一种发电机碳刷电流的监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种发电机碳刷电流的监测装置，属于电子信息【技术领域】，包括：电流传感器、模拟开关、模数转换器以及微控制器；其中，所述电流传感器与所述发电机碳刷电连接，所述电流传感器还与所述模拟开关电连接，所述模拟开关与所述模数转换器电连接，所述模数转换器与所述微控制器电连接，所述微控制器电连接有显示器。本装置通过设置在碳刷上的电流传感器实时采集碳刷的电流信息，并将该电流信息依次通过模拟开关、模数转换器传输到微控制器的方式，实现了对发电机碳刷的实时监测。
【专利说明】一种发电机碳刷电流的监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子信息【技术领域】，具体而言，涉及一种发电机碳刷电流的监测
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【背景技术】
[0002]国内大中型发电机，需要对转子绕组通上电流后产生旋转磁场后才能发出电力，大部分发电机转子的励磁电流需要从外部电源输入，由于转子是在旋转的，所以外部直流电源只能通过碳刷将电流输入到转子绕组中。发电机碳刷是发电机的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，它由纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上，电机转动的时候，将电能通过换相器输送给线圈，由于其主要成分是碳，称为碳刷，它属于易磨损件且需定期维护更换。当发电机碳刷不正常运行时会导致碳刷电流分配不均，碳刷电流间偏差增大；碳刷电流过大会导致碳刷过热，磨损加重；碳刷电流过小也可预示碳刷出现卡阻烧辫等异常情况。
[0003]发明人在研究中发现，在现有的技术当中，通常是由技术人员不定期的采用便携手持式电流钳表，来测量碳刷电流，因而无法对碳刷电流进行实时监测。
实用新型内容
[0004]有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种发电机碳刷电流的监测装置，以改善在现有的技术当中，通常是由技术人员不定期的采用便携手持式电流钳表，来测量碳刷电流，而无法对碳刷电流进行实时监测的问题。
[0005]本实用新型实施例是这样实现的:
[0006]第一方面，本实用新型实施例提供了一种发电机碳刷电流的监测装置，包括:电流传感器、模拟开关、模数转换器以及微控制器；其中，所述电流传感器与所述发电机碳刷电连接，所述电流传感器还与所述模拟开关电连接，所述模拟开关与所述模数转换器电连接，所述模数转换器与所述微控制器电连接，所述微控制器电连接有显示器。
[0007]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述电流传感器与所述模拟开关之间连接有导线，所述电流传感器与所述导线之间还设置有用于把所述电流传感器与所述导线隔开的电路板，所述电流传感器与所述导线分别与所述电路板电连接。
[0008]结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述电流传感器有多个，所述模拟开关为多路模拟开关，多个所述电流传感器分别与所述多路模拟开关电连接。
[0009]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述多路模拟开关与所述模数转换器之间还依次电连接有滤波电路和运算放大电路。
[0010]结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述运算放大电路包括运算放大器以及分压电路，所述运算放大器包括同相输入端、反向输入端以及输出端，所述运算放大器同相输入端与所述滤波电路连接，所述运算放大器的输出端与所述反向输入端连接，所述输出端还与所述分压电路连接。
[0011]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括温度传感器，所述温度传感器与所述微控制器电连接。
[0012]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括湿度传感器，所述湿度传感器与所述微控制器电连接。
[0013]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括报警单元，所述报警单元包括报警器，所述报警器与所述微控制器电连接。
[0014]结合第一方面的第七种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，所述报警单元还包括警示灯，所述警示灯与所述微控制器电连接。
[0015]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括主机箱，所述主机箱包括机箱主体和机箱盖，所述机箱盖与所述机箱主体活动连接，所述显示器设置于所述机箱盖外侧；所述模拟开关、所述模数转换器以及所述微控制器均设置于所述主机箱内。
