CN110829355A - 一种机械设备过载保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种机械设备过载保护装置，额定电流校正电路将机械设备的额定电流与温度校正系数经乘法器D1进行相乘得出额定电流校正信号，解决机械设备因自身发热温升、环境温升造成的过载值设定值不准确的问题；电流检测电路由电流传感器实时检测机械设备的工作电流，经转换为电压、检测出峰值信号、光电耦合器U1光电隔离后输出；过载保护电路计算出实时检测电流信号和额定电流校正信号的差值，超过额定电流且低于额定电流的整定值1.2‑5倍值的75％，依次接入与机械设备并联的分流器实现瞬时过载保护，超过额定电流的整定值1.2‑5倍值的90％时，通过实时检测电流信号和温升变化率对电容C8充电，实现根据过载的严重程度切断机械设备的供电电源的快慢。

Description

一种机械设备过载保护装置

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，特别是涉及一种机械设备过载保护装置。

背景技术

许多与原料相关的机械设备由于原料组成的不确定性及工艺过程的不稳定性，在工作中易出现过载、卡死等现象，机械设备过载会使机械设备温升过高导致损坏，严重会烧毁设备，通常采用电气过电流保护与机械保护相结合的保护方式进行可靠的保护，但由于电气过电流保护的反应比较慢，且过载值因自身发热温升、环境温升造成的过载值设定值不准确（通常是机械设备额定电流的1.2倍到5倍），往往会发生非过载时误过载保护或过载时不能以最快的速度自动切断机械设备动力源。

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机械设备过载保护装置，有效的解决了电气过电流保护非过载时误过载保护或过载时不能以最快的速度自动切断机械设备动力源的问题。

其解决的技术方案是，包括额定电流校正电路、电流检测电路、过载保护电路，其特征在于，所述额定电流校正电路将机械设备的额定电流与温度校正系数经乘法器D1进行相乘得出额定电流校正信号，其中温度校正系数首先由运算放大器AR6计算出机械设备允许工作温度对应的电压与热敏电阻检测的温度对应的电压的差WC1，运算放大器AR7计算出机械设备允许工作温度对应的电压与适宜温度对应的电压的差WC2，之后由除法器D3计算出WC1与WC2的商，最后由运算放大器AR8、运算放大器AR9、乘法器D2组成的开方运算得出；

所述电流检测电路由电流传感器实时检测机械设备的工作电流，经电阻转换为电压，再由运算放大器AR1为核心的快速峰值检波电路检测出峰值信号、最后由光电耦合器U1光电隔离后输出；

所述过载保护电路分别接入电流检测电路输出信号和额定电流校正电路输出信号，通过运算放大器AR3计算出差值，正差值表示预过载，经二极管D3单向导电，超过额定电流时，触发三极管Q1和三极管Q2导通，接入分流器，对通过机械设备的电流进行分流，同时由运算放大器AR4为核心的积分器计算出机械设备温升变化率，过载时，三极管Q3导通，电流检测电路输出信号通过电容C8充电实现根据过载的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，同时机械设备温升变化率起到加速的作用，晶闸管VTL1导通、继电器K3得电，切断机械设备的供电电源实现过载保护。

本发明的有益效果是：1，将机械设备的额定电流与温度校正系数经乘法器D1进行相乘得出额定电流校正信号，也即通过温度系数校正额定电流过，解决机械设备因自身发热温升、环境温升造成的过载值设定值不准确的问题；

2，差动平衡放大电路计算出实时检测的机械设备工作电流和校正后机械设备额定电流的差值，正差值表示预过载（额定电流的90％），经二极管D3单向导电，超过额定电流且低于额定电流的整定值1.2-5倍值的75％，根据正差值的大小依次接入与机械设备并联的分流器R24或R24、R25串联的热敏电阻RT2，对通过机械设备的电流进行分流，实现瞬时过载保护，同时由积分器计算出分流器R25的温升变化率，超过额定电流的整定值1.2-5倍值的90％时，三极管Q3导通，电流检测电路输出信号通过电阻R29对电容C8充电实现根据过载的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，通过充电时间也避免过载误动作的发生，同时分流器R25对机械设备分流的温升变化率也对电容C8充电，起到晶闸管VTL3加速导通的作用，使达到额定电流的整定值1.2-5倍值也即过载时，晶闸管VTL1导通、继电器K3得电，切断机械设备的供电电源实现过载保护，提高了过载保护的速度。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

