一种低压电动机保护装置保护电流输入电路的制作方法
【专利摘要】一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，包括电流互感器，电流互感器的输入端与低压电动机输入电流连接，电阻分压电路一端与所述电流互感器输出端连接，另一端与电压跟随器输入端连接，电压跟随器输出端和直流偏置电压与所述反相求和运算电路的输入端连接，反相比例运算电路的输入端与反相求和运算电路的输出端连接，输出端与阻容低通滤波电路的输入端连接，阻容低通滤波电路的输出端与微控制器内部模/数转换单元的输入端连接。本电路提高了电动机保护装置保护电流采样信号的转换精度和转换速度。
【专利说明】
一种低压电动机保护装置保护电流输入电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种继电保护装置电流输入电路，特别涉及一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，属于低压电气技术领域。
【背景技术】
[0002]电动机是一种将电能转换为机械能输出的设备，是其它机电设备的动力源泉，是当今生产活动和日常生活中最常用的动力源泉和驱动装置，在机械加工、冶金、煤炭、石油、化工以及家电等行业得到了非常广泛的应用。随着国民经济的不断增长，电动机的需求量也不断增加，然而在电动机实际使用过程中，由于电网电压波动、负载变化、绝缘老化、机械损伤以及电动机本身原因等导致电动机经常发生故障，甚至造成电动机损坏，从而直接影响企业的安全生产和经济效益。因此，研究有效的电动机保护方法与装置，对国民经济的发展和减小生产过程中的经济损失有重要的意义。
[0003]对电动机的运行状态进行数据采集是电动机保护装置必不可少的一部分，保护电流输入电路是对电动机运行过程中的电流信号进行数据采集的，它将输入的交流电流信号转换为直流电压信号输出，供微控制器内部的模/数转换电路使用，其转换精度和转换速度直接影响保护装置的性能。目前，大多数电动机保护装置的电流输入电路的硬件设计较复杂，转换精度和转换速度不够，影响了保护装置保护性能的发挥。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种低压电动机保护装置保护电流输入电路。
[0005]为实现本实用新型的目的，采用了下述技术方案:一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，包括电流互感器、电阻分压电路、电压跟随器、直流偏置电压、反相求和运算电路、反相比例运算电路、阻容低通滤波电路，所述电流互感器的输入端与低压电动机输入电流连接，用以将电动机的输入电流转换为交流电压，所述电阻分压电路输入端与所述电流互感器的输出端连接，对电流互感器的输出进行采样，所述电压跟随器输入端与所述电阻分压电路输出端连接，所述电压跟随器输出端和所述直流偏置电压与所述反相求和运算电路的输入端连接，用以将采样后的电压变换成数值为负值的单极性电压，所述反相比例运算电路的输入端与所述反相求和运算电路的输出端连接，用以将数值为负值的单极性电压变换为数值为正值的单极性电压，所述阻容低通滤波电路的一端与所述反相比例运算电路的输出端连接，用以对单极性电压进行滤波处理，所述阻容低通滤波电路的另一端与微控制器LM3S2B93内部模/数转换单元ADC的输入端连接，用以将单极性信号转换为数字信号，供微控制器LM3S2B93进行数据处理使用。
[0006]作为本实用新型的进一步优化方案，所述电流互感器的输入端与低压电动机输入电流连接，电流互感器输出端的一端与第一电阻Rl的一端连接，另一端与第二电阻R2的一端共同接地。
[0007]作为本实用新型的进一步优化方案，所述电阻分压电路包括第一电阻Rl和第二电阻R2，第一电阻Rl的一端与所述电流互感器输出端的一端连接，第二电阻R2的一端与所述电流互感器输出端的另一端共同接地，第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的另一端与第一集成运放Al的反相输入端连接。
[0008]作为本实用新型的进一步优化方案，所述反相求和运算电路包括第二集成运放A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、电位器R6，第三电阻R3的一端与所述直流偏置电压Vref连接，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端、电位器R6的一个固定端与第二集成运放A2的反相输入端连接，第四电阻R4的另一端与第一集成运放Al的输出端连接，电位器R6的另一固定端和活动端与第二集成运放A2的输出端连接，第五电阻R5的一端与第二集成运放A2的同相输入端连接，第五电阻R5的另一端接地。
