本发明属于电机的热过载保护领域，具体地，涉及一种新型过载保护继电器控制系统。
背景技术：
电动机在运行过程中，如果出现过载，将导致其转速下降，电动机绕组中的电流会随之增加，从而进一步导致电动机的温度上升，不仅会导致电动机发生故障，而且容易造成电动机的绝缘老化，降低使用寿命。热过载保护继电器是一种适用于电动机的低压过载保护继电器，其主要目的是将电动机和配电线路的温升限制在允许的范围内，保障其绝缘性能，增加其使用寿命。
传统的过载保护继电器有热过载保护继电器和电子式过载保护继电器两种，热过载保护继电器工作原理是将该种继电器与电动机串联，电路中电流流过具有不同膨胀系数的双金属片导致其发生机械工作，当动作达到一定程度就触动了脱扣装置，从而实现电动机的过载保护。但金属片作为该种继电器的检测元件与执行元件，经过反复的弹性形变容易造成老化，致使对温度的变化不灵敏，影响保护的准确性。
电子式过载保护的工作原理是通过电流互感器采集电路中的电流，将采集信号经过前期处理，转换成计算机能够读取的信号后输送给计算机，在通过计算机的计算分析后，给执行机构输出执行信号，从而实现电动机的过载保护。基于电流幅值作为故障的判断依据的，此种方法只能对对称故障进行保护。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的缺陷，提供了一种综合了热过载继电器和电子式过载继电器的优点的新型过载保护继电器控制系统。
发明的目的通过以下技术方案来实现：提供一种新型过载保护继电器控制系统，包括加热组件、温度传感器和单片机；所述加热组件包括外壳、接线端子和热元件，所述金属材料的接线端子在外壳的两侧，所述热元件在外壳内部分别与两侧的接线端子连接；所述温度传感器分别与热元件和单片机连接，所述热元件的长为30mm，宽为9mm，厚为2mm；所述热元件的材料为镍铬合金；所述接线端子的材料为铜，所述温度传感器为热电阻。
优选地，所述外壳的材料为酚醛树脂。
优选地，所述热元件与温度传感器通过绝缘胶连接。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
新型过载保护继电器控制系统用温度传感器替代了现有的热过载保护继电器中的双金属片，不在将热量转化为机械能，而是将热量转化为温度值传送给单片机，用于单片机的分析计算。用热元件和温度传感器的组合替代了电子式过载保护中的电流互感器，该种过载保护方式由于采用了热元件和温度传感器组合代替了电流互感器，不但减小了继电器的体积，同时可以避免由于电流过大而造成铁芯饱和，增大了测量范围。
本发明参照三相过载保护继电器JR36-20的单相结构的大小，设计了一种新型过载保护继电器加热组件的结构，它可以实现对电动机的单相保护，也可以通过叠加使用实现对电动机的三相保护。本发明不仅将JR36-20三相过载继电器拆解成三个独立的单元，而且将加热单元与控制单元分开，可以有效的避免各个单元温度场之间的相互影响，从而使单相结构比三相结构的过载保护继电器的计算更加简单并且准确。
附图说明
图1为一种新型过载保护继电器控制系统结构示意图。
图2为一种新型过载保护继电器加热组件的结构示意图。
其中，1-热元件，2-温度传感器，3-单片机，4-接线端子，5-外壳。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例
如图1和2所示，本实施例一种新型过载保护继电器控制系统，包括加热组件、温度传感器2和单片机3；所述加热组件包括外壳5、接线端子4和热元件1，所述金属材料的接线端子4在外壳5的两侧，所述热元件1在外壳5内部分别与两侧的接线端子4连接；所述温度传感器2分别与热元件1和单片机3连接，所述热元件1的长为30mm，宽为9mm，厚为2mm；所述热元件1的材料为镍铬合金；所述接线端子4的材料为铜，所述温度传感器2为热电阻。所述外壳5的材料为酚醛树脂；所述热元件1与温度传感器2通过绝缘胶连接。
JR36-20的工作特性：1、通1.05倍额定电流冷态起始状态下小于等于2h不脱扣；2、通1.2倍额定电流热态起始状态下小于2h脱扣；3、通1.5倍额定电流热态起始状态下2min脱扣；4、通7.2倍额定电流冷态起始状态下大于2s小于10s脱扣。其中，冷态是指在实验前8小时内电动机没有带负载；热态是指通入1.05倍额定电流运行2h后的状态。
