本发明涉及电泵智能控制器
技术领域：
，更具体地说，特别涉及一种低压电机绕组绝缘综合监控器。
背景技术：
：当前城市排洪排涝，大型电站及水库排水引水以及大型泵站所需要的大型潜水泵越来越多，因其位置重要，且此类潜水泵成本较高(一般在100万左右或更高)，维修复杂周期长，因此对泵的保护措施也越来越高，需要的保护点也很多。然而，低压大型潜水电机电泵在运行过程中可能出现电机绕组超温(1个绕组)、轴承超温(上下2个轴承)、电机内腔漏水、油室进水、接线盒进水、坏境水位缺水、电机绕组绝缘值下降、电机运行中零序电流值过大等故障，影响了潜水泵的正常运行，甚至出现发生事故。为此，有必要设计一种适合电机电压在380v、660v，电机功率大于300kw以上，同时可以进行三路温度、三路漏水和一路外环境水位检测，一路电机绕组绝缘值在线检测，一路电机运行中零序电流值检测，且抗干扰能力极强的低压电机绕组绝缘综合监控器。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种进行三路温度、三路漏水和一路外环境水位检测、一路电机绕组绝缘值在线检测，一路电机运行中零序电流值检测的低压电机绕组绝缘综合监控器。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种低压电机绕组绝缘综合监控器，包括单片机系统，以及与单片机系统连接的温度采样放大单元、进水采样放大单元、零序电流输入单元、在线绝缘电阻输入单元、显示模块和键盘模块，所述温度采样放大单元包括三路温度采样放大电路，三路温度采样放大电路分别通过温度传感器采集电泵的三个绕组温度或轴承温度，所述进水采样放大单元包括三路进水采样放大电路和一路环境水位采样放大电路，该三路进水采样放大电路分别通过进水检测元件采集电机内腔漏水、油室进水和接线盒进水信号，该环境水位采样放大电路采集环境水水位信号。所述在线绝缘电阻输入单元与三相交流电机连接，在线绝缘电阻输入单元的DC500V电压发生端通过一根电缆线和电机A/B/C相连接再通过电机外壳和仪表接地端连接形成一个闭环检测单元，检测电机绕组对地绝缘电阻值；所述零序电流输入单元包括零序电流互感器，零序电流互感器检测电机在运行中的零序漏电流值。进一步地，所述环境水位采样放大电路包括电阻R41、电阻R46、电阻R54、电阻R86、电容C31、电容C54、稳压二极管D16、跟随器U11A；其中，稳压二极管D16的阳极接地，稳压二极管D16的阴极通过电阻R54后与跟随器U11A的输入端正极连接，电容C31与稳压二极管D16并联，电阻R41一端连接在二极管D16的阴极与电阻R54之间，电阻R41另一端与环境水位采样放大电路信号输入端连接，电阻R46一端接地，电阻R46另一端与跟随器U11A的输入端正极连接，跟随器U11A的输入端负极与其输出端连接，跟随器U11A的输出端依次通过电阻R86、电容C54后接地。进一步地，所述进水采样放大电路与所述环境水位采样放大电路的电路结构相同。进一步地，所述在线绝缘电阻输入单元与仪表第16端子和电机B相线连接，仪表第15端子和电机外壳大地线连接；所述零序电流输入单元包括零序电流互感器，所述仪表第25、第26端子分别和零序电流互感器输出端线连接。进一步地，温度采样放大电路包括电阻R12、电阻R16、电阻R18、电阻R22、电阻R23、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R72、电容C21、电容C43、二极管D12和放大器U10A，其中，电阻R18一端接地，另一端依次通过电阻R22、电阻R23后与放大器U10A的输入端负极连接，电阻R16一端连接在电阻R22与电阻R23之间，另一端与+2.5V电压连接，电阻R12连接在放大器U10A的输入端负极和输出端之间，放大器U10A的输出端依次通过电阻R72和电容C43后接地，二极管D12的阳极接地，二极管D12的阴极通过电阻R30后与放大器U10A的输入端正极连接，电容C21与二极管D12并联，二极管D12的阴极还与电阻R33一端连接，电阻R34一端连接在二极管D12的阴极，另一端与+2.5V电压连接，电阻R35一端连接放大器U10A的输入端正极,另一端接地。