电路触点断开。

还包括预埋在电动机绕组中的PTC热敏电阻，所述PTC热敏电阻同中央处理单元相连接，为中央处理单元提供电动机实时的温度信号。

还包括连接中央处理单元，对中央处理单元处理后的电机电流、PTC阻值、电机状态和***状态信号进行显示的LCD显示单元；以及对中央处理单元进行一些控制指令输入和参数输入的按键电路。

所述控制输出继电器控制的触点分别设置在报警电路、电机输入电源和制动器的输入电源中。

还设有Profibus Dp从站接口。

所述中央处理单元控制异常输出继电器动作的同时驱动控制输出继电器动作，控制报警电路报警，以及断开电动机电源和制动器电源。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的电动机综合保护器能够解决现场有可能存在的各种电动机安全问题，尤其是为起重机应用现场的安全生产提供了巨大的便利和帮助，避免了因异常情况所导致的重物高空坠落的危险发生，不仅保障了国家及工矿企业的生产效益，更保护了车间工作人员的生命安全。其结构简单、便于生产而且成本低廉非常适于在起重机安全领域内广泛推广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在***中使用的示意图。

具体实施方式

该电动机综合保护器如图1所示包括：为整个保护器提供电能的电源模块；对电机运行状态进行检测的电机运行信号检测电路；对电机定子电流(即对电机三相电源输入状态)进行检测的电流互感器；连接电流互感器，对电流互感器传回信号进行处理的电流转换电路；分别连接电机运行信号检测电路和电流转换电路，对电机运行信号检测电路和电流转换电路传回的信息进行处理，当发现电机输入出现断相、欠流、过流或电机过热情况后，发出控制报警、电机电源断开及合闸信号的中央处理单元(可以采用MCU或其他具有逻辑处理功能的器件来实现)；连接中央处理单元，对中央处理单元发出的控制信号进行响应控制报警电路报警，以及断开电动机电源和制动器电源的控制输出继电器(如图2所示标号C，标号C’为制动器接触器，控制输出继电器C控制制动器接触器C’的开启或闭合)；

所述中央处理单元通过电机运行信号检测电路检测电机运行信号，判断起重机构运行状态，在判断出起重机构正常运行时，内部检测电路会检测电机定子电流，当定子电流大于欠流设定值且无其他故障，并到达一定时间(如1s时)时，则会控制控制输出继电器动作，继电器触点闭合，控制制动器动作，给出开闸信号。上述继电器触点闭合条件未满足时，继电器触点断开，控制制动器动作，给出合闸信号。当检测到故障时，继电器触点断开且维持，需要复位按钮或断开电源进行复位。

故障输出继电器(如图2所示标号B，故障输出继电器可以检测以下12种故障：U相过电流故障、V相过电流故障、W相过电流故障、U相欠电流故障、V相欠电流故障、W相欠电流故障、U相缺相故障、V相缺相故障、W相缺相故障、三相不平衡故障、***异常故障、电机过热故障)正常情况下，检测到有电源输入时，该继电器触点闭合，当***运行过程中检测到以上任一故障时，则电动机保护器发出信号，控制输出继电器动作，继电器触点断开且维持，给出故障信号的作用。以及用于控制设置在上级动力电路中的触点的异常输出继电器(如图2所示标号A，异常输出继电器A控制上级动力电路接触器A’动作)；所述中央处理单元通过电机运行信号检测电路检测电机运行信号，判断起重机构运行状态，在判断出起重机构正常运行时，控制设置在上级动力电路中的触点处于闭合状态；在判断出起重机构停止运行后进行计时，中央处理单元通过对电流转换电路传回的电流信号与设定值进行比较和判断，当计时的时间超过设定的时间后，中央处理单元检测到电动机定子依然有电流(即电流转换电路传回的电流信号不为零)，且该电流值大于设定值，则控制异常输出继电器动作，即异常输出继电器A控制上级动力电路接触器A’动作，继而控制上级动力电路触点断开，使上级动力电路断开，电机与制动器电源断开，制动器立即上闸进行保护；主要目的在于防止调速装置或正反向接触器故障导致电动机失控时，能起到保护作用。例如：当给出电机停止指令，正反向接触器应立即断开，但此时如果正反向接触器发生粘连，外部制动器没有合闸，且没有其他外界保护的话，会发生溜钩的危险，造成极大的安全隐患。而此异常保护功能会使上级动力回路断开，继而电机与制动器电源断开，制动器立即上闸进行保护。从而避免了安全隐患，达到了保障起重机械安全运行的目的。

