專利名稱：有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及緊急保護(hù)電路裝置，尤其涉及專用于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)裝置。
在工礦企業(yè)和揚(yáng)水站等用電大戶中，運(yùn)行著總數(shù)多達(dá)幾百萬(wàn)臺(tái)的大型高、低壓電動(dòng)機(jī)。由于電動(dòng)機(jī)過(guò)載、短路、缺相、接地等故障，常引起電動(dòng)機(jī)被燒毀的事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；所以，“電動(dòng)機(jī)保護(hù)”就成了電業(yè)領(lǐng)域的重要課題之一。在目前已經(jīng)以商品面市的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置中，有專門(mén)針對(duì)過(guò)負(fù)載、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等對(duì)稱性故障的正序反時(shí)限保護(hù)裝置；也有專門(mén)針對(duì)斷相、短路等不稱故障的負(fù)序反時(shí)限裝置電路及專門(mén)針對(duì)接地故障的零序電流保護(hù)裝置。此外，還有將以上兩種或叁種保護(hù)電路組合的綜合性保護(hù)。由于三種保護(hù)電路的保護(hù)范圍不同，且不可相互替代；因接地故障造成的電機(jī)燒毀事故甚多，故零序電流保護(hù)電路及裝置的研究與生產(chǎn)仍占有重要的位置。
目前，用于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)裝置，大多是包括有正序和負(fù)序反時(shí)限保護(hù)電路及零序電流保護(hù)電路的綜合型保護(hù)裝置。這種綜合型保護(hù)裝置(參見(jiàn)
圖1)，其外形為一個(gè)有2-4個(gè)抽屜的長(zhǎng)方形箱體，在前端敞口的空腔殼體1中，裝有四個(gè)可抽插的抽屜2、3、4、5。抽屜5的面板上裝有四個(gè)指示燈53、電源開(kāi)關(guān)52、復(fù)位按鈕51，其抽屜底板上設(shè)有中間變流器、繼電器和插頭等；抽屜4，其板面上裝的指示燈46、調(diào)節(jié)起動(dòng)電流的撥碼開(kāi)關(guān)45、I1速斷電流調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)44、K值調(diào)節(jié)器43、信號(hào)和跳閘壓板42、試驗(yàn)按鈕41，其抽屜底板上設(shè)有正序反時(shí)限保護(hù)電路和插頭；抽屜3，其面板上裝有指示燈36、調(diào)節(jié)起動(dòng)電流的撥碼開(kāi)關(guān)35、I2速斷電流調(diào)節(jié)器34、K值調(diào)節(jié)器33、信號(hào)和跳閘壓板32、試驗(yàn)按鈕31，其抽屜底板上設(shè)有負(fù)序反時(shí)限保護(hù)電路和插頭；抽屜2，板面上裝有指示燈25、調(diào)節(jié)起動(dòng)電流的撥碼開(kāi)關(guān)24、延時(shí)調(diào)節(jié)器23、信號(hào)和跳閘壓板22、試驗(yàn)按鈕21，其抽屜底板上設(shè)有零序電流保護(hù)電路和插頭；殼體1內(nèi)腔底部還設(shè)有裝有四個(gè)插座的布線板。殼體1上面后部裝有聯(lián)接內(nèi)、外線的接線端子6，殼體后側(cè)設(shè)有安裝耳環(huán)11。這種綜合型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置中采用的零序電流保護(hù)電路，其電路原理框圖如圖2所示。按這種原理框圖制作的零序電流保護(hù)裝置早已面市并有眾多用戶，故其相應(yīng)的電路亦早已成為公知技術(shù)。這種零序電流保護(hù)裝置，有較高的靈敏性，能有效的保護(hù)電機(jī)；但是，當(dāng)區(qū)外故障時(shí)它們極易產(chǎn)生誤動(dòng)作而影響電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行造成不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。因此，保證保護(hù)裝置原有的靈敏性、避免誤動(dòng)作、提高保護(hù)裝置的可靠性，是提高零序電流保護(hù)裝置的重要課題。