本实施例基于三相过载保护继电器JR36-20单相结构的大小，设计了一种新型的过载保护继电器的结构，其中热元件的长为30mm，宽为9mm，厚为2mm。根据JR36-20的工作特性对新型过载保护继电器加热组件进行仿真，例如给该继电器通入1.2倍额定电流，热态过载的情况下，2小时内脱扣，从而可以确定电动机的过载特性，即1.2倍额定电流，在热过载的情况下，2小时内需要热过载保护装置动作。按照JR36-20工作特性对新型过载保护继电器加热组件进行仿真，可以得到新型过载保护继电器加热组件温升的规律，将此规律编入单片机3，在通过单片机3实现新型过载保护继电器的过载保护的控制功能。
基于ANSYS 有限元软件，采用实体建模的方式建立所述加热组件三位几何模型，然后对加热组件的三维几何模型进行材料物理参数确定、单元类型确定以及网格划分；镍铬合金的密度是8400Kg/m3、导热系数是60.3W/M2 ·℃、电阻率是8.5×10-7；铜的密度是8930Kg/m3、导热系数是401W/M2 ·℃、电阻率是1.75×10-7；酚醛树脂的导热系数是0.029W/M2 ·℃；空气的密度是1.205Kg/m3、导热系数0.0244-0.0336 W/M2 ·℃；
分别对接线端子4、热元件1进行产热分析；热元件1发热为：P=I2R；热元件的生热率为：Q1=P/V；
分别对接线端子4、热元件1进行散热分析；对流散热系数公式：acon=3.25(T0-TF)0.25；
确定温度场仿真计算的边界条件及其载荷的施加；施加载荷前应对模型进行如下假设：
1：认为材料的属性为各向同性；
2：仿真时环境温度固定不变；
3：材料表面为对流散热，无强迫对流；
计算正常工况下加热组件的稳态温度场；
改变仿真的起始温度条件,模拟加热组件处在不同环境温度。
设置初始温度为25℃时，对新型过载保护继电器加热组件施加载荷，分别冷态起始状态下通入1.05倍和7.2倍额定电流，在热态起始状态下通入1.2倍和1.5倍额定电流，将生热率Q施加在加热元件上，并在该加热组件的外壳表面施加对流散热系数acon。最后，根据过载保护的能力设定计算时间的步长，进行计算。仿真计算结束后，从Ansys仿真结果中分别提取出加热元件表面的温度值以及温度场分布云图。
由于过载保护继电器正常工作时环境温度是变化的,且继电器在正常工作条件下,要求空气温度在-5℃-40℃之间。因此，需要改变其仿真的起始温度条件，以模拟其处在不同的环境温度下，从而观察对应环境温度下的热元件表面的温度变化规律。分别设置初始环境温度为-5℃、10℃和40℃的条件下，给新型过载保护继电器加热组件通入1.2倍和1.5倍额定电流进行仿真，从仿真结果可以看出，在不同的温度环境下，热元件的温度规律大致相同，区别只是随着环境温度的增加热元件的最高温度逐渐证件；也可以看出，在相同环境温度的情况下，热元件动作时的最高温升相同，而在环境温度不同、过载电流相同的情况下，热元件的最高温升不变。因此，就本文设计的一种新型过载保护继电器加热组件而言，当检测到热元件的温升达到60.736℃时对电机实施过载保护。
新型过载保护继电器的工作原理，将新型过载保护继电器加热组件与电动机串联，即将加热组件的接线端子接入电动机，利用电流的热效应原理使热元件1发热，再结合电动机的过载特性通过上述仿真确定了该种继电器的允许温升，作为单片机3的预设值，将热元件1与温度传感器2连接，检测与电动机串联的热元件1的温度，实时将检测值传送给控制回路的单片机3，单片机3将检测值与预设值进行比较，当检测温度值大于或等于预设温度值时，控制电路断开，为电动机提供过载保护。本实施例的继电器可以实现对电动机的单相保护，也可以通过叠加使用实现对电动机的三相保护。
单片机3包括单片机控制系统、数据采集电路、显示电路、时钟电路、存储电路：
信号采集部分由温度传感器2、桥式测量电路和差动放大器组成，分别测量继电器三相热元件和继电器壳体内部边缘温度，信号通过放大器放大以后，被传送到单片机中，并对其进行A/D转换、数字分析和判断。显示电路由显示模块和显示屏组成，其作用是显示电流值、温度值和故障状态等。电源电路把外部电源电源转换为5V和3.3V，以保证整个硬件系统正常工作。执行电路通过对继电器进行控制，以实现电机过载保护功能。存储电路用来存储数据。时钟电路为单片机提供时钟信号，以保证其正常运行。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。