专利名称：通用型电子式电流继电器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电气设备技术领域，尤其是涉及一种在各种环境通用的电子式电流继电器。
背景技术：
继电器是一种电控制器件，当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中能够使被控量发生预定的阶跃变化。电流继电器是继电器的一种，用于检测被测回路电流的大小，当测得电流值达到设定的电流值时则做出相应动作，从而实现电流保护。早期的电流继电器为电磁式电流继电器，结构简单，但操作繁琐，测量精度低。电子式电流继电器因其集成度高、体积小、精度高、操作方便等优点逐渐取代了传统的电磁式电流继电器，在电力系统二次回路继电保护中得到广泛应用。现有技术中的电子式电流继电器，一般都存在如下缺陷:(1)通用性差:电子式电流继电器能够测定的电流范围固定不变，不能调节，大部分只能检测小电流，过载能力差。(2)对工作电源要求高:市场上电子式电流继电器电源有自供电和独立供电两种方式，自供电采用CT感应原理实现，这种方式在电流较小时无法供电；采用独立供电的电子式电流继电器需要开关电源，供电范围为85 265VAC之间，但在很多三相三线制的地方无法直接取得此等级的电源，导致电子式电路继电器无法使用。
发明内容为解决上述问题，本实用新型公开了一种通用的电子式电流继电器，采用独立供电方式，测定的电流范围大，此外还能拓宽供电电源的供电范围，适用于各种环境，应用范围极其广泛。为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案:一种通用型电子式电流继电器，包括电流信号处理电路、单片机控制电路、数码管显示电路、输出继电器电路和键盘设置电路和工作开关电源电路，其中电流信号处理电路向单片机控制电路输送电流采样信号，键盘设置电路向单片机输入设置参数，工作开关电源为电流信号处理电路、数码管显示电路、单片机控制电路和输出继电器电路提供工作电源，单片机控制电路向数码管显示电路发送显示数据，单片机控制电路控制输出继电器的动作，本继电器还包括电流互感器，所述电流互感器向电流信号处理电路输送电流信号。作为本实用新型的一种改进方案，所述工作开关电源电路包括依次连接的整流电路、滤波电路、变压器和稳压电路，在滤波电路和变压器之间还连接着MOSFET芯片和开关电源芯片，滤波电路与开关电源芯片相连，开关电源控制芯片的的漏极驱动MOSFET芯片的源极，MOSFET芯片的漏极驱动变压器初级。作为本实用新型的一种改进方案，还包括外壳，外壳上设置有显示面板和设置按钮，数码管显示电路连接着显示面板，设置按钮与键盘设置电路相连，上述两种方案中的功能电路设置在外壳中。与现有技术相比，本实用新型公开的通用型电子式电流继电器具有如下优点和有益效果:1.被测电流范围极宽，可配置电流互感器进一步检测不同等级的电流，且灵活可调。2.本发明采用单片机控制，硬件电路简单，集成度高。可实现人机对话进行参数设置，具有过电流、热过载保护功能，复位方式可选，功能丰富，控制灵活。3.供电范围宽。利用开关电源控制芯片叠加MOSFET管技术，实现了 58 540VAC宽范围供电。
图1为实施例一提供的通用型电子式电流继电器电路结构功能框图。图2为实施例一中通用型电子式电流继电器中除工作开关电源电路外的电路结构图。图3为单片机工作流程图。图4为实施例二中提供的工作开关电源电路电路结构功能框图。图5为实施例二中提供的工作开关电源电路电路结构图。图6为实施例三中提供的通用型电子式电流继电器的外壳结构示意图。附图标记列表:1-外壳，2_显不面板,3_设置按钮。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式
仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。实施例一:如图1所示的通用型电子式电流继电器，包括电流信号处理电路、单片机控制电路、数码管显示电路、输出继电器电路和键盘设置电路和工作开关电源电路，其中电流信号处理电路向单片机控制电路输送电流采样信号，键盘设置电路向单片机输入设置参数，工作开关电源为电流信号处理电路、数码管显示电路、单片机控制电路和输出继电器电路提供工作电源，单片机控制电路向数码管显示电路发送显示数据，单片机控制电路控制输出继电器的动作，本继电器还包括电流互感器，所述电流互感器向电流信号处理电路输送电流号。本实用新型提供的通用型电子式电流继电器具体电路构成如图2所示，图中Il为精密电流互感器，其线圈额定输出为2mA，Il和外部主电路电流互感器配合使用增大了测量范围，互感器的电流信号经电流信号处理电路中的放大器精密运放放大并进行极性变换处理后送到单片机Ul (PIC16F690)A/D转换脚，单片机的RC 口作为LED数码管显示的数据输出端，RB 口作为按键设置及数码管的位控脚，输出继电器电路中的HI继电器及LO继电器分别作为过电流、热过载保护动作的输出继电器。单片机负责电流检测，过电流、热过载判断，参数设置及电流显示等功能，单片机控制电路中包含有单片机芯片，单片机的工作流程如图3所示，当开启电流继电器时，单片机初始化，并对输入电流进行Α/D采样，随即进行电流计算，当设置键按下时进行参数设置，并通过数码管显示电路进行相应的显示，并可在过电流和热过载时分别进行相应的过电流和热过载处理。具体地说，过电流保护过程为:当检测的电流大于过电流设定值，过电流继电器立即动作，当电流小于过电流设定值时，过电流输出继电器立即释放(指在自动复位方式下工作)，过电流响应最小时间在15ms左右。