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠區(qū)別區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的保護(hù)裝置，該保護(hù)電路在區(qū)外故障時(shí)能使繼電器不跳閘，而在區(qū)內(nèi)故障時(shí)高靈敏跳閘，以使電機(jī)動(dòng)得到有效保護(hù)而且不產(chǎn)生誤動(dòng)作，進(jìn)一步提高保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下(參見(jiàn)圖3、圖4)本實(shí)用新型在零序保護(hù)電路中增設(shè)了功率方向元件，該功率方向元件包括移相電路、零序電流元件、延時(shí)50ms電路電壓方波電路、電流方波電路、比相電路和邏輯電路。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是對(duì)于電動(dòng)機(jī)的零序電流保護(hù)，不論電網(wǎng)的中性點(diǎn)是否接地或是否經(jīng)過(guò)電阻接地，當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，其零序電流I0和零序電壓U0的關(guān)系為I0超前U090°；而當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，則變?yōu)镮0滯后U090～180°；另外，為了躲開(kāi)故障瞬間過(guò)渡過(guò)程的影響，延時(shí)50ms開(kāi)放是必要的。故本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案是在零序電壓50HZ濾波器前增設(shè)一個(gè)移相電路，把輸出相位比輸入相位提前90°；在零序電壓和零序電流的50HZ帶通濾波電路后各設(shè)一個(gè)方波電路，把正弦波變?yōu)楸阌诒容^的方波，該兩方波同時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)異或門(mén)比相后，將結(jié)果信號(hào)送至設(shè)有與門(mén)的邏輯電路并作為邏輯電路的控制信號(hào)之一，而且該邏輯電路同時(shí)受控于零序電流50HZ帶通濾波電路后的零序電流元件電路，該元件電路的輸出經(jīng)50ms延時(shí)電路后輸?shù)皆O(shè)有與門(mén)的邏輯電路并作為其控制信號(hào)之二，邏輯電路的輸出經(jīng)1～9.9S延時(shí)整定電路后將信號(hào)輸給接地跳閘或/和接地信號(hào)電路。
為使描述更加清楚明了，茲結(jié)合最佳實(shí)施例(參見(jiàn)圖3)中借用的現(xiàn)有技術(shù)如零序電壓和零序電流的50HZ帶通濾波電路、延時(shí)整定1～9.9S電路和其后的接地信號(hào)及接地跳閘電路作一簡(jiǎn)單說(shuō)明，并對(duì)本實(shí)用新型特征技術(shù)詳述如下1．零序電壓50HZ帶通濾波電路，包括R5、R6、R7、R8、R9、C2、C3和運(yùn)放U1:B(LM1558型)。
2．零序電流5 0HZ帶通濾波電路，包括R18、R19、R20、R21、R22、R23、C16、C8、及運(yùn)放U2:A,UZ:A為L(zhǎng)M1558型。
3．延時(shí)整定1～9.9S電路包括R42、晶震CR、U5(4060型)分頻器U6:A(4518型)和U6:B(4518型)、LP3、U7:A(4518型)、U7:B(4518型)、D9～D16、BL3、BL4、C11、C12、R44、R45和或門(mén)U4:C(4071型)，以及電阻排RP1、RP7、RP3、RP4、BL1組成。
4．接地信號(hào)與接地跳閘電路，由D17、C13、KZ及W組成，該電路從延時(shí)整定1～9.9S電路中U4:C(或門(mén))的輸出腳接受信號(hào)。
本實(shí)用新型的特征技術(shù)為(1)零序電壓的移相電路，零序電壓輸入經(jīng)C1與U1:A(LM1458)的輸入腳3相接，并經(jīng)R1與U1:A的輸入腳2相接，腳2經(jīng)R2與U1:A的輸出腳1相接，該輸出接腳1與零序電壓帶通濾波電路中的R5,C1的右端接R4下端，R4上端經(jīng)R3及與之并聯(lián)的LP1接地。
(2)零序電壓方波電路，其R10左端接端接N8、右端接F1:A腳3,R11左端接U1:B的輸出、右端接F1:A的腳3，使F1:A的輸出成為方波；F1:B為L(zhǎng)M224型。
(3)零序電流方波電路，R25左端接N8、右端接F1:B(LM224)的腳5,R24左端接U2:A的輸出、右端接F1:B的接腳6，腳6經(jīng)R26與F1:B的輸出腳7相接。
