专利名称：电机保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机保护电路，具体地说，涉及一种基于单片机控制来实现对电机三相电流进行检测和保护的电路。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，电机已在各个领域得到了广泛的应用，也出现了许多针对电机保护的产品，例如热继电器等。但是因为热继电器动作曲线和电机实际保护曲线不一致，失去了保护作用。另外，热继电器还具有安装不便，重复性能差，大电流过载或短路故障后不能再次使用，调整误差大、易受环境温度、灰尘杂质污染的影响而误动或拒动，功耗大、耗材多、性能指标落后等缺陷。
近几年来随着电子技术，尤其是芯片技术的发展，也出现了一些电子式电机保护电路，这些电子式电机保护电路一般通过三个互感器磁环及相应电路实现对电机三相电流的检测和保护，在保护特性和灵敏性方面比传统热继电器有了很大的进步，但这样的电机保护电路成本较高，不利于推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机保护电路，以克服原有电机保护电路采用三路电流检测造成成本较高、不利推广的技术问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下一种电机保护电路，包括电机的电压取样部分、电机的电流检测部分、单片机和信号指示部分；所述电流检测部分由两路组成，每路包括一电流互感器，具有两个输出端，将电机三相电流其中之一相电流信号转化为电压信号；一运算放大单元，其输入端连接所述电流互感器的输出端；所述单片机包括一电压取样输入端，电压取样部分经分压后接入该输入端；电流检测输入端，连接所述运算放大单元的输出端；内置计算单元，通过对两相电流检测信号计算，得到第三相的电流值，以实现对三相电流的过载保护；一输出端，连接信号指示部分；当电机出现过压、欠压、过载等故障而需要保护时，由该输出端输出信号，触发信号指示部分发出故障保护信号。
本发明的电压取样部分从电机交流主电路两相间引出线电压，经隔离变压器降压、电阻分压后为单片机提供电压取样信号，并通过稳压管分别为单片机喝运算放大器提供工作电源，简化电路结构。
电流信号检测部分通过两个互感器实现对电机主电路两相电流的直接检测和保护，并通过单片机高速计算得出主电路第三相电流值，实现对三相电流的检测和保护；信号指示部分根据电压检测及电流检测情况输出信号指示工作状态。这样，通过两路电流检测实现三相保护，动作灵敏、稳定性高、性价比较高。
在单片机工作电源和地之间设有一电位器，所述单片机具有一调节输入端，与所述电位器相连，为单片机提供可调的模拟信号。单片机通过比较，实现对电机实现过载分级保护。与传统电机保护器相比，整定电流设定方便、节电、动作灵敏、工作可靠、性价比高。
所述运算放大单元包括运算放大器和分压电路，电流互感器输出信号经分压电路分压后输入运算放大器，可根据运算放大器所需的输入电压进行调整。
所述运算放大器的一输入端和输出端之间连有一电位器，用来调整运算放大器的放大倍数，使运算放大器的输出信号满足单片机A/D转换所需的电平。
所述电流互感器的两个输出端之间连有电解电容，对电压信号进行滤波。
所述电流互感器的两个输出端之间连有二极管，为正弦波电流的负半波提供回路，也防止电解电容反向受压而损坏。
所述单片机具有一复位端，该复位端连有复位按钮，同时通过上拉电阻连接单片机的工作电源；当复位按钮按下时，向复位端输入一低电平脉冲，使单片机执行复位操作。
图1为本发明的电路原理图。
图中标号说明E1、E2-电解电容T1-隔离变压器B1-整流桥 DZ1稳压二极管L1、L2、L3-发光二极管 U1A、U1B-运算放大器MCU-单片机 R6-上拉电阻M1-稳压管 I1、I2-电流互感器D11、D21、D1-二极管SW、RW14、RW24-电位器J1-继电器 N1、N2-三极管GP0-电流检测输入端 GP1-电流检测输入端GP2-电压取样输入端 GP4-调节输入端VSS-接地端 VDD-电源端GP5-输出口 MCLR-复位端SB-复位按钮具体实施方式
