CN109798984B

CN109798984B - 一种ggd低压开关柜母线触头温度检测装置

Info

Publication number: CN109798984B
Application number: CN201910244608.1A
Authority: CN
Inventors: 檀华; 史运周; 张素平
Original assignee: Anhui Zhongdian Electrical Co ltd
Current assignee: ANHUI ZHONGDIAN ELECTRICAL Co.,Ltd.
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: CN109798984A

Abstract

本发明公布了一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置，所述温度采集单元通过型号为IRBD300的红外测温传感器实时检测GGD低压开关柜母线槽温度，经运算放大器AR1、AR2、AR3构成的差动放大器差动放大处理，使信号不受干扰的向后级传输，其中为保证检测精度，将差动放大处理后信号和功耗测量仪输出信号经运算放大器AR4计算出差值后加到光电耦合器U2的输入端，转换为输出端电压的变化反馈到差动放大器的输入端，之后进入反馈调压单元，经三极管Q1、Q2、Q3组成的电压调节电路，单结管Q4导通，光电耦合器U2为核心的反馈电路反馈，输出稳定的0‑5V电压，最后经保持输出单元，保持2S，使信号不衰减的输出到PLC控制器，以提高信号接收的精度，进而提高控制精度。

Description

一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置

技术领域

本发明涉及GGD低压开关柜技术领域，特别是涉及一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置。

背景技术

GGD低压开关柜是一种GGD型交流低压配电柜子，用于固定接线低压配电柜，适用于发电厂、变电所、厂矿企业等电力用户的交流50Hz，额定电压380V，额定电流1000A至3150A的配电系统中，作为动力、照明及配电设备的电能转换、分配、控制之用，GGD低压开关柜而母线是承载系统总输入总输出的载体，母线触头因接触不良、过流、GGD低压开关柜内温度高于40℃时，都会引起母线触头过热，若不及时排除，会使母线绝缘破坏引起短路，形成重大故障和造成重大经济损失。

目前，GGD低压开关柜母线触头温度检测主要通过置于母线触头处的红外测温传感器进行直接检测，并经导线传输到PLC控制器，PLC控制器输出控制信息驱动制冷片、风机等的散热驱动模块对GGD低压开关柜内温度进行降温，进而降低母线触头温度，PLC控制器控制温度的精度取决于温度信号接收的精度，但对于置于母线槽内母线，红外测温传感器通过检测母线槽外的表面温度来实现母线触头温度的检测，由于母线本身消耗热能加之检测为母线槽外温度，会造成无法准确检测母线触头温度的问题。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置，有效的解决了红外测温传感器通过检测母线槽外的表面温度来实现母线触头温度的检测，造成的无法准确检测母线触头温度的问题。

其解决的技术方案是，包括温度采集单元、反馈调压单元、保持输出单元，其特征在于，所述温度采集单元通过型号为IRBD300的红外测温传感器实时检测GGD低压开关柜母线触头温度，经抑制电磁干扰、滤波后进入运算放大器AR1、AR2、AR3构成的差动放大器差动放大处理后输出，其中为保证测量精度，将差动放大处理后信号和功耗测量仪输出信号经运算放大器AR4计算出差值后加到光电耦合器U1的输入端，转换为输出端电压的变化反馈到差动放大器的输入端，反馈调压单元接收温度采集单元差动放大处理后信号，经三极管Q1、Q2、Q3组成的电压调节电路，输出稳定的0-5V电压，其中，当电压波动超过0.3V时，触发单结管Q4导通，光电耦合器U2输入端产生电压差，转换为输出端电压反馈到电压调节电路进行稳定变化，所述保持输出单元接收稳定的0-5V电压，通过运算放大器AR5、常开触点K1、电容C5组成的保持电路保持2S，电感L5、L6、L7和电容C7、C8组成的阻抗匹配电路与导线匹配后输出到PLC控制器。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，通过型号为IRBD300的红外测温传感器J1实时检测GGD低压开关柜母线槽温度，输出与所测温度对应0-5V电压信号，进入运算放大器AR1、AR2、AR3构成的差动放大器差动放大处理，使信号不受干扰的向后级传输，以此提高信号接收的精度，其中为保证红外测温传感器J1检测的精度，将差动放大处理后信号和功耗测量仪输出信号经减法器计算出差值后加到光电耦合器U1的输入端，光电耦合器U1的输入端产生电压差，电压差的大小引起光电耦合器U1输入端电流增大/变小，从而使光电耦合器U1的输出端引脚3、引脚4之间的反向电阻相应的变小/增大，进而使光电耦合器U1的输出端引脚4耦合到电阻R1的电压增大/变小，以此通过母线本身消耗热量补偿红外测温传感器J1检测的GGD低压开关柜母线槽温度来提高母线触头温度检测的精度；