进一步地，所述单片机系统还与RS485通讯电路连接，所述通讯电路包括光耦U3、光耦U5、光耦U7、收发器U4、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、二极管D4、二极管D5、电容C6；其中光耦U3的1脚通过R3与+3.3V电压连接，光耦U3的2脚接地，光耦U3的3脚通过电阻R4后与收发器U4的1脚连接，光耦U3的4脚与输入电源连接；光耦U5的1脚与+3.3V电压连接，光耦U5的2脚与电阻R7的一端连接，光耦U5的3脚接地，光耦U5的4脚通过电阻R5与输入电源连接，光耦U5的4脚还与收发器U4的2脚、3脚连接；光耦U7的1脚与+3.3V电压连接，光耦U7的2脚与电阻R10的一端连接，光耦U7的3脚接地，光耦U7的4脚通过电阻R9与输入电源连接，光耦U7的4脚还与收发器U4的4脚连接；收发器U4的5脚接地，收发器U4的6脚依次通过电阻R8、二极管D5后接地，收发器U4的7脚依次通过电阻R6、二极管D4后接地，收发器U4的8脚与输入电源连接，且收发器U4的8脚还通过电容C6后接地。进一步地，所述基准负电压电路包括直流转换器U17、电阻R57、电阻R78、电阻R81、电容C48、电容C49、电容C50、电容C51、二极管D29、三极管Q6、电感L1；输入电源与直流转换器U17的1脚、6脚、7脚、8脚连接，直流转换器U17的2脚通过电感L1后接地，直流转换器U17的2脚通过二极管D29后与-3.3V电压连接，直流转换器U17的3脚通过电容C48与-3.3V电压连接，直流转换器U17的4脚与-3.3V电压连接，且-3.3V电压通过电容C50后接地，-3.3V电压通过电容C51后接地，直流转换器U17的4脚还通过电阻R78与直流转换器U17的5脚连接，直流转换器U17的5脚通过电阻R57后接地，直流转换器U17的6脚通过电容C49后接地，三极管Q6的发射极与输入电源连接，三极管Q6的集电极与直流转换器U17的2脚连接，三极管Q6的基极通过电阻R81后输出。进一步地，用于油室进水和接线盒进水的进水检测元件为水电阻，用于电机内腔漏水的进水检测元件为浮子开关。进一步地，所述单片机系统的型号为STM8S207R8T6。进一步地，所述单片机系统还连接有报警输出单元。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明适合低压(380v、660v)大功率(300kw以上电机电泵)潜水电机电泵的检测、监控；2、本发明通过温度采样放大单元对三路温度进行检测，通过进水采样放大单元对三路漏水信号进行检测，和对环境水位信号进行检测，通过在线绝缘电阻输入单元包括DC500V电压发生端通过一根电缆线和电机A/B/C相连接再通过电机外壳和仪表接地端连接形成一个闭环检测单元，检测电机绕组对地绝缘电阻值，通过零序电流输入单元包括零序电流互感器检测电机在运行中的零序漏电流值，有效的解决了电泵在运行过程中可能出现电机绕组超温、电机内腔漏水、油室进水、接线盒进水、环境水位过低、电机绕组绝缘电阻值下降、电机在运行中零序电流值过大等故障，有效地防止事故的突然发生和扩大，使损失降低到最低点。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器的框架图。图2是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器中单片机系统的电路图。图3是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器中环境水位采样放大电路的电路图。图4是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器中与电机外接连接信号输入电路的电路图。图5是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器中温度采样放大电路的电路图。