下面根据图1，给出本发明一个较好实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
参阅图1，本发明的电机保护电路，包括电机的电压取样部分、电机的电流检测部分、单片机和信号指示部分。电压采样检测部分，从电机交流主电路两相间引出线电压，经隔离变压器T1、整流桥B1及电解电容E1后得到大约12V的直流低压信号。电阻R1和R2起分压作用，电压取样部分电压接入单片机MCU的电压取样输入端GP2。R1、R2阻值选择以满足R2电压低于5V以供单片机输入为准。R2电压与三相电源电压成正比关系，单片机通过对R2电压检测，比较确定电机是否欠压、过压。稳压二极管DZ1与电解电容E2并联，为运算放大器提供6V电压源，电阻R4起为稳压二极管DZ1分压的作用。上述大约12V的直流低压电源经稳压管M1后得到精确的5V电源，供单片机MCU、继电器J1及发光二极管L1、L2使用。单片机MCU的电源端VDD和接地端VSS用以接入电源之用。发光二极管L3作为电机保护装置的电源指示灯，限流电阻R5与发光二极管L3串联，对发光二极管L3起保护作用。电位器SW直接接在5V电源与地之间，为单片机MCU提供0～5V可调的模拟信号，所述单片机MCU具有一调节输入端GP4，与所述电位器SW相连。电位器SW位于电机保护器的面板上，为方便使用时调整整定电流。上拉电阻R6起到将单片机MCU复位端MCLR电位上拉的作用，当复位按钮SB没动作时，单片机MCU复位端MCLR通过上拉电阻R6得到5V电压，当复位按钮SB按下时，向单片机MCU复位端MCLR输入一低电平脉冲，使单片机MCU执行复位操作。
对电机相电流的检测，本发明是通过电流互感器I1、I2将电流信号转化为电压信号，再经由运算放大器U1A、U1B放大后输入单片机MCU。本发明对两相电流进行直接检测，单片机MCU的内置计算单元通过对两相电流检测信号计算，可以得到第三相的电流值，从而实现了对第三相电流的间接检测，达到了对三相电流的保护。单片机MCU通过对电流检测得到的信号与整定电流比较，通过软件实现对不同过载倍数分级延时保护的功能。
电机主电路穿过电流传感器磁环I1中心，实现了主电路电流信号转换成电压信号。电流互感器I1的输出端子一端接地，电解电容E11对电压信号进行滤波，二极管D11并在电流互感器两输出端子间，为正弦波电流的负半波提供回路，也防止电解电容E11反向受压而损坏。电阻R10和R11起分压作用，R11的电压即作为运算放大器U1A的输入信号，R10、R11的阻值选择用以调整运算放大器U1A输入信号的大小。电位器RW14用来调整运算放大器U1A的放大倍数，使运算放大器U1A的输出信号满足单片机A/D转换所需的电平。运算放大器U1A的输出端连接单片机MCU的电流检测输入端GP0。
同样，电流互感器I2的输出端子一端接地，电解电容E21对电压信号进行滤波，二极管D21并在电流互感器两输出端子间，为正弦波电流的负半波提供回路，也防止电解电容E21反向受压而损坏。电阻R20和R21起分压作用，R21的电压即作为运算放大器U1B的输入信号，R20、R21的阻值选择用以调整运算放大器U1B输入信号的大小。电位器RW24用来调整运算放大器U1B的放大倍数，使运算放大器U1B的输出信号满足单片机A/D转换所需的电平。运算放大器U1B的输出端连接单片机MCU的电流检测输入端GP1。
本发明中单片机MCU对电机主电路电压和电流进行检测。当电机正常工作时，单片机MCU的输出口GP5保持低电平，三极管N1和N2的集射极不导通，发光二极管L1通过电阻R33和R34接通5V电源而发光，指示电机正常工作；当单片机MCU判断出电机出现过压、欠压、过载等故障而需要保护时，由单片机MCU输出口GP5输出高电平，三极管N1和N2的集射极导通，继电器J1线圈接通5V电源，继电器J1触头动作，同时由于三极管N2集射极导通使发光二极管L2通过电阻R33接通5V电源而发光，指示电机已发生故障保护。