2，0-5V电压信号经三极管Q1、Q2、Q3组成的电压调节电路调压，当电压波动超过0.3V时，反馈电路中单结管Q4导通，光电耦合器U2输入端产生电压差，转换为输出端电压反馈到电压调节电路进行稳定变化，输出稳定的0-5V电压，最后经运算放大器AR5、常开触点K1、电容C5组成的保持电路保持2S，以使信号有足够的时间传输到PLC控制器，电感L5、L6、L7和电容C7、C8组成的阻抗匹配电路与导线匹配，使信号不衰减的输出到PLC控制器，以提高信号接收的精度，进而提高控制精度。

附图说明

图1为本发明的电路模块图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明的温度采集单元信号流向图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置，所述温度采集单元通过型号为IRBD300的红外测温传感器J1实时检测GGD低压开关柜母线槽温度，红外测温传感器J1的引脚2输出与所测温度对应0-5V电压信号，经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰、电感L2和电容C3组成的LC滤波电路滤波、电阻R1限流后，和地信号进入运算放大器AR1、AR2、AR3构成的差动放大器差动放大处理后输出，其中运算放大器AR1、AR2构成双端输入/双端输出差动放大器，电路结构对称，除了具有高输入阻抗外，还具有很高的共模抑制性能和低温漂，使信号接收的过程中不受共模干扰及温漂的影响，之后经运算放大器AR5、电阻R2、电阻R13、电感L3组成的双端输入/单端输出减法器输出0-5V电压信号，在此设置电阻R2、电阻R13的阻值相等，使输出0-5V电压信号仅与红外测温传感器J1输出0-5V电压信号有关，以此提高信号接收的精度，其中为保证红外测温传感器J1检测的精度，将差动放大处理后信号和功耗测量仪输出信号经运算放大器AR4、电阻R4、电阻R5、电阻R6组成的减法器计算出差值后加到光电耦合器U1的输入端，光电耦合器U1的输入端产生电压差，电压差的大小引起光电耦合器U1输入端电流增大/变小，从而使光电耦合器U1的输出端引脚3、引脚4之间的反向电阻相应的变小/增大，进而使光电耦合器U1的输出端引脚4耦合到电阻R1的电压增大/变小，以此通过母线本身消耗热量补偿红外测温传感器J1检测的GGD低压开关柜母线槽温度来提高母线触头温度检测的精度，反馈调压单元接收温度采集单元差动放大处理后信号，经三极管Q1、Q2、Q3组成的电压调节电路，输出稳定的0-5V电压，具体的三极管Q1、Q2为复合调整管，当加到单结管Q4的发射极电压（反馈调压单元输出电压，也即进入上个采样周期进入PLC控制器的电压）和第二基极电压（反馈调压单元输入电压）波动超过0.3V时，触发单结管Q4、光电耦合器U2为核心的反馈电路中单结管Q4导通，光电耦合器U2输入端电压差发生变化，变化的电压差引起光电耦合器U2输入端电流变化，从而使光电耦合器U2的输出端引脚3、引脚4输出电压发生变化，变化的电压反馈到电压调节电路三极管Q3的CE结，三极管Q3的CE结电压的大小引起复合调整管BE结电压随着变化，从而使输出电压跟随输入电压变化，否则，当波动不超过0.3V时，单结管Q4截止，光电耦合器U2输入端电压差不变、光电耦合器U2的输出端输出电压不变，进而保持输出电压不变，所述保持输出单元接收反馈调压单元输出的稳定的0-5V电压，当常开触点K1闭合时（由PLC控制器接收母线触头温度时的设置采样周期控制），稳定的0-5V电压加到运算放大器AR5（由于运算放大器AR5反相输入端连接输出端，其实质为跟随器）的同相输入端，跟随后输出，同时由于电容C5的作用，输出信号保持一定时间2S，以使信号有足够的时间传输到PLC控制器，再经稳压管Z4稳压，电感L5、L6、L7和电容C7、C8组成的阻抗匹配电路与导线匹配，使信号不衰减的输出到PLC控制器，以提高信号接收的精度。