图6是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器中RS485通讯电路的电路图。图7是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器中基准负电压电路的电路图。图8是本发明所述低压电机绕组绝缘综合监控器中仪表的接线端子的示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。参阅图1所示，本发明提供一种低压电机绕组绝缘综合监控器，包括单片机系统1，以及与单片机系统1连接的温度采样放大单元2、进水采样放大单元3、零序电流输入单元7、在线绝缘电阻输入单元8、显示模块4和键盘模块5，温度采样放大单元2包括三路温度采样放大电路，三路温度采样放大电路分别通过温度传感器采集电泵的三个绕组温度或轴承温度，进水采样放大单元包括三路进水采样放大电路和一路环境水位采样放大电路，该三路进水采样放大电路分别通过进水检测元件采集电机内腔漏水、油室进水和接线盒进水等信号，该环境水位采样放大电路采集环境水水位信号，该在线绝缘电阻输入单元8与三相交流电机连接，通过检测回路检测电机绕组绝缘电阻值，该零序电流输入单元7包括零序电流互感器，零序电流互感器通过检测回路检测电机在运行工程中的零序漏电流值。本发明通过温度采样放大单元2对三路温度进行检测，通过进水采样放大单元对三路漏水进行检测，同时对环境水位进行检测，通过零序电流输入单元7检测回路检测电机在运行工程中的零序漏电流值，通过在线绝缘电阻输入单元8检测回路检测电机绕组绝缘电阻值。有效的解决了电泵在运行过程中可能出现电机绕组或轴承超温、电机内腔漏水、油室进水、接线盒进水、环境水位过低、电机绕组绝缘电阻值下降、电机运行中零序漏电流值过大等故障，有效地防止事故的突然发生和扩大，使损失降低到最低点。本发明中，温度传感器采用三线式电阻，用于油室进水和接线盒进水的进水检测元件为水电阻，用于电机内腔漏水的进水检测元件为浮子开关，用于检测零序漏电流的检测元件为零序电流互感器，用于检测电机绕组绝缘电阻值的原理是将仪表内部发生的DC500V电压通过一根电缆线叠加到三相交流电机(3～M)绕组A/B/C三相绕组上，再通过电机(3～M)外壳大地线和仪表大地线端连接成一个闭环回路，检测电机的对地泄漏电流值，通过计算机处理，计算出电机对地的绝缘电阻值。优选的，单片机系统还连接有报警输出单元。参阅图2所示，所述单片机系统1的型号为STM8S207R8T6，也可根据实际需要进行选择。参阅图3所示，环境水位采样放大电路包括电阻R41、电阻R46、电阻R54、电阻R86、电容C31、电容C54、稳压二极管D16、跟随器U11A；其中，稳压二极管D16的阳极接地，稳压二极管D16的阴极通过电阻R54后与跟随器U11A的输入端正极连接，电容C31与稳压二极管D16并联，电阻R41一端连接在二极管D16的阴极与电阻R54之间，电阻R41另一端与环境水位采样放大电路信号输入端连接，电阻R46一端接地，电阻R46另一端与跟随器U11A的输入端正极连接，跟随器U11A的输入端负极与其输出端连接，跟随器U11A的输出端依次通过电阻R86、电容C54后接地。所述环境水位采样放大电路的原理为：二极管D16、电容C31组成钳位滤波电路，将水阻输入信号的强瞬变高信号箝位在安全电压范围内，防止因外部高干扰信号损坏单片机系统1；R41为上拉电阻；电阻R54、电阻R46为放大器输入端保护电阻，防止外部干扰电流较大烧毁运算放大器；U11A为跟随器，将U(X-DJ)的信号1:1的放大输出；电阻R86、电容C54组成RC滤波器，将输出电压的纹波信号滤波掉输入给单片机系统1的ANE端。在本实施例中，进水采样放大电路与环境水位采样放大电路的电路结构相同。当然也可以是现有技术中的其他采样放大电路。