同时由于发光二极管L1、电阻R34和发光二极管L2、三极管N2两两串联后并联的电路结构，使发光二极管L2导通发光后就使发光二极管L1被旁路掉而不发光。继电器J1线圈为感性器件，二极管D1并联在继电器J1线圈两端，为继电器J1线圈断电后形成放电回路。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。例如，所述信号指示部分选用了两个指示灯，一个代表电机工作正常状态，另一个代表发生故障保护状态。也可以仅使用一个指示灯，以其不亮代表电机工作正常状态，以其发光代表发生故障保护状态；也可以声音警报来代替指示灯发光，提醒电机处于发生故障保护状态。而具体的触发电路可以根据需求进行选择。同样，单片机的输出端高低电平的选择也可以互换。另外，单片机和运算放大器的输入电压根据单片机和运算放大器的规格进行选择，仅需要改变分压电阻的阻止比例即可。换句话说，凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。
权利要求
1.一种电机保护电路，包括电机的电压取样部分、电机的电流检测部分、单片机和信号指示部分；其特征在于，所述电流检测部分由两路组成，每路包括一电流互感器，具有两个输出端，将电机三相电流其中之一相电流信号转化为电压信号；一运算放大单元，其输入端连接所述电流互感器的输出端；所述单片机包括一电压取样输入端，电压取样部分经分压后接入该输入端；电流检测输入端，连接所述运算放大单元的输出端；内置计算单元，通过对两相电流检测信号计算，得到第三相的电流值，以对三相电流过载保护；一输出端，连接信号指示部分；当电机出现过压、欠压、过载等故障而需要保护时，由该输出端输出信号，触发信号指示部分发出故障保护信号。
2.如权利要求1所述的电机保护电路，其特征在于，所述电压取样部分从电机交流主电路两相间引出线电压，经隔离变压器降压、电阻分压后为单片机提供电压取样信号，并通过稳压管为单片机提供工作电源。
3.如权利要求2所述的电机保护电路，其特征在于，在单片机工作电源和地之间设有一电位器，所述单片机具有一调节输入端，与所述电位器相连。
4.如权利要求1或2或3所述的电机保护电路，其特征在于，所述运算放大单元包括运算放大器和分压电路，电流互感器输出信号经分压电路分压后输入运算放大器。
5.如权利要求4所述的电机保护电路，其特征在于，所述电压取样部分从电机交流主电路两相引出线电压，经隔离变压器降压、电阻分压、稳压二极管稳压后为运算放大器提供工作电源。
6如权利要求4所述的电机保护电路，其特征在于，所述运算放大器的一输入端和输出端之间连有一电位器。
7.如权利要求1所述的电机保护电路，其特征在于，所述电流互感器的两个输出端之间连有电解电容。
8.如权利要求1或7所述的电机保护电路，其特征在于，所述电流互感器的两个输出端之间连有二极管。
9.如权利要求1所述的电机保护电路，其特征在于，所述单片机具有一复位端，该复位端连有复位按钮，同时通过上拉电阻连接单片机的检测电源；当复位按钮按下时，向复位端输入一低电平脉冲，使单片机执行复位操作。
全文摘要
本发明公开了一种电机保护电路，包括电机的电压取样部分、电机的电流检测部分、单片机和信号指示部分。所述电流检测部分由两路组成，每路包括一电流互感器，具有两个输出端，将电机三相电流其中之一相电流信号转化为电压信号；一运算放大单元，其输入端连接所述电流互感器的输出端。所述单片机包括一电压取样输入端，电压取样部分经分压后接入该输入端；电流检测输入端，连接所述运算放大单元的输出端；内置计算单元，通过对两相电流检测信号计算，得到第三相的电流值，以对三相电流过载保护；一输出端，连接信号指示部分；当电机出现过压、欠压、过载等故障而需要保护时，由该输出端输出信号，触发信号指示部分发出故障保护信号。
文档编号H02H7/08GK1588739SQ20041005391
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月20日 优先权日2004年8月20日
发明者冯君祥, 许正净, 张永, 吴品华, 郑晓丹 申请人:德力西集团有限公司