專利名稱：電機保護電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機保護電路，具體地說，涉及一種基于單片機控制來實現對電機三相電流進行檢測和保護的電路。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發展，電機已在各個領域得到了廣泛的應用，也出現了許多針對電機保護的產品，例如熱繼電器等。但是因為熱繼電器動作曲線和電機實際保護曲線不一致，失去了保護作用。另外，熱繼電器還具有安裝不便，重復性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，調整誤差大、易受環境溫度、灰塵雜質污染的影響而誤動或拒動，功耗大、耗材多、性能指標落后等缺陷。
近幾年來隨著電子技術，尤其是芯片技術的發展，也出現了一些電子式電機保護電路，這些電子式電機保護電路一般通過三個互感器磁環及相應電路實現對電機三相電流的檢測和保護，在保護特性和靈敏性方面比傳統熱繼電器有了很大的進步，但這樣的電機保護電路成本較高，不利于推廣。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電機保護電路，以克服原有電機保護電路采用三路電流檢測造成成本較高、不利推廣的技術問題。
為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種電機保護電路，包括電機的電壓取樣部分、電機的電流檢測部分、單片機和信號指示部分；所述電流檢測部分由兩路組成，每路包括一電流互感器，具有兩個輸出端，將電機三相電流其中之一相電流信號轉化為電壓信號；一運算放大單元，其輸入端連接所述電流互感器的輸出端；所述單片機包括一電壓取樣輸入端，電壓取樣部分經分壓后接入該輸入端；電流檢測輸入端，連接所述運算放大單元的輸出端；內置計算單元，通過對兩相電流檢測信號計算，得到第三相的電流值，以實現對三相電流的過載保護；一輸出端，連接信號指示部分；當電機出現過壓、欠壓、過載等故障而需要保護時，由該輸出端輸出信號，觸發信號指示部分發出故障保護信號。
本發明的電壓取樣部分從電機交流主電路兩相間引出線電壓，經隔離變壓器降壓、電阻分壓后為單片機提供電壓取樣信號，并通過穩壓管分別為單片機喝運算放大器提供工作電源，簡化電路結構。
電流信號檢測部分通過兩個互感器實現對電機主電路兩相電流的直接檢測和保護，并通過單片機高速計算得出主電路第三相電流值，實現對三相電流的檢測和保護；信號指示部分根據電壓檢測及電流檢測情況輸出信號指示工作狀態。這樣，通過兩路電流檢測實現三相保護，動作靈敏、穩定性高、性價比較高。
在單片機工作電源和地之間設有一電位器，所述單片機具有一調節輸入端，與所述電位器相連，為單片機提供可調的模擬信號。單片機通過比較，實現對電機實現過載分級保護。與傳統電機保護器相比，整定電流設定方便、節電、動作靈敏、工作可靠、性價比高。
所述運算放大單元包括運算放大器和分壓電路，電流互感器輸出信號經分壓電路分壓后輸入運算放大器，可根據運算放大器所需的輸入電壓進行調整。
所述運算放大器的一輸入端和輸出端之間連有一電位器，用來調整運算放大器的放大倍數，使運算放大器的輸出信號滿足單片機A/D轉換所需的電平。
所述電流互感器的兩個輸出端之間連有電解電容，對電壓信號進行濾波。
所述電流互感器的兩個輸出端之間連有二極管，為正弦波電流的負半波提供回路，也防止電解電容反向受壓而損壞。
所述單片機具有一復位端，該復位端連有復位按鈕，同時通過上拉電阻連接單片機的工作電源；當復位按鈕按下時，向復位端輸入一低電平脈沖，使單片機執行復位操作。
圖1為本發明的電路原理圖。
圖中標號說明E1、E2-電解電容T1-隔離變壓器B1-整流橋 DZ1穩壓二極管L1、L2、L3-發光二極管 U1A、U1B-運算放大器MCU-單片機 R6-上拉電阻M1-穩壓管 I1、I2-電流互感器D11、D21、D1-二極管SW、RW14、RW24-電位器J1-繼電器 N1、N2-三極管GP0-電流檢測輸入端 GP1-電流檢測輸入端GP2-電壓取樣輸入端 GP4-調節輸入端VSS-接地端 VDD-電源端GP5-輸出口 MCLR-復位端SB-復位按鈕具體實施方式
