專利名稱：多功能電機保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種具有多種用途及功能的電機保護裝置，它主要用于電網終端用電設備及變配電站設備的漏電及運行異常保護，也可以用作數顯式電壓表、電流表、功率因素表有功表，無功表及電能表。
在當前的電器設備保護裝置中都存在著保護性能不理想，或式保護功能不齊全等現像，而且還存在著調試復雜，整定、校驗繁鎖等問題。既使采用單片機系統，也由于精度及成本的原因也難一推廣引用。
本實用新型的目的在于設計一種造價低，精度高，功能齊全可彌補上述保護裝置的欠缺與不足的多功能電機保護器，用該裝置完成對用電設備所必須的全部保護內容進行保護(其中包括過電壓、欠電壓、過電流及過流反時限、缺相、三相嚴重不平衡、漏電等)，該裝置既是保護器，同時又具有電三表功能，它可依次顯示三相電壓、電流及電能等值，還可通過按鍵任意顯示電壓、電流、有功無功、功率因數及電能量等，又由于該實用新型具有遠程通信功能及輸出接口，使用該裝置易于與計算機聯網、利于集中監控、實現電網管理自動化。
本實用新型的設計方案多功能電機保護器，包括電源部分、MS51單片機系統及動態顯示部分，輸入電路接三相電機主回路輸入的電壓信號經其分壓后一路接相位檢測電路電信號輸入端，一路再經整流濾波后接轉換電路電信號輸入端；輸入電路從三相電機主回路上通過互感器輸入的電流信號在大功率電阻R＊上產生一隨電流變化的電壓信號亦分兩路，一路接相位檢測電路電信號輸入端，一路經整流濾波后接轉換電路的電信號輸入端；相位檢測電路及轉換電路輸出的電信號均接單片機系統的輸入接口，單片機系統輸出的開關量信號經輸出電路隔離、轉換輸出電接點信號接控制電機運行的交流接觸器；掉電檢測電路輸出電信號接單片機系統的輸入接口。
輸入電路的電壓信號輸入端接三相電機火線A、B、C及零線N，即電阻R1、電位器W1電阻R4串接后一端接A線，一端接N線，R2、W2、R5串接兩端分別后接B線和N線，R3、W3、R6串接后兩端分別接C線和N線，二極管D1正極接電位器W1可調接點，負極接轉換電路中IC4051④接點，D2正極接W2可調接點，負極接IC4051②接點，D3正極接W3可調接點，負極接IC4051⑤接點，C16與R7并聯組成濾波電路一端接D1負極，另一端接N線，C17與R8并聯一端接D2負極，另一端接N線，C18與R9并聯一端接D3負極，另一端接N線；電流信號則通過設置在火線A、B、C上的互感器LHa、LHb、LHc輸入，LHa、LHb、LHc、R1＊、R2＊、R3＊、C13、C14、C15、R10、R11、R12一端相接，LHa另一端接R3＊另一端、IC4052 ②及D6正極，D6的負極接C15和R12另一端及IC4051①，LHb另一端接R2＊另一端、IC4052 ④及D5正極、D5的負極接C14和R11另一端及IC4051 ，LHc另一端接R1＊另一端、IC4052 及D4正極，D4的負極接C13和R10另一端及IC4051 。
轉換電路由八選一模似開關IC4051、V／F轉換器ICLM331及反相器IC7406組成，IC4051⑥、⑦、⑧及 接地， 相接后接DC5V，③接ICLM331⑦及C12一端，ICLM331③接IC7406⑤，且R17、C11并聯后一端接地及④和C12另一端，一端接①和⑥，C9和C10并聯后一端接地，一端接⑧、R15一端及DC15V，R15另一端接⑤及C8，C8另一端接地，R16接②，另一端接地，IC7406⑥⑧接單片機系統輸入接口。
相位檢測電路由兩四選一模擬開關IC4052、四運放電路ICLM339組成，IC4052 接DC5V，①⑥⑦⑧接地， 經R19接ICLM339⑤，③經R18接ICLM339⑦、D8負極和D9正極接⑦，D8正極和D9負極接⑥及地，D10正極和D11負極接⑤，D10負極和D11正極接④及地，R13一端接DC5V及 ，另一端接D7正極，D7負極接②和⑨，R14一端接DC5V及 ，一端接①和⑧， 接IC7406⑨。
掉電檢測電路從電源變壓器次級輸入的電信號接D18正極，C33、R47、W4及R49一端及W4調節點接地，D18負極接C33、R47另一端及R48一端，R48另一端接W4另一端和T7基極，T7集電極接DC5V，T7發射極接單片機系統輸入接口INT1和R49另一端。
