(双速异步电动机通用保护器)

  徐祖明

（ 武汉科技学院  湖北 武汉 430074）  

[提要]  本文介绍了一种为Y/YY接法双速电动机设计的保护器，一改过去单速单保护双速双保护的历史，使得控制电路简单，易于维护，它同样适用于其它双速及普通电动机。将断相保护的问题归为三相负载不平衡的特例，椐此设计的电路结构对电动机的保护更为有效；文中还对其中一些特殊电路及其特点作了详细的说明。

关键词： 异步电动机   保护器   双速

引言

双速异步电动机多是结构特殊的专用电动机，控制电路相对复杂，过去对于电动机的保护，一直采用单速单保护双速双保护的模式，笔者对如何设计一个电路，使其能用于双速异步电动机的保护进行了研究。图2是纺纱厂中细纱机15KW专用双速电动机Y/YY接法示意图，它的特点是电动机内部有一个星点，YY接法时，KM3闭合接成另一个星点。当KM3故障而不能闭合时，电动机单Y绕组运行，电流增大。严重的是，该电流在YY接法整定值热继电保护范围之内，不会引起过流保护，电动机因此而烧毁的事故屡有发生；即使KM3只有一个触点不能闭合，也会使电动机温升剧增。本文以上述双速电动机为例，介绍一个实用的保护器电路，它同样适用于别的双速及普通电动机。

一 电路结构及特点

本保护器电路原理方框图如图1所示。它有如下特点：

1、像热继电保护一样，对应Y/YY接法有两种电流整定值，所不同的是Y/YY接法特征检测电路会根据特征选择相应的电流整定值。YY接法的特征是图2中KM3三个触点都闭合。

2、将断相保护的问题归为三相负载不平衡的特例，椐此设计的电路结构对电动机的保护更为有效

3、本保护器不平衡性逻辑控制电路识别电动机停止状态（缺三相）并视为正常，其特点是保护器因此可以先于电动机通电工作，不受电动机控制回路约束，接线简单。

4、由于2的特点，使用动合（常开）触点作为保护控制触点。保护器通电后，触点闭合，使电动机控制回路接通得电。它的好处在于只有保护器自身和电动机都工作正常时，控制触点闭合状态才能保持。具有保护器自检功能。

二  工作原理                               

本保护器的原理电路如图3所示。以下按框图1结构介绍电路工作原理。

1、 电流检测（以一相为例）

互感器L1得到的该相电流信号，经D1—4桥式全波整流后，由电阻R2变换成正比于电流的电压信号。C3为滤波电容，R2*C3取值与被保护电动机电流（标度变换）有关。采用全波整流，可使保护器应用于不同的电动机，即使用于1KW以下的电动机，互感器L1一次侧单匝穿入方式不变。

2、 

电流不平衡性比较

由D13—16、四运放U4的U4B、U4C、U4D及R9、R10构成比较器。各相电流检测输出接对应比较器负端，D13—15将三相电流检测到的最大值作为各相电流不平衡（断相实质是电流不平衡的特例，即电流不平衡性包含断相）比较的基准值加到比较器正端。电流平衡时，各比较器负端较正端电压高0.7V，比较器输出低电平；当某相电流不平衡，且检测结果比正输入端最大值低0.7V以上，则该比较器输出高电平。0.7V电压代表的不平衡电流值取决于电流检测电路的标度变换。当电动机停止时，三相电流为零。基准电压经串联电阻R9、R10分压后，由D16加到正输入端，保证各比较器输出高电平。

3、 Y/YY接法特征检测

D28—30（1N4007）正极与图2 KM3相连构成三相半波整流。在YY接法时，KM3闭合，形成外星点，在星点各触点接触良好、各相绕组电流平衡时，星点电位为零。三相半波整流没有电压输出，光电耦合器U2截止输出。除此之外，三相半波整流电路总有输出使得U2也总是导通的，这就是特征所在。 

U2导通时，电源电压通过D32、R20使Q1饱和、Q2截止，继电器J1不得电，其常闭触点将W1所代表的Y接法电流保护整定值接入电流比较器U4A的负端。这样即使是由于故障，YY接法的电动机单Y绕组非正常运行，电流比较及过流保护电路此时会发挥作用。

U2截止是电动机YY 接法，而且正常运行的情况，此时Q1截止使Q2饱和导通，J2工作，其常开触点闭合。将W2所代表的YY接法电流保护整定值接入 U4A负端。

当电动机停止时，U2也是截止的，但此时U4D输出高电平，经R19、D33、R20使Q1饱和、Q2截止，以保证开始时过流比较基准是Y接法整定值。

U3及其外围电路是在Q1由导通变截止时，即变速时，U3⑦脚输出一个低电平。将电流比较电路的输出封锁一段时间，以抑制电动机启动时的浪涌电流信号。

4、 不平衡性逻辑控制

不平衡性逻辑控制由U5A—U5D、D18—23、D25、R13、R16及R23构成。U5A、U5B、U5C对电流不平衡比较的三路输出，分别作异或关系判断，只有当不平衡比较输出状态一致（全为高电平电动机停止，全为低电平表明电动机电流平衡）时，U5A、U5B、U5C输出低电平。其它情况至少有一个异或门输出高电平，并通过D18、D20、D22组成的或关系逻辑由R13给出故障信号。

D19、D21、D23将电机停止的信号加到U5D输入 端，当电机停止时，反时限特性积分电路C7的电压经R16、D25、U5D泄放，模拟电动机散热过程。

5、 其它电路

保护器还包括过流比较、反时限特性触发器、单稳输出及电源。

过流比较由4UA等组成，电路虽然只对一相电流进行比较，但它是三相电流中最大值，充分反映了电动机的工作状况。它的输出经 R12、D17对C7充电，其过程相当电动机的热积累过程。

反时限特性触发器由U6B、C7等组成。其核心是反时限积分电容C7，其积分过程受到多方控制，从图1及以上叙述已经说明。当C7充电至2/3电源电压时，触发器输出对应下跳沿。它经微分电容C10、触发U6A等构成的单稳输出电路，使U6A输出高电平，故障指示灯亮、继电器J2失电而释放、其保护控制触点（常开）切断电动机控制回路，达到保护的目的。单稳输出具有延时复位的功能。

三  两点说明

1、光电耦合器U2用于三相半波整流电路与保护器控制电路的隔离，由于三相半波整流电路需要零电位参考点，因此电源变压器初级电压也选用220V，目的是使保护器引出端子最少。同样可采取将D28—31作为附件以及②、④端相连的方法减少引出端子。 

 2、Y/YY保护电流整定值的调整 

 为保证整定精度W1、W2均为多圈精密电位器，整定无需借助任何仪表。在电动机工作时，根据其工作状态，调整对应的电位器（W1、W2），使“调整”指示灯LED2微亮直至熄灭，此时整定值等于电动机实际工作电流值，再将电位器顺时针旋1—3圈（整定值取实际工作电流的1.1—1.4倍），整定过程结束；“调整”指示灯同时也是工作状况指示灯。

                  参考文献

（1） 阎石主编.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1989.

（2） [美]R.F.格拉夫著.电子电路百科全书.北京：科学出版社.1986.

（3） IMP—80型集成化电动机保护器说明书.