(4)比相電路由U3:A(4070型)構(gòu)成異或門(mén)，其輸入腳1接F1:A的輸出，輸入腳2接F1:B的輸出。當(dāng)零序電壓方波與零序電流方波電路的輸出相位相同時(shí)，則U3:A輸出低電平；若兩方波電路的輸入相位不同時(shí)，則U3:A輸出高電平；F1:A、F1:B為L(zhǎng)M224型。
(5)零序電流元件，其U2:B(LM1558)的輸入腳5與零序電流帶通濾波器中U2:A(LM1558)的輸出相接，U2:B的輸入腳6與輸出腳7短路，U2:B的輸出腳7經(jīng)R29及與電阻排RP1-RP4相接的導(dǎo)線之結(jié)點(diǎn)N4接F2:A(LM224)的輸入腳2，且該接腳2經(jīng)R31及K接-15V,F2:A的另一輸入腳3經(jīng)R30接地，F(xiàn)2:A的輸出腳1經(jīng)與導(dǎo)線N5相聯(lián)的結(jié)點(diǎn)及R32與F2:B(LM224)的輸入腳5相接，F(xiàn)2:B的另一輸入腳6經(jīng)R33接地并經(jīng)R34和RW1與F2:B的輸出腳7相接。
(6)延時(shí)50ms電路，其F2:C(LM1558)的輸入腳10經(jīng)R35與F2:B的輸出相接，F(xiàn)2:C另一輸入腳9經(jīng)R36接+15V并經(jīng)WY1(7.5V)接地，F(xiàn)2:C的輸出腳8接D6負(fù)端，D6正端通過(guò)其后的結(jié)點(diǎn)分別接F2:D(LM224)的輸入腳13、經(jīng)C9接地、經(jīng)R39接+15V,F2:D的另一輸入腳12經(jīng)R37接+15V并通過(guò)R37與R38的結(jié)點(diǎn)經(jīng)R38接地，F(xiàn)2:D的輸出腳14接D7的負(fù)端，D7正端通過(guò)其后結(jié)點(diǎn)分別接U3:D(4070型)的輸入腳13、經(jīng)R40接+15V、經(jīng)C10接地，U3:D的另一輸入腳12接+15V,U3:D的輸出腳11接U4:B的輸入腳5,U4:B的另一輸入腳6接地，U4:B(4071型)的輸出腳4經(jīng)與導(dǎo)線N3相接的結(jié)點(diǎn)分別經(jīng)R41、D8接F2:C的輸入腳10及LP2的3。
(7)邏輯電路其F1:C(LM224)的輸入腳10接D1正端，D1負(fù)端與U3:A的輸出相接，F(xiàn)1:C的腳10經(jīng)R12接+15V、經(jīng)C4接地、D2正端，F(xiàn)1:C的另一輸出腳9接7.5V門(mén)檻，其輸出腳8接U3:B(4070)的輸入腳5,U3:B的另一輸入腳6接地，U3:B的輸出腳4接F1:D(224型)的輸入腳13,F1:D的另一輸入腳12經(jīng)R13接+15V并經(jīng)R14接地，F(xiàn)1:D的輸出腳14接D4的負(fù)端，D4正端右的結(jié)點(diǎn)接U3:C(4070)的輸入腳9、經(jīng)R16接+15V、經(jīng)C15接地，U3:C的另一輸入腳8接+15V,U3:C的輸出腳10接D6的負(fù)端、D5正端經(jīng)其右的結(jié)點(diǎn)分別接U4:A(4071型)的輸入腳1、經(jīng)R17接+15V、經(jīng)C6接地，U4:A的另一輸入腳2接地，U4:A的輸出腳3接LP2的4并經(jīng)R15、D3經(jīng)C4與R12的結(jié)點(diǎn)接F1:C的輸入腳10，導(dǎo)線N3接D2負(fù)端，D2正端接C4與R12的結(jié)點(diǎn)。
上述電路的工作過(guò)程如下當(dāng)區(qū)內(nèi)或區(qū)外有故障時(shí)，有零序電流輸出，在零序電流元件中U2:B的輸出全波電流，F(xiàn)2:A輸出高電平，F(xiàn)2:B輸出高電平；在延時(shí)50ms電路中，F(xiàn)2:C輸出高電平，D6截止、C9充電，F(xiàn)2:D中13的的輸入大于12的的輸入時(shí)則輸出為低電平，D7導(dǎo)通，C10不充電，U3:D輸出高電平；U4:B輸出高電平；反之，當(dāng)區(qū)內(nèi)和區(qū)外均沒(méi)有故障時(shí)，則零序電流元件的輸出為低電平；由于延時(shí)50ms電路只起延時(shí)作用，其輸入電平與輸入電平恒相同，故其輸出必是低電平。綜上所述，當(dāng)區(qū)外有故障而區(qū)內(nèi)無(wú)故障或區(qū)內(nèi)區(qū)外均無(wú)故障時(shí)，比相電路U3:A輸出低電平，延時(shí)50ms電路的U4:B輸出高電平，D1導(dǎo)通D2截止，C4不能充電，F(xiàn)1:C的輸入為低電平、輸出也為低電平，U3:B輸出低電平，F(xiàn)1:D輸出高電平，D4截止，C5充電，U3:C輸出低電平，D5導(dǎo)通，C6不能充電，U4:A輸出低電平，繼電器不能跳閘。