实施例二，在实施例一的基础上，所述温度采集单元通过型号为IRBD300的红外测温传感器J1（其为集成红外光学系统，专用信号处理电路与环境温度补偿电路的一体化红外测温探头，温度转换精度高0.3℃，测温范围宽-20-300℃，响应时间为150ms，输出电压0-5V）实时检测GGD低压开关柜母线槽温度，红外测温传感器J1的引脚1为电源端，其中电容C1为电源滤波电容，为红外测温传感器J1提供稳定的电压，红外测温传感器J1的引脚3为地端，红外测温传感器J1的引脚2输出0-5V电压信号，经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰、电感L2和电容C3组成的LC滤波电路滤波、电阻R1限流后，进入运算放大器AR1、AR2、AR3构成的差动放大器差动放大处理后输出，其中运算放大器AR1、AR2构成双端输入/双端输出差动放大器，电路结构对称，除了具有高输入阻抗外，还具有很高的共模抑制性能和低温漂，使信号接收的过程中不受共模干扰及温漂的影响，其中电容C4为隔离电容，防止两输入信号间串扰，稳压管Z1、电容CP1进一步稳压滤波，之后经运算放大器AR5、电阻R2、电阻R13、电感L3组成的双端输入/单端输出减法器输出0-5V电压信号，在此设置电阻R2、电阻R13的阻值相等，使输出0-5V电压信号仅与红外测温传感器J1输出0-5V电压信号有关，以此提高信号接收的精度，其中为保证红外测温传感器J1检测的精度，将差动放大处理后信号和功耗测量仪输出信号（为GHY-5型功耗测量仪，检测的GGD低压开关柜母线热功耗信号）经运算放大器AR4、电阻R4、电阻R5、电阻R6组成的减法器计算出差值后加到光电耦合器U1的输入端，光电耦合器U1的输入端产生电压差，电压差的大小引起光电耦合器U1输入端电流增大/变小，从而使光电耦合器U1的输出端引脚3、引脚4之间的反向电阻相应的变小/增大，进而使光电耦合器U1的输出端引脚4耦合到电阻R1的电压增大/变小，以此通过母线本身消耗热量补偿红外测温传感器J1检测的GGD低压开关柜母线槽温度来提高母线触头温度检测的精度，包括红外测温传感器J1，红外测温传感器J1的引脚1和电容C1的一端连接电源+5V，电容C1的另一端连接地，红外测温传感器J1的引脚3和电感L1的左端连接地，电感L1的右端分别连接电容C4的一端、运算放大器AR1的同相输入端，红外测温传感器J1的引脚2分别连接瞬态抑制二极管VD1的上端、电感L2的左端，电感L2的右端分别连接电容C3的一端、电阻R1的一端，瞬态抑制二极管VD1的下端、电容C3的另一端均连接地，电阻R1的另一端分别连接电容C4的另一端、运算放大器AR2的反相输入端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接运算放大器AR1的输出端、电感L3的左端、稳压管Z1的正极、电容CP1的一端，电感L3的右端分别连接运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR2的同相输入端分别连接运算放大器AR2的输出端、稳压管Z1的负极、电容CP1的另一端、电阻R13的一端，电阻R13的另一端分别连接运算放大器AR3的反相输入端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR3的输出端、电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电阻R4的一端、运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4的同相输入端分别连接电阻R6的一端、接地电容C9的一端，电阻R6的另一端连接功耗测量仪输出的信号和光电耦合器U1的引脚3，电阻R4的另一端分别连接运算放大器ＡR４的输出端、光电耦合器U1的引脚1，光电耦合器U1的引脚2通过电阻R3连接地，光电耦合器U1的引脚4分别连接电阻R1的一端、接地电阻R14的一端。

