专利名称：有功率方向元件的零序电流电动机保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及紧急保护电路装置，尤其涉及专用于电动机的保护电路。
在工矿企业和扬水站等用电大户中，运行着总数多达几百万台的大型高、低压电动机。由于电动机过载、短路、缺相、接地等故障，常引起电动机被烧毁的事故，造成巨大的经济损失；所以，“电动机保护”就成了电业领域的重要课题之一。在目前已经以商品面市的电动机保护装置中，有专门针对过负载、电机堵转等对称性故障的正序反时限保护电路；也有专门针对断相、短路等不称故障的负序反时限保护电路及专门针对接地故障的零序电流保护电路。此外，还有将以上两种或叁种保护电路组合的综合性保护。由于三种保护电路的保护范围不同，且不可相互替代；因接地故障造成的电机烧毁事故甚多，故零序电流保护电路及装置的研究与生产仍占有重要的位置。
目前，电动机保护装置中采用的零序电流保护电路，其原理框图如
图1所示。按这种原理框图制作的零序电流保护装置早已面市并有众多用户，故其相应的电路亦早已成为公知技术。这种零序电流保护装置，有较高的灵敏性，能有效的保护电机；但是，当区外故障时它们极易产生误动作而影响电动机正常运行造成不应有的经济损失。因此，保证保护装置原有的灵敏性、避免误动作、提高保护装置的可靠性，是提高零序电流保护装置的重要课题。
本发明的目的在于提供一种能够区别区内故障和区外故障的“有功率方向元件的零序电流电动机保护电路”，该保护电路在区外故障时能使继电器不跳闸，而在区内故障时高灵敏跳闸，以使电机动得到有效保护而且不产生误动作，进一步提高保护电路的可靠性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下(参见图2、图3)本发明在保护电路中增设了功率方向元件，该功率方向元件包括移相电路、零序电流元件、延时50ms电路电压方波电路、电流方波电路、比相电路和逻辑电路。
本发明设计的理论依据是对于电动机的零序电流保护，不论电网的中性点是否接地或是否经过电阻接地，当区外故障时，其零序电流I0和零序电压U0的关系为I0超前U090°；而当内部故障时，则变为I0滞后U090～180°；另外，为了躲开故障瞬间过渡过程的影响，延时50ms开放是必要的。故本发明的设计方案是在零序电压50HZ滤波器前增设一个移相电路，把输出相位比输入相位提前90°；在零序电压和零序电流的50HZ带通滤波电路后各设一个方波电路，把正弦波变为便于比较的方波，该两方波同时经过一个异或门比相后，将结果信号送至设有与门的逻辑电路并作为逻辑电路的控制信号之一，而且该逻辑电路同时受控于零序电流50HZ带通滤波电路后的零序电流元件电路，该元件电路的输出经50ms延时电路后输到设有与门的逻辑电路并作为其控制信号之二，逻辑电路的输出经1～9.9S延时整定电路后将信号输给接地跳闸或/和接地信号电路。
为使描述更加清楚明了，兹结合最佳实施例(参见图3)中借用的现有技术如零序电压和零序电流的50HZ带通滤波电路、延时整定1～9.9S电路和其后的接地信号及接地跳闸电路作一简单说明，并对本发明特征技术详述如下1.零序电压50HZ带通滤波电路，包括R5、R6、R7、R8、R9、C2、C3和运放U1B(LM1558型)。
2.零序电流50HZ带通滤波电路，包括R18、R19、R20、R21、R22、R23、C16、C8、及运放U2A，UZA为LM1558型。
3.延时整定1～9.9S电路包括R42、晶震CR、U5(4060型)分频器U6A(4518型)和U6B(4518型)、LP3、U7A(4518型)、U7B(4518型)、D9～D16、BL4、BL4、C11、C12、R44、R45和或门U4C(4071型)，以及电阻排RP1、RPZ、RP3、RP4、BL1组成。
4.接地信号与接地跳闸电路，由D17、C13、KZ及W组成，该电路从延时整定1～9.9S电路中U4C(或门)的输出脚接受信号。
本发明的特征技术为(1)零序电压的移相电路，零序电压输入经C1与U1A(LM1458)的输入脚3相接，并经R1与U1A的输入脚2相接，脚2经R2与U1A的输出脚1相接，该输出接脚1与零序电压带通滤波电路中的R5，C1的右端接R4下端，R4上端经R3及与之并联的LP1接地。
(2)零序电压方波电路，其R10左端接端接N8、右端接F1A脚3，R11左端接U1B的输出、右端接F1A的脚3，使F1A的输出成为方波；F1B为LM224型。
(3)零序电流方波电路，R25左端接N8、右端接F1B(LM224)的脚5，R24左端接U2A的输出、右端接F1B的接脚6，脚6经R26与F1B的输出脚7相接。
