一种基于交流采样的电能计量及电动机保护模块的制作方法

1.本实用新型涉及工业控制技术领域，具体为一种基于交流采样的电能计量及电动机保护模块。


背景技术：

2.目前国内智能建筑领域内，新风空调系统和给水排水系统中较多的使用到了风机水泵控制器，智能控制器中预置了程序，可以简单方便的实现风、水的联动智能控制。但在动力设备中缺乏对电动机的异常运行进行监控保护，导致电动机的损坏和运行故障。所以为了解决电动机保护和计量问题，有必要开发出一款操作简单方便，价格经济实惠，运行稳定的模块。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于交流采样的电能计量及电动机保护模块，具备通讯速率快，信号稳定、价格经济实惠、运行稳定等优点，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于交流采样的电能计量及电动机保护模块，包括pcb丝印板，所述pcb丝印板的左端设有接线端子，pcb丝印板的右侧设有连接到二次模块的接口、程序下载口、usb调试口和debug调试口，所述pcb丝印板的下端设有电流互感器、零序电流互感器和交流信号采样放大电路，所述pcb丝印板的上端设有电压互感器、主控芯片mcu、led指示灯，以及实际记录存储芯片。
5.优选的，所述主控芯片mcu的型号为：stm32f103cbt6。
6.优选的，所述pcb丝印板型号为：motor_lon_electornic，pcb丝印板采用双层板，单面焊接元器件，强电区和弱点区做分离。
7.优选的，所述接线端子分布在pcb丝印板上，并通过pin12插拔式端子连接四个三相电压和零线端子、六个电流互感器输入端子，以及一个零序或漏电接入端子。
8.优选的，所述pcb丝印板右侧的接口为spi通讯和模块供电接口，用于连接到二次模块。
9.优选的，所述pcb丝印板右侧的程序下载口为程序升级接口，用于pc端对模块程序升级使用。
10.优选的，所述pcb丝印板右侧的usb调试口为模块调试接口，用于pc端或其他手持模块对模块参数的读取和设置使用。
11.优选的，所述pcb丝印板上端的led指示灯为模块运行指示，分别用于电源指示、报警、跳闸、通讯、复位指示。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
13.本基于交流采样的电能计量及电动机保护模块，具有三相电压、三相电流、一个零序/漏电、功率、频率、电能计量的测量，速断保护、定时限过流保护、堵转保护、启动时间过
长、三相电流不平衡度保护、i0接地保护；保护动作出口有spi通讯接口发送到二次模块，led指示用来指示模块的运行状态、通讯状态、跳闸指示、报警指示；通过spi接口与二次模块进行通信，通讯速率快，信号稳定。
附图说明
14.图1为本实用新型的整体结构示意图；
15.图2为本实用新型的三相电压隔离电路；
16.图3为本实用新型的三相电流隔离电路
17.图4为本实用新型的零序/漏电隔离电路
18.图5为本实用新型的三相电压调理电路；
19.图6为本实用新型的三相电流调理电路；
20.图7为本实用新型的零序/漏电调理电路；
21.图8为本实用新型的基准电压电路；
22.图9为本实用新型的频率调理电路；
23.图10为本实用新型的主芯片及外围电路；
24.图11为本实用新型的usb通讯电路；
25.图12为本实用新型的led指示电路。
26.图中：1、pcb丝印板；2、接线端子；3、电流互感器；4、零序电流互感器；5、接口；6、程序下载口；7、usb调试口；8、debug调试口；9、led指示灯；10、存储芯片；11、主控芯片mcu；12、交流信号采样放大电路；13、电压互感器；。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
28.请参阅图1
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12，一种基于交流采样的电能计量及电动机保护模块，包括pcb丝印板1，pcb丝印板1的左端设有接线端子2，pcb丝印板1的右侧设有连接到二次模块的接口5、程序下载口6、usb调试口7和debug调试口8，pcb丝印板1的下端设有电流互感器3、零序电流互感器4和交流信号采样放大电路12，pcb丝印板1的上端设有电压互感器13、主控芯片mcu11、led指示灯9，以及实际记录存储芯片10。
