專利名稱：多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓電機(jī)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器。
背景技術(shù)：
目前，電機(jī)保護(hù)器已由過去的機(jī)械式發(fā)展為電子式和智能型，可直接顯示電機(jī)的電流、電壓、溫度等參數(shù)，靈敏度高，可靠性高，功能多，調(diào)試方便，保護(hù)動作后故障種類一目了然，既減少了電機(jī)的損壞，又極大方便了故障的判斷，有利于生產(chǎn)現(xiàn)場的故障處理和縮短恢復(fù)生產(chǎn)時間。關(guān)于智能電機(jī)保護(hù)器的研究，主要集中在交流信號采集的精準(zhǔn)性和實(shí)時性、A/D轉(zhuǎn)換后的比較算法兩個方面。而信號采集是一切運(yùn)算的基礎(chǔ)，因此對這部分的研究顯得更為重要?，F(xiàn)有技術(shù)中，交流信號采樣常用方法主要包括一、利用精度高的電流互感器進(jìn)行二次變比，將交流0-5A —次互感器信號轉(zhuǎn)換成為4-20MA，然后經(jīng)過精密電阻轉(zhuǎn)換成小于5V的直流電壓信號送入單片機(jī)的A/D模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。該方法優(yōu)點(diǎn)是電路十分簡單，但其缺陷很明顯，一是精密度高的專門互感器價格不菲且體積較大；二是互感器本身的抗干擾性不強(qiáng)，尤其在高壓電機(jī)使用的環(huán)境里，不規(guī)則的高次諧波和電網(wǎng)頻率波動會嚴(yán)重干擾其正常采樣；三是每次利用互感器都將產(chǎn)生相位偏移，導(dǎo)致硬件采樣部分實(shí)時性變差，增加了軟件偏置處理的難度。二、利用兩個集成電路LF347組成帶參考端的交流信號采集電路，輸出為0_5V能直接A/D采樣。本電路非線性度理論上達(dá)到1%，信號采集頻率可達(dá)10kHz，適合采集中低頻率的交流信號，而且性能價格比高，具有良好的應(yīng)用價值。但其電路設(shè)計較為復(fù)雜，其采樣精度受濾波電路電阻和比例電路電阻的精度影響很大，運(yùn)用于高響應(yīng)的電流保護(hù)電路不
理相三、利用高速A/D直接采集交流信號，但要求A/D的采集速度至少為被采集對象頻率的兩倍，成本很高，而且當(dāng)信號頻率升高或不穩(wěn)定時誤差很大。

實(shí)用新型內(nèi)容因此，本實(shí)用新型提供了一種多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)、實(shí)時、精確、聞效米樣，且電路簡單、成本低廉，為有效聞壓電機(jī)保護(hù)提供了可罪基礎(chǔ)。本實(shí)用新型的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，包括至少一電流信號采樣單元、信號處理單元、單片機(jī)以及輸出控制單元和通訊輸出單元，所述電流信號采樣單元將電機(jī)的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后，輸入至所述信號處理單元；所述信號處理單元將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)處理所需的電壓信號； 所述單片機(jī)對輸入電壓信號進(jìn)行處理后輸出至所述輸出控制單元和通訊輸出單元，對電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行有線或無線控制。[0012]所述信號處理單元包括故障檢測模塊，用于檢測是否為故障信號；電壓參考模塊，用于提供參考電壓；編碼、解碼和D/A模塊，用于將檢測到的故障信號進(jìn)行編碼、解碼和D/A變換，并輸出至單片機(jī)進(jìn)行處理。所述電流信號采樣單元包括一毫歐級電阻，用于將交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。所述單片機(jī)處理所需的電壓信號為O 參考電壓值的電壓信號。所述參考電壓為5V。所述輸出控制單元包括固態(tài)繼電器。所述單片機(jī)的信號處理包括A/D變換和真有效值運(yùn)算。所述電機(jī)的電流信號的數(shù)值包括I倍額定電流到10倍額定電流的范圍。所述信號處理單元為雙電源隔離光電耦合器HCPL-A788J。

