专利名称：一种交流电动机保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流电动机保护装置．目前，三相交流电动机的保护主要通过检测绕组温度、检测电动机的进线电流、检测电动机的进线电压来实现。检测绕组温度的保护方法一般采用热敏电阻，将其埋设在电动机的定子绕组中，当绕组温度达到设定温度时，保护装置跳闸。其不足之处是当绕组温度上升很快的故障发生时，保护效果不好；出现轻载缺相故障时，不能对交流电动机起到保护作用。电动机在缺相状态下运行，各项力能指标大幅度下降，而且停机后重新起动时电动机将处于堵转状态而使电动机受到损伤，甚至烧坏电动机。
检测电动机的进线电流的保护可分为机械式和电子式。机械式保护装置是指热继电器和空气开关的热脱扣装置，这类保护装置动作离散性大，而且易受外界因素影响，可靠性差。电子式保护器是利用电流互感器将电动机的进线电流转换成电压值，再利用电子电路对反映电流大小的电压值进行监视，实现对电动机的保护。这类保护器对过载故障保护较可靠；对于缺相故障，对角形接法断一相绕组故障保护的可靠性差些，对其它几种缺相故障保护较可靠。但这种保护方法需根据电动机容量大小配置不同规格的保护器，不能通用，而且体积较大，成本较高。由于电动机起动电流很大，而保护器需考虑通用性问题，一种规格的保护器要适应若干种容量的电动机，导致在规定的保护器能适用的电动机的容量范围内电动机的进线电流的变化范围达上百倍。电动机的工作电流处于保护器规定电流区域的较低位置时，则保护器的动作电流值不易控制于合适范围从而有效地保护电动机，电动机的工作电流处于保护器规定区域的较高位置时，则保护可以做到准确、合理，但将导致保护器承受较大的冲击，影响保护器的寿命。
检测电动机进线电压的保护器主要用于缺相保护，这类保护器一般成本低，可通用，但只能保护保护器接线处以前的缺相，对绕组断路故障不能起保护作用，而且负载轻时，由于感应电压的作用，即使保护器接线处以前的缺相有时也不能起到保护作用；监视电动机星点或人造中性点与电源零线间的电压进行缺相保护的方法，由于变压器中点漂移，或由于感应电压的影响，保护整定值不易确定，工作可靠性差。
以上各种保护方法各有侧重点，但都不能提供较全面，较完善的保护。在现有技术中，尚未看到能检测定转子不同心程度并据此进行定转子不同心保护的方案。
目前，对于单相交流电动机的保护一般采用热继电器或空气开关热脱扣装置，保护可靠性不高。
本发明的目的是提供一种成本低、通用性强、可靠性高、寿命长，能在三相交流电动机发生堵转、过载、过压、欠压、缺相、定转子不同心、反转时发出保护信号的保护装置，并可实现保护与电动机一体化。
本发明的另一目的是提供一种成本低、通用性强、可靠性高、寿命长、能在单相交流电动机发生堵转、过载、过压、欠压、定转子不同心、反转时，发出保护信号的保护装置，并可实现保护与电动机一体化。
本发明提供一种交流电动机保护装置，其包括嵌放于电动机的定子槽中的检测线圈和与检测线圈相连接的保护器，利用每个检测线圈的感应电压与相应位置旋转磁场的磁感应强度的对应关系，由保护器对电动机的旋转磁场的变化进行监视，当旋转磁场出现异常时，由保护器发出相应的保护信号。
所述的检测线圈可以分为3组，同组检测线圈处于相同的电角度，3组检测线圈之间互隔120°电角度，各检测线圈匝数相等。3组检测线圈的组成根据不同电动机的具体情况及对电动机保护的具体要求，可以分为以下三种情况(1)每组包括1个检测线圈。
(2)每组包括2个检测线圈，此2个检测线圈互隔180°机械角度，3组检测线圈之间互隔120°机械角度。
(3)3组检测线圈中的1组包括3个检测线圈，此3个检测线圈之间互隔120°机械角度，另外2组检测线圈每组包括1个检测线圈。
3组检测线圈在电动机中与电动机三相绕组的相对位置，可以按下述方法确定3组检测线圈分别对应电动机的三相绕组，检测线圈的中心线与相应电动机定子绕组的极相组的中心线重合。
考虑电动机槽的空间有限，应尽量减少检测线圈占用的槽空间，确定检测线圈的节距时应尽量使每匝检测线圈的感应电压大些，在满足保护器对感应电压幅值的要求的前提下，使检测线圈具有较少匝数。所以检测线圈的节距应接近电动机的极距。但对于二极电动机，若需要进行定转子不同心保护，检测线圈的节距应取接近电动机极距的一半。对于较大容量的电动机，按上述方法嵌放检测线圈时，可能出现每匝检测线圈的感应电压太高的情况，为了使感应电压处于合适范围，可以对检测线圈的节距和匝数予以适当的组合，这时可以根据具体情况取适当的节距。
所述检测线圈也可以分为2组，同组检测线圈处于相同的电角度，2组检测线圈之间互隔90°电角度，属于同组的检测线圈匝数相等。两组检测线圈的组成根据不同电动机的具体情况及对电动机保护的具体要求，可以分为以下三种情况(1)每组包括1个检测线圈。
(2)每组包括2个检测线圈，此2个检测线圈互隔180°机械角度，2组检测线圈之间互隔90°机械角度。
(3)在2组检测线圈中，1组检测线圈包括4个检测线圈，此4个检测线圈在定子圆周上均匀分布，另外1组检测线圈包括1个检测线圈。
2组检测线圈在电动机中与电动机定子绕组的相对位置，可以按下述方法确定所述2组检测线圈分别对应电动机的运行绕组和起动绕组，检测线圈的中心线与相应电动机定子绕组的极相组的中心线重合。
考虑到检测线圈应尽量少占槽空间，同时考虑电动机保护的具体要求，检测线圈的节距可以取接近电动机的极距，也可以取接近电动机极距的一半。
所述检测线圈也可以仅包括1个检测线圈，这个检测线圈的中心线可以与电动机定子绕组的一个极相组的中心线重合，检测线圈的节距可以接近电动机的极距。
所述保护器可以包括一个缺相保护电路，当所保护的三相交流电动机处于缺相状态时，旋转磁场将成为非圆形磁场，3组检测线圈的感应电压不再平衡，由该缺相保护电路对3组检测线圈的感应电压的不平衡程度进行监视，从而实现缺相保护。
所述保护器可以包括一个过载、欠压、缺相保护电路，在所保护交流电动机处于过载、欠压、缺相状态时，旋转磁场的磁感应强度减弱，检测线圈的感应电压减小，由该过载、欠压、缺相保护电路对检测线圈的感应电压的减小的程度进行监视，从而实现过载、欠压、缺相保护。
所述保护器可以包括一个过压保护电路，在所保护交流电动机所接的电源的电压增加时，旋转磁场的磁感应强度增加，检测线圈的感应电压增加，由该过压保护电路对检测线圈的感应电压的增加的程度进行监视从而实现过压保护。
所述保护器可以包括一个定转子不同心保护电路，根据不同交流电动机的特点及在电动机中嵌设的检测线圈的具体情况，可以采用以下方法进行定转子不同心保护(1)对除6n极以外的其它极数的三相交流电动机或2极、6极单相交流电动机，在定转子不同心时，属于同组的相隔180°机械角度的2个检测线圈的感应电压彼此不再相等，由定转子不同心保护电路分别对每组的2个检测线圈的感应电压的差值进行监视，从而实现定转子不同心保护。
(2)对6n极三相交流电动机，在定转子不同心时，属于同组的3个检测线圈的感应电压彼此不再相等，由定转子不同心保护电路对3个检测线圈的感应电压彼此之间的差值进行监视，从而实现定转子不同心保护。
(3)对4极单相交流电动机，在定转子不同心时，属于同组的在定子圆周上均匀分布的4个检测线圈的感应电压彼此不再相等，将此4个检测线圈分为2对，相隔180°机械角度的2个检测线圈作为1对，由定转子不同心保护电路对每对的2个检测线圈的感应电压的差值进行监视，从而实现定转子不同心保护。
所述保护器可以包括一个转向保护电路，在所保护电动机的旋转方向与设定旋转方向相反时，检测线圈的感应电压的相序发生变化，利用该转向保护电路对此相序进行监视，从而实现转向保护。
在所保护电动机的定子绕组中可以埋入热敏电阻，在所述保护器中可以包括利用热敏电阻保护电动机的电路，热敏电阻与保护器连接，从而增加检测电动机绕组温度对电动机进行保护的功能。
所述保护器既可以仅包括上述各种保护电路中的一种构成特定功能的保护器，也可以是上述各种保护电路中若干种的组合构成符合具体要求的保护器。