(4)比相电路由U3A(4070型)构成异或门，其输入脚1接F1A的输出，输入脚2接F1B的输出。当零序电压方波与零序电流方波电路的输出相位相同时，则U3A输出低电平；若两方波电路的输入相位不同时，则U3A输出高电平；F1A、F1B为LM224型。
(5)零序电流元件，其U2B(LM1558)的输入脚5与零序电流带通滤波器中U2A(LM1558)的输出相接，U2B的输入脚6与输出脚7短路，U2B的输出脚7经R29及与电阻排RP1-RP4相接的导线之结点N4接F2A(LM224)的输入脚2，且该接脚2经R31及K接-15V，F2A的另一输入脚3经R30接地，F2A的输出脚1经与导线N5相联的结点及R32与F2B(LM224)的输入脚5相接，F2B的另一输入脚6经R33接地并经R34和RW1与F2B的输出脚7相接。
(6)延时50ms电路，其F2C(LM1558)的输入脚10经R35与F2B的输出相接，F2C另一输入脚9经R36接+15V并经WY1(7.5V)接地，F2C的输出脚8接D6负端，D6正端通过其后的结点分别接F2D(LM224)的输入脚13、经C9接地、经R39接+15V，F2D的另一输入脚12经R37接+15V并通过R37与R38的结点经R38接地，F2D的输出脚14接D7的负端，D7正端通过其后结点分别接U3D(4070型)的输入脚13、经R40接+15V、经C10接地，U3D的另一输入脚12接+15V，U3D的输出脚11接U4B的输入脚5，U4B的另一输入脚6接地，U4B(4071型)的输出脚4经与导线N3相接的结点分别经R41、D8接F2C的输入脚10及LP2的3。
(7)逻辑电路其F1C(LM224)的输入脚10接D1正端，D1负端与U3A的输出相接，F1C的脚10经R12接+15V、经C4接地、D2正端，F1C的另一输出脚9接7.5V门槛，其输出脚8接U3B(4070)的输入脚5，U3B的另一输入脚6接地，U3B的输出脚4接F1D(224型)的输入脚13，F1D的另一输入脚12经R13接+15V并经R14接地，F1D的输出脚14接D4的负端，D4正端右的结点接U3C(4070)的输入脚9、经R16接+15V、经C15接地，U3C的另一输入脚8接+15V，U3C的输出脚10接D5的负端、D5正端经其右的结点分别接U4A(4071型)的输入脚1、经R17接+15V、经C6接地，U4A的另一输入脚2接地，U4A的输出脚3接LP2的4并经R15、D3经C4与R12的结点接F1C的输入脚10，导线N3接D2负端，D2正端接C4与R12的结点。
上述电路的工作过程如下当区内或区外有故障时，有零序电流输出，在零序电流元件中U2B的输出全波电流，F2A输出高电平，F2B输出高电平；在延时50ms电路中，F2C输出高电平，D6截止、C9充电，F2D中13的的输入大于12的的输入时则输出为低电平，D7导通，C10不充电，U3D输出高电平；U4B输出高电平；反之，当区内和区外均没有故障时，则零序电流元件的输出为低电平；由于延时50ms电路只起延时作用，其输入电平与输入电平恒相同，故其输出必是低电平。综上所述，当区外有故障而区内无故障或区内区外均无故障时，比相电路U3A输出低电平，延时50ms电路的U4B输出高电平，D1导通D2截止，C4不能充电，F1C的输入为低电平、输出也为低电平，U3B输出低电平，F1D输出高电平，D4截止，C5充电，U3C输出低电平，D5导通，C6不能充电，U4A输出低电平，继电器不能跳闸。当区外无故障而仅有区内故障时，比相电路U3A输出高电平，而从零序电流元件后的延时50ms中U4B的输出也为高电平，D1、D2均被截止，C4充电，F1C的输入与输出均为高电平，U3B输出高电平，F1D输出低电平，D4截止，C5充电，U3C输出高电平，D5截止，C6充电，U4A输出高电平，经延时1～9.9S使继电器动作、切断电动机电源。
由此不难看出，本保护电路只有在区内有故障而区外无故障时，继电器才能灵敏地跳闸，切断电动机电源；而在区外有故障区内无故障或者和区内区外都无故障时，继电器决不会跳闸，保证电动机正常运行，故而本发明的保护电路不仅具有高灵敏性，还有无误动作的高可靠性；本保护电路在试验和企业试用中，也进一步证明了上述优点，其性能完全达到了本发明预期目的。
权利要求
