电源综合监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及电源监测技术领域，具体的，涉及电源综合监测系统。


背景技术：

2.周期信号的频率影响着整个电路的工作状态，对于一些电子仪器和电气设备，对交流电源的频率有着一定的要求，频率过低或者过高都可能导致整个电路不能正常工作。为保证整个电路可靠地工作，通常需要对周期信号的频率进行检测，判断周期信号的频率是否在预定频率范围之内。而现有技术中，通常采用数字频率检测器检测周期信号的频率。在采用数字频率检测器检测周期信号的频率时，是将待检测的周期信号与频率已知的参考时钟进行比较。虽然采用数字频率检测器检测周期信号频率的方法较为简单，但是需要较长的时间才能完成检测，检测时间是参考时钟周期的好几倍，不利于进行周期信号频率的快速检测。


技术实现要素：

3.本实用新型提出电源综合监测系统，解决了现有技术中对于电缆周期信号频率的检测方法周期较长，检测效果不好的问题。
4.本实用新型的技术方案如下：
5.电源综合监测系统，包括频率监测单元、缺相监测电路、主控单元和无线通信单元，所述无线通信单元连接主控单元，所述主控单元通过所述无线通信单元与监控终端远程通信，所述频率监测单元和所述缺相监测电路均与主控单元连接，所述频率监测单元包括信号调理电路和频率信号监测电路，所述信号调理电路的输入端连接电源系统，所述信号调理电路的输出端连接所述频率监测电路的输入端，所述频率监测电路输出端连接所述主控单元，所述信号调理电路包括电压互感器t1、电阻r1、电阻r2、运放u1、电阻r3和运放u2，所述电压互感器t1的输入端连接电源系统，所述电压互感器t1的第一输出端依次串联所述电阻 r1和所述电阻r2后连接所述运放u1的同相输入端，所述电压互感器t1的第二输出端接地，所述运放u1的输出端连接所述运放u1的反相输入端，所述运放u1的输出端通过所述电阻 r3连接所述运放u2的同相输入端，所述运放u2的输出端连接所述运放u2的反相输入端，所述运放u2的输出端连接所述频率信号监测电路的输入端。
6.进一步，本实用新型中所述频率信号监测电路包括二极管d1、电阻r5、电阻r6、稳压二极管d2、非门u3和非门u4，所述二极管d1的阳极连接所述信号调理电路的输入端，所述二极管d1的阴极连接所述电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端连接所述非门u3的输入端，所述电阻r6的第一端连接所述电阻r5的第二端，所述电阻r6的第二端接地，所述稳压二极管d2的阴极连接所述电阻r5的第二端，所述稳压二极管d2的阳极接地，所述非门u3的输出端连接所述非门u4的输入端，所述非门u4的输出端连接所述主控单元。
7.进一步，本实用新型中所述缺相监测电路包括移相电路、分压调节电路、迟滞比较电路和隔离输出电路，所述移相电路的输入端连接电源系统，所述移相电路的输出端连接
所述分压调节电路的输入端，所述分压调节电路的输出端连接所述迟滞比较电路的输入端，所述迟滞比较电路的输出端连接所述隔离输出电路输入端，所述隔离输出电路输出端连接所述主控单元。
8.进一步，本实用新型中所述移相电路包括电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、电阻r26、电容c4、电容c5、电容c6、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d7和二极管d8，所述电阻r18的第一端连接a相电，所述电阻r18的第二端通过所述电阻r24连接所述二极管d4的阳极，所述二极管d4的阴极连接所述分压调节电路的输入端，所述二极管d3的阴极连接所述二极管 d4的阳极，所述二极管d3的阳极接地，所述电阻r20的第一端连接b相电，所述电阻r20 的第二端通过所述电阻r25连接所述二极管d6的阳极，所述二极管d6的阴极连接所述分压调节电路的输入端，所述二极管d5的阴极连接所述二极管d6的阳极，所述二极管d5的阳极接地，所述电阻r22的第一端连接c相电，所述电阻r22的第二端通过所述电阻r26连接所述二极管d8的阳极，所述二极管d8的阴极连接所述分压调节电路的输入端，所述二极管d7的阴极连接所述二极管d8的阳极，所述二极管d7的阳极接地，所述二极管d3的阴极通过所述电容c4连接所述电阻r23的第一端，所述电阻r23的第二端连接所述电阻r22 的第二端，所述二极管d5的阴极通过所述电容c5连接所述电阻r19的第一端，所述电阻 r19的第二端连接所述电阻r18的第二端，所述二极管d7的阴极通过所述电容c6连接所述电阻r21的第一端，所述电阻r21的第二端连接所述电阻r20的第二端。