图1是本发明的交流电动机保护装置的原理框图；图2是本发明的用于2极、24槽单层同心式绕组三相交流电动机的保护装置检测线圈布置图；图3是本发明的用于4极、24槽双层叠式绕组三相交流电动机的保护装置的检测线圈布置图；图4是本发明的用于6极、18槽双层绕组三相交流电动机保护装置的检测线圈布置图；图5是本发明的用于2极、16槽单层同心式绕组单相交流电动机的保护装置的检测线圈布置图；图6是本发明的用于4极、16槽单层绕组单相交流电动机的保护装置的检测线圈布置图；图7是本发明的用于凸极式交流电动机的保护装置的检测线圈的安装示意图；图8是本发明的交流电动机保护装置的缺相保护原理框图；图9是本发明的交流电动机保护装置的过载、欠压、缺相保护原理框图；图10是本发明的交流电动机保护装置的过压保护原理框图；图11是本发明的交流电动机保护装置的定转子不同心保护原理框图；图12是本发明的交流电动机保护装置的转向保护原理框图；图13是本发明的交流电动机保护装置的原理框图，其中利用嵌设在定子槽中的检测线圈和埋设在定子绕组中的热敏电阻实现对交流电动机的过载保护、缺相保护、定转子不同心保护、转向保护、绕组过热保护等功能。
图14是一种本发明三相交流电动机保护装置的保护器的电路原理图，该保护器可利用检测线圈的输出信号和热敏电阻电阻值的变化实现对三相交流电动机的过载保护、缺相保护、定转子不同心保护、绕组过热保护。
图15是本发明的交流电动机保护装置用于单相交流电动机的堵转保护的保护电路原理图。
在交流电动机中，主磁场是旋转磁场、其磁密波沿气隙圆周按正弦规律分布，并以同步转速n1旋转，此旋转磁场与整距线圈交链的磁通量称为主磁通，即气隙磁通，用Φm表示。在交流电动机内部设一检测线圈，将其嵌放在定子槽中，设检测线圈中的感应电压为Um，则Um=4.44fWKwΦm，f是向交流电动机供电的电源的基波频率，W是检测线圈的匝数，Kw是检测线圈的绕组系数。Um的大小反映了检测线圈所处区域旋转磁场磁感应强度的强弱。
本发明的交流电动机保护装置正是利用检测线圈的感应电压与旋转磁场的磁感应强度的对应关系，由保护器对检测线圈的感应电压进行监视，从而在电动机出现过载、堵转、欠压，过压、缺相、定转子不同心、不允许的反转等情况时，或检测到感应电压的幅值的变化，或检测到感应电压的不均衡，或检测到感应电压相序的变化，从而对交流电动机进行保护。
图1是本发明的交流电动机保护装置的原理框图。在交流电动机1的定子槽中嵌设检测线圈2，检测线圈2的感应电压送到保护器3，利用检测线圈2的感应电压与电动机1的旋转磁场的磁感应强度的对应关系，由保护器3对电动机1的旋转磁场的状况进行监视，当旋转磁场出现异常时，由保护器3控制开关装置6切断电动机1的电源或启动报警装置7发出报警信号。
图2是一个根据本发明的用于2极、24槽单层同心式绕组三相交流电动机的保护装置的检测线圈的布置图，其中(1)～(24)分别代表电动机定子槽的序号。图2(a)是三相定子绕组展开图。电动机的极距是12，定子绕组共有6个线圈组，其中线圈组A1和A2属A相，线圈组B1和B2属B相，线圈组C1和C2属C相，每个线圈组由2个同心放置的线圈组成，大线圈节距为11，小线圆节距为9，线圈组A1、A2、B1、B2、C1、C2的出线端分别为a11和a12、a21和a22、b11和b12、b21和b22、c11和c12、c21和c22，该电动机的并联支路数为1，线圈组A1和A2、B1和B2、C1和C2分别按电势相加的方向连接，即接线端a12和a22、b12和b22、c12和下c22分别连接，接线端a11、b11、c11分别是三相定子绕组的头A、B、C，接线端a21、b21、c21分别是三相定子绕组的尾X、Y、Z。图2(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机的定子绕组的线圈组A1、B1、C1嵌放3个检测线圈T1、T2、T3，检测线圈T1、T2、T3分别与定子绕组的线圈组A1、B1、C1同轴，此3个检测线圈互隔120°电角度，检测线圈节距为11，3个检测线圈匝数相等，从而由3个检测线圈T1、T2、T3的输出端t11和t12、t21和t22、t31和t32得到对应三相定子绕组的3个检测线圈的感应电压。若将3个检测线圈按星形连接，检测线圈的输出端t12、t22、t32相连接构成检测线圈组的星点o，并将此星点o引出作为检测线圈组的输出端o，检测线圈的输出端t11、t21、t31分别作为检测线圈组的另外3个输出端a、b、c，则由检测线圈组的输出端ao、bo、co得到对应三相定子绕组的三个检测线圈的感应电压，这样可使检测线圈与保护器的连接线减少。图2(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈的展开图，对应电动机定子绕组的6个线圈组A1、B1、C1、A2、B2、C2嵌放6个检测线圈T4、T5、T6、T7、T8、T9，检测线圈T4、T5、T6、T7、T8、T9分别与定子绕组的线圈A1、B1、C1、A2、B2、C2同轴，对应同相定子绕组的2个检测线圈T4和T7、T5和T8、T6和T9分别相隔180°机械角度，分别对应三相定子绕组的检测线圈T4、T5、T6之间和T7、T8、T9之间均互隔120°机械角度，检测线圈节距为5,6个检测线圈匝数相等，从而由6个检测线圈T4、T5、T6、T7、T8、T9的出线端t41和t42、t51和t52、t61和t62、t71和t72、t81和82、t91和t92得到对应三相定子绕组的6个检测线圈的感应电压。若将对应同相的2个检测线圈T4和T7、T5和T8、T6和T9分别按感应电压相减的方向连接，即检测线圈的输出端t41和t72、t51和t82、t61和t92分别连接，得到检测线圈组的输出端a、b、c，再将检测线圈T4、T5、T6的输出端t42、t52、t62连在一起组成检测线圈组的星点o，并将此星点o引出作为检测线圈组的输出端o，检测线圈T7、T8、T9的输出端t71、t81、t91分别作为检测线圈组的输出端a’、b’、c’，则可由检测线圈组的输出端ao、bo、co得到对应三相定子绕组的三个检测线圈的感应电压，由检测线圈组的输出端a’o、b’o、c’o得到三个对应同相定子绕组的检测线圈的感应电压的差值，这样，不仅使检测线圈与保护器的连线减少，而且由于已经得到3个对应同相定子绕组的检测线圈的感应电压的差值，使保护器中定转子不同心保护电路部分得以简化。
图3是根据本发明的用于4极、24槽双层叠式绕组三相交流电动机的保护装置的检测线圈布置图，其中(1)～(24)分别代表电动机定子槽的序号。图3(a)是三相定子绕组展开图。电动机的极距是6，定子绕组共有12个线圈组，其中线圈组A1～A4属A相，线圈组B1～B4属B相，线圈组C1～C4属C相，每个线圈组由2个相邻线圈叠放组成，线圈节距为5，线圈组A1～A4、B1～B4、C1～C4的出线端分别为a11和a12、a21和a22、a31和a32、a41和b42、b11和b12、b21和b22、b31和b32、b41和b42、c11和c12、c21和c22、c31和c32、c41和c42，该电动机的并联支路数为1，线圈组A1～A4、B1～B4、C1～C4分别按电势相加的方向连接，即接线端a12与a22、a21与a31,a32与a42、b12与b22、b21与b31、b32与b42、c12与c22、c21与c31、c32与c42分别连接，接线端a11、b11、c11分别是三相定子绕组的头A、B、C，接线端a41、b41、c41分别是三相定子绕组的尾X、Y、Z。图3(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机定子绕组的线圈组A1、B1、C1嵌放3个检测线圈T1、T2、T3，检测线圈T1、T2、T3分别与定子绕组的线圈组A1、B1、C1同轴，此3个检测线圈互隔120°电角度，检测线圈节距为6，3个检测线圈匝数相等，从而由3个检测线圈T1、T2、T3的输出端t11和t12、t21和t22、t31和t32得到对应3相定子绕组的三个检测线圈的感应电压。若将3个检测线圈按星形连接，检测线圈的输出端t12、t22、t32相连接组成检测线圈组的星点o，并将此星点o引出作为检测线圈组的输出端o，检测线圈的输出端t11、t21、t31分别作为检测线圈组的另外3个输出端a、b、c，则由检测线圈组的输出端ao、bo、co得到对应三相定子绕组的三个检测线圈的感应电压，这样可使检测线圈与保护器的连线减少。