专利名称：一体化电机综合监控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及--种电动机保护及控制装置，通过装置内置传感 器和单片机电路实现了电动机电压、电流的测量。
技术背景电动机是用电系统的重要负荷，在油田矿区仅注水泵电动机 和抽油机电动机就占据了油田生产耗电总量60%以上。为了减少电动机的电 能损耗人们采用各种各样的节能控制措施，其中常见的节能控制措施有通 过电能表监视电动机耗电状况、加装电容器对电动机进行无功补偿、采用双 功率电动机跟踪负载的变动、利用变频器对电动机进行调速控制，对于一些 特定的以电动机为动力的负载往往还要进行电动机的间歇运行控制、降压起 动控制、软起动控制和晃电自起动控制等。目前，以上这些控制方式的实现 绝大部分都需要安装专用的分离式的控制装置或仪表。在一个电动机系统中 安装多个控制装置，使电动机控制系统设备烦多、接线复杂、投资增加、可 靠性降低。专用控制装置在控制方式上是相对独立的，难以实现各控制装置 之间的逻辑配合。例如在具有无功补偿的电动机控制系统中，正确的电动 机停止操作时应该先切除无功补偿电容器再切除电动机，以防止电动机与补 偿电容器之间出现谐振过电压，然而这在釆用分离式控制装置的组合系统中 很难实现，因此常常出现电容器或电动机被过电压击穿的现象。又如采用 功率跟踪调节器进行电动机绕组切换控制的系统中，功率跟踪调节器与电动 机保护器是逻辑分开的不能实现电动机的断电监视，因此在绕组切换时常常 因为交流接触器的主接点的粘连发生短路事故。
这类装置主要应用在电动机的保护和节能控制领域，常见的专用控制装置有电动机保护器、电动机无功补偿控制器、电动机功率跟踪调节器、可 编程控制器、专用节能控制装置、数字电能表、功率因数表等。这些控制器 的直接控制对象一般是交流接触器、晶闸管模块、软启动器、变频器。
其实，大部分电动机控制装置都是通过电动机电压、电流的测量分析实 现其控制功能的。不同功能的控制装置有其不同的信号测量范围，目前电动 机保护装置大都是采用带有铁磁材料的电流传感器进行电流的测量。带有铁 磁材料的电流传感器在测量电流较小时，磁滞现象会使测量灵敏度低，在测 量电流大较时磁路饱和会使测量线性度变差，这对于要求较高测量环节(如 电量计量)是不可行的，就需要安装专用的电流传感器。可见开发多功能电 动机控制装置的技术关键在于宽范围电流测量电路的设计。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种为了简化多功能电动机保护 控制系统的二次接线，降低系统的整体造价，达到各种控制功能之间的合理 配合，提高系统工作的可靠性的一种自带宽范围电流测量电路的一体化电机 综合监控装置。 一种一体化电机综合监控装置通过线性测量电路实现电动机 的保护、计量、节能、控制几种功能。所述的线性测量电路包括三根平行固 定铜排，靠近三根固定铜排上分别设有位置相对固定的线性霍尔元件，霍尔 元件的测量平面要与所测量铜排中电流所形成的磁场方向垂直，而与相邻铜 排中电流所形成的磁场方向平行。还通过单片机控制实现电动机保护、电动 机绕组切换、无功动态补偿、软起动、变频器调速的控制以及用电量计量。 监控装置本身有三根固定的铜排穿过装置壳体，铜排既是装置三相电源的接 入点，又是被控制设备三相电流的测量线。利用铜排和装置内置的线性霍尔 元件组成了宽范围的电流测量电路。三根铜排一端接电源，另一端连接用电 负载的主控器件的电源进线端。主控器件可以是控制电动机用的交流接接触器、控制电动机软起动用的晶闸管控制模块、控制补偿电容用的固态 继电器以及电动机调速用的变频器等。本监控装置提供二次控制端子可以直 接连接各种主控器件的二次的控制线，不需要再接其他中间器件。二次控制 端子内部有两种输出控制方式， 一种是继电器常开接点控制方式，用于控制 不频繁操作的交流接触器。另一种是光电隔离器件直接控制方式，用于控制 需要快速频繁操作的固态继电器、晶闸管模块、变频器等。装置用单片机电 路实现电流、电压信号的采集与分析，利用采集到的三相电流、电压信号， 装置可以计算出电动机负载的有功功率、无功功率、用电量、功率因数等多 个控制参数，可以用不同的子程序模块实现不同的控制功能。该综合了几种 常用的控制功能，主要有1电动机通用保护、接触器抖动保护和粘连保护， 2电动机用电量计量、电气参数运行监视，3降压启动、晃电自起动、间歇运 行、软启动控制，4无功功率跟踪补偿、电'动机绕组有功功率跟踪切换控制， 5电动机变频调速控制。采用上述结构后， 一体化电机综合监控装置同时具有 电动机的保护、计量、节能等多项控制功能，解决了各分离控制装置之间资 源不能共享、配合困难、接线复杂的问题。 一体化电机综合监控装置的功能 可以做得比分离装置更加完善，工程安装更简便，造价更低。