实施例三，在实施例二的基础上，所述反馈调压单元接收温度采集单元差动放大处理后信号，经三极管Q1、Q2、Q3组成的电压调节电路，输出稳定的0-5V电压，具体的三极管Q1、Q2为复合调整管，单结管Q4、光电耦合器U2电阻R9-电阻R11、电容C6组成反馈电路，中单结管Q4导通，当加到单结管Q4的发射极电压（反馈调压单元输出电压，也即进入上个采样周期进入PLC控制器的电压）和第二基极电压（反馈调压单元输入电压）波动超过0.3V时，0.3V这一导通电压也即单结管Q4的导通角电压，由电阻R9串联电阻R10和电容C6的值决定，触发单结管Q4导通，光电耦合器U2输入端电压差发生变化，变化的电压差引起光电耦合器U2输入端电流变化，从而使光电耦合器U2的输出端引脚3、引脚4输出电压发生变化，变化的电压反馈到电压调节电路三极管Q3的CE结，三极管Q3的CE结电压的大小引起复合调整管BE结电压随着变化，从而使输出电压跟随输入电压变化，否则，当波动不超过0.3V时，单结管Q4截止，光电耦合器U2输入端电压差不变、光电耦合器U2的输出端输出电压不变，进而保持输出电压不变，包括三极管Q1，三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极、电阻R7的一端、光电耦合器U2的引脚3均连接运算放大器AR3的输出端，三极管Q1的发射极分别连接电阻R8的一端、电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R8的另一端分别连接三极管Q3的集电极、光电耦合器U2的引脚3，三极管Q3的发射极分别连接电阻R7的另一端、三极管Q2的基极、光电耦合器U2的引脚4，三极管Q2的发射极连接三极管Q1的基极，光电耦合器U2的引脚1连接电源+12V，单结管Q4的第二基极、电阻R9的一端均连接运算放大器AR3的输出端，电阻R9的另一端连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接单结管Q4的发射极、接地电容C6的一端、运算放大器AR5的输出端，单结管Q4的第一基极分别连接接地电阻R11的一端、光电耦合器U2的引脚2；

所述保持输出单元接收反馈调压单元输出的稳定的0-5V电压，当常开触点K1闭合时（由PLC控制器接收母线触头温度时的设置采样周期控制），稳定的0-5V电压加到运算放大器AR5（由于运算放大器AR5反相输入端连接输出端，其实质为跟随器）的同相输入端，跟随后输出，同时由于电容C5的作用，输出信号保持一定时间2S，以使信号有足够的时间传输到PLC控制器，再经稳压管Z4稳压，电感L5、L6、L7和电容C7、C8组成的阻抗匹配电路与导线匹配，使信号不衰减的输出到PLC控制器，以提高信号接收的精度，包括开关K1，开关K1的一端连接电阻R8的另一端，开关K1的另一端分别连接接地电容C5的一端、运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的反相输入端分别连接运算放大器ＡＲ５的输出端、稳压管Z4的负极、电感L5的一端，电感L5的另一端分别连接电容C7的一端、电感L6的一端，电感L6的另一端和电容C8的一端为输出信号，电容C8的另一端连接电感L7的一端，稳压管Z4的正极、电容C7的另一端、电感L7的另一端均连接地。

本发明具体使用时，通过型号为IRBD300的红外测温传感器J1实时检测GGD低压开关柜母线槽温度，红外测温传感器J1的引脚2输出与所测温度对应0-5V电压信号，经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰、LC滤波电路滤波、电阻R1限流后，和地信号进入运算放大器AR1、AR2、AR3构成的差动放大器差动放大处理后输出，以此提高信号接收的精度，其中为保证红外测温传感器J1检测的精度，将差动放大处理后信号和功耗测量仪输出信号经运算放大器AR4、电阻R4、电阻R5、电阻R6组成的减法器计算出差值后加到光电耦合器U1的输入端，光电耦合器U1的输入端产生电压差，电压差的大小引起光电耦合器U1输入端电流增大/变小，从而使光电耦合器U1的输出端引脚3、引脚4之间的反向电阻相应的变小/增大，进而使光电耦合器U1的输出端引脚4耦合到电阻R1的电压增大/变小，以此通过母线本身消耗热量补偿红外测温传感器J1检测的GGD低压开关柜母线槽温度来提高母线触头温度检测的精度，之后进入三极管Q1、Q2、Q3组成的电压调节电路，消除微小波动的0.3V电压，输出稳定的0-5V电压，具体的三极管Q1、Q2为复合调整管，当加到单结管Q4的发射极电压（反馈调压单元输出电压，也即进入上个采样周期进入PLC控制器的电压）和第二基极电压（反馈调压单元输入电压）波动超过0.3V时，触发单结管Q4导通，光电耦合器U2输入端电压差发生变化，变化的电压差引起光电耦合器U2输入端电流变化，从而使光电耦合器U2的输出端引脚3、引脚4输出电压发生变化，变化的电压反馈到电压调节电路三极管Q3的CE结，三极管Q3的CE结电压的大小引起复合调整管BE结电压随着变化，从而使输出电压跟随输入电压变化，否则，当波动不超过0.3V时，单结管Q4截止，光电耦合器U2输入端电压差不变、光电耦合器U2的输出端输出电压不变，进而保持输出电压不变，当常开触点K1闭合时（由PLC控制器接收母线触头温度时的设置采样周期控制），稳定的0-5V电压加到运算放大器AR5（由于运算放大器AR5反相输入端连接输出端，其实质为跟随器）的同相输入端，跟随后输出，同时由于电容C5的作用，输出信号保持一定时间2S，以使信号有足够的时间传输到PLC控制器，再经稳压管Z4稳压，电感L5、L6、L7和电容C7、C8组成的阻抗匹配电路与导线匹配，使信号不衰减的输出到PLC控制器，以提高信号接收的精度。