9.进一步，本实用新型中所述分压调节电路包括发光二极管led1、稳压二极管d10、电阻r27和变阻器rp1，所述发光二极管led1的阳极作为所述分压调节电路的输入端，所述发光二极管led1的阴极通过所述变阻器rp1连接所述电阻r27的第一端，所述电阻r27的第二端接地，所述稳压二极管d10的阴极接地，所述稳压二极管d10的阳极接地，所述变阻器rp1的滑动端作为所述分压调节电路的输出端。
10.进一步，本实用新型中所述迟滞比较电路包括电阻r28、电阻r29、电阻r30、电阻r31、电阻r32和运放u9，所述电阻r28的第一端作为所述迟滞比较电路的输入端，所述电阻r28 的第二端通过电阻r29连接所述运放u9的反相输入端，所述运放u9的同相输入端通过所述电阻r31连接3.3v电源，所述运放u9的同相输入端通过所述电阻r30接地，所述运放u9 的输出端通过所述电阻r32连接所述运放u9的同相输入端，所述运放u9的输出端作为所述迟滞比较电路的输出端。
11.进一步，本实用新型中所述隔离输出电路包括电阻r36、三极管q2、电阻r37、光耦 u10、电阻r38、电阻r39、三极管q3和电阻r40，所述电阻r36的第一端连接所述迟滞比较电路的输出端，所述电阻r36的第二端连接所述三极管q2的基极，所述三极管q2的集电极接地，所述三极管q2的发射极连接所述光耦u10的第一输入端，所述光耦u10的第二输入端通过所述电阻r37连接5v电源，所述光耦u10的第一输出端连接3v电源，所述光耦 u10的第二输出端通过所述电阻r39连接所述三极管q3的基极，所述光耦u10的第二输出端通过所述电阻r38接地，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的集电极通过所述电阻r40连接3v电源，所述三极管q3的集电极连接所述主控单元。
12.本实用新型的工作原理及有益效果为：
13.本实用新型中通过频率监测单元监测电源系统的频率变化状态，通过缺相监测电
路监测电源系统是否存在相序逆向以及缺相的情况，最后将检测到的信号送至主控单元做进一步处理，主控单元通过无线通信单元，将处理后的信号送至监控终端，若电源系统出现故障，方便监控终端的工作人员收到故障信息后安排相关人员及时处理故障问题。
14.信号调理电路工作原理为：电压互感器t1在对电源降压处理后，首先经过电容c1初次滤波处理，然后电阻r1、电容c2、电阻r2、电容c3和运放u1组成二阶低通滤波电路，其作用是消除电压传感器产生的高频噪声干扰，提高系统的抗高频干扰能力，同时还可以保持输出电压的幅值和相位与输入电压基本相同，有更好的滤波效果，可以输出电压在高频段以更快的速率下降，运放u2、电阻r3和电阻r4组成加法电路，加法电路的作用是将双极性电压波形改变成单极性电压波形。
15.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
16.图1为本实用新型信号调理电路的电路图；
17.图2为本实用新型频率信号监测电路的电路图；
18.图3为本实用新型缺相监测电路的电路图。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
20.实施例1
21.如图1所示，本实施例提出了电源综合监测系统，包括频率监测单元、缺相监测电路、主控单元和无线通信单元，无线通信单元连接主控单元，主控单元通过无线通信单元与监控终端远程通信，频率监测单元和缺相监测电路均与主控单元连接，频率监测单元包括信号调理电路和频率信号监测电路，信号调理电路的输入端连接电源系统，信号调理电路的输出端连接频率监测电路的输入端，频率监测电路输出端连接主控单元，信号调理电路包括电压互感器t1、电阻r1、电阻r2、运放u1、电阻r3和运放u2，电压互感器t1的输入端连接电源系统，电压互感器t1的第一输出端依次串联电阻r1和电阻r2后连接运放u1的同相输入端，电压互感器t1的第二输出端接地，运放u1的输出端连接运放u1的反相输入端，运放u1的输出端通过电阻r3连接运放u2的同相输入端，运放u2的输出端连接运放u2的反相输入端，运放u2的输出端连接频率信号监测电路的输入端。
22.无论是电源的频率异常，还是电源系统出现逆向、缺相问题都将影响用电设备正常运行，若不及时发现这些问题将对用电设备造成很大损失。