图3(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机定子绕组的6个线圈组A1、B1、C1、A3、B3、C3嵌放6个检测线圈T4、T5、T6、T7、T8、T9，检测线圈T4、T5、T6、T7、T8、T9分别与定子绕组的线圈组A1、B1、C1、A3、B3、C3同轴，对应同相定子绕组的2个检测线圈T4和T7、T5和T8、T6和T9分别相隔180°机械角度，分别对应3相定子绕组的检测线圈T4、T6、T8之间和T5、T7、T9之间均互隔120°机械角度，检测线圈节距为6，6个检测线圈匝数相等，从而由6个检测线圈T4、T5、T6、T7、T8、T9的出线端t41和t42、t51和t52、t61和t62、t71和t72、t81和t82、t91和t92得到对应三相定子绕组的6个检测线圈的感应电压。若将对应同相的2个检测线圈T4和T7、T5和T8、T6和T9分别按感应电压相减的方向连接，即检测线圈的输出端t41和t71、t51和t81、t61和t91分别相连接得到检测线圈组的输出端a、b、c，再将检测线圈T4、T5、T6的输出端t42、t52、t62连在一起组成检测线圈组的星点o，并将此星点o引出作为检测线圈组的输出端o，检测线圈T7、T8、T9的输出端t72、t82、t92分别作为检测线圈组的输出端a’、b’、c’，则可由检测线圈组的输出端ao、bo、co得到对应三相定子绕组的3个检测线圈的感应电压，由检测线圈组的输出端a’o、b’o、c’o得到三个对应同相定子绕组的检测线圈感应电压的差值，这样，不仅使检测线圈与保护器的连线减少，而且由于已经得到三个对应同相定子绕组的检测线圈的感应电压的差值，使保护器中定转子不同心保护电路部分得以简化。
图4是一个根据本发明的用于6极、18槽双层绕组三相交流电动机的保护装置的检测线圈的布置图，其中(1)～(18)分别代表电动机定子槽的序号。图4(a)是三相定子绕组的展开图。电动机的极距是3，定子绕组共有18个线圈组，每个线圈组由单个线圈组成，线圈A1～A6属A相，线圈B1～B6属B相，线圈C1～C6属C相，线圈节距为3，线圈A1～A6、B1～B6、C1～C6的出线端分别为a11和a12,a21和a22,a31和a32、a41和a42、a51和52、a61和a62、b11和b12、b21和b22、b31和b32、b41和b42、b51和b52、b61和b62、c11和c12、c21和c22、c31和c32、c41和c42、c51和c52、c61和c62，该电动机的并联支路数为1，线圈A1～A6、B1～B6、C1～C6分别按电势相加的方向连接，即接线端a12与a22,a21与a31,a32与a42,a41与a51,a52与a62,b12与b22,b21与b31,b32与b42,b41与b51、b52与b62,c12与c22、c21与c31,c32与c42,c41与c51,c52与c62分别连接，接线端a11、b11、c11分别是三相定子绕组的头A、B、C，接线端a61、b61、c61分别是三相定子绕组的尾X、Y、Z。图4(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应定子绕组的线圈A1、B1、C1嵌放3个检测线圈T1、T2、T3，检测线圈T1、T2、T3分别与定子绕组的线圈A1、B1、C1嵌放在相同的槽中，此3个检测线圈互隔120°电角度，检测线圈节距为3,3个检测线圈匝数相等，从而由3个检测线圈T1、T2、T3的输出端t11和t12、t21和t22、t31和t32得到对应三相定子绕组的3个检测线圈的感应电压。若将3个检测线圈按星形连接，检测线圈的输出端t12、t22、t32相连接组成检测线圈组的星点o，并将此星点o引出作为检测线圈组的输出端o，检测线圈的输出端t11、t21、t31分别作为检测线圈组的另外3个输出端a、b、c，则由检测线圈组的输出端ao、bo、co得到对应三相定子绕组的三个检测线圈的感应电压，这样可使检测线圈与保护器的连线减少。图4(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机定子绕组的5个线圈A1、B1、C1、A3、A5嵌放5个检测线圈T4、T5、T6、T7、T8，检测线圈T4、T5、T6、T7、T8分别与定子绕组的5个线圈A1、B1、C1、A3、A5嵌放在相同的槽中，对应A相定子绕组的3个检测线圈T4、T7、T8彼此相隔120°机械角度，检测线圈节距为3，5个检测线圈匝数相等，从而由3个检测线圈T4、T5、T6的出线端t41和t42,t51和t52、t61和t62得到对应三相定子绕组的3个检测线圈的感应电压，由3个检测线圈T4、T7、T8的出线端t41和t42、t71和t72、t81和t82得到对应同相的定子绕组的三个检测线圈的感应电压。若将检测线圈T4、T5、T6的出线端t42、t52、t62接在一起得到检测线圈组的输出端o，将检测线圈T4、T7、T8的出线端t41、t71、t81接在一起得到检测线圈组的输出端a，检测线圈T5、T6、T7、T8的出线端t51、t61、t72、t82分别作为检测线圈组的输出端b、c、p、q，则可由检测线圈组的输出端ao、bo、co得到对应三相定子绕组的3个检测线圈的感应电压，由检测线圈组的输出端op、Pq、qo得到对应同相定子绕组的3个检测线圈的感应电压的彼此之间的差值。这样，不仅使检测线圈与保护器的连线减少，而且由于已经得到3个同相检测线圈的感应电压的差值，使保护器中定转子不同心保护电路部分得以简化。
图5是一个根据本发明的用于2极、16槽单层同心式绕组单相交流电动机的保护装置的检测线圈布置图，其中(1)～(16)分别代表电动机定子槽的序号。图5(a)是定子绕组展开图。电动机的极距是8，定子绕组共有4个线圈组，其中线圈组W1、W2组成运行绕组，线圈组W3、W4组成起动绕组，每个线圈组由2个同心放置的线圈组成，大线圈节距为7，小线圈节距为5，线圈组W1、W2、W3、W4的出线端分别为w11和w12、w21和w22,w31和w32、w41和w42，该电动机的并联支路数为1，线圈组W1和W2、W3和W4分别按电势相加的方向连接，即接线端w12和w22、w32和w42分别连接，接线端w11和w31分别是运行绕组和起动绕组的头A、B，接线端w21和w41分别是运行绕组和起动绕组的尾X、Y。图5(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机的定子绕组的线圈组W1、W3嵌放2个检测线圈T1、T2，检测线圈T1、T2分别与定子绕组的线圈组W1、W3同轴，此2个检测线圈互隔90°电角度，检测线圈节距为7，从而由2个检测线圈T1、T2的输出端t11和t12，t21和t22得到对应电动机的运行绕组和起动绕组的2个检测线圈的感应电压。若将2个检测线圈的输出端t12、t22相连接构成检测线圈组的输出端o，检测线圈的输出端t11、t21作为检测线圈组的输出端a、b，则由检测线圈组的输出端ao、bo得到对应运行绕组和起动绕组的2个检测线圈的感应电压，这样可使检测线圈与保护器的连接线少一根。图5(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机的定子绕组的线圈组W1、W2、W3、W4嵌放4个检测线圈T3、T4、T5、T6，检测线圈T3、T4、T5、T6分别与定子绕组的线圈组W1、W2、W3、W4同轴，对应运行绕组的2个检测线圈T3和T4相隔180°机械角度，对应于起动绕组的2个检测线圈T5和T6相隔180°机械角度，T3与T5、T5与T4、T4与T6、T6与T3分别相隔90°机械角度，检测线圈节距为3，检测线圈T3和T4的匝数相等，检测线圈T5和T6的匝数相等，从而由检测线圈T3、T4、T5、T6的输出端t31和t32、t41和t42、t51和t52、t61和t62得到对应运行绕组和起动绕组的4个检测线圈的感应电压。若将对应运行绕组的2个检测线圈T3、T4和对应起动绕组的2个检测线圈T5、T6分别按感应电压相减的方向连接，即检测线圈的输出端t31和t42、t51和t62分别连接，得到检测线圈组的输出端a,b，再将检测线圈T3、T5的输出端t32、t52连在一起组成检测线圈组的输出端o，检测线圈T4、T6的输出端t41、t61作为检测线圈组的输出端a’、b’，则由检测线圈组的输出端ao、bo得到对应运行绕组和起动绕组的2个检测线圈的感应电压，由检测线圈组的输出端a’o、b’o得到对应运行绕组的两个检测线圈的感应电压的差值和对应起动绕组的两个检测线圈的感应电压的差值。这样，不仅使检测线圈与保护器的连线减少，而且由于已经得到2个分别对应运行绕组和起动绕组的检测线圈的感应电压的差值，使保护器中定转子不同心保护电路部分得以简化。另外，对于此单相交流电动机，还可以仅设一个检测线圈，例如仅设图5(b)中的检测线圈T1或T2，相应保护器仅利用一个检测线圈的感应电压的变化对电动机进行保护。
