CN105634135A - 供电所电能质量保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供电所电能质量保护装置，涉及工业供配电领域，尤其涉及供电所电能质量保护装置。采用了电压、电流传感器实现了对电压电流的检测，采用了电压过零测频电路实现了对电网频率的实时监测，通过单片机的AD转换功能完成对数据的采集，用USB端口连接PC控制终端配合PC软件实现了对电能质量是否需要进行保护的判断，通过控制用电设备前的继电器对用电设备进行保护。
Description
技术领域
本发明涉及工业供配电领域，尤其涉及供电所电能质量保护装置。
背景技术
随着工业自动化程度的不断提高，很多工厂实现了自动化生产，自动化生产要求电机联动性能高，因此对电机供电的电能质量要求也不断地提高，电能质量主要包括电压、电流波形的稳定还有频率的稳定，电压、电流但是由于工厂内电机以及其他用电器多为非线性负载会使输入工厂的电压、电流发生畸变，传统的LC滤波网络不能完全消除这一影响，而电压、电流或者频率的突变会导致一些对电能质量敏感的工业设备运转不正常，造成次品甚至事故，所以需要研究一种智能工厂电能质量保护装置保障对电能质量敏感设备的正常运行和保护。
发明内容
发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种供电所电能质量保护装置，通过对电压电流的检测、对电网频率的实时监测并采集数据，用PC控制终端配合PC软件实现了对电能质量是否需要进行保护的判断，最后通过控制用电设备前的继电器对用电设备进行保护。
为实现上述目的，发明所采用的技术方案是：
一种供电所电能质量保护装置，包括电源模块、测频电路、电压检测电路、电流检测电路、数据采集单片机、PC控制终端、保护继电器；电源模块输入端接A相和中性线N交流220V输入，为数据采集单片机、测频电路、电压检测电路电流检测电路提供15V和3.3V电压；电压检测电路输入连接A、B、C三相和中性线N，输出端连接数据采集单片机的AD转换引脚；测频电路输入端连接电压检测电路的输出端，输出端连接数据采集单片机的AD转换引脚；电流检测电路输出端连接数据采集单片机的AD转换引脚；数据采集单片机通过USB连接PC控制终端；PC控制终端控制保护继电器。
进一步优化本技术方案，所述的电源模块为基于VIPER12A芯片搭建的AC-DC稳压电路，使用隔离型反激拓扑结构。220V交流输入通过C5、C6、C7滤波电容通过D5整流桥得到直流电压，通过高频变压器TR1原端线圈进入U5VIPER12A芯片的四个DR引脚，VIPER芯片两个S引脚接地FB引脚接反馈电路，高频变压器TR1一个副边线圈通过D1和C1的整流滤波接到输出端子JP1为15V输出，另一个副端线圈通过D4、C4整流滤波接到输出端子JP1为3V3输出；VIPER12A芯片的VDD引脚通过D6和Q1接到15V输出端。
进一步优化本技术方案，所述的电压检测电路(3)为三个电压互感器U17、U19、U21，以A相为例，一个输入引脚分别通过R28连接到电网A三相，另一个输入引脚连接电网中性线N，通过D12、D14限幅和运放U10LM2904输出给数据采集单片机的ADCIN3引脚。
进一步优化本技术方案，所述的测频电路(2)包括OP07组成的电压跟随器和LM2904组成的放大器；OP07的正向输入端连接对应相的电压检测电路（3）的输出引脚通过LM2904的放大，三相的测频电路分别输出给数据采集单片机(5)的ADCIN6、ADCIN7、ADCIN8引脚。
进一步优化本技术方案，所述的电流检测电路(4)为U16、U18、U20三个电流互感器，分别检测A、B、C三相电流以A相为例电流互感器U16的输出经过D11、D13的限幅和U19LM2904的放大输出给数据采集单片机(5)的ADCIN0引脚；其余两相的输出分别接数据采集单片机(5)的ADCIN1、ADCIN2引脚。
进一步优化本技术方案，所述的数据采集单片机(5)为STM32F051C单片机；数据采集单片机(5)的PB7引脚连接U11FT232RL芯片的TX引脚，PB6引脚连接U11FT232RL的RX引脚；U11FT232RL芯片的USBD-连接JP3MiniUSB接口的USBD-引脚，USBD+连接JP3MiniUSB接口的USBD+引脚。
进一步优化本技术方案，所述的保护继电器(7)为三相交流继电器，其控制引脚连接PC控制终端。