23.本实施例中频率监测单元用于监测电源系统的频率变化状态，缺相监测电路用于监测电源系统是否存在相序逆向以及缺相的情况，频率监测单元由信号调理电路和频率信号监测电路，信号调理电路用于将电源的系统的大电压转化成小电压信号，然后再通过频率信号监测电路来监测电源系统的频率，最后将检测到的信号送至主控单元做进一步处理，主控单元通过无线通信单元，将处理后的信号送至监控终端，若电源系统出现故障，方
便监控终端的工作人员收到故障信息后安排相关人员及时处理故障问题。
24.图1中信号调理电路由二阶低通滤波电路和加法电路两部分构成。电压互感器t1在对电源降压处理后，首先经过电容c1初次滤波处理，然后电阻r1、电容c2、电阻r2、电容c3 和运放u1组成二阶低通滤波电路，其作用是消除电压传感器产生的高频噪声干扰，提高系统的抗高频干扰能力，同时还可以保持输出电压的幅值和相位与输入电压基本相同，具有更好的滤波效果，可以输出电压在高频段以更快的速率下降，运放u2、电阻r3和电阻r4组成加法电路，加法电路的作用是将双极性电压波形改变成单极性电压波形。
25.如图2所示，本实施例中频率信号监测电路包括二极管d1、电阻r5、电阻r6、稳压二极管d2、非门u3和非门u4，二极管d1的阳极连接信号调理电路的输入端，二极管d1的阴极连接电阻r5的第一端，电阻r5的第二端连接非门u3的输入端，电阻r6的第一端连接电阻r5的第二端，电阻r6的第二端接地，稳压二极管d2的阴极连接电阻r5的第二端，稳压二极管d2的阳极接地，非门u3的输出端连接非门u4的输入端，非门u4的输出端连接主控单元。
26.信号调理电路的输出电压信号经过二极管d1调幅检波和限幅后，使其得到一个约4.7v 的单向脉动信号，通过非门u3和非门u4两极反相后送至主控单元，利用脉动信号的上升沿，对信号的若干个周期脉宽所对应的机器周期进行计数，再根据采集的周期数将计数值转换为对应的频率值。为了防止尖峰脉冲干扰，在非门u3的输入端与地之间接稳压二极管d2，当输入脉冲的幅值大于5v时，对电路起到保护作用，非门u3和非门u4均为带有施密特触发器的反相器，经过非门u3和非门u4可以使输出信号相对输入有滞后，整形后可以得到近似的方波信号，增强抗干扰能力。
27.如图3所示，本实施例中缺相监测电路包括移相电路、分压调节电路、迟滞比较电路和隔离输出电路，移相电路的输入端连接电源系统，移相电路的输出端连接分压调节电路的输入端，分压调节电路的输出端连接迟滞比较电路的输入端，迟滞比较电路的输出端连接隔离输出电路输入端，隔离输出电路输出端连接主控单元。
28.在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子等设备中，往往需要检测判断三相交流电源的相序和是否缺相。如果产生缺相或者是相序有误的时候就要及时形成保护。
29.假设ua＝asinwt则ub＝bsin(wt-120
°
)，uc＝csin(wt+120
°
)。以a相和b相为例，如果将b相相位延迟π/3，则a相和b相处于反相状态，同理将c相延迟π/3后与b相处于反相状态，将a相延迟π/3后与c相处于反相状态。如果将延迟后的相电压按正序a-c-b-a 相互叠加，在三相平衡的状态下其结果为0。但是在逆序的情况下相互叠加，其结果则将不会为0，因此，只要将三相交流电的每一相电压延迟π/3相位角后与前一相电压叠加整流输出，如果相序正确则整流后的电压将为0，如果处于逆序或者是缺相状态，输出电压将不为0。
30.如图3所示，本实施例中移相电路包括电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、电阻r26、电容c4、电容c5、电容c6、二极管 d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d7和二极管d8，电阻r18的第一端连接 a相电，电阻r18的第二端通过电阻r24连接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极连接分压调节电路的输入端，二极管d3的阴极连接二极管d4的阳极，二极管d3的阳极接地，电阻r20的第一端连接b相电，电阻r20的第二端通过电阻r25连接二极管d6的阳极，二极管d6的阴极连接分压调节电路的输入端，二极管d5的阴极连接二极管d6的阳极，二极管 d5的阳极接地，电阻r22的第一端连接c相电，电阻r22的第二端通过电阻r26连接二极管d8的阳极，二极管d8的阴极连接分压调节