图6是一个根据本发明的用于4极、16槽单相交流电动机的保护装置的检测线圈布置图，其中(1)～(16)分别代表电动机定子槽的序号。图6(a)是定子绕组展开图。电动机的极距是4，定子绕组共有8个线圈组，每个线圈组只有1个线圈，线圈W1～W4组成运行绕组，线圈W5～W8组成起动绕组，线圈节距为3，线圈W1～W8的出线端分别是w11、和w12、w21和w22、w31和w32、w41和w42、w51和w52、w61和w62、w71和w72、w81和w82，该电动机的并联支路数为1，线圈W1～W4和线圈w5～W8分别按电势相加的方向连接，即接线端w12和w22、w21和w31、w32和w42、w52和w62、w61和w71、w72和w82分别连接，接线端w11和w51分别是运行绕组和起动绕组的头A、B，接线端w41和w81分别是运行绕组和起动绕组的尾X、Y。图6(b)是不考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机的定子绕组线圈W1、W5嵌放2个检测线圈T1、T2，检测线圈T1、T2分别与定子绕组的线圈W1、W5嵌在相同的槽中，此2个检测线圈互隔90°电角度，检测线圈节距为3，从而由2个检测线圈T1、T2的输出端t11和t12、t21和t22得到对应电动机运行绕组和起动绕组的2个检测线圈的感应电压。若将2个检测线圈的输出端t12、t22相连接构成检测线圈组的输出端o，检测线圈的输出端t11、t21作为检测线圈组的输出端a、b，则由检测线圈组的输出端ao、bo得到对应运行绕组和起动绕组的2个检测线圈的感应电压，这样可使检测线圈与保护器的连接线少一根。图6(c)是考虑定转子不同心保护时检测线圈展开图，对应电动机的定子绕组的线圈W1～W5嵌放5个检测线圈T3～T7，检测线圈T3～T7分别与定子绕组的线圈W1～W5嵌放在相同的槽中。对应运行绕组的4个检测线圈T1～T4在定子圆周上均匀分布，检测线圈节距为3，检测线圈T3～T6匝数相等，从而由检测线圈T3～T6的输出端t31和t32、t41和t42、t51和t52、t61和t62得到对应运行绕组的4个检测线圈的感应电压；由检测线圈T7的输出端t71和t72得到对应起动绕组的检测线圈的感应电压。若将对应运行绕组的4个检测线圈分为2组，使检测线圈T3和T5、T4和T6分别按感应电压相减的方向连接，即检测线圈的输出端t31和t51、t41和t61分别连接，将检测线圈输出端t31和t51的接点引出作为检测线圈组的输出端a，将检测线圈T34的输出端t32、t42连在一起组成检测线圈组的输出端o，检测线圈T5、T6的输出端t52、t62作为检测线圈组的输出端a’、a”，再将对应起动绕组的检测线圈T7的输出端t72接在检测线圈组的输出端o上，检测线圈T7的输出t71引出作为检测线圈组的输出端b，则由检测线圈组的输出端ao、bo得到对应运行绕组和起动绕组的2个检测线圈的感应电压，由检测线圈组的输出端a’o、a”o得到在定子圆周上垂直分布的两对检测线圈的感应电压的差值。这样，不仅使检测线圈与保护器的连线减少，而且由于已经得到在定子圆周上垂直分布的两对检测线圈的感应电压的差值，使保护器中定转子不同心保护电路部分得以简化。另外，对于此单相交流电动机，还可以仅设一个检测线圈，例如仅设图6(b)中的检测线圈T1或T2，相应保护器仅利用一个检测线圈的感应电压的变化对电动机进行保护。
图7是一个根据本发明的用于凸极式交流电动机的保护装置的检测线圈的安装示意图，在定子铁芯8的凸极上嵌有主绕组9，检测线圈2与主绕组9固定在一起。
图8示出了本发明的用于三相交流电动机的保护装置的缺相保护电路原理框图。缺相保护电路10由差值检测电路16、缺相电压设定电路17、比较电路18组成。三相交流电动机缺相故障主要有3种情况星形接法断一相电源或绕组、角形接法断一相电源、角形接法断一相绕组。无论发生哪一种形式的缺相故障，由于电源的对称性或绕组的对称性遭到破坏，均使旋转磁场变成非圆形磁场。而三组检测线圈的感应电压能反映出磁场的这一变化，属于同组的检测线圈的感应电压相互之间基本相等，而三组检测线圈的感应电压彼此之间不再平衡。在图8中，将三组检测线圈2的感应电压输入差值检测电路16，得到三个三组检测线圈的感应电压彼此之间的差值，再由比较电路18将三个差值与缺相电压设定电路17设定电压值比较，只要有一个差值达到规定值，比较电路18就向保护信号处理电路4送出保护信号。
图9示出了本发明的交流电动机保护装置的过载、欠压、缺相保护电路原理框图。过载、欠压、缺相保护电路11由过载电压设定电路19、比较电路20、停机与送电判断电路21、电子开关22组成。在电源电压一定的条件下，随着负载增大，交流电动机定子电流增大，定子漏阻抗压降随之增大，相应使定子反电势减小，与反电势相对应的气隙磁通也减小，于是检测线圈的感应电压也随之下降。在图9中，将检测线圈2的感应电压输入比较电路20，与来自过载电压设定电路19的设定电压值比较，当检测线圈2的感应电压降到规定值时，比较电路20向保护信号处理电路4送出保护信号。保护信号向保护信号处理电路4传送要经过一个电子开关22，电子开关22受停机与送电判断电路21控制。在电动机断电时，检测线圈的感应电压为零，从感应电压上反映出的是比电动机堵转还严重的过载信号，由停机与送电判断电路21对检测线圈2的感应电压进行监视，在感应电压为零时，打开电子开关22，保证保护器在电动机断电时不误动作。
过载保护电路同时也起到了欠压保护的作用。随着电源电压降低，旋转磁场减弱，在负载较大时，电动机定子电流增大，这样由于电源电压降低和定子漏阻抗压降增大的共用作用，使旋转磁场的磁感应强度很快下降，从而使保护电路动作。在负载较小时，定子电流随电源电压降低而减小，保护器动作时的电源电压相对低些，这是合理的。
考虑到电源电压有一定波动，过载保护电路中用于对检测线圈感应电压进行监视的过载电压设定电路应能反映电源电压的变化，这样可使过载保护电路能更准确地监视负载的变化，而受电源电压波动的影响减弱。对于欠压保护，负载较大时，随着电压降低，定子电流增大，这时由于电源电压降低和定子漏阻抗压降增大两个因素共同作用，检测线圈的感应电压下降的速度较电源电压下降速度快，使保护器动作。实际上，过载和较大负载欠压运行均引起定子电流增大，保护应依据电流增大使定子漏阻抗压降增大进行，应排除电压波动的影响。在较小负载欠压运行时，电流很小，电源电压较低不会造成电动机损坏。
过载保护电路也可起到缺相保护的作用。当三相交流电动机发生缺相时，电动机内部各处气隙磁通不同程度地减小，试验表明，即使在空载情况下，无论发生哪种形式的缺相故障，3组检测线圈的感应电压中至少有一组感应电压低于电动机正常工作时满载时的检测线圈的感应电压。这样由比较电路20对来自检测线圈2的3组感应电压的降低予以分别监视，就能实现缺相保护。对于单相交流电动机，如果运行回路或起动回路出现一处断路故障，这种情况与三相交流电动机缺相故障类似，也可以通过对2组检测线圈的感应电压的降低进行监视实现保护，只是对应2组检测线圈的感应电压值需分别用2个设定电压作为比较基准。