[0009]作为本实用新型的进一步优化方案，所述反相比例运算电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三集成运放A3，第七电阻R7的一端与第二集成运放A2的输出端连接，第七电阻R7的另一端、第九电阻R9的一端与第三集成运放A3的反相输入端连接，第九电阻R9的另一端与第三集成运放A3的输出端连接，第八电阻R8的一端与第三集成运放A3的同相输入端连接，第八电阻R8的另一端接地。
[0010]作为本实用新型的进一步优化方案，所述阻容低通滤波电路包括第十电阻R10、电容Cl，第十电阻RlO的一端与第三集成运放A3的输出端连接，第十电阻RlO的另一端与电容Cl的一端连接后与微控制器LM3S2B93内部模/数转换单元ADC的输入端连接，电容Cl的另一端接地。
[0011]作为本实用新型的进一步优化方案，所述的第一集成运放Al、第二集成运放A2、第三集成运放A3均采用精密集成运放TLC2274实现。
[0012]本实用新型的积极有益技术效果在于:硬件电路结构简单，工作有效可靠，提高了电动机保护装置保护电流采样信号的转换精度和转换速度。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
[0015]如图1所示，一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，包括电流互感器、电阻分压电路、电压跟随器、直流偏置电压、反相求和运算电路、反相比例运算电路、阻容低通滤波电路。
[0016]所述电阻分压电路包括第一电阻Rl、第二电阻R2，所述电压跟随器包括第一集成运放Al，所述直流偏置电压包括直流电压源Vref，所述反相求和运算电路包括第二集成运放A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、电位器R6，所述反相比例运算电路第三集成运放A3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9，所述阻容低通滤波电路包括第十电阻RlO和电容Cl ο
[0017]所述电流互感器的输入端与低压电动机输入电流连接，电流互感器输出端的一端与第一电阻Rl的一端连接，另一端与第二电阻R2的一端共同接地，第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的另一端和第一集成运放Al的反相输入端连接，第一集成运放Al的输出端与其同相输入端连接;所述直流偏置电压Vref与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端、电位器R6的一个固定端与第二集成运放A2的反相输入端连接，第四电阻R4的另一端与第一集成运放Al的输出端连接，电位器R6的另一固定端和活动端与第二集成运放A2的输出端连接，第五电阻R5的一端与第二集成运放A2的同相输入端连接，第五电阻R5的另一端接地，第七电阻R7的一端与第二集成运放A2的输出端连接，第七电阻R7的另一端、第九电阻R9的一端与第三集成运放A3的反相输入端连接，第九电阻R9的另一端与第三集成运放A3的输出端连接，第八电阻R8的一端与第三集成运放A3的同相输入端连接，第八电阻R8的另一端接地，第十电阻RlO的一端与第三集成运放A3的输出端连接，第十电阻RlO的另一端与电容Cl的一端连接后与微控制器LM3S2B93内部模/数转换单元ADC连接，电容Cl的另一端接地。
[0018]所述低压电动机保护装置保护电流输入电路的工作原理为:低压电动机的额定工作电流为100A，微控制器LM3S2B93内部模/数转换单元要求输入为O?5V的单极性信号，电流互感器的输入、输出之比为100A/7.07V，电流互感器将输入电流变为幅值为-1OV?1V的交流电压，利用所述的电阻分压电路将幅值为-1OV?1V的交流电压变为幅值为-1.4V~1.4V的交流电压，在所述的直流偏置电压、反相求和运算电路的作用下，将-1.4V~1.4V的交流电压变为-2.9V—0.1V的单极性电压，然后利用所述的反相比例运算电路，将-2.9V—0.1V的单极性电压变为0.1V?2.9V的单极性电压，最后经过所述的阻容低通滤波电路后，消除高频信号的影响，送入微控制器LM3S2B93内部模/数转换单元ADC进行转换，将单极性的电压转换为对应的数字量，供微控制器LM3S2B93进行数据处理。