电路的输入端，二极管d7的阴极连接二极管 d8的阳极，二极管d7的阳极接地，二极管d3的阴极通过电容c4连接电阻r23的第一端，电阻r23的第二端连接电阻r22的第二端，二极管d5的阴极通过电容c5连接电阻r19的第一端，电阻r19的第二端连接电阻r18的第二端，二极管d7的阴极通过电容c6连接电阻r21的第一端，电阻r21的第二端连接电阻r20的第二端。
31.图2中电阻r18、电阻r20、电阻r22、电阻r24、电阻r25和电阻r26为分压限流电阻，二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、二极管d7和二极管d8构成三相桥式整流电路，电阻r23和电容c4组成a相移相电路，将a相延迟π/3后与分压后的c相叠加，电阻r21和电容c6组成b相移相电路，将b相延迟π/3后与分压后的a相叠加，电阻r19 和电容c5组成c相移相电路，将a相延迟π/3后与分压后的b相叠加，适当选择电路中的参数可使三相电压平衡且相序正确的状态下整流后输出电压为0。
32.如图3所示，本实施例中分压调节电路包括发光二极管led1、稳压二极管d10、电阻 r27和变阻器rp1，发光二极管led1的阳极作为分压调节电路的输入端，发光二极管led1 的阴极通过变阻器rp1连接电阻r27的第一端，电阻r27的第二端接地，稳压二极管d10 的阴极接地，稳压二极管d10的阳极接地，变阻器rp1的滑动端作为分压调节电路的输出端。
33.由于电路中分布参数的影响，移相之后的电压可能会产生偏差，为此在设计电路中设置了变阻器rp1、电阻r27和稳压二极管d10组成的分压调节电路，改变变阻器rp的阻值即改变了相序检测电路的负载，达到调节电路平衡点改变输出电压的目的，稳压二极管d10作用是防止整流电路的输出电压过高损坏后极迟滞比较电路。在调试的过程中首先将电路处于缺相或者是逆序状态.调节变阻器rp1使整流输出电压为7v左右，此时发光二极管led1 点亮。恢复电路使电路处于正序状态，整流电路输出电压将降低到1v左右，同时发光二极管led1熄灭。发光二极管led1可同时作为三相交流电源的相序正确与否和是否缺相的工作指示灯。
34.如图3所示，本实施例中迟滞比较电路包括电阻r28、电阻r29、电阻r30、电阻r31、电阻r32和运放u9，电阻r28的第一端作为迟滞比较电路的输入端，电阻r28的第二端通过电阻r29连接运放u9的反相输入端，运放u9的同相输入端通过电阻r31连接3.3v电源，运放u9的同相输入端通过电阻r30接地，运放u9的输出端通过电阻r32连接运放u9的同相输入端，运放u9的输出端作为迟滞比较电路的输出端。
35.分压调节电路的输出信号首先通过电阻r28和电容c9组成的阻容滤波电路进行滤波，使分压调节电路的输出信号更加平稳，调节r31、r30的分压比可改变电路中运放u9同相端的电压，从而设置输出点电压。在本实施例中将运放u9的同相输入端电压设置为2.5v左右，是为防止在三相电源不平衡还未达到影响设备正常工作的时候电路就输出反馈信息，电阻 r32为反馈电阻，通过改变反馈电阻的大小，可以改变迟滞比较电路滞回曲线的宽度，可防止电路在三相电压不平衡处于临界点的时候引起相序监测电路输出端频繁动作。
36.如图3所示，本实施例中隔离输出电路包括电阻r36、三极管q2、电阻r37、运放u10、电阻r38、电阻r39、三极管q3和电阻r40，电阻r36的第一端连接迟滞比较电路的输出端，电阻r36的第二端连接三极管q2的基极，三极管q2的集电极接地，三极管q2的发射极连接光耦u10的第一输入端，光耦u10的第二输入端通过电阻r37连接5v电源，光耦u10 的第一输出端连接3v电源，光耦u10的第二输出端通过电阻r39连接三极管q3的基极，光耦u10的第二输出端通过电阻r38接地，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极通过电阻r40连接3v电源，
三极管q3的集电极连接主控单元。
37.三极管q2为隔离输出电路的输入端，在三相交流电处于正序且不缺相的情况下运放u9 输出为高电平，三极管q2截止，光耦u10截止，三极管q3截止主控单元收到高电平信号。当三相交电逆序或缺相时运放u9输出低电平，三极管q2饱和导通，光耦u10导通提供输出信号，且由于光耦u10的隔离作用增加了后极电路的安全性，光耦u10导通后三极管q3 导通，此时三极管q3的集电极由高电平变为低电平输出给主控单元，主控单元会将此信号通过无线通信单元发送至监控终端。
38.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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。