通過附圖中所示的本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本實(shí)用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本實(shí)用新型的主旨。圖I為本實(shí)用新型多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器信號采集放大電路結(jié)構(gòu)不意圖。所述示圖是說明性的，而非限制性的，在此不能過度限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。圖I為本實(shí)用新型多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本實(shí)用新型的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器包括至少一電流信號采樣單元、信號處理單元100、單片機(jī)以及輸出控制單元和通訊輸出單元，電流信號采樣單元將電機(jī)的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后，輸入至信號處理單元100 ;信號處理單元100將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)處理所需的電壓信號；單片機(jī)對輸入的電壓信號進(jìn)行處理后輸出至輸出控制單元和通訊控制單元，可通過有線和無線方式對電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制。其中，所述信號處理單元100為雙電源隔離光電耦合器HCPL-A788J，其包括故障檢測模塊，用于檢測是否為故障信號；電壓參考模塊，用于提供參考電壓；編碼、解碼和D/A模塊，用于將檢測到的故障信號進(jìn)行編碼、解碼和D/A變換，并輸出至單片機(jī)進(jìn)行處理。電流信號采樣單元包括一毫歐級電阻，用于將交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。單片機(jī)處理所需的電壓信號為O 參考電壓值的電壓信號，優(yōu)選的，所述參考電壓為5V。所述輸出控制單元包括固態(tài)繼電器。單片機(jī)的信號處理包括A/D變換和真有效值運(yùn)算。電機(jī)的電流信號的數(shù)值包括I倍額定電流到10倍額定電流的范圍。圖2為根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器信號采集放大電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，考慮到電機(jī)保護(hù)必須基于采樣的精確性和實(shí)時同步性，同時顧及硬件成本因素，因此本實(shí)用新型的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器的信號處理單元采用AVAGO公司出品的雙電源隔離光電耦合器HCPL-A788J作為交流信號采集的核心元器件。其主要應(yīng)用于電機(jī)相電流檢測；變頻器電流、電壓檢測；工業(yè)控制過程檢測等方面。雙電源隔離光電耦合器HCPL-A788J的優(yōu)點(diǎn)是能檢測微弱電流信號，且線性擬合度與抗干擾能力非常之好，尤其適合用于動態(tài)響應(yīng)度高的保護(hù)類裝置。其主要特點(diǎn)還包括I)輸出電壓直接兼容A/D轉(zhuǎn)換模塊(0-4. 5V)。2)短路電流3 μ s瞬時檢測輸出。3)檢測過載絕對值信號輸出。 4)溫度補(bǔ)償極小(I μ V/°C )。5)工作溫度范圍寬(_40°C至+85°C )6)具有極強(qiáng)抗干擾性(25KV/ μ s瞬態(tài)抗干擾度)。A788J采樣的高精度和靈敏度，以及其超寬的工作溫度范圍，加之出色的抗干擾性。另外其外圍電路設(shè)計也是非常簡單，大大減少了元器件的使用，既降低了成本又減少了硬件故障概率，因此本項目將其用于高壓電機(jī)保護(hù)智能儀表的檢測回路上有極高的實(shí)用價值。本實(shí)用新型的保護(hù)器采用交流采樣算法計算被測信號，即采樣電動機(jī)三相輸出中一次互感器所變送出的0-5A交流信號。采樣方式是按一定周期(稱為采樣周期)連續(xù)實(shí)時采樣被測信號一個完整的波形(對于正弦波只需采樣半個周期即可)，然后將采樣得到的離散信號進(jìn)行真有效值運(yùn)算，從而得到被測信號的真有效值，以此避免被測信號波形畸變對采樣值的影響。圖I中，交流0-5A經(jīng)由一個毫歐級取樣電阻，取樣分壓給光耦1、2腳，在12腳等比例輸出O-VREF (參考電壓一般5V)，直接給單片機(jī)A/D模塊處理。圖I中HCPL-788J采用雙電源供電，這樣可以保證A788J輸出電壓達(dá)到5V充分利用A/D轉(zhuǎn)換提高顯示精度。同時采用該方式無需用傳統(tǒng)分檔處理方式處理信號(電機(jī)的電流范圍很寬，要從電動機(jī)I倍額定電流到10倍額定電流)，無論大小信號都能得到精確測量。在軟件處理上，除了常用的軟件濾波以增加抗干擾能力以外，創(chuàng)新性地采用了我們研發(fā)的模糊算法功能，使電機(jī)保護(hù)能在任意的過流百分比下設(shè)定相應(yīng)的動作時間，從而實(shí)現(xiàn)了用戶根據(jù)運(yùn)行環(huán)境設(shè)定合理的安全運(yùn)行曲線的功能。在輸出控制方面，電磁繼電器和固態(tài)繼電器是控制輸出的常用兀件，前者市場產(chǎn)品豐富，驅(qū)動線路也比較簡單，但可靠性和使用壽命有限，且觸點(diǎn)動作時會產(chǎn)生“火花”，嚴(yán)重時可影響系統(tǒng)的正常工作。