當(dāng)區(qū)外無(wú)故障而僅有區(qū)內(nèi)故障時(shí)，比相電路U3:A輸出高電平，而從零序電流元件后的延時(shí)50ms中U4:B的輸出也為高電平，D1、D2均被截止，C4充電，F(xiàn)1:C的輸入與輸出均為高電平，U3:B輸出高電平，F(xiàn)1:D輸出低電平，D4截止，C5充電，U3:C輸出高電平，D5截止，C6充電，U4:A輸出高電平，經(jīng)延時(shí)1～9.9S使繼電器動(dòng)作、切斷電動(dòng)機(jī)電源。
由此不難看出，本零序電流保護(hù)裝置只有在區(qū)內(nèi)有故障而區(qū)外無(wú)故障時(shí)，繼電器才能靈敏地跳閘，切斷電動(dòng)機(jī)電源；而在區(qū)外有故障區(qū)內(nèi)無(wú)故障或者和區(qū)內(nèi)區(qū)外都無(wú)故障時(shí)，繼電器決不會(huì)跳閘，保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，故而本實(shí)用新型的保護(hù)電路不僅具有高靈敏性，還有無(wú)誤動(dòng)作的高可靠性；本保護(hù)電路在試驗(yàn)和企業(yè)試用中，也進(jìn)一步證明了上述優(yōu)點(diǎn)，其性能完全達(dá)到了本實(shí)用新型的預(yù)期目的。
權(quán)利要求1.一種專用于有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，包括裝有2-4個(gè)抽屜的長(zhǎng)方形殼體，殼體上部裝有接線端子，其腔內(nèi)裝的各抽屜面上分別設(shè)有指示燈、電源開(kāi)關(guān)、復(fù)位按鈕，或者設(shè)有調(diào)節(jié)起動(dòng)電流的撥碼開(kāi)關(guān)、速斷電流調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)、K值調(diào)節(jié)器、信號(hào)和跳閘壓板、試驗(yàn)按鈕，其抽屜底板上分別設(shè)有與板面對(duì)應(yīng)的中間變流器、繼電器、插頭，或者正序反時(shí)限保護(hù)電路、負(fù)序反時(shí)限保護(hù)電路、零序電流保護(hù)電路和插頭，其中的零序電流保護(hù)電路包括50HZ帶通電壓濾波器、50HZ帶通電流濾波器、邏輯電路、延時(shí)帶定1-9.9S電路、接地信號(hào)和接地跳閘電路，其特征在于在保護(hù)電路中增加了由移相電路、電壓方波電路、電流方波電路、零序電流元件、50ms延時(shí)電路和邏輯電路組成的功率方向元件，即在零序電壓50HZ濾波器前增設(shè)一個(gè)移相電路，把輸出相位比輸入相位提前90°；在零序電壓和零序電流的50HZ帶通濾波電路后各設(shè)一個(gè)方波電路，該兩方波同時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)異或門(mén)比相后，將輸出信號(hào)送至設(shè)有與門(mén)的邏輯電路并作為邏輯電路的控制信號(hào)之一，該邏輯電路同時(shí)受控于零序電流50HZ帶通濾波電路后的零序電流元件電路，該元件電路的輸出經(jīng)50ms延時(shí)電路后輸?shù)皆O(shè)有與門(mén)的邏輯電路并作為其控制信號(hào)之二，邏輯電路的輸出經(jīng)1～9.9S延時(shí)整定電路后將信號(hào)分別輸給接地跳閘或/和接地信號(hào)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，其特征在于，所述的零序電壓的移相電路，零序電壓輸入經(jīng)C1與U1:A(LM1458)的輸入腳3相接，并經(jīng)R1與U1:A的輸入腳2相接，腳2經(jīng)R2與U1:A的輸出腳1相接，該輸出接腳1與零序電壓帶通濾波電路中的R5,C1的右端接R4下端，R4上端經(jīng)R3及與之并聯(lián)的LP1接地；所述的零序電壓方波電路，其R10左端接端接N8、右端接F1:A腳3,R11左端接U1:B的輸出、右端接F1:A的腳3，使F1:A的輸出成為方波；F1:B為L(zhǎng)M224型；所述的零序電流方波電路，R25左端接N8、右端接F1:B(LM224)的腳5,R24左端接U2:A的輸出、右端接F1:B的接腳6，腳6經(jīng)R26與F1:B的輸出腳7相接；所述的比相電路由U3:A(4070型)構(gòu)成異或門(mén)，其輸入腳1接F1:A的輸出，輸入腳2接F1:B的輸出。