[0016]本实用新型实现的技术效果:
[0017]本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，采用在碳刷上安装电流传感器，并将该传感器依次与模拟开关、模数转换器、微控制器电连接的方式，与现有技术中的由技术人员不定期的采用便携手持式电流钳表，来测量碳刷电流，而无法对碳刷电流进行实时监测相比，本装置通过设置在碳刷上的电流传感器实时采集碳刷的电流信息，并将该电流信息依次通过模拟开关、模数转换器传输到微控制器的方式，实现了对发电机碳刷的实时监测。
[0018]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以提高碳刷电流侧测量精度。在电流传感器外设置一个外接电路板，使电流传感器先通过其引脚与外接电路板连接，然后再通过导线连接外接电路板与多路模拟开关，使得连接电流传感器与多路模拟开关的导线与碳刷设置的用于连接电流传感器的螺帽之间有较远的距离，减小了对电流传感器的影响，从而提升了碳刷电流侧测量精度。
[0019]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以对碳刷上多个位置的电流进行测量，以利于对碳刷的电流进行更加全面的监测。
[0020]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以对电流传感器所采集的电流信号进行滤波和运算放大，以提高最终的电流信息精度。
[0021]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以获取到本装置所述环境的温度信息，以利于技术人员及时控制本装置所处环境的温度状况，较小温度对电流测量的影响。
[0022]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以获取到本装置所述环境的湿度信息，以利于技术人员及时控制本装置所处环境的湿度状况，较小湿度对电流测量的影响。
[0023]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以通过报警单元的报警器及时发出危险警报。当电流传感器所采集的碳刷电流与发电机正常运行时的碳刷电流有偏差时，报警单元的报警器发出警示信号告知技术人员。
[0024]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以通过报警单元的警示灯与报警器相配合，以利于更加及时的发出危险警报。
[0025]进一步，本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，还可以设置于一个主机箱内，其中，显示器设置于主机箱的机箱盖外侧，其他单元设置于主机箱内，从而使本装置具有良好的可移动性、整体性。
[0026]为了使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细所说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0028]图1为本实用新型实施例一提供的一种发电机碳刷电流的监测装置的结构框图；
[0029]图2为本实用新型实施例一提供的一种发电机碳刷电流的监测装置的结构框图；
[0030]图3为本实用新型实施例二提供的一种发电机碳刷电流的监测装置的结构框图；
[0031]图4为本实用新型实施例提供的一种发电机碳刷电流的监测装置中电流传感器与电路板的连接示意图。
[0032]图5为本实用新型实施例提供的一种发电机碳刷电流的监测装置的电路原理图中接口端子的引脚连接示意图；
[0033]图6为本实用新型实施例提供的一种发电机碳刷电流的监测装置的电路原理图中多路模拟开关的引脚连接示意图；
[0034]图7为本实用新型实施例提供的一种发电机碳刷电流的监测装置的电路原理图中运算放大电路的连接示意图；
[0035]图8为本实用新型实施例三提供的一种发电机碳刷电流的监测装置的主机箱结构图。
[0036]101-电流传感器；102_多路模拟开关；103_模数转换器；104_微控制器；105_显示器；201_温度传感器；202_湿度传感器；301_报警单元；302_警示灯；303_报警器；401-通孔；402-电路板；403-导线。
【具体实施方式】
[0037]下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0038]国内大中型发电机，需要对转子绕组通上电流后产生旋转磁场后才能发出电力，大部分发电机转子的励磁电流需要从外部电源输入，由于转子是在旋转的，所以外部直流电源只能通过碳刷将电流输入到转子绕组中。发电机碳刷是发电机的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，它由纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上，电机转动的时候，将电能通过换相器输送给线圈，由于其主要成分是碳，称为碳刷，它属于易磨损件且需定期维护更换。当发电机碳刷不正常运行时会导致碳刷电流分配不均，碳刷电流间偏差增大；碳刷电流过大会导致碳刷过热，磨损加重；碳刷电流过小也可预示碳刷出现卡阻烧辫等异常情况。发明人在研究中发现，在现有的技术当中，通常是由技术人员不定期的采用便携手持式电流钳表，来测量碳刷电流，因而无法对碳刷电流进行实时监测。为了改善上述问题，本实用新型实施例通过在发电机的碳刷处安装电流传感器，并将该电流传感器获取的电流信息经过处理后，实时传输到连接有显示器的微控制器，从而实现对碳刷电流的实施监测。