上级动力回路为电动机工作电路的电源前端，当发生故障时，从上级动力回路断电(可以是控制上级断路器，接触器等)，令电动机及制动器三相主电源完全丢失，而不是像以前使用的大部分保护器，单纯控制制动器接触器，以及正反向接触器动作，也相当于双重保护，保证起重机安全运行。

另外在上述方案基础上加入计时功能：当电机运行信号变为“停止”后，超过预设的时间(即异常检测时间)后，三相定子电流任何一项的电流值仍超出设定值(可以参考电机欠流极限)，电机保护器控制异常输出继电器做出异常情况保护动作。此保护通过电动机综合保护器内的异常输出继电器的动作来进行控制，故障时断开上级动力电路控制点。其触点闭和条件：正常情况下，始终维持闭合。断开条件：电源输入，无电机运行信号时，检测到电机依然有电流，断开且维持，需要复位按钮或断开电源进行复位。“异常检测时间”在“阀值”子项下设定，单位为秒。

该保护器还设有Profibus Dp从站接口。Profibus Dp从站通讯功能；通过本保护器的Profibus Dp从站接口可将本保护器获得的重要监控数据及状态信息上传至上位机(PLC等)上传数据周期为100ms；Profibus Dp通信波特率：9.6kbps～12Mbps，自适应；Profibus Dp端口内部故障及在线、离线状态识别功能；Profibus Dp使能、禁止功能；Profibus Dp从站地址功能；

接收下传数据功能

本保护器具备接收Profibus Dp下传数据功能，可根据实际应用予以扩展，目前为保留功能。

电动机保护器Profibus Dp上传数据如下：

U相电流(0～65535安培)

V相电流(0～65535安培)

W相电流(0～65535安培)

PTC阻值(0～98)单位：0.1千欧

电机运行信号(电机停止or电机运行)

控制继电器状态(常开触点开路or常开触点闭合)

故障继电器状态(常开触点开路or常开触点闭合)

异常继电器状态(常开触点开路or常开触点闭合)

Profibus Dp端口工作(Dp在线or Dp离线)

保护器当前工作状态(正常or故障)

参数设定说明

DP使能：缺省0---禁止本保护器Profibus Dp功能

1---使能本保护器Profibus Dp功能

DP地址：缺省11

使用本保护器的Profibus Dp功能时必须正确设定

不使用Profibus Dp从站功能时，应将“Dp使能”参数设置为0；使用Profibus Dp从站功能前，应将“Dp使能”参数设置为1，并正确设定“Dp地址”参数。

为进一步确保安全，中央处理单元控制异常输出继电器动作的同时驱动控制输出继电器动作，控制报警电路报警，以及断开电动机电源和制动器电源。

该保护器还可将各类常规保护功能于一身，具备如下常规保护器的保护装置：还包括预埋在电动机绕组中的PTC热敏电阻，所述PTC热敏电阻通过热敏电阻检测电路同中央处理单元相连接；还包括连接中央处理单元，对中央处理单元处理后的电机电流、PTC阻值、电机状态和***状态信号进行显示的LCD显示单元；以及对中央处理单元进行一些控制指令输入和参数输入的按键电路；所述控制输出继电器控制的触点分别设置在报警电路中，以及电机、制动器的输入电源中。具体包括如下常规保护：