下面根據圖1，給出本發明一個較好實施例，并予以詳細描述，使能更好地理解本發明的功能、特點。
參閱圖1，本發明的電機保護電路，包括電機的電壓取樣部分、電機的電流檢測部分、單片機和信號指示部分。電壓采樣檢測部分，從電機交流主電路兩相間引出線電壓，經隔離變壓器T1、整流橋B1及電解電容E1后得到大約12V的直流低壓信號。電阻R1和R2起分壓作用，電壓取樣部分電壓接入單片機MCU的電壓取樣輸入端GP2。R1、R2阻值選擇以滿足R2電壓低于5V以供單片機輸入為準。R2電壓與三相電源電壓成正比關系，單片機通過對R2電壓檢測，比較確定電機是否欠壓、過壓。穩壓二極管DZ1與電解電容E2并聯，為運算放大器提供6V電壓源，電阻R4起為穩壓二極管DZ1分壓的作用。上述大約12V的直流低壓電源經穩壓管M1后得到精確的5V電源，供單片機MCU、繼電器J1及發光二極管L1、L2使用。單片機MCU的電源端VDD和接地端VSS用以接入電源之用。發光二極管L3作為電機保護裝置的電源指示燈，限流電阻R5與發光二極管L3串聯，對發光二極管L3起保護作用。電位器SW直接接在5V電源與地之間，為單片機MCU提供0～5V可調的模擬信號，所述單片機MCU具有一調節輸入端GP4，與所述電位器SW相連。電位器SW位于電機保護器的面板上，為方便使用時調整整定電流。上拉電阻R6起到將單片機MCU復位端MCLR電位上拉的作用，當復位按鈕SB沒動作時，單片機MCU復位端MCLR通過上拉電阻R6得到5V電壓，當復位按鈕SB按下時，向單片機MCU復位端MCLR輸入一低電平脈沖，使單片機MCU執行復位操作。
對電機相電流的檢測，本發明是通過電流互感器I1、I2將電流信號轉化為電壓信號，再經由運算放大器U1A、U1B放大后輸入單片機MCU。本發明對兩相電流進行直接檢測，單片機MCU的內置計算單元通過對兩相電流檢測信號計算，可以得到第三相的電流值，從而實現了對第三相電流的間接檢測，達到了對三相電流的保護。單片機MCU通過對電流檢測得到的信號與整定電流比較，通過軟件實現對不同過載倍數分級延時保護的功能。
電機主電路穿過電流傳感器磁環I1中心，實現了主電路電流信號轉換成電壓信號。電流互感器I1的輸出端子一端接地，電解電容E11對電壓信號進行濾波，二極管D11并在電流互感器兩輸出端子間，為正弦波電流的負半波提供回路，也防止電解電容E11反向受壓而損壞。電阻R10和R11起分壓作用，R11的電壓即作為運算放大器U1A的輸入信號，R10、R11的阻值選擇用以調整運算放大器U1A輸入信號的大小。電位器RW14用來調整運算放大器U1A的放大倍數，使運算放大器U1A的輸出信號滿足單片機A/D轉換所需的電平。運算放大器U1A的輸出端連接單片機MCU的電流檢測輸入端GP0。
同樣，電流互感器I2的輸出端子一端接地，電解電容E21對電壓信號進行濾波，二極管D21并在電流互感器兩輸出端子間，為正弦波電流的負半波提供回路，也防止電解電容E21反向受壓而損壞。電阻R20和R21起分壓作用，R21的電壓即作為運算放大器U1B的輸入信號，R20、R21的阻值選擇用以調整運算放大器U1B輸入信號的大小。電位器RW24用來調整運算放大器U1B的放大倍數，使運算放大器U1B的輸出信號滿足單片機A/D轉換所需的電平。運算放大器U1B的輸出端連接單片機MCU的電流檢測輸入端GP1。
本發明中單片機MCU對電機主電路電壓和電流進行檢測。當電機正常工作時，單片機MCU的輸出口GP5保持低電平，三極管N1和N2的集射極不導通，發光二極管L1通過電阻R33和R34接通5V電源而發光，指示電機正常工作；當單片機MCU判斷出電機出現過壓、欠壓、過載等故障而需要保護時，由單片機MCU輸出口GP5輸出高電平，三極管N1和N2的集射極導通，繼電器J1線圈接通5V電源，繼電器J1觸頭動作，同時由于三極管N2集射極導通使發光二極管L2通過電阻R33接通5V電源而發光，指示電機已發生故障保護。同時由于發光二極管L1、電阻R34和發光二極管L2、三極管N2兩兩串聯后并聯的電路結構，使發光二極管L2導通發光后就使發光二極管L1被旁路掉而不發光。繼電器J1線圈為感性器件，二極管D1并聯在繼電器J1線圈兩端，為繼電器J1線圈斷電后形成放電回路。