[0039]实施例一
[0040]请参阅图1，本实用新型实施例提供的一种发电机碳刷电流的监测装置，包括:电流传感器101、模拟开关、模数转换器103以及微控制器104 ;其中，电流传感器101与发电机碳刷电连接，所述电流传感器101还与模拟开关电连接，所述模拟开关与所述模数转换器103电连接，所述模数转换器103与所述微控制器104电连接，所述微控制器104电连接有显示器105。
[0041]在本装置实施过程中，当电流传感器101采集到发电机碳刷的模拟电流信号后，将该模拟电流信号通过模拟开关传递到模数转换器103，在模数转换器103把该模拟电流信号转换为微控制器104能够处理的数字电流信号，并把转换后的数字电流信号传输到微控制器104，最终通过显示器105进行数据显示。
[0042]需要说明的是，在本实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置的实践过程中，电流传感器101的数量可以根据实际情况确定，当需要测量电流的位置较多时，可以增加电流传感器101的数量。如图2所示，当电流传感器101的数量有多个时，为了较好的传输多个电流传感器101所采集的电流信号，作为一种优选方式，模拟开关可以采用多路模拟开关102，其中，多个电流传感器101分别与多路模拟开关102电连接。
[0043]需要说明的是，与微控制器104连接的显示器105有多种实施方式，例如，可以采用数码显示管作为显示器105，当然，也可以采用液晶显示屏作为显示器。在实施过程中，只要显示器105能够显示出微控制器104所传输来的电流信息即可。
[0044]在实践过程中，为了使本监测装置的整体性能更加稳定，以及使微控制器104所获取的数据更加精确，作为一种优选方式，可以在多路模拟开关102和模数转换器103之间依次连接滤波电路和运算放大电路，即多路模拟开关102、滤波电路、运算放大电路以及模数转换器103依次电连接。其中，运算放大电路包括运算放大器以及分压电路，运算放大器包括同相输入端、反向输入端以及输出端，所述运算放大器同相输入端与所述滤波电路连接，所述运算放大器的输出端与所述反向输入端连接，所述输出端还与所述分压电路连接。滤波电路在工作过程中，能够将模拟电流信号中的噪声滤出掉，避免该噪声影响电流测定精度，而运算放大电路能够保持信号的稳定。较佳的，其中的分压电路能够将运算放大器输出端的电压值进行衰减，以使运算放大器的输出电压值不超过模数转换器的额定工作电压。
[0045]为了进一步的说明本实施例中电流传感器101、多路模拟开关102以及模数转换器103之间的电连接方式，如图5-7所示，为本实施例提供的一种电路连接方式，在实施过程中，电流传感器101的电流信号通过接线端子传输到型号为CD4067的16选I多路模拟开关102，其中，多路模拟开关102与接线端子之间通过各自的引脚相连接。而多路模拟开关102与运算放大电路中的运算放大器的同相输入端相连接，而该运算放大器的输出端连接分压电阻后与模数转换器103连接。
[0046]需要说明的是，在本实施例中，如图4所示，电流传感器101通过其通孔401套接于碳刷设置的螺帽上，通过测量螺帽的电流，进而测量碳刷的电流。在发电机的碳刷上安装电流传感器101的过程中，为了避免连接电流传感器101与多路模拟开关102的导线403与该螺帽距离较近，而互相产生电磁干扰，作为一种优选方式，可以在电流传感器101外设置一个电路板402，电流传感器101通过自身的引脚与该电路板402电连接，再在电路板402上设置连接多路模拟开关102的导线403，从而使电路板把导线和电流传感器101隔开。而在实践过程，上述电路板402有多种方式，只要能够满足电流传感器101与导线403导电，且把导线和电流传感器101隔开即可。
[0047]需要说明的是，在本实施例提供的文字部分和电路图部分，所示出和描述的数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他实施例可以有不同的值。
[0048]本实用新型实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置，采用在碳刷上安装电流传感器101，并依次将该电流传感器101、多路模拟开关102、模数转换器103、微控制器104电连接的方式，与现有技术中的由技术人员不定期的采用便携手持式电流钳表，来测量碳刷电流，而无法对碳刷电流进行实时监测相比，本装置通过设置在碳刷上的电流传感器101实时采集碳刷的电流信息，并将该电流信息依次通过多路模拟开关102、模数转换器103传输到微控制器104的方式，实现了对发电机碳刷的实时监测。