因此，在PCB板布局時應(yīng)將繼電器盡量遠(yuǎn)離單片機(jī)并靠近儀表的輸出端口。另外，在電磁繼電器線圈兩端應(yīng)并聯(lián)續(xù)流二極管，否則在線圈斷電瞬間會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，從而破壞電路。固態(tài)繼電器具有壽命長、性能穩(wěn)定以及無火花等諸多優(yōu)點(diǎn)。鑒于產(chǎn)品的可靠性考慮，本實(shí)用新型采用固態(tài)繼電器。經(jīng)過理論分析到實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合預(yù)期，用示波器測量輸入與輸出的波形，相位差在10 μ s左右，擬合度極高，完全能達(dá)到動態(tài)實(shí)時采樣的功能，為有效高壓電機(jī)保護(hù)提供了可靠基礎(chǔ)，使用價值十分突出。[0042]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本實(shí)用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于包括至少一電流信號采樣單元、信號處理單元、單片機(jī)以及輸出控制單元和通訊輸出單元， 所述電流信號采樣單元將電機(jī)的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后，輸入至所述信號處理單元; 所述信號處理單元將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)處理所需的電壓信號； 所述單片機(jī)對輸入電壓信號進(jìn)行處理后輸出至所述輸出控制單元和通訊輸出單元，對電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行有線或無線控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述信號處理單元包括故障檢測模塊，用于檢測是否為故障信號； 電壓參考模塊，用于提供參考電壓； 編碼、解碼和D/A模塊，用于將檢測到的故障信號進(jìn)行編碼、解碼和D/A變換，并輸出至單片機(jī)進(jìn)行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述電流信號采樣單元包括一毫歐級電阻，用于將交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述單片機(jī)處理所需的電壓信號為O 參考電壓值的電壓信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述參考電壓為5V。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述輸出控制單元包括固態(tài)繼電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述單片機(jī)的信號處理包括A/D變換和真有效值運(yùn)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述電機(jī)的電流信號的數(shù)值包括I倍額定電流到10倍額定電流的范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，其特征在于所述信號處理單元為雙電源隔離光電耦合器HCPL-A788J。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器，包括至少一電流信號采樣單元、信號處理單元、單片機(jī)以及輸出控制單元和通訊輸出單元，所述電流信號采樣單元將電機(jī)的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后，輸入至所述信號處理單元；所述信號處理單元將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)處理所需的電壓信號；所述單片機(jī)對輸入電壓信號進(jìn)行處理后輸出至所述輸出控制單元和通訊輸出單元，對電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行有線或無線控制。本實(shí)用新型的多點(diǎn)實(shí)時智能高壓電機(jī)保護(hù)器能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)、實(shí)時、精確、高效采樣，且電路簡單、成本低廉，為有效高壓電機(jī)保護(hù)提供了可靠基礎(chǔ)。
文檔編號H02H7/08GK202817711SQ20122028208
公開日2013年3月20日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者廖承富 申請人:上海啟恒電子有限公司