1.一种专用于有功率方向元件的零序电流电动机保护电路，包括50HZ带通电压滤波器、50HZ带通电流滤波器、逻辑电路、延时带定1-9.9S电路、接地信号和接地跳闸电路，其特征在于本发明增加了由移相电路、电压方波电路、电流方波电路、零序电流元件、50ms延时电路和逻辑电路组成的功率方向元件，即在零序电压50HZ滤波器前增设一个移相电路，把输出相位比输入相位提前90°；在零序电压和零序电流的50HZ带通滤波电路后各设一个方波电路，该两方波同时经过一个异或门比相后，将输出信号送至设有与门的逻辑电路并作为逻辑电路的控制信号之一，该逻辑电路同时受控于零序电流50HZ带通滤波电路后的零序电流元件电路，该元件电路的输出经50ms延时电路后输到设有与门的逻辑电路并作为其控制信号之二，逻辑电路的输出经1～9.9S延时整定电路后将信号分别输给接地跳闸或/和接地信号电路。
2.根据权利要求1所述的有功率方向元件的零序电流电动机保护电路，其特征在于，所述的零序电压的移相电路，零序电压输入经C1与U1A(LM1458)的输入脚3相接，并经R1与U1A的输入脚2相接，脚2经R2与U1A的输出脚1相接，该输出接脚1与零序电压带通滤波电路中的R5，C1的右端接R4下端，R4上端经R3及与之并联的LP1接地；所述的零序电压方波电路，其R10左端接端接N8、右端接F1A脚3，R11左端接U1B的输出、右端接F1A的脚3，使F1A的输出成为方波；F1B为LM224型；所述的零序电流方波电路，R25左端接N8、右端接F1B(LM224)的脚5，R24左端接U2A的输出、右端接F1B的接脚6，脚6经R26与F1B的输出脚7相接；所述的比相电路由U3A(4070型)构成异或门，其输入脚1接F1A的输出，输入脚2接F1B的输出。当零序电压方波与零序电流方波电路的输出相位相同时，则U3A输出低电平；若两方波电路的输入相位不同时，则U3A输出高电平；F1A、F1B为LM224型；所述的零序电流元件，其U2B(LM1558)的输入脚5与零序电流带通滤波器中U2A(LM1558)的输出相接，U2B的输入脚6与输出脚7短路，U2B的输出脚7经R29及与电阻排RP1-RP4相接的导线之结点N4接F2A(LM224)的输入脚2，且该接脚2经R31及K接-15V，F2A的另一输入脚3经R30接地，F2A的输出脚1经与导线N5相联的结点及R32与F2B(LM224)的输入脚5相接，F2B的另一输入脚6经R33接地并经R34和RW1与F2B的输出脚7相接；所述的延时50ms电路，其F2C(LM1558)的输入脚10经R35与F2B的输出相接，F2C另一输入脚9经R36接+15V并经WY1(7.5V)接地，F2C的输出脚8接D6负端，D6正端通过其后的结点分别接F2D(LM224)的输入脚13、经C9接地、经R39接+15V，F2D的另一输入脚12经R37接+15V并通过R37与R38的结点经R38接地，F2D的输出脚14接D7的负端，D7正端通过其后结点分别接U3D(4070型)的输入脚13、经R40接+15V、经C10接地，U3D的另一输入脚12接+15V，U3D的输出脚11接U4B的输入脚5，U4B的另一输入脚6接地，U4B(4071型)的输出脚4经与导线N3相接的结点分别经R41、D8接F2C的输入脚10及LP2的3；所述的逻辑电路其F1C(LM224)的输入脚10接D1正端，D1负端与U3A的输出相接，F1C的脚10经R12接+15V、经C4接地、D2正端，F1C的另一输出脚9接7.5V门槛，其输出脚8接U3B(4070)的输入脚5，U3B的另一输入脚6接地，U3B的输出脚4接F1D(224型)的输入脚13，F1D的另一输入脚12经R13接+15V并经R14接地，F1D的输出脚14接D4的负端，D4正端右的结点接U3C(4070)的输入脚9、经R16接+15V、经C15接地，U3C的另一输入脚8接+15V，U3C的输出脚10接D5的负端、D5正端经其右的结点分别接U4A(4071型)的输入脚1、经R17接+15V、经C6接地，U4A的另一输入脚2接地，U4A的输出脚3接LP2的4并经R15、D3经C4与R12的结点接F1C的输入脚10，导线N3接D2负端，D2正端接C4与R12的结点。
全文摘要
一种有功率方向元件的零序电流电动机保护电路,它涉及电动机保护装置。该功率方向元件由稳相电路、两个方波电路、比相电路、零序电流元件、延时电路和逻辑电路组成。移相电路将电压带通滤波器输出电压提前90°,电压和电流带通滤波器后的两方波电路的输出由异或门比相后将信号送到逻辑电路,零序电流元件的输出经延时后也送到逻辑电路。由逻辑电路的输出控制继电器动作,该方向元件能区别区内和区外故障,继电器仅在区内故障时跳闸。
文档编号H02H7/08GK1241829SQ9810285
公开日2000年1月19日 申请日期1998年7月14日 优先权日1998年7月14日
发明者宋从矩, 宁景云, 刘宝学 申请人:天津奇神电力高新技术开发有限公司