电动机缺相保护，U、V、W三相电源信号经过电流互感器输入到电动机保护器中，中央处理单元MCU(单片机)通过比较、判断，对电动机进行缺相保护：即当电动机定子三相缺相或三相电流不平衡时，控制继电器驱动电路进行故障报警，断开电动机、制动器电源。

电动机欠流保护，U、V、W三相电源信号经过电流互感器输入到电动机保护器中，中央处理单元MCU(单片机)通过将输入的电流信号与设定值进行比较、判断，对电动机进行欠流保护：即当起重机构运行时，检测到电动机定子电流小于设定值(电动机运行最小定子电流)，控制继电器驱动电路进行故障报警，断开电动机、制动器电源。

电动机过流保护，U、V、W三相电源信号经过电流互感器输入到电动机保护器中，中央处理单元MCU(单片机)通过将输入的电流信号与设定值进行比较、判断，对电动机进行过流保护：即当电动机定子电流超过电动机额定电流设定值时，控制继电器驱动电路进行故障报警，断开电动机、制动器电源。过流保护同时具有反时限保护和瞬动保护两种保护功能。过流保护的反时限保护使用积分运算，通过检测的电机电流，从而判断电机是否发热，对电动机进行有效的平滑的安全保护。过流保护的瞬动保护及时性与安全性更高，当判断有过流情况时立即动作。

电动机发热保护，所述中央处理单元MCU(单片机)通过监测PTC热敏电阻检测电路传回的温度信号，检测电动机温度，计算电动机的累积发热情况，将计算值与设定值进行比较、判断，从而对电动机进行发热保护：即当检测到PTC参数变化时，控制继电器驱动电路进行故障报警，断开电动机、制动器电源。

电机运行状况监测与显示，从保护器液晶显示面板可以观察到“电机电流”，“PTC阻值”，“电机状态”，“***状态”四组信息。可以实时监测到电机运行整体状况，无论是正常运行状态还是故障状态，都可以在显示面板中很直观的观察到，对于现场安检人员进行安检时也能够起到很好的指导作用。

三相不平衡保护，定子三相电流差在超出预设的范围-“最大相电流差”，并且作用时间超出预设时间-“不平衡最大时间”后，保护器即做出不平衡保护。

该电动机综合保护器应用环境宽泛，基本应用条件如下：

电动机：S3，S4工作制的YZ系列鼠笼式电动机/YZR系列绕线式电动机；

操作环境温度：-20℃～+60℃；

工作制：可以满足电动机S3，S4工作制；

相对湿度：＜95％，无冷凝；

工作电源：AC220V(-15％～+10％)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种数字化的电动机综合保护器，包括：

对电机运行状态进行检测的电机运行信号检测电路；

对电机定子电流进行检测的电流互感器；

其特征在于还包括：

用于控制设置在上级动力电路中的触点的异常输出继电器；

2.根据权利要求1所述的一种数字化的电动机综合保护器，其特征在于还包括预埋在电动机绕组中的PTC热敏电阻，所述PTC热敏电阻同中央处理单元相连接，为中央处理单元提供电动机实时的温度信号。

3.根据权利要求2所述的一种数字化的电动机综合保护器，其特征在于还包括连接中央处理单元，对中央处理单元处理后的电机电流、PTC阻值、电机状态和***状态信号进行显示的LCD显示单元；以及对中央处理单元进行一些控制指令输入和参数输入的按键电路。

4.根据权利要求1所述的一种数字化的电动机综合保护器，其特征在于所述控制输出继电器控制的触点分别设置在报警电路、电机输入电源和制动器的输入电源中。

5.根据权利要求1所述的一种数字化的电动机综合保护器，其特征在于还设有Profibus Dp从站接口。

6.根据权利要求1所述的一种数字化的电动机综合保护器，其特征在于所述中央处理单元控制异常输出继电器动作的同时驱动控制输出继电器动作，控制报警电路报警，以及断开电动机电源和制动器电源。