當(dāng)零序電壓方波與零序電流方波電路的輸出相位相同時(shí)，則U3:A輸出低電平；若兩方波電路的輸入相位不同時(shí)，則U3:A輸出高電平；F1:A、F1:B為L(zhǎng)M224型；所述的零序電流元件，其U2:B(LM1558)的輸入腳5與零序電流帶通濾波器中U2:A(LM1558)的輸出相接，U2:B的輸入腳6與輸出腳7短路，U2:B的輸出腳7經(jīng)R29及與電阻排RP1-RP4相接的導(dǎo)線之結(jié)點(diǎn)N4接F2:A(LM224)的輸入腳2，且該接腳2經(jīng)R31及K接-15V,F2:A的另一輸入腳3經(jīng)R30接地，F(xiàn)2:A的輸出腳1經(jīng)與導(dǎo)線N5相聯(lián)的結(jié)點(diǎn)及R32與F2:B(LM224)的輸入腳5相接，F(xiàn)2:B的另一輸入腳6經(jīng)R33接地并經(jīng)R34和RW1與F2:B的輸出腳7相接；所述的延時(shí)50ms電路，其F2:C(LM1558)的輸入腳10經(jīng)R35與F2:B的輸出相接，F(xiàn)2:C另一輸入腳9經(jīng)R36接+15V并經(jīng)WY1(7.5V)接地，F(xiàn)2:C的輸出腳8接D6負(fù)端，D6正端通過(guò)其后的結(jié)點(diǎn)分別接F2:D(LM224)的輸入腳13、經(jīng)C9接地、經(jīng)R39接+15V,F2:D的另一輸入腳12經(jīng)R37接+15V并通過(guò)R37與R38的結(jié)點(diǎn)經(jīng)R38接地，F(xiàn)2:D的輸出腳14接D7的負(fù)端，D7正端通過(guò)其后結(jié)點(diǎn)分別接U3:D(4070型)的輸入腳13、經(jīng)R40接+15V、經(jīng)C10接地，U3:D的另一輸入腳12接+15V,U3:D的輸出腳11接U4:B的輸入腳5,U4:B的另一輸入腳6接地，U4:B(4071型)的輸出腳4經(jīng)與導(dǎo)線N3相接的結(jié)點(diǎn)分別經(jīng)R41、D8接F2:C的輸入腳10及LP2的3；所述的邏輯電路其F1:C(LM224)的輸入腳10接D1正端，D1負(fù)端與U3:A的輸出相接，F(xiàn)1:C的腳10經(jīng)R12接+15V、經(jīng)C4接地、D2正端，F(xiàn)1:C的另一輸出腳9接7.5V門(mén)檻，其輸出腳8接U3:B(4070)的輸入腳5,U3:B的另一輸入腳6接地，U3:B的輸出腳4接F1:D(224型)的輸入腳13,F1:D的另一輸入腳12經(jīng)R13接+15V并經(jīng)R14接地，F(xiàn)1:D的輸出腳14接D4的負(fù)端，D4正端右的結(jié)點(diǎn)接U3:C(4070)的輸入腳9、經(jīng)R16接+15V、經(jīng)C15接地，U3:C的另一輸入腳8接+15V,U3:C的輸出腳10接D5的負(fù)端、D5正端經(jīng)其右的結(jié)點(diǎn)分別接U4:A(4071型)的輸入腳1、經(jīng)R17接+15V、經(jīng)C6接地，U4:A的另一輸入腳2接地，U4:A的輸出腳3接LP2的4并經(jīng)R15、D3經(jīng)C4與R12的結(jié)點(diǎn)接F1:C的輸入腳10，導(dǎo)線N3接D2負(fù)端，D2正端接C4與R12的結(jié)點(diǎn)。
專利摘要一種有功率方向元件的零序電流電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置,它涉及電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。該功率方向元件由移相電路、兩個(gè)方波電路、比相電路、零序電流元件、延時(shí)電路和邏輯電路組成。移相電路將電壓帶通濾波器輸出電壓提前90°,電壓和電流帶通濾波器后的兩方波電路的輸出由異或門(mén)比相后將信號(hào)送到邏輯電路,零序電流元件的輸出經(jīng)延時(shí)后也送到邏輯電路。由邏輯電路的輸出控制繼電器動(dòng)作,該方向元件能區(qū)別區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障,繼電器僅在區(qū)內(nèi)故障時(shí)跳閘。
文檔編號(hào)H02H7/08GK2343704SQ9820676
公開(kāi)日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月14日
發(fā)明者宋從矩, 寧景云, 劉寶學(xué) 申請(qǐng)人:天津奇神電力高新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司