以上所述的，僅為本發明的較佳實施例，并非用以限定本發明的范圍。例如，所述信號指示部分選用了兩個指示燈，一個代表電機工作正常狀態，另一個代表發生故障保護狀態。也可以僅使用一個指示燈，以其不亮代表電機工作正常狀態，以其發光代表發生故障保護狀態；也可以聲音警報來代替指示燈發光，提醒電機處于發生故障保護狀態。而具體的觸發電路可以根據需求進行選擇。同樣，單片機的輸出端高低電平的選擇也可以互換。另外，單片機和運算放大器的輸入電壓根據單片機和運算放大器的規格進行選擇，僅需要改變分壓電阻的阻止比例即可。換句話說，凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明專利的權利要求保護范圍。
權利要求
1.一種電機保護電路，包括電機的電壓取樣部分、電機的電流檢測部分、單片機和信號指示部分；其特征在于，所述電流檢測部分由兩路組成，每路包括一電流互感器，具有兩個輸出端，將電機三相電流其中之一相電流信號轉化為電壓信號；一運算放大單元，其輸入端連接所述電流互感器的輸出端；所述單片機包括一電壓取樣輸入端，電壓取樣部分經分壓后接入該輸入端；電流檢測輸入端，連接所述運算放大單元的輸出端；內置計算單元，通過對兩相電流檢測信號計算，得到第三相的電流值，以對三相電流過載保護；一輸出端，連接信號指示部分；當電機出現過壓、欠壓、過載等故障而需要保護時，由該輸出端輸出信號，觸發信號指示部分發出故障保護信號。
2.如權利要求1所述的電機保護電路，其特征在于，所述電壓取樣部分從電機交流主電路兩相間引出線電壓，經隔離變壓器降壓、電阻分壓后為單片機提供電壓取樣信號，并通過穩壓管為單片機提供工作電源。
3.如權利要求2所述的電機保護電路，其特征在于，在單片機工作電源和地之間設有一電位器，所述單片機具有一調節輸入端，與所述電位器相連。
4.如權利要求1或2或3所述的電機保護電路，其特征在于，所述運算放大單元包括運算放大器和分壓電路，電流互感器輸出信號經分壓電路分壓后輸入運算放大器。
5.如權利要求4所述的電機保護電路，其特征在于，所述電壓取樣部分從電機交流主電路兩相引出線電壓，經隔離變壓器降壓、電阻分壓、穩壓二極管穩壓后為運算放大器提供工作電源。
6如權利要求4所述的電機保護電路，其特征在于，所述運算放大器的一輸入端和輸出端之間連有一電位器。
7.如權利要求1所述的電機保護電路，其特征在于，所述電流互感器的兩個輸出端之間連有電解電容。
8.如權利要求1或7所述的電機保護電路，其特征在于，所述電流互感器的兩個輸出端之間連有二極管。
9.如權利要求1所述的電機保護電路，其特征在于，所述單片機具有一復位端，該復位端連有復位按鈕，同時通過上拉電阻連接單片機的檢測電源；當復位按鈕按下時，向復位端輸入一低電平脈沖，使單片機執行復位操作。
全文摘要
本發明公開了一種電機保護電路，包括電機的電壓取樣部分、電機的電流檢測部分、單片機和信號指示部分。所述電流檢測部分由兩路組成，每路包括一電流互感器，具有兩個輸出端，將電機三相電流其中之一相電流信號轉化為電壓信號；一運算放大單元，其輸入端連接所述電流互感器的輸出端。所述單片機包括一電壓取樣輸入端，電壓取樣部分經分壓后接入該輸入端；電流檢測輸入端，連接所述運算放大單元的輸出端；內置計算單元，通過對兩相電流檢測信號計算，得到第三相的電流值，以對三相電流過載保護；一輸出端，連接信號指示部分；當電機出現過壓、欠壓、過載等故障而需要保護時，由該輸出端輸出信號，觸發信號指示部分發出故障保護信號。
文檔編號H02H7/08GK1588739SQ20041005391
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月20日 優先權日2004年8月20日
發明者馮君祥, 許正凈, 張永, 吳品華, 鄭曉丹 申請人:德力西集團有限公司