图10示出了本发明的交流电动机保护装置的过压保护原理框图。过压保护电路12由过压电压设定电路23、比较电路24组成。过压的主要危害是引起铁芯过饱和，造成励磁电流增大，铁芯发热。而随着负载增加，由于定子漏阻抗压降增大，缺芯饱和程度有所下降，所以，过电压保护应以磁场的强弱为标准，将检测线圈的感应电压与一不随电源电压变化的设定值比较，当铁芯达到一定饱和程度时，就予以保护。这样，在电动机负载较大时，允许电源电压高些，这时电压的升高补偿了定子漏阻抗压降的影响，磁场比电压正常时有所增强，不会对电动机造成危害。在图10中，将检测线圈2的感应电压输入比较电路24，与来自过压电压设定电路23的设定电压值比较，当检测线圈2的感应电压超过规定值时，比较电路24向保护信号处理电路4送出保护信号。
图11示出了本发明的交流电动机保护装置的定转子不同心保护电路原理框图。定转子不同心保护电路13由差值检测电路25、定转子不同心保护电压设定电路26、比较电路27组成。由于在电动机运行中电动机的轴承损坏、轴颈磨损、端盖轴承室磨损、端盖止口磨损，或由于电动机制造、安装、调整等方面的原因，电动机会出现定转子不同心问题，严重时会发生扫膛，损坏铁芯和绕组。定转子同心时，由于电动机结构上的对称性，属于同一组的各检测线圈的感应电压彼此大小相等，相位一致。即使三相电压不对称，使3组检测线圈的感应电压彼此不相等，但同组的各检测线圈的感应电压彼此还是相等的。若由于某种原因导致定转子不同心，则气隙不再均匀，这时由于气隙磁阻的影响，属于同组的各检测线圈的感应电压彼此不再相等，其差值随各检测线圈对应位置气隙长度差别的增大而增大，尤其当同组各检测线圈对应的定子绕组的极相组是串联时，这种感应电压的差值最明显。对此差值进行检测，就可实现定转子不同心保护。在图11中，将检测线圈2的感应电压送到差值检测电路25，将检测的差值送至比较电路27，与定转子不同心保护电压设定电路26的设定电压值比较，当差值检测电路25检测的差值达到规定值时，比较电路27向保护信号处理电路4送出保护信号。若同组检测线圈感应电压的差值能由检测线圈部分得到，则差值检测电路25可省去。
图12示出了本发明的交流电动机保护装置的转向保护电路原理框图。转向保护电路14由一个相序判断逻辑电路28组成。电动机的转向改变，则各组检测线圈的感应电压的相序也改变。对检测线圈的感应电压的相序进行判断，即可进行转向保护。在图12中，检测线圈2接于相序判断逻辑电路28，当检测线圈2的感应电压的相序发生变化时，相序判断逻辑电路28向保护信号处理电路4发出保护信号。
图13示出了在交流电动机定子槽中嵌设检测线圈，在所述的交流电动机的定子绕组中埋设热敏电阻以实现多种保护功能的保护装置原理框图。在交流电动机1的定子槽中嵌设检测线圈2，检测线圈2的感应电压分别送至过载、欠压、缺相保护电路11、缺相保护电路10、定转子不同心保护电路13、转向保护电路14，在电动机1的定子绕组中埋设热敏电阻29，将其接至热敏电阻保护电路15，各保护电路发出的保护信号通过保护信号处理电路4控制开关装置6切断电动机1的电源，或启动报警装置7，并可由故障显示电路5显示相应故障。检测线圈和热敏电阻结合使用，可使过载保护分段进行，严重过载、堵转故障可利用检测线圈的输出信号来保护，采用定延时动作方式；不严重过载故障可利用热敏电阻的阻值变化来保护。这样既弥补了利用热敏电阻的保护方法对温度上升较快故障如堵转反应滞后，不能及时动作的问题，又使利用检测线圈的保护方法用于过载保护时设定非常方便、直观。两种方法结合使用，可以使电动机的保护达到如下效果1．当电动机出现缺相、严重过载、堵转、定转子不同心达到一定程度，或出现不允许的电动机反转时，利用检测线圈的输出信号予以保护，可在很短的时间内切断电源，以保护电动机或其他设备。当然也可以在轻载缺相时或在定转子不同心达到一定程度时予以报警，以便尽快采取措施。
2．当电动机由于不严重过载，通风散热不良、环境温度过高、过压、欠压等原因而过热时，利用热敏电阻的阻值变化予以保护。
3．将此两种方法结合使用，设定非常方便。热敏电阻保护、转向保护不需设定。对于缺相保护，仅需在电动机空载或轻载时调节缺相保护电压设定电路，使保护器在人为造成缺相故障时动作，没有缺相故障时不动作即可。严重过载、堵转保护的设定也非常方便，仅需在负载正常时调整过载电压设定电路找到保护器动作时对应的位置，将其向不动作的方向调整一些即可。因同时利用热敏电阻实施保护，所以对此设定不要求准确，只要保证发生堵转时保护器能可靠动作即可。对于定转子不同心故障，可在确认轴承、轴颈、轴承室等影响定转子不同心程度的各部件均正常的情况下，调整定转子不同心保护电压设定电路找到保护器刚好动作的位置，再将其向不动作方向调整一些即可。当然，电动机从定转子同心到由于某种原因使之有扫膛危险，这之间有较大的范围，若测出不同心达到某个程度时对应的感应电压的差值，据此设定定转子不同心保护电压设定电路，则效果更佳；若在电动机的技术数据中对应各种规格的电动机给出此值，则是最理想的办法。
图14是一种本发明的用于三相交流电动机过载、缺相、定转子不同心、绕组过热保护的保护线路图，其由图14(a)和图14(b)2张图组成。此保护器基本与图13所示交流电动机保护装置的原理框图中的保护器相一致，区别是此保护器中没有转向保护电路。在图14所示的保护器中有5个光电耦合器，由于光电耦合器的输入端和输出端在电路的不同位置，不便画在一起，所以对属于同一光电耦合器的输入端和输出端使用了相同的附图标记，并将光电耦合器的输入端和输出端均用虚线框标出。另外，在图14中附图标记相同的端点是连接在一起的。本发明的保护器还包括维持各种故障发生后显示相应故障的发光二极管继续发光的电路(未示出)。
在图14(a)中包括一个电源电路30。电源变压器37将保护器所接交流电源的电压降压后送桥式整流电路38整流，桥式整流电路38的负输出端接保护器的地，桥式整流电路38的正输出端即是未稳压直流电源端39。滤波电容C1接于未稳压直流电源端39与保护器的地之间。未稳压直流电源端39接三端稳压集成电路40的输入端，三端稳压集成电路40的接地端接保护器的地，三端稳压集成电路40的输出端即是稳定直流电源端41，滤波电容C2接于稳定直流电源端41与保护器的地之间。
在图14(b)中包括一个过载、欠压、缺相保护电路11。嵌设于三相交流电动机的定子槽中的对应三相定子绕组的3个检测线圈的输出端a、b、c分别接于过载、欠压、缺相保护电路11的3个输入端42、43、44，检测线圈的星点o接于保护器的地。对应电动机定子A相绕组的检测线圈的感应电压由过载、欠压、缺相保护电路11的输入端42输入比较电路45，此感应电压在比较电路45中首先由二极管D1整流、电容C3滤波，二极管D1的阳极接输入端42，电容C3接在二极管D1的阴极与地之间。电阻R1与电容C3并联，用来作为电容C3的放电回路。在比较电路45中包括一个具有正向输入端46、反向输入端47、输出端48的运算放大器A1’，二极管D1的阴极和运算放大器A1’的反向输入端47之间通过电阻R2连接。运算放大器A1’的正向输入端46和输出端48之间接正反馈电阻R3。在过载、欠压、缺相保护电路11中还包括一个过载电压设定电位器RV1，电位器RV1的一个固定端接未稳压直流电源端39，另一固定端接地，电位器RV1的滑动端为过载设定电压端50。在比较电路45中有一电阻R4，它的一端接运算放大器A1’的正向输入端46，另一端接过载设定电压端50。这样由运算放电器A1’对来自检测线圈的经过整流滤波的电压与来自过载设定电压端50的能反映电源电压变化的电压进行比较，当检测线圈的感应电压降低到一定程度时，运算放大器A1’的输出端48变成高电位。运算放大器A1’的输出端48也就是比较电路45的输出端49。在过载、欠压、缺相保护电路11中，对应三相交流电动机的B相和C相还各有一个与比较电路45完全一样的比较电路51、52，此2个比较电路用于监视对应电动机B相和C相的检测线圈的感应电压的变化，当检测线圈的感应电压降低到一定程度，由此2个比较电路的输出端53、54输出相应的高电位信号。3个比较电路45、51、52的输出端49、53、54分别接3个二极管D2、D3、D4的阳极，二极管D2、D3、D4的阴极接到光电耦合器U1的输出端的正极，光电耦合器U1的输出端的负极接可调电阻RV2，可调电阻RV2的另一端通过电容C4接地。在过载、欠压、缺相保护电路11中还包括一个具有正向输入端55、反向输入端56、输出端57的运算放大器A4’，可调电阻RV2和电容C4的接点通过电阻R5与运算放大器A4’的正向输入端55连接。在过载、欠压、缺相保护电路11中还包括一个由电阻R7、R8组成的串联电路，该串联电路接于稳定直流电源端41与地之间，电阻R7、R8的接点通过电阻R6接运算放大器A4’的反向输入端56。运算放大器A4’的正向输入端55与输出端57之间接反馈电阻R9。可调电阻RV2、电容C4、运算放大器A4’组成一个延时电路，通过光电耦合器U1的输出端的过载信号经延时电路延时后由运算放大器A4’的输出端57输出。在运算放大器A4’的输出端57与地之间接有一个由电阻R10、光电耦合器U2的输入端、发光二极管LED1组成的串联电路，通过光电耦合器U2将过载信号传送到保护信号处理电路4，并由发光二极管LED1显示出现过载故障。