輸出電路的反相驅動器IC7406的①③接單片機系統輸出接口，④接繼電器J2一端和D13正極，J2另一端及13負極接DC12V，②接J1一端和D12正極，J1另一端及D12負極接DC12V。
電源部分是由變壓器、整流橋DW1、DW2及DW2和濾波電容C21、C23、C24、C25、C26、C27及C28和三端穩壓源7812、7805、7815、7915連接組成的四路整流濾波穩壓電路。
本實用新型的工作原理轉換電路將輸入電路輸入的電壓及電流信號經八選一模擬開關IC4051造通送至V／F轉換器ICLM331的輸入端，經轉換后變為隨電壓變化的頻率信號、此信號經反相器IC7406整形后送至單片機系統輸入接口；相位檢測電路將輸入電路輸入的電壓及電流信號經兩四選一模擬開關IC4052造通送至四運放電路ICLM339進行比較檢相，此檢相信號亦送至單片機系統的輸入接口；單片機系統主要由MS51單片機IC8032，程序存儲器IC2716IC2816A，鎖存器IC74LS373組成，它對V／F轉換器送來的頻率信號計數，然后對其進行一系列的邏輯運算和算術運算后，把結果送至顯示單元適時顯示；通信及輸出電路、通信電路主要利用MS51單片機的串行通信功能經阻容二極管、三極管組成的CMOS與TIL電平轉換電路進行與上位機的通信，輸出電路主要由小型繼電器J1、J2、二極管D12D13及反相驅動器IC7406組成，單片機輸出的開關量信號經反相器隔離驅動小型繼電器動作使其控制電路通斷。
鍵及顯示部份，顯示部份主要由IC8255、IC7406、IC7407、驅動電阻及限流電阻，6位LED顯示器及三極管和發光二極管級組成。要顯示某個參數時，單片機通過IC8255的B口送段碼級驅動器IC7407，由A口送位驅動信號給驅動器IC7406，進行動態顯示；由C口送出顯示所屬參數類型(電壓、電流、電能量)經三極管T4、T5、T6驅動發光二極管D14、D15、D16指示所屬類型；按鍵采用程序查尋方式定時掃描鍵鈕，如有按鍵按下、單片機可作相應的處理。
電源部份及掉電檢測電路、電源部分主要由變壓器、整流橋、電容及三端穩壓組成。掉電檢測電路主要由二極管三極管、電阻、電容等組成。變壓器次級電壓經二級管整流，RC濾波后送到三極管基極、調整基極電位至一適當電壓、當電源突然失掉時三極管載止、送給單片機掉電信號低電平、而此時系統電源由于有大電容的緩慢放電使得單片機有促夠的時間把設備的電能量存放至E2PROM2816A當中去而不至于失掉、這也是該實用新型做為電能表關鍵所在。
該裝置在接通電源后、應先通過按健輸入電路參數即用設備的額定工作電壓、電流及變比、Y／△轉換數(如果是Y／起動的話)等然后可接入系統內工作。如原理圖、該參數一經輸入、可永遠非易失地被保存既使停電后下次再用也不必重新輸入參數。除非用電設備的參數發生變化。
本實用新型與現有的該裝置相比，有以下優點1、保護功能齊全、具有遠程通信及輸出接口、便于聯網。
2、由于采用了自動調零、自動調滿且價格兼的轉換器因此成本低、精度高、漏電保護可達用電設備額定值的萬分之一。
3、用途廣泛，即可做電機的各種保護。也可做變配電站繼電保護裝置使用、還可做為變配電站(所)的遠端采集裝置易與計算機聯網。
4、全數字顯示、當被保護的設備出現異常時、輸出電路輸出開關量信號，同時，顯示裝置顯示故障類型及故障時電路參數、便于及查找故障原因排除故障。
5、用戶的使用十分方便、靈活、只需一次性地輸入被保護設備的參數即可投入運行，顯示器依次顯不三相電壓、電流及電能量。同時通過按鍵可任意選擇顯示有功、無功、功率因數、三相電壓、電流及電能量等。
6、校驗極其簡便、只需一只精密電壓表即可在現場進行校驗。
圖1為本實用新型原理方框圖。
圖2為本實用新型電路原理圖。
圖3為本實用新型電源部分及掉電檢測電路原理圖。
實施例說明書第五部分及附圖1、2、3、描述了本實用新型的一種實施例，按現有技術組裝即可。