参阅图4所示，所述在线绝缘电阻输入单元所述仪表第16端子和电机(3～M)的B相线连接，仪表第15端子和电机(3～M)外壳大地线连接，其工作原理是所述仪表在线绝缘电阻输入单元包括DC500V电压发生端即仪表第16端子通过一根电缆线和电机(3～M)的A/B/C相连接再通过电机(3～M)外壳和仪表接地端即仪表第15端子连接形成一个闭环检测单元，检测电机绕组对地绝缘电阻值；所述零序电流输入单元7包括零序电流互感器，所述仪表第25、第26端子分别和零序电流互感器输出端线连接，其工作原理是所述仪表第25、第26端子分别和零序电流互感器输出端线连接，通过零序电流互感器感应的电流值，检测电机在运行中的零序漏电流值。参阅图5所示，温度采样放大电路包括电阻R12、电阻R16、电阻R18、电阻R22、电阻R23、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R72、电容C21、电容C43、二极管D12和放大器U10A，其中，电阻R18一端接地，另一端依次通过电阻R22、电阻R23后与放大器U10A的输入端负极连接，电阻R16一端连接在电阻R22与电阻R23之间，另一端与+2.5V电压连接，电阻R12连接在放大器U10A的输入端负极和输出端之间，放大器U10A的输出端依次通过电阻R72和电容C43后接地，二极管D12的阳极接地，二极管D12的阴极通过电阻R30后与放大器U10A的输入端正极连接，电容C21与二极管D12并联，二极管D12的阴极还与电阻R33一端连接，电阻R34一端连接在二极管D12的阴极，另一端与+2.5V电压连接，电阻R35一端连接放大器U10A的输入端正极,另一端接地。温度采样放大电路的原理为：电阻R23、电阻R30、电阻R12和放大器U9B组成典型的减法放大器，其放大倍数Vout＝R12/R23(VR30-VR23)；电阻R72、电容C43组成RC滤波器，将输出电压的纹波信号滤波掉输入给单片机系统1的ANA端；电阻16、电阻R18、电阻R34、电阻R35、电阻R22组成桥式电桥电路，当R(A-com、A-pt)的阻值变化时UR30-UR23的电压产生变化，经减法放大器放大后送人单片机系统1进行运算后再输出到显示屏显示相应的温度值；二极管D12、电容C21组成钳位电路，将温度输入信号的强瞬变高信号箝位在安全电压范围内，防止因外部高干扰信号损坏单片机系统1。电机、接线盒水导电阻小于50KΩ(或浮子开关为0Ω)、油室水导电阻小于30KΩ(或浮子开关为0Ω)时，报警继电器KS(常开)触点动作，报警输出。环境水位水导电阻大于60KΩ时(浮子开关为开路)，控制继电器KJ(常闭/常开)触点、继电器KS(常开)触点动作，报警输出。参阅图6所示，单片机系统还与RS485通讯电路连接，通讯电路包括光耦U3、光耦U5、光耦U7、收发器U4、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、二极管D4、二极管D5、电容C6；其中光耦U3的1脚通过R3与+3.3V电压连接，光耦U3的2脚接地，光耦U3的3脚通过电阻R4后与收发器U4的1脚连接，光耦U3的4脚与输入电源连接；光耦U5的1脚与+3.3V电压连接，光耦U5的2脚与电阻R7的一端连接，光耦U5的3脚接地，光耦U5的4脚通过电阻R5与输入电源连接，光耦U5的4脚还与收发器U4的2脚、3脚连接；光耦U7的1脚与+3.3V电压连接，光耦U7的2脚与电阻R10的一端连接，光耦U7的3脚接地，光耦U7的4脚通过电阻R9与输入电源连接，光耦U7的4脚还与收发器U4的4脚连接；收发器U4的5脚接地，收发器U4的6脚依次通过电阻R8、二极管D5后接地，收发器U4的7脚依次通过电阻R6、二极管D4后接地，收发器U4的8脚与输入电源连接，且收发器U4的8脚还通过电容C6后接地。RS485通讯电路可以与PLC、PC电脑进行组网通讯，可以实时监控潜水电机运行状况。