Claims

1.一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置，包括温度采集单元、反馈调压单元、保持输出单元，其特征在于，所述温度采集单元通过型号为IRBD300的红外测温传感器实时检测GGD低压开关柜母线槽温度，经抑制电磁干扰、滤波后进入运算放大器AR1、AR2、AR3构成的差动放大器差动放大处理后输出，其中为保证测量精度，将差动放大处理后信号和功耗测量仪输出信号经运算放大器AR4计算出差值后加到光电耦合器U1的输入端，转换为输出端电压的变化反馈到差动放大器的输入端，反馈调压单元接收温度采集单元差动放大处理后信号，经三极管Q1、Q2、Q3组成的电压调节电路，输出稳定的0-5V电压，其中，当电压波动超过0.3V时，触发单结管Q4导通，光电耦合器U2输入端产生电压差，转换为输出端电压反馈到电压调节电路进行稳定变化，所述保持输出单元接收稳定的0-5V电压，通过运算放大器AR5、常开触点K1、电容C5组成的保持电路保持2S，电感L5、L6、L7和电容C7、C8组成的阻抗匹配电路与导线匹配后输出到PLC控制器。

2.如权利要求1所述的一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置，其特征在于，所述温度采集单元包括红外测温传感器J1，红外测温传感器J1的引脚1和电容C1的一端连接电源+5V，电容C1的另一端连接地，红外测温传感器J1的引脚3和电感L1的左端连接地，电感L1的右端分别连接电容C4的一端、运算放大器AR1的同相输入端，红外测温传感器J1的引脚2分别连接瞬态抑制二极管VD1的上端、电感L2的左端，电感L2的右端分别连接电容C3的一端、电阻R1的一端，瞬态抑制二极管VD1的下端、电容C3的另一端均连接地，电阻R1的另一端分别连接电容C4的另一端、运算放大器AR2的反相输入端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接运算放大器AR1的输出端、电感L3的左端、稳压管Z1的正极、电容CP1的一端，电感L3的右端分别连接运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR2的同相输入端分别连接运算放大器AR2的输出端、稳压管Z1的负极、电容CP1的另一端、电阻R13的一端，电阻R13的另一端分别连接运算放大器AR3的反相输入端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR3的输出端、电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电阻R4的一端、运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4的同相输入端分别连接电阻R6的一端、接地电容C9的一端，电阻R6的另一端连接功耗测量仪输出的信号和光电耦合器U1的引脚3，电阻R4的另一端分别连接运算放大器AR4的输出端、光电耦合器U1的引脚1，光电耦合器U1的引脚2通过电阻R3连接地，光电耦合器U1的引脚4分别连接电阻R1的一端、接地电阻R14的一端。

3.如权利要求1所述的一种GGD低压开关柜母线触头温度检测装置，其特征在于，所述反馈调压单元包括三极管Q1，三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极、电阻R7的一端均连接运算放大器AR3的输出端，三极管Q1的发射极分别连接电阻R8的一端、电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R8的另一端分别连接三极管Q3的集电极、光电耦合器U2的引脚3，三极管Q3的发射极分别连接电阻R7的另一端、三极管Q2的基极、光电耦合器U2的引脚4，三极管Q2的发射极连接三极管Q1的基极，光电耦合器U2的引脚1连接电源+12V，单结管Q4的第二基极、电阻R9的一端均连接运算放大器AR3的输出端，电阻R9的另一端连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接单结管Q4的发射极、接地电容C6的一端、运算放大器AR5的输出端，单结管Q4的第一基极分别连接接地电阻R11的一端、光电耦合器U2的引脚2；

所述保持输出单元包括开关K1，开关K1的一端连接电阻R8的另一端，开关K1的另一端分别连接接地电容C5的一端、运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的反相输入端分别连接运算放大器AR5的输出端、稳压管Z4的负极、电感L5的一端，电感L5的另一端分别连接电容C7的一端、电感L6的一端，电感L6的另一端和电容C8的一端为输出信号，电容C8的另一端连接电感L7的一端，稳压管Z4的正极、电容C7的另一端、电感L7的另一端均连接地。