与现有技术相比，发明具有以下优点：1、采用了电压、电流传感器实现了对电压电流的检测，2、采用了电压过零测频电路实现了对电网频率的实时监测，3、通过单片机的AD转换功能完成对数据的采集，4、用USB端口连接PC控制终端配合PC软件实现了对电能质量是否需要进行保护的判断，5、通过控制用电设备前的继电器对用电设备进行保护。
附图说明
图1是系统结构示意图；
图2是电源模块电路图；
图3电压检测电路电路图；
图4测频电路电路图；
图5电流检测电路电路图；
图6USB模块电路图。
图7数据采集单片机电路图。
图中，1、电源模块；2、测频电路；3、电压检测电路；4、电流检测电路；5、数据采集单片机；6、PC控制终端；7、保护继电器。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆发明的概念。
具体实施方式一：包电源模块、测频电路、电压检测电路、电流检测电路(4)、数据采集单片机、PC控制终端、保护继电器；电源模块输入端接A相和中性线N交流220V输入，为数据采集单片机、测频电路、电压检测电路电流检测电路(4)提供15V和3.3V电压；电压检测电路输入连接A、B、C三相和中性线N，输出端连接数据采集单片机的AD转换引脚；测频电路输入端连接电压检测电路的输出端，输出端连接数据采集单片机的AD转换引脚；电流检测电路输出端连接数据采集单片机的AD转换引脚；数据采集单片机通过USB连接PC控制终端；PC控制终端控制保护继电器。
如图二所示电源模块为基于VIPER12A芯片搭建的AC-DC稳压电路，使用隔离型反激拓扑结构。220V交流输入通过C5、C6、C7滤波电容通过D5整流桥得到直流电压，通过高频变压器TR1原端线圈进入U5VIPER12A芯片的四个DR引脚，VIPER芯片两个S引脚接地FB引脚接反馈电路，高频变压器TR1一个副边线圈通过D1和C1的整流滤波接到输出端子JP1为15V输出，另一个副端线圈通过D4、C4整流滤波接到输出端子JP1为3V3输出；VIPER12A芯片的VDD引脚通过D6和Q1接到15V输出端。
如图3所示测频电路包括OP07组成的电压跟随器和LM2904组成的放大器；OP07的正向输入端连接对应相的电压检测电路的输出引脚通过LM2904的放大，三相的测频电路分别输出给数据采集单片机的ADCIN6、ADCIN7、ADCIN8引脚。
OP07可以将电压检测电路中获得的电压波形转化为频率相同的方波，通过LM2904放大后进入单片机ADC引脚进行处理；
如图4所示电压检测电路为三个电压互感器U17、U19、U21，以A相为例，一个输入引脚分别通过R28连接到电网A三相，另一个输入引脚连接电网中性线N，通过D12、D14限幅和运放U10LM2904输出给数据采集单片机的ADCIN3引脚。
如图5所示测频电路包括OP07组成的电压跟随器和LM2904组成的放大器；OP07的正向输入端连接对应相的电压检测电路的输出引脚通过LM2904的放大，三相的测频电路分别输出给数据采集单片机的ADCIN6、ADCIN7、ADCIN8引脚。
如图6所示电流检测电路为U16、U18、U20三个电流互感器，分别检测A、B、C三相电流以A相为例电流互感器U16的输出经过D11、D13的限幅和U19LM2904的放大输出给数据采集单片机的ADCIN0引脚；其余两相的输出分别接数据采集单片机的ADCIN1、ADCIN2引脚。
如图七所示数据采集单片机为STM32F051C单片机；
如图六所示数据采集单片机的PB7引脚连接U11FT232RL芯片的TX引脚，PB6引脚连接U11FT232RL的RX引脚；U11FT232RL芯片的USBD-连接JP3MiniUSB接口的USBD-引脚，USBD+连接JP3MiniUSB接口的USBD+引脚。
保护继电器(7)为三相交流继电器，其控制引脚连接PC控制终端，当电能质量出现严重问题，会导致严重后果时继电器做出保护动作，保证用电设备的安全运行。