[0049]实施例二
[0050]本实施例与实施例一最主要的区别在于，为了进一步的监测本装置所处环境的情况，如图3所示，作为优选，在本实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置中，还包括温度传感器201、湿度传感器202以及报警单元301。
[0051]温度传感器201以及湿度传感器202分别与微控制器104电连接。在电流的测定过程中，测定精度在一定程度上会受到本电流监测装置所处环境的温度和湿度的影响，通过与微控制器104电连接的温度传感器201和湿度传感器202，可以实时测定装置所处环境的温度情况和湿度情况，从而使技术人员能够及时获取到温度信息和湿度信息。
[0052]报警单元301包括报警器303以及警示灯302，且报警器303以及警示灯302分别与微控制104器电连接。在发电机工作过程中，发电机的碳刷电流超过正常阀值时，会影响发电机的正常工作，当微控制器104监测到通过电流传感器101所采集到的电流超过正常阀值时，会向报警单元301发出报警信号，使报警器303和警示灯302同时工作，从而告知技术人员采取相应的措施。
[0053]实施例三
[0054]本实施例与实施一最主要的区别在于，为了使本实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置具有更好的整体性和可移动性，如图8所示，本实施例提供的发电机碳刷电流的监测装置还包括主机箱，该主机箱包括机箱主体502和机箱盖503，为了便于机箱盖503的打开和关闭，机箱盖503与机箱主体502活动连接，例如，铰链连接、螺纹连接等。
[0055]为了便于技术人员查看电流数据，本装置中的显示器105设置于机箱盖503外侧；模拟开关、模数转换器103以及所述微控制104器均设置于所述主机箱内。通过本实施例的上述设置，使本实施例提供的碳刷电流的监测装置能够很好的得到主机箱的保护，同时，使本装置具有更好的整体性。
[0056]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，包括:电流传感器、模拟开关、模数转换器以及微控制器；其中，所述电流传感器与所述发电机碳刷电连接，所述电流传感器还与所述模拟开关电连接，所述模拟开关与所述模数转换器电连接，所述模数转换器与所述微控制器电连接，所述微控制器电连接有显示器。
2.根据权利要求1所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述电流传感器与所述模拟开关之间连接有导线，所述电流传感器与所述导线之间还设置有用于把所述电流传感器与所述导线隔开的电路板，所述电流传感器与所述导线分别与所述电路板电连接。
3.根据权利要求1或2所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述电流传感器有多个，所述模拟开关为多路模拟开关，多个所述电流传感器分别与所述多路模拟开关电连接。
4.根据权利要求3所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述多路模拟开关与所述模数转换器之间还依次电连接有滤波电路和运算放大电路。
5.根据权利要求4所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述运算放大电路包括运算放大器以及分压电路，所述运算放大器包括同相输入端、反向输入端以及输出端，所述运算放大器同相输入端与所述滤波电路连接，所述运算放大器的输出端与所述反向输入端连接，所述输出端还与所述分压电路连接。
6.根据权利要求1所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括温度传感器，所述温度传感器与所述微控制器电连接。
7.根据权利要求1所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括湿度传感器，所述湿度传感器与所述微控制器电连接。
8.根据权利要求1所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括报警单元，所述报警单元包括报警器，所述报警器与所述微控制器电连接。
9.根据权利要求8所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述报警单元还包括警示灯，所述警示灯与所述微控制器电连接。
10.根据权利要求1所述的发电机碳刷电流的监测装置，其特征在于，所述发电机碳刷电流的监测装置还包括主机箱，所述主机箱包括机箱主体和机箱盖，所述机箱盖与所述机箱主体活动连接，所述显示器设置于所述机箱盖外侧；所述模拟开关、所述模数转换器以及所述微控制器均设置于所述主机箱内。
【文档编号】G01R19/25GK204142833SQ201420605399
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】郭锡辉 申请人:郭锡辉