参阅图7所示，基准负电压集成电路可以采用芯片MC34063，其与单片机系统连接，用于产生-3.3V基准电压，基准负电压包括直流转换器U17、电阻R57、电阻R78、电阻R81、电容C48、电容C49、电容C50、电容C51、二极管D29、三极管Q6、电感L1；输入电源与直流转换器U17的1脚、6脚、7脚、8脚连接，直流转换器U17的2脚通过电感L1后接地，直流转换器U17的2脚通过二极管D29后与-3.3V电压连接，直流转换器U17的3脚通过电容C48与-3.3V电压连接，直流转换器U17的4脚与-3.3V电压连接，且-3.3V电压通过电容C50后接地，-3.3V电压通过电容C51后接地，直流转换器U17的4脚还通过电阻R78与直流转换器U17的5脚连接，直流转换器U17的5脚通过电阻R57后接地，直流转换器U17的6脚通过电容C49后接地，三极管Q6的发射极与输入电源连接，三极管Q6的集电极与直流转换器U17的2脚连接，三极管Q6的基极通过电阻R81后输出。将仪表正电压转换为一个-3.3V电压供仪表主板放大器的负基准电源用。显示模块采用两组三位数码管显示，一组显示温度，LED灯显示所对应的温度值，另一组显示静态绕组对地的绝缘和零序电流值，LED灯显示所对应的数值。3点进水状态指示LED灯，一个环境缺水状态指示LED灯，一个控制器正常状态时运行指示LED灯，一个“监测/监控”状态指示LED灯。通过键操作，对报警值，超限阈值进行设置。显示模块带有RS485输出接口，可以与PLC、PC电脑进行组网通讯，可以实时监控潜水电机运行状况。参阅图8所示，为发明的接线端子的示意图，其端子号相对应的接线定义如下表1所示。表1端子号接线定义端子号接线定义1、2、12接A路温度Pt10015外接大地线3、4、12接B路温度Pt10016DC500V输出端接电机ABC任一相5、6、12接C路温度Pt10017、20接复位按钮7、12线盒有水电极或浮子开关18、20接断路器常闭辅助触点8、12电机有水电极或浮子开关19、21、22控制输出无源常开常闭触点9、12油室有水电极或浮子开关23、24控制器报警无源常开触点10、12环境水位电极或浮子开关25、26零序互感器输入11、13、14接RS-485G、A、B27、28工作电源65V-255VAC/DC本发明的监控器具有两种运行模式：监控模式和监测模式，由状态灯给出，监测LED灯亮时是监测模式。监控模式1、实时显示电机三路(用符号A、B、C表示)温度值(以下简称三点温度)。2、可以分别对三点温度阈值进行数字设定。3、电机温升报警：电机绕组温度超高或轴承温度超高时，监控器蜂鸣器声响，面板上对应的故障指示灯亮，并显示其温度，继电器KJ、KS常闭/常开触点动作，运行指示灯LED灭。4、电机进水报警：当电机绕组漏水、接线盒漏水、油室湿度增高等故障时，监控器内的蜂鸣器声响，面板上对应的故障指示灯亮，继电器KS常开触点动作。5、环境水位超低报警：当电机外环境水位低于设定值时，监控器内的蜂鸣器声响，面板上对应的警示指示灯亮，继电器KJ、KS常闭/常开触点动作，运行指示灯LED灭。6、电机绝缘报警：实时显示电机在线绝缘值，电机投入运行前，监控器对电机绕组施加DC500V电压，能自动监测在线绝缘值，对地绝缘小于0.5MΩ(此值可以根据电机绝缘等级要求设定)时，监控器发出声光报警，继电器KJ、KS常闭/常开触点动作，运行指示灯LED灭。7、零序电流报警：实时显示电机运行时的零序电流值，电机投入运行后，监控器能自动监测零序电流(此值可以设定，一般为正常零序电流值的3倍)，当电机内部湿度增加或进水，对地绝缘下降到设定值时，并进入绝缘损坏过渡的前期时，监控器发出声光报警，继电器KJ、KS常闭/常开触点动作，运行指示灯LED灭。8、以上故障发生时除监控器内部声、光报警，还具有外接报警。温度超高、环境水位缺水、零序电流极大及绝缘值偏低等故障时，除声光报警外，还可对电机进行断电保护。监测模式1、监测模式(监测LED)灯亮。2、在监测模式时，监控器只有监测功能，即监控器检测到故障时，仪表自身蜂鸣器报警，报警继电器KS输出，控制继电器KJ无控制输出。虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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