应当理解的是，发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释发明的原理，而不构成对发明的限制。因此，在不偏离发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。此外，发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.一种供电所电能质量保护装置，其特征在于：包括电源模块(1)、测频电路(2)、电压检测电路(3)、电流检测电路(4)、数据采集单片机(5)、PC控制终端(6)、保护继电器(7)；电源模块(1)采用交流220V输入，输入端一端连接电网A相另一端中性线N接地；电源模块(1)为数据采集单片机(5)、测频电路(2)、电压检测电路(3)电流检测电路(4)提供15V和3.3V电压；电压检测电路(3)四个输入端分别连接A、B、C三相和中性线N接地，输出端连接数据采集单片机(5)；测频电路(2)输入端连接电压检测电路(3)的输出端，测频电路(2)的输出端连接数据采集单片机(5)；电流检测电路(4)输出端连接数据采集单片机(5)；数据采集单片机(5)连接PC控制终端(6)；PC控制终端(6)控制保护继电器(7)。
2.根据权利要求1所述的供电所电能质量保护装置，其特征在于：电源模块(1)为基于VIPER12A芯片搭建的AC-DC稳压电路，使用隔离型反激拓扑结构，220V交流输入通过C5、C6、C7滤波电容通过整流桥D5得到直流电压，通过高频变压器TR1原端线圈进入U5VIPER12A芯片的四个DR引脚，VIPER芯片两个S引脚接地FB引脚接反馈电路，高频变压器TR1一个副边线圈通过D1和C1的整流滤波接到输出端子JP1输出15V电压，另一个副端线圈通过D4、C4整流滤波接到输出端子JP1输出3.3V电压。
3.根据权利要求1所述的供电所电能质量保护装置，其特征在于：电压检测电路(3)包括三个电压互感器U17、U19、U21；U17的一个输入引脚分别通过R28连接到电网A相，另一个输入引脚连接电网中性线N，通过D12、D14限幅和运放U10LM2904输出给数据采集单片机的ADCIN3引脚；U19的一个输入引脚分别通过R33连接到电网B相，另一个输入引脚连接电网中性线N，通过D16、D18限幅和运放U13LM2904输出给数据采集单片机的ADCIN4引脚；U21的一个输入引脚通过41连接到电网C相，另一个输入引脚连接电网中性线N，通过D20、D22限幅和运放U15LM2904输出给数据采集单片机的ADCIN5引脚。
4.根据权利要求1所述的供电所电能质量保护装置，其特征在于：测频电路(2)包括三个由OP07芯片组成的电压跟随器U2、U4、U7；U2的正向输入端通过电阻R2连接U10的输出端，U2的输出端连接LM2904运放U1的正向输入端，U1的反相输入端通过电阻R1接地；U1的输出端通过电阻R3连接单片机(5)的ADCIN6引脚；二极管D2、D3连接单片机(5)的ADCIN6引脚起到限幅作用；U4的正向输入端通过电阻R10连接U13的输出端，U4的输出端连接LM2904运放U3的正向输入端，U3的反相输入端通过电阻R6接地；U3的输出端通过电阻R11连接单片机(5)的ADCIN7引脚；二极管D7、D8连接单片机(5)的ADCIN7引脚起到限幅作用；U7的正向输入端通过电阻R19连接U10的输出端，U7的输出端连接LM2904运放U6的正向输入端，U6的反相输入端通过电阻R18接地；U6的输出端通过电阻R20连接单片机(5)的ADCIN8引脚；二极管D9、D10连接单片机(5)的ADCIN8引脚起到限幅作用。
5.根据权利要求1所述的供电所电能质量保护装置，其特征在于电流检测电路(4)为U16、U18、U20三个电流互感器，分别检测A、B、C三相电流；电流互感器U16的输出经过D11、D13的限幅和U9LM2904的放大输出给数据采集单片机(5)的ADCIN0引脚；电流互感器U16的输出经过D15、D17的限幅和U12LM2904的放大输出给数据采集单片机(5)的ADCIN2引脚；电流互感器U20的输出经过D19、D21的限幅和U14LM2904的放大输出给数据采集单片机(5)的ADCIN3引脚。
6.根据权利要求1所述的供电所电能质量保护装置，其特征在于数据采集单片机(5)为STM32F051C单片机；数据采集单片机(5)的PB7引脚连接U11FT232RL芯片的TX引脚，PB6引脚连接U11FT232RL的RX引脚；U11FT232RL芯片的USBD-连接MiniUSB接口JP3的USBD-引脚，USBD+连接MiniUSB接口JP3的USBD+引脚。
7.根据权利要求1所述的供电所电能质量保护装置，其特征在于保护继电器(7)为三相交流继电器，其控制引脚连接PC控制终端(6)。
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