權利要求1.一種多功能電機保護器，包括電源部分、MS51單片機系統及動態顯示部分，其特征在于輸入電路接三相電機主回路輸入的電壓信號經其分壓后一路接相位檢測電路電信號輸入端，一路再經整流后接轉換電路電信號輸入端；輸入電路從三相電機主回路上通過互感器輸入的電流信號在大功率電阻R＊上產生一隨電流變化的電壓信號亦分兩路，一路接相位檢測電路電信號輸入端，一路經整流后接轉換電路的電信號輸入端；相位檢測電路及轉換電路輸出的電信號均接單片機系統的輸入接口，單片機系統輸出的開關量信號經輸出電路隔離、轉換輸出電接點信號接控制電機運行的交流接觸器；掉電檢測電路輸出電信號接單片機系統的輸入接口。
2.根據權利要求1所述的多功能電路機保護器，其特征在于輸入電路的電壓信號輸入端接三相電機火線A、B、C及零線N，即電阻R1、電位器W1電阻R4串接后一端接A線，一端接N線，R2、W2、R5串接后兩端分別接B線和N線，R3、W3、R6串接后兩端分別接C線和N線，二極管D1正極接電位器W1可調接點，負極接轉換電路中IC4051④接點，D2正極接W2可調接點，負極接IC4051②接點，D3正極接W3可調接點及IC4052⑤，負極接轉換電路中IC4051⑤接點，電容C16與R7并聯組成濾波電路一端接D1負極另一端接零線N，C17與R8并聯一端接D2負極，另一端接零線N，C18與R9并聯一端接D3負極，另一端接零線N，電流信號則通過設置在火線A、B、C上的互感器LHa、LHb、LHc輸入，LHa、LHb、LHc、R1＊、R2＊、R3＊、C13、C14、C15、R10、R11、R12一端相接。LHa另一端接R3＊另一端、IC4052 ②及D6正極，D6的負極接C15和R12另一端及IC4051①，LHb另一端接R2＊另一端、IC4052 ④、D5正極，D5的負極接C14和R11另一端及IC4051 ，LHc另一端接R1＊另一端、IC4052 及D4正極，D4的負極接C13和R10另一端及IC4051 。
3.根據權利要求1所述的多功能電機保護器，其特征在于轉換電路由八選一模似開關IC4051、V／F轉換器ICLM331及反相器IC7406組成，IC4051⑥、⑦、⑧及 接地， 相接后接DC5V，③接ICLM331⑦及C12一端，ICLM331③接IC7406⑤，且R17、C11并聯后一端接地及④和C12另一端，一端接①和⑥，C9和C10并聯后一端接地，一端接⑧、R15一端及DC15V，R15另一端接⑤及C8，C8另一端接地，R16接②，另一端接地，IC7406⑥⑧接單片機系統輸入接口。
4.根據權利要求1所述的多功能電機保護器，其特征在于相位檢測電路由兩四選一模擬開關IC4052、四運放電路ICLM339組成，IC4052 接DC5V，①⑥⑦⑧接地，③經R18接ICLM339⑦， 經R19接ICLM339⑤、D8負極和D9正極接⑦，D8正極和D9負極接⑥及地，D10正極和D11負極接⑤，D10負極和D11正極接④及地，R13一端接DC5V及 ，另一端接D7正極，D7負極接②和⑨，R14一端接DC5V及 ，另一端接①和⑧， 接IC7406⑨。
5.根據權利要求1所述的多功能電機保護器，其特征在于掉電檢測電路從電源變壓器次級輸出的電信號接D18正極，C33、R47、W4、R49一端及W4調節點接地，D18負極接C33另一端、R47另一端及R48一端，R48另一端接W4另一端和T7基極，T7集電極接DC5V，T7發射極接單片機系統輸入接口INT1和R49另一端。
6.根據權利要求1所述的多功能電機保護器，其特征在于輸出電路的反相驅動器IC7406的①③接單片機系統輸出接口，④接繼電器J2一端和D13正極，J2另一端及D13負極接DC12V，②接J1一端和D12正極，J1另一端及D12負極接DC12V。
專利摘要一種多功能電機保護器，由輸入、輸出電路，轉換電路，相位檢測電路，單片機系統，鍵及顯示部分，通信電路，電源及掉電檢測電路組成，具有多種用途和功能，主要用于電網終端用電設備及變配電站設備的漏電及運行異常保護，也可以用作數顯式電壓表、電流表、功率因數表、有功表、無功表及電能表，易與計算機聯網，利于集中監控，實現電網管理自動化。
文檔編號G01R15/00GK2206508SQ94220218
公開日1995年8月30日 申請日期1994年8月28日 優先權日1994年8月28日
發明者景德明 申請人:景德明