附图1是本实用新型的结构示意附图2是霍尔元件与铜排安装平视图； 附图3是霍尔元件与铜排安装侧视图； 附图4是装置外部接线端子说明图； 附图5是电路原理图。
附图6、 7是应用实施例图。
具体实施例 一种一体化电机综合监控装置通过线性测量电路实现电动机的保护、计量、节能、控制几种功能。所述的线性测量电路包括三根平行 固定铜排，靠近三根固定铜排上分别设有位置相对固定的线性霍尔元件，霍 尔元件的测量平面要与所测量铜排中电流所形成的磁场方向垂直，而与相邻 铜排中电流所形成的磁场方向平行。还通过单片机控制实现电动机保护、电 动机绕组切换、无功动态补偿、软起动、变频器调速的控制以及用电量计量。
图中1为固定铜排，2为装置二次接线端子，3为装置机箱，4为绝 缘电路板，5为线性霍尔元件，6为铜牌固定螺丝，7为电压传感电路，8为 电流传感电路，9为键盘显示电路，10为电源模块，ll为单片机，12为继 电器隔离驱动电路，13为光电隔离芯片，14为三相固态继电器，15为晶闸
管三相交流控制模块。
如图i所示，固定铜排1也是装置一次接线端子，是系统工作电源的主 要通路。装置二次接线端子2是装置与外部其他器件连接控制线的端子。
如图2所示，线性霍尔元件5是焊接在绝缘电路板4上面的，固定铜排l 是通过铜牌固定螺丝6固定在绝缘电路板4上面的，而绝缘电路板4是与装 置机箱3相固定的。
如图4所示，固定铜排1共引出6个一次接线端子，上面3个是装置的 三相电源的接入端子，下面3个是装置的三相电源的输出端子。装置二次接 线端子2中有3个端子D1、 D2、 D3是两个内部继电器的输出接点，用来控制 外部交流接触器的吸合。有3个端子D4、 D5、 D6是光电隔离器件的输出引脚， 这3个端子与端子D8配合可以输出12V的开关量控制信号，用来控制外部固 态继电器的导通，或是外部变频器的启动、停止操作。端子D7也是光电隔离 器件的输出引脚，但具有脉宽调制输出的功能，通过电阻分压和电容滤波在 端子D7.和D8之间可以输出0 5V的电压信号，主要用于控制外部晶间管三相交流模块的导通角，或是控制变频器的输出频率。
如图5所示，单片机ll采用型号为ATmega8的芯片，该芯片内置8KB的 Flash、 512B的EEPR0M、 1KB的RAM、 8路10位A/D、两路PWM输出，I/O引 脚的驱动电流为20毫安可以直接驱动光电隔离芯片13。电源模块10有两路 电压输出， 一个5V供单片机系统工作，另一个12V用于驱动外部设备。键盘 显示电路9用于装置的信息显示与操作，电压、电流、功率、用电量等信息 均由此电路板显示，电动机的各种手动操作也由此电路板上的键盘进行。此 电路板上有一块无线接收模块，装置的一些简单的操作可以通过手持遥控器 来完成。
如图6所示实施例中，装置通过交流接触器腿l、 KM2实现了一个双功率 电动机的控制，通过三相固态继电器14实现了两组无功补偿电容的动态补偿。
如图7所示的另一个实施例中，装置通过外接晶闸管三相交流模块15实 现了电动机软起动，起动后通过交流接触器KM1短接掉三相交流模块避免其 继续发热。装置通过交流接触器KM2实现了无功补偿电容的基本补偿，通过 三相固态继电器14实现了一组无功补偿电容的动态补偿。
权利要求1、一种一体化电机综合监控装置，其特征在于由线性测量电路控制电动机的保护、计量、节能。
2、 根据权利要求1所述的一体化电机综合监控装置，其特征在于 所述的线性测量电路包括三根平行固定铜排,靠近三根固定铜排上分别设 有位置相对固定的线性霍尔元件，霍尔元件的测量平面要与所测量铜排中 电流所形成的磁场方向垂直，而与相邻铜排中电流所形成的磁场方向平 行。
3、 根据权利要求2所述的一体化电机综合监控装置，其特征在于 还通过单片机控制实现电动机保护、电动机绕组切换、无功动态补偿、软 起动、变频器调速的控制以及用电量计量。
专利摘要本实用新型涉及一种电动机保护及控制装置，提供一种简化多功能电动机保护控制系统的二次接线，各种控制功能之间的合理配合的一体化电机综合监控装置。其通过线性测量电路实现电动机的保护、计量、节能、控制几种功能。线性测量电路包括三根平行固定铜排1，靠近三根固定铜排1上分别设有位置相对固定的线性霍尔元件，霍尔元件的测量平面要与所测量铜排中电流所形成的磁场方向垂直，其还包括装置二次接线端子2、装置机箱3，一体化电机综合监控装置解决了各分离控制装置之间资源不能共享、配合困难、接线复杂的问题。
文档编号G01R31/34GK201234119SQ200820019940
公开日2009年5月6日 申请日期2008年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者夏大洪, 李介祥 申请人:夏大洪