29.在上述实施例中，主控芯片mcu11的型号为：stm32f103cbt6；pcb丝印板1型号为：motor_lon_electornic，pcb丝印板1采用双层板，单面焊接元器件，强电区和弱点区做分离；接线端子2分布在pcb丝印板1上，并通过pin12插拔式端子连接四个三相电压和零线端子、六个电流互感器输入端子，以及一个零序或漏电接入端子；pcb丝印板1右侧的接口5为spi通讯和模块供电接口，用于连接到二次模块；pcb丝印板1右侧的程序下载口6为程序升级接口，用于pc端对模块程序升级使用；pcb丝印板1右侧的usb调试口7为模块调试接口，用于pc端或其他手持模块对模块参数的读取和设置使用；pcb丝印板1上端的led指示灯9为模块运行指示，分别用于电源指示、报警、跳闸、通讯、复位指示。
30.请参阅图2，本实施例中，ac220v电压信号经过电压互感器13，产生ac1v的交流信号。
31.请参阅图3，本实施例中，ac5a的电流经过电流互感器3，产生ac0.25v的交流信号。
32.请参阅图4，本实施例中，ac5a的电流经过零序电流互感器4，产生ac0.25v的交流信号。
33.请参阅图5，本实施例中，ac1v的电压信号，经过三相电压调理电路，产生以1.65v为对称轴的交流信号。
34.请参阅图6，本实施例中，ac0.25v的电压信号，经过三相电流信号调理电路，产生以1.65v为对称轴的交流信号。
35.请参阅图7，为本实施例中零序/漏电调理电路。
36.请参阅图8，本实施例中，3.3v电压经过2个同样大小的电阻分压之后，产生1.65v的电压，经过射随电路后输出更稳定1.65v基准电路，用于抬高交流信号的电平，由于不抬高交流信号，交流信号的负半周不能被mcu采集。
37.请参阅图9，本实施例中，电压信号被抬高1.65v后，就是以1.65v为对称轴的交流信号，1.65v即为交流信号的过零点，根据这个原理，搭建过零比较电路，可把交流信号变成相同频率的脉冲信号，接入到mcu的捕获通道，可测量出交流电的频率。
38.工作原理：本基于交流采样的电能计量及电动机保护模块，将模块内嵌到二次模块内，通过四个角处的固定孔把pcb丝印板1固定好，外部电压、电流、零序/漏电信号接入到接线端子2上，电信号经过互感器电磁耦合后，再经过信号调理电路，把信号送到主控芯片mcu 11进行adc采集。
39.主控芯片mcu 11采集到信号经过计算得出电压、电流、频率、功率、电能等电参数，缓存在寄存器中，二次模块通过spi接口可读；一个周波即可计算出电压、电流、零序、漏电参数。
40.检测到三相电流任意一相电流值大于设定的速断电流值，持续时间大于设定的速断保护时间，速断保护跳闸允许，满足以上条件，跳闸标记位或运算0x00000001；二次模块通过spi接口读取到跳闸标记位与运算0x00000001，保护跳闸动作。
41.电动机启动完成后，检测到三相电流任意一相电流值大于设定的定时限保护电流值，持续时间大于设定的定时限保护时间，定时限保护跳闸允许，满足以上条件，跳闸标记位或运算0x00000002；二次模块通过spi接口读取到跳闸标记位与运算0x00000002为真，保护跳闸动作。
42.电动机启动完成后，检测到三相电流任意一相电流值大于设定的反时限保护电流值的1.2倍，持续时间大于设定的反时限保护时间，反时限保护跳闸允许，满足以上条件，跳闸标记位或运算0x00000004；二次模块通过spi接口读取到跳闸标记位与运算0x00000004为真，保护跳闸动作。
43.电动机启动完成后，检测到三相电流任意一相电流值大于设定的堵转保护电流值，持续时间大于设定的堵转保护时间，堵转保护跳闸允许，满足以上条件，跳闸标记位或运算0x00000008；二次模块通过spi接口读取到跳闸标记位与运算0x00000008为真，保护跳闸动作
44.检测到启动电流，延时启动时间过长的时间后，检测到三相电流任意一相电流值
大于设定的启动时间过长保护电流值，启动时间过长保护跳闸允许，满足以上条件，跳闸标记位或运算0x00000010；二次模块通过spi接口读取到跳闸标记位与运算0x00000010为真，保护跳闸动作。
45.三相电流不平衡度＝(三相电流最大值
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三相电流最小值)/三相平均电流，当三相电流不平衡度大于设定值，且持续时间大于三相电流不平衡度时间设定值，三相电流不平衡度允许保护跳闸，满足以上条件，跳闸标记位或运算0x00000020；二次模块通过spi接口读取到跳闸标记位与运算0x00000020为真，保护跳闸动作。
46.检测到零序/漏电大于设定的零序/漏电保护电流值，持续时间大于设定的零序/漏电保护时间，零序/漏电保护跳闸允许，满足以上条件，跳闸标记位或运算0x00000040；二次模块通过spi接口读取到跳闸标记位与运算0x00000040为真，保护跳闸动作。
47.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
48.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。