电动机停机与送电判断是通过对与电动机的三相定子绕组相对应的三个检测线圈的感应电压的监视实现的。在保护器中包括一个对三个检测线圈的感应电压取最大值的电路32，3个二极管D5、D6、D7的阴极分别接过载、欠压、缺相保护电路11的3个输入端42、43、44，3个二极管D5、D6、D7的阳极接在一起，并通过电容C5接地，这样在二极管D5、D6、D7的阳极接点得到反映3个检测线圈感应电压的最大值的极性为负的电压，这个接点即是感应电压最大值端58。在过载、欠压、缺相保护电路11中包括一个具有正向输入端59、反向输入端60、输出端61的运算放大器A5’，还包括2个串联电路，电阻R11、R10串联接于稳定直流电源端41与感应电压最大值端58之间，电阻R11、R12串联接于稳定直流电源端41与地之间。电阻R9、R10的接点通过电阻R13接运算放大器A5’的反向输入端60，电阻R11、R12的接点通过电阻R14接于运算放大器A5’的正向输入端59。在运算放大器A5’的正向输入端59与输出端61之间接反馈电阻R15。通过对R9～R12的合理选择，就可以实现在电动机送电时，只要有一相绕组通电，运算放大器A5’的输出端61就呈高电位，而在电动机断电时，运算放大器A5’的输出端61呈低电位。在稳定直流电源端41与运算放大器A5’的输出端61之间接有电阻R16和发光二极管LED2的串联电路，在运算放大器A5’的输出端61与地之间接有电阻R17、光电耦合器U1的输入端和发光二极管LED3的串联电路。在电动机通电时，运算放大器A5’的输出端61呈高电位，光电耦合器U1的输入端通电，则光电耦合器U1的输出端导通，使过载信号能通过光电耦合器U1的输出端进入延时电路，并且发光二极管LED3发光，显示电动机已送电，而此时LED2不亮。在电动机断电时，运算放大器A5’的输出端61呈低电位，发光二极管LED2发光，显示电动机处于断电状态，此时发光二极管LED3不亮，而且光电耦合器U1的输出端不通，使保护器不误动作。
在图14(b)中还包括一个缺相保护电路10，由过载、欠压、缺相保护电路11的输入端42引来的，对应电动机定子A相绕组的检测线圈的感应电压输入缺相监视电路62，此感应电压在缺相监视电路62中首先经二极管D8整流，电容C6滤波。二极管D8的阳极接过载、欠压、缺相保护电路11的输入端42、二极管D8的阴极63与地之间接滤波电容C6。在缺相监视电路62中包括一个具有正向输入端64，反向输入端65，输出端66的运算放大器A6’，在二极管D8的阴极63与感应电压最大值端58之间接一电阻R18、R19的串联电路，电阻R18和R19的接点通过电阻R20接运算放大器A6’的反向输入端65。运算放大器A6’的正向输入端64与输出端66之间接反馈电阻R21。在缺相保护电路10中还包括一个缺相电压设定电位器RV3，电位器RV3一固定端接未稳压电源端39，另一固定端接保护器的地，电位器RV3的滑动端为缺相设定电压端67。在缺相监视电路62中有一个电阻R22，它的一端接运算放大器A6’的正向输入端64，另一端接缺相设定电压端67。感应电压最大值端58的电压反映的是3个检测线圈的感应电压的最大值，二极管D8的阴极63的电压反映的是对应电动机A相绕组的检测线圈的感应电压值。在没有缺相故障时，三个检测线圈的感应电压基本相等，则感应电压最大值端58的负电压与二极管D8的阴极63的正电压的幅值基本相等。若出现缺相故障，则三个检测线圈的感应电压彼此不再相等。若对应电动机A相绕组的检测线圈的感应电压是最小的电压，则二极管D8的阴极63的正电压的幅值小于感应电压最大值端58的负电压的幅值，相应电阻R18和R19的接点的电压较无缺相故障时降低，由运算放大器A6’对电阻R18和R19的接点的电压的降低进行监视，就可进行缺相保护。在缺相保护电路10中，对应三相交流电动机B相和C相还各有一个与缺相监视电路62完全一样的缺相监视电路68、69,3个缺相监视电路共同对三个检测线圈的感应电压的不平衡进行监视，当发生缺相故障时，无论哪个检测线圈的感应电压最小，都有相应的电路作出相应的反应。3个缺相监视电路62、68、69的输出端70、71、72分别接3个二极管D9、D10、D11的阳极，二极管D9、D10、D11的阴极接在一起并通过电阻R23，光电耦合器U3的输入端，发光二极管LED4的串联电路接地。无论哪个缺相监视电路发出高电位信号，均可通过光电耦合器U3将保护信号送保护信号处理电路4，并由发光二极管LED4显示出现缺相故障。
在图14(a)中包括一个定转子不同心保护电路13，将3个同相检测线圈感应电压的差值分别送入定转子不同心保护电路的三对输入端73和74，75和76、77和78。某个差值由定转子不同心保护电路的输入端73、74送入差分放大电路79，差分放大电路79中包括一个具有正向输入端80、反向输入端81、输出端82的运算放大器A9’，定转子不同心保护电路输入端73通过电阻R24接运算放大器A9’的反向输入端81，定转子不同心保护电路输入端74通过电阻R25接运算放大器A9’的正向输入端80，运算放大器A9’的反向输入端81与输出端82之间接电阻R27，运算放大器A9’的正向输入端80与地之间接电阻R26。同相检测线圈的感应电压的差值经差分放大电路79放大后由运算放大器A9’的输出端82得到经放大的差值。运算放大器A9’的输出端82就是差分放大电路79的输出端83。在定转子不同心保护电路13中，还包括2个与差分放大电路79完全一样的差分放大电路84、85,3个差分放大电路的输出端83、86、87分别接3个二极管D12、D13、D14的阳极，二极管D12、D13、D14的阴极经滤波电容C7接地，在滤波电容C7上并联电阻R28作为滤波电容C7的放电回路。在定转子不同心保护电路13中还包括1个具有正向输入端88、反向输入端89、输出端90的运算放大器A12’，二极管D12、D13、D14的阴极通过电阻R29接运算放大器A12’的正向输入端88，运算放大器A12’的正向输入端88与输出端90之间接反馈电阻R30。在定转子不同心保护电路13中还包括一个定转子不同心电压设定电位器RV4，电位器RV4一固定端接未稳压电源端39，另一固定端接地，电位器RV4的滑动端为定转子不同心电压设定端91，定转子不同心电压设定端91与运算放大器A12’的反向输入端89之间接一电阻R31。3个经差分放大电路79、84、85放大的感应电压差值经二极管D12、D13、D14整流并取最大值，再经电容C7滤波后，与定转子不同心电压设定端91的电压比较，当同组检测线圈感应电压差值增大到一定程度时，运算放大器A12’的输出端90变成高电位。运算放大器A12’的输出端90与地之间接有电阻R32、光电耦合器U4的输入端和发光二极管LED5组成的串联电路，当运算放大器A12’的输出端90呈高电位时，由光电耦合器U4将保护信号送保护信号处理电路4，并由发光二极管LED5显示出现定转子不同心故障。