热过载保护过程为:当电流大于热过载电流设定值oL，并且持续时间超过热过载设定时间ο Γ，热过载输出继电器动作，热过载输出呈反时限特性(即电流越大热过载响应越快)。热过载继电器是根据电流产生的热量Q (Q=kl 2 t)大小而动作的，这里I即为参数oL，t为ο Γ，即电流越大，热过载继电器动作时间越短，呈反时限特性。如设置参数oL =60A，ο Γ =30秒时，当实际检测电流为70A，则继电器动作时间=60 2 X30, ,U 2 =22 (秒)。过电流、热过载电流、过载时间可通过面板按键设置，过电流、热过载分别独立控制。通过连接电流互感器，本通用型电子式电流继电器测定的电流范围为被测电流范围为O 9999A，，可通过按键设置互感器参数，数码管显示互感器一次侧实际电流，能自动捕捉被测电流的最大值和最小值并显示。实施例二:原有的工作开关电源电路包括依次连接的整流电路、滤波电路、变压器和稳压电路，电源提供的电压经过整流、滤波、变压和稳压之后，达到电流继电器的工作电压。现有的工作开关电源电路只能在电源供电范围85 265VAC时输出正常工作电压，因此在很多环境中无法适用。为了拓宽电流继电器的工作环境，作为本实用新型的一种改进方案，如图4所示，在滤波电路和变压器 中间还连接着MOSFET芯片Ql和开关电源芯片Ul，滤波电路与开关电源芯片Ul相连，MOSFET芯片Ql与开关电源控制芯片Ul形成如图5所示的叠加结构(虚线框内)。具体地说，Ul的漏极驱动Ql的源极，同时Ql的漏极驱动变压器初级。Ul的漏极电压被依次串联的稳压二极管VR1、VR2、和VR3限制在450 V，这将Ul和Ql的最大合成峰值漏极电压扩展到1050 V。依次串联的电感链R17、R18和R19给Ql的栅极提供启动充电。开关电源芯片Ul内部也有MOSFET芯片，当Ul内部的MOSFET芯片导通时，Ql也开通，把输入电压加到变压器初级。一旦初级电流达到Ul的内部限流点，Ul内部的MOSFET关断，储存的能量被传送到输出。稳压通过0N/0FF控制来维持。开关周期根据进入Ul反馈引脚的电流进行使能/关断，达到主输出VCC稳压控制的目的。供运放工作的双路电源+VH, -VL采用三端稳压集成块78L08、79L08进行稳压。因此利用上述开关电源控制芯片叠加MOS管技术，能够实现58 540VAC宽范围供电，拓宽了供电电源的供电范围，使本电流继电器在绝大部分供电环境中都能正常运行。实施例三:作为一种改进，在实际应用中，在实施例一或实施例二提供的电路结构基础上，为了使电流继电器的操作更为便利，本电子式继电器还应包括如图6所示的外壳1，实施例一或实施例二提供的电路安装在外壳I内。外壳I上设置有显示面板2和设置按钮3，数码管显示电路将从单片机中接收到的信号在显示面板2中加以显示，设置按钮3与键盘设置电路相连。通常设置按钮3包括设置键(可显示为“SET”)、增加键(可显示为“5”)、移位键/复位键(可显示为“4/RESET”)。设置参数时，每按一次设置键即显示不同的参数名称；每按一次增加键，则相应位的数字加1，0 9 O依次循环。移位键/复位键在参数设置时作为移位键，每按I下，设置位循环右移；在正常运行时，作为手动复位键:当被测电流恢复到正常值时，按此键，输出继电器复位到正常状态。本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
权利要求1.一种通用型电子式电流继电器，包括电流信号处理电路、单片机控制电路、数码管显示电路、输出继电器电路、键盘设置电路和工作开关电源电路，其中电流信号处理电路向单片机控制电路输送电流采样信号，键盘设置电路向单片机输入设置参数，工作开关电源为电流信号处理电路、数码管显示电路、单片机控制电路和输出继电器电路提供工作电源，单片机控制电路向数码管显示电路发送显示数据，单片机控制电路控制输出继电器的动作，其特征在于:还包括电流互感器，所述电流互感器向电流信号处理电路输送电流信号。
2.根据权利要求1所述的通用型电子式电流继电器，其特征在于:所述工作开关电源电路包括依次连接的整流电路、滤波电路、变压器和稳压电路，在滤波电路和变压器之间还连接着MOSFET芯片和开关电源芯片，滤波电路与开关电源芯片相连，开关电源控制芯片的的漏极驱动MOSFET芯片的源极，MOSFET芯片的漏极驱动变压器初级。
3.根据权利要求1或2所述的通用型电子式电流继电器，其特征在于:还包括外壳，夕卜壳上设置有显示面板和设置按钮，数码管显示电路连接着显示面板，设置按钮与键盘设置电路相连。
专利摘要本实用新型公开了一种通用的电子式电流继电器，测定的电流范围大，此外工作电源采用独立供电方式，拓宽了工作电源的供电范围。本实用新型提供的通用型电子式电流继电器，包括电流信号处理电路、单片机控制电路、数码管显示电路、输出继电器电路和键盘设置电路和工作开关电源电路，其中电流信号处理电路向单片机控制电路输送电流采样信号，键盘设置电路向单片机输入设置参数，工作开关电源为电流信号处理电路、数码管显示电路、单片机控制电路和输出继电器电路提供工作电源，单片机控制电路向数码管显示电路发送显示数据，单片机控制电路控制输出继电器电路的动作，本继电器还包括电流互感器，所述电流互感器向电流信号处理电路提供电流采样信号。
文档编号H02H3/08GK202997498SQ201220691079
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者万金华 申请人:江苏海事职业技术学院