[0019]具体到一个应用例上，第一电流互感器使用变比为100A/7.07V的电流互感器，第一集成运放Al、第二集成运放A2、第三集成运放A3均采用精密集成运放TLC2274，第一电阻Rl取值6.32kΩ，第二电阻R2取值IkQ，第三电阻R3取值2kQ，第四电阻R4取值2kQ，第五电阻R5取值IkQ，电位器R6取值2kQ，第七电阻R7取值2kQ，第八电阻R8取值IkQ，第九电阻R9取值2kQ，第十电阻RlO取值750 Ω，电容Cl取值I OOnF，本设计中选用高速处理器LM3S2B93作为微控制器，LM3S2B93内部集成有16路10位模/数转换单元，数据采样速率为IM采样/秒，从而省去了外接模/数转换芯片，简化了硬件电路设计，提高了对保护电流采样信号的转换精度和转换速度。
[0020]以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在本实用新型的基础上所作出的变化、改型、添加或者替换，也属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，包括电流互感器、电阻分压电路、电压跟随器、直流偏置电压、反相求和运算电路、反相比例运算电路、阻容低通滤波电路，其特征在于:所述电流互感器的输入端与低压电动机输入电流连接，用以将电动机的输入电流转换为交流电压，所述电阻分压电路输入端与所述电流互感器的输出端连接，用以对电流互感器的输出信号进行采样，所述电压跟随器输入端与所述电阻分压电路输出端连接，所述电压跟随器输出端和所述直流偏置电压与所述反相求和运算电路的输入端连接，用以将采样后信号变换成数值为负值的单极性信号，所述反相比例运算电路的输入端与所述反相求和运算电路的输出端连接，用以将数值为负值的单极性信号变换为数值为正值的单极性信号，所述阻容低通滤波电路的一端与所述反相比例运算电路的输出端连接，用以对单极性信号进行滤波处理，所述阻容低通滤波电路的另一端与微控制器LM3S2B93内部模/数转换单元ADC的输入端连接，用以将单极性信号转换为数字信号，供微控制器LM3S2B93进行数据处理使用。2.根据权利要求1所述的一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，其特征在于:所述电阻分压电路包括电阻第一 Rl和电阻第二 R2，第一电阻Rl的一端与所述电流互感器输出端的一端连接，第二电阻R2的一端与所述电流互感器输出端的另一端共同接地，第一电阻Rl的另一端、第二电阻R2的另一端与集成运放第一 Al的反相输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，其特征在于:所述反相求和运算电路包括第二集成运放A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、电位器R6，第三电阻R3的一端与所述直流偏置电压Vref连接，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端、电位器R6的一个固定端与第二集成运放A2的反相输入端连接，第四电阻R4的另一端与第一集成运放Al的输出端连接，电位器R6的另一固定端和活动端与第二集成运放A2的输出端连接，第五电阻R5的一端与第二集成运放A2的同相输入端连接，第五电阻R5的另一端接地。4.根据权利要求3所述的一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，其特征在于:所述反相比例运算电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三集成运放A3，第七电阻R7的一端与第二集成运放A2的输出端连接，第七电阻R7的另一端、第九电阻R9的一端与第三集成运放A3的反相输入端连接，第九电阻R9的另一端与第三集成运放A3的输出端连接，第八电阻R8的一端与第三集成运放A3的同相输入端连接，第八电阻R8的另一端接地。5.根据权利要求4所述的一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，其特征在于:所述阻容低通滤波电路包括第十电阻R10、电容Cl，第十电阻RlO的一端与第三集成运放A3的输出端连接，第十电阻RlO的另一端与电容Cl的一端连接后与微控制器LM3S2B93内部模/数转换单元ADC的输入端连接，电容Cl的另一端接地。6.根据权利要求5所述的一种低压电动机保护装置保护电流输入电路，其特征在于:所述的第一集成运放Al、第二集成运放A2、第三集成运放A3均采用精密集成运放TLC2274实现。
【文档编号】G01R19/22GK205506917SQ201620267232
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】张天鹏, 李正斌, 翟亚芳, 王頔, 于江涛, 石峰, 巩银苗, 鲁西坤
【申请人】安阳工学院