在图14(a)中还包括一个热敏电阻保护电路15。该电路15中包括一个具有正向输入端92、反向输入端93、输出端94的运算放大器A13’，该电路15中，电阻R33，嵌设在电动机定子绕组中的热敏电阻R34组成一个串联电路，电阻R35、R36组成一个串联电路。2个串联电路均接于稳定直流电源端41和地之间。电阻R33和热敏电阻R34的接点通过电阻R38接运算放大器A13’的正向输入端92，电阻R35和R36的接点通过电阻R37接运算放大器A13’的反向输入端93。在运算放大器A13’的正向输入端92和输出端94之间接反馈电阻R39，运算放大器A13’的输出端94与地之间接电阻R40、光电耦合器U5的输入端、发光二极管LED6组成的串联电路，当电动机绕组温度达到规定温度时，热敏电阻R34电阻上升，运算放大器A13’的输出端94呈高电位，由光电耦合器U5将保护信号送保护信号处理电路4，并由发光二极管LED6显示出现过热故障。
在图14(a)中还包括一个保护信号处理电路4，在该电路4中，光电耦合器U2、U3、U4、U5的输出端并联，正极接稳定直流电压端41，负极通过电阻R41与电容C8的串联电路接地。电阻R41与电容C8的接点通过电阻R42接三极管Q1的基极，三极管Q1是NPN型，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与稳定直流电源端41之间接继电器线圈J，二极管D16与继电器J并联，二极管D16的阳极接三极管Q1集电极，当过载、缺相、定转子不同心、绕组过热故障出现时，通过光电耦合器U2、U3、U4、U5的输入端得电而使相应的输出端导通，无论哪个光电耦合器的输出端导通均导致三极管Q1导通，使继电器J得电动作，由继电器J向电动机的控制回路发出保护信号。
图15是本发明的交流电动机保护装置用于单相交流电动机的堵转保护的线路图。单相交流电动机的起动转距小，绕组烧坏多数是由于电动机不能起动造成。现在越来越多的单相交流电动机由电子控制电路控制。在单相交流电动机中嵌设一个检测线圈，在电子控制电路中增加图15所示电路，就可实现单相交流电动机的堵转保护。在图15中，嵌放在单相交流电动机中的检测线圈2的一端接二极管D17的阳极，另一端接电子控制电路的地。电容C9接在二极管D17的阴极和地之间，电阻R43并联在电容C9的两端作为电容C9的放电回路。在图15中还包括一个具有正向输入端95、反向输入端96、输出端97的运算放大器A14’，二极管D17的阴极通过电阻R44接运算放大器A14’的反向输入端96，运算放大器A14’的正向输入端95与输出端97之间接反馈电阻R46。在图15中还包括一个电压设定电位器RV5，设定电位器RV5一固定端接电子控制电路的电源Vcc，另一固定端接地，电压设定电位器RV5的滑动端即是设定电压端98。运算放大器A14’的正向输入端95与设定电压端98之间接电阻R45。当检测线圈的感应电压降低到一定程度时，运算放大器A14’的输出端97变成高电位。运算放大器A14’的输出端97接光电耦合器U6的输出端的正极，光电耦合器U6的输出端的负极通过由可调电阻RV6和电容C10组成的串联电路接地。在图15中还包括一个具有正向输入端99、反向输入端100、输出端101的运算放大器A15’，可调电阻RV6和电容C10的接点通过电阻R47接运算放大器A15’的正向输入端99，在电源Vcc与地之间接有一个由电阻R49和R50组成的串联电路，电阻R49和R50的接点通过电阻R48接运算放大器A15’的反向输入端100，运算放大器A15’的正向输入端99与输出端101之间接反馈电阻R51。可调电阻RV6、电容C10、运算放大器A15’组成了一个延时电路，调整可调电阻RV6的阻值即可调整延时的时间。来自运算放大器A14’的输出端97的保护信号经过延时电路延时后，由运算放大器A15’的输出端101送出作为控制信号使电动机断电。光电耦合器U6的输入端可由电子控制电路中的电动机运行控制信号控制，使光电耦合器U6的输入端在电子控制电路接通电动机电源的同时得电，使光电耦合器U6的输出端导通。当停止向电动机供电时，也使光电耦合器U6的输出端断开。
本发明的交流电动机保护装置的检测线圈的布置方式不局限于前述的数种，对于定子绕组有并联支路的电动机，可在电动机中嵌设更多的检测线圈以便发现支路断路故障；本发明的交流电动机的保护装置的保护器也不局限于前述的形式，在交流电动机的控制装置中增加利用检测线圈的感应电压对交流电动机进行保护的电路，也可产生同样的效果。只要是利用嵌设在交流电动机定子槽中的检测线圈检测旋转磁场的状况，利用电子装置对检测线圈的感应电压进行监视，从而实现对交流电动机的保护，均属本发明的保护范围。
此外，本发明的交流电动机保护装置是利用嵌放在交流电动机定子槽中的检测线圈检测旋转磁场的变化，如果利用其它办法检测旋转磁场的变化，例如可将磁敏元件安放在电动机的内部检测旋转磁场的变化，只要是通过对旋转磁场的监视实现对交流电动机的保护，均属本发明的保护范围。
1．利用检测线圈的输出信号对三相交流电动机的缺相故障进行保护是基于出现缺相故障时旋转磁场变成非圆形磁场这一规律，这种方法对各种形式的缺相故障，无论出现故障时负载大小、均可实现可靠的保护。
2．利用检测线圈的输出信号可以监视电动机定转子不同心的程度，在定转子不同心达到一定程度或定转子不同心程度显著增加时，报警或断电。这无疑将使电动机运行的安全性增加，使电动机的维护工作有很大改观。
3．单相交流电动机的起动转矩较小，绕组烧坏多数是由于电动机不能起动而造成。利用检测线圈的输出信号可以对单相交流电动机的堵转故障予以可靠保护，使单相交流电动机的绕组烧坏现象显著减少。
4．将检测线圈与热敏电阻结合使用，可以实现在电动机出现堵转、过载、过压、欠压、缺相、定转子不同心等情况时，或出现不允许的反转时，或由于各种原因引起电动机绕组过热时，予以保护，并且保护方法合理，调整方便。
5．采用在电动机定子槽中嵌设检测线圈的方法检测旋转磁场的磁感应强度，得到的信号较强，检测线圈仅需很少几匝，对于较大电机，仅需1匝。将检测线圈嵌放在定子槽中紧靠槽楔下面，非常方便。对特定电动机来说，几个检测线圈节距、匝数均相等，工艺性好，且接线简单。
6．若将保护器设计成能适合各种极数的电动机，选定检测线圈节距和匝数时使感应电压值处于合适范围，则可以做到保护器对不同极数、容量的电动机通用。
7．与现在通用的检测电流的保护方法相比，保护功能更加完善。由于无需电流互感器，体积有所减小。由于检测线圈的感应电压没有冲击值，对保护器来说工作条件大为改善，保护器的故障率会显著下降。
8．保护器的电子电路较适合做成一个专用集成电路，这样可以进一步缩小体积，降低成本，便于将保护器装于电动机的接线盒中。因处理的信息较多，适合于做成带微处理器的保护器，进而联网组成电动机的状态监视系统，实现电动机的集中监视，使电动机的保护更加完善。
权利要求
1．一种交流电动机保护装置，其特征是该保护装置包括嵌放于电动机(1)定子槽中的检测线圈(2)和与检测线圈(2)相连接的保护器(3)，利用每个检测线圈的感应电压与相应位置旋转磁场的磁感应强度的对应关系，由保护器(3)对电动机(1)的旋转磁场的变化进行监视，当旋转磁场出现异常时，由保护器(3)发出相应的保护信号。
2．根据权利要求1所述的保护装置，其特征是所述检测线圈分为3组，同组检测线圈处于相同的电角度，三组检测线圈之间互隔120°电角度，所述各检测线圈匝数相等。
3．根据权利要求2所述的保护装置，其特征是所述3组检测线圈每组包括1个检测线圈。
4．根据权利要求3所述的保护装置，其特征是所述3组检测线圈分别对应所述电动机的三相绕组，所述检测线圈的中心线与所述电动机的定子绕组的极相组的中心线重合。
5．根据权利要求4所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的节距接近所述电动机的极距。
6．根据权利要求2所述的保护装置，其特征是所述3组检测线圈每组包括2个检测线圈，属于同组的2个检测线圈互隔180°机械角度，所述3组检测线圈之间互隔120°机械角度。
7．根据权利要求6所述的保护装置，其特征是所述3组检测线圈分别对应所述电动机的三相绕组，所述检测线圈的中心线与所述电动机定子绕组的极相组的中心线重合。
8．根据权利要求7所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的节距接近所述电动机的极距。
9．根据权利要求7所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的节距接近所述电动机极距的一半。
10．根据权利要求2所述的保护装置，其特征是所述三组检测线圈中的一组包括3个检测线圈，属于同组的3个检测线圈之间互隔120°机械角度，另外两组检测线圈每组包括一个检测线圈。
11．根据权利要求10所述的保护装置，其特征是所述3组检测线圈分别对应所述电动机的三相绕组，所述检测线圈的中心线与所述电动机定子绕组的极相组的中心线重合。
12．根据权利要求11所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的节距接近所述电动机的极距。
13．根据权利要求1所述的保护装置，其特征是所述检测线圈分为2组，同组检测线圈处于相同的电角度，2组检测线圈之间互隔90°电角度，属于同组的检测线圈具有相同的匝数。
14．根据权利要求13所述的保护装置，其特征是所述检测线圈每组包括1个检测线圈。
15．根据权利要求14所述的保护装置，其特征是所述2组检测线圈分别对应所述电动机的运行绕组和起动绕组，所述检测线圈的中心线与所述电动机定子绕组的极相组的中心线重合。
16．根据权利要求15所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的节距接近所述电动机的极距。
17．根据权利要求13所述的保护装置，其特征是所述检测线圈每组包括2个检测线圈，属于同组的2个检测线圈互隔180°机械角度，所述2组检测线圈之间互隔90°机械角度。
18．根据权利要求17所述的保护装置，其特征是所述2组检测线圈分别对应所述电动机的运行绕组和起动绕组，所述检测线圈的中心线与所述电动机定子绕组的极相组的中心线重合。
19．根据权利要求18所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的节距接近所述电动机的极距。
20．根据权利要求18所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的节距接近所述电动机极距的一半。
21．根据权利要求13所述的保护装置，其特征是所述2组检测线圈中的1组检测线圈包括4个检测线圈，所述4个检测线圈在定子圆周上均匀分布，另1组所述检测线圈包括1个检测线圈。
22．根据权利要求21所述的保护装置，其特征是所述2组检测线圈分别对应所述电动机的运行绕组和起动绕组，所述检测线圈的中心线与所述电动机定子绕组的极相组的中心线重合，所述检测线圈的节距接近所述电动机的极距。
23．根据权利要求1所述的保护装置，其特征是所述检测线圈是一个检测线圈。
24．根据权利要求23所述的保护装置，其特征是所述检测线圈的中心线与所述电动机定子绕组的一个极相组的中心线重合，所述检测线圈的节距接近所述电动机的极距。
、25．根据权利要求1-12中任意一个权利要求所述的保护装置，其特征是所述保护器包括一个缺相保护电路，当所保护的电动机处于缺相状态时，旋转磁场将成为非圆形磁场，所述三组检测线圈的感应电压不再平衡，所述缺相保护电路对三组检测线圈的感应电压的不平衡程度进行监视，从而实现缺相保护。
26．根据权利要求1-24中任意一个权利要求所述的保护装置，其特征是所述保护器包括一个过载、欠压、缺相保护电路，在所保护的电动机处于过载、欠压、缺相状态时，旋转磁场的磁感应强度减弱，所述检测线圈的感应电压减小，由所述过载、欠压、缺相保护电路对检测线圈的感应电压的减小的程度进行监视，从而实现过载、欠压、缺相保护。
27．根据权利要求25所述的保护装置，其特征是所述保护器还包括一个过载、欠压、缺相保护电路，在所保护的电动机处于过载、欠压、缺相状态时，旋转磁场的磁感应强度减弱，所述检测线圈的感应电压减小，由所述过载、欠压、缺相保护电路对检测线圈的感应电压减小的程度进行监视，从而实现过载、欠压、缺相保护。
28．根据权利要求1-24中任意一个权利要求所述的保护装置，其特征是所述的保护器包括一个过压保护电路，在向所保护的电动机供电的电源的电压升高时，所保护的电动机的旋转磁场的磁感应强度增加，所述的检测线圈的感应电压也随之升高，由所述的过压保护电路对所述检测线圈的感应电压的升高的程度进行监视，从而实现过压保护。
29．根据权利要求6-9、17-20中任意一个权利要求所述的保护装置，其特征是所述保护器包括一个定转子不同心保护电路，当所述电动机的定子与转子不同心时，属于同组的所述两个检测线圈的感应电压不再相等，由所述定转子不同心保护电路分别对每组的所述两个检测线圈的感应电压的差值进行监视，从而实现定转子不同心保护。
30．根据权利要求29所述的保护装置，其特征是所述保护器还包括一个缺相保护电路，当所保护的电动机处于缺相状态时，旋转磁场将成为非圆形磁场，所述三组检测线圈的感应电压不再平衡，所述缺相保护电路对三组检测线圈的感应电压的不平衡程度进行监视，从而实现缺相保护。
31．根据权利要求30所述的保护装置，其特征是所述保护器还包括一个过载、欠压、缺相保护电路，在所保护的电动机处于过载、欠压、缺相状态时，旋转磁场的磁感应强度减弱，所述检测线圈的感应电压减小，由所述过载、欠压、缺相保护电路对检测线圈的感应电压减小的程度进行监视，从而实现过载、欠压、缺相保护。
32．根据权利要求10-12中任意一个权利要求所述的保护装置，其特征是所述保护器包括一个定转子不同心保护电路，当所述电动机的定子与转子不同心时，属于同组的所述三个检测线圈的感应电压彼此不再相等，由所述定转子不同心保护电路对所述三个检测线圈的感应电压彼此之间的差值进行监视，从而实现定转子不同心保护。
33．根据权利要求32所述的保护装置，其特征是所述保护器还包括一个缺相保护电路，当所保护的电动机处于缺相状态时，旋转磁场将成为非圆形磁场，所述三组检测线圈的感应电压不再平衡，所述缺相保护电路对三组检测线圈的感应电压的不平衡程度进行监视，从而实现缺相保护。
34．根据权利要求33所述的保护装置，其特征是所述保护器还包括一个过载、欠压、缺相保护电路，在所保护的电动机处于过载、欠压、缺相状态时，旋转磁场的磁感应强度减弱，所述检测线圈的感应电压减小，由所述过载、欠压、缺相保护电路对检测线圈的感应电压减小的程度进行监视，从而实现过载、欠压、缺相保护。
35．根据权利要求21或22所述保护装置，其特征是所述保护器包括一个定转子不同心保护电路，当所述交流电动机的定子与转子不同心时，属于同组的所述四个检测线圈的感应电压彼此不再相等，由所述定转子不同心保护电路对所述四个检测线圈的感应电压彼此之间的差值进行监视，从而实现定转子不同心保护。
36．根据权利要求1-22中任意一个权利要求所述的保护装置，其特征是所述保护器包括一个转向保护电路，在所保护的电动机的旋转方向与设定的旋转方向相反时，所述检测线圈的感应电压的相序发生变化，利用所述转向保护电路对此相序进行监视，从而实现转向保护。
37．根据权利要求26所述的保护装置，其特征是在所述交流电动机的定子绕组中埋设热敏电阻，所述的保护器中还包括热敏电阻保护电路，所述热敏电阻与所述热敏电阻保护电路连接，从而通过检测所述交流电动机绕组温度对所述交流电动机进行保护。
38．根据权利要求27所述的保护装置，其特征是在所述交流电动机的定子绕组中埋设热敏电阻，所述的保护器中还包括热敏电阻保护电路，所述热敏电阻与所述热敏电阻保护电路连接，从而通过检测所述交流电动机绕组温度对所述交流电动机进行保护。
全文摘要
一种交流电动机保护装置,其通过对旋转磁场的监视实现保护功能。该装置由嵌放于电动机定子槽中的检测线圈和与之相连接的保护器组成,根据每个检测线圈的感应电压与相应位置旋转磁场的磁感应强度的对应关系,由保护器对检测线圈的感应电压的变化进行监视,在所保护电动机过载、堵转、过压、欠压、缺相、定转子不同心、反转时,或检测到感应电压幅值的变化,或检测到感应电压的不均衡,或检测到感应电压相序的变化,从而实现对电动机的保护。
文档编号H02H7/08GK1302466SQ96198700
公开日2001年7月4日 申请日期1996年12月6日 优先权日1995年12月6日
发明者田京涛 申请人:田京涛