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。

一种机械设备过载保护装置，所述额定电流校正电路将机械设备的额定电流与温度校正系数经乘法器D1进行相乘得出额定电流校正信号，也即通过温度系数校正额定电流过，解决机械设备因自身发热温升、环境温升造成的过载值设定值不准确的问题，其中温度校正系数首先由运算放大器AR6计算出机械设备允许工作温度对应的电压与热敏电阻检测的温度对应的电压的差WC1，运算放大器AR7计算出机械设备允许工作温度对应的电压与适宜温度对应的电压的差WC2，之后由除法器D3计算出WC1与WC2的商，最后由运算放大器AR8、运算放大器AR9、乘法器D2组成的开方运算得出；

所述电流检测电路由电流传感器实时检测机械设备的工作电流，经电阻R1转换为电压，再由运算放大器AR1、电容C1-电容C3、电阻R2-电阻R4、二极管D1和D2组成的快速峰值检波电路检测出峰值信号，其中快速峰值检波电路的检波频率由电容C2和C3、电阻R4的值决定，二极管D1和D2为检波二极管，最后由光电耦合器U1光电隔离后输出到过载保护电路；

所述过载保护电路分别接入电流检测电路输出信号和额定电流校正电路输出信号，通过运算放大器AR3、电阻R7-电阻R9、电容C6组成的差动平衡放大电路计算出差值，正差值表示预过载（额定电流的90％），经二极管D3单向导电，超过额定电流且低于额定电流的整定值1.2-5倍值的75％，根据正差值的大小依次触发三极管Q1和三极管Q2导通，接入与机械设备并联的分流器R24或R24、R25串联的负温度系数热敏电阻RT2，对通过机械设备的电流进行分流，实现瞬时过载保护，同时由运算放大器AR4、电阻R26-电阻R28、电容C9组成的积分器计算出分流器R25对机械设备分流的温升变化率，超过额定电流的整定值1.2-5倍值的90％时，正差值的大小触发三极管Q3导通，电流检测电路输出信号通过电阻R29对电容C8充电实现根据过载的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，通过充电时间也避免过载误动作的发生，同时分流器R25对机械设备分流的温升变化率也对电容C8充电，起到晶闸管VTL3加速导通的作用，使达到额定电流的整定值1.2-5倍值也即过载时，晶闸管VTL1导通、继电器K3得电，切断机械设备的供电电源实现过载保护，提高了过载保护的速度。

进一步的，所述电流检测电路由GMC-I Prosys电流传感器 实时检测机械设备的工作电流，经电阻R1转换为电压，再由运算放大器AR1、电容C1-电容C3、电阻R2-电阻R4、二极管D1和D2组成的快速峰值检波电路检测出峰值信号，其中快速峰值检波电路的检波频率由电容C2和C3、电阻R4的值决定，二极管D1和D2为检波二极管，最后由光电耦合器U1光电隔离后输出到过载保护电路，包括电阻R1，电阻R1的一端连接电流传感器实时检测机械设备的工作电流，电阻R1的另一端分别连接电容C1的一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接二极管D1的正极、电阻R3的一端，运算放大器AR1的输出端分别连接二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接电阻R3的另一端、电阻R5的一端、电容C3的一端，电容C3的另一端分别连接电容C2的一端、电阻R4的一端，电容C3的另一端连接运算放大器AR1的VCC端，电阻R5的另一端分别连接电容C4的一端、电阻R6的一端、光电耦合器U1的引脚1，电阻R6的另一端连接电源+5V，运算放大器AR1的gnd端、电容C1的另一端、电阻R4的另一端、电容C4的另一端、电容C5的一端连接信号地，光电耦合器U1的引脚3、电容C5的另一端连接地，光电耦合器U1的引脚4为电流检测电路输出信号。

进一步的，所述过载保护电路分别接入电流检测电路输出信号和额定电流校正电路输出信号，通过运算放大器AR3、电阻R7-电阻R9、电容C6组成的差动平衡放大电路计算出差值，正差值表示预过载（额定电流的90％），经二极管D3单向导电，超过额定电流且低于额定电流的整定值1.2-5倍值的75％，根据正差值的大小依次触发三极管Q1和三极管Q2导通，接入与机械设备并联的分流器R24或R24、R25串联的负温度系数热敏电阻RT2，对通过机械设备的电流进行分流，实现瞬时过载保护，同时由运算放大器AR4、电阻R26-电阻R28、电容C9组成的积分器计算出分流器R25对机械设备分流的温升变化率，超过额定电流的整定值1.2-5倍值的90％时，正差值的大小触发三极管Q3导通，电流检测电路输出信号通过电阻R29对电容C8充电实现根据过载的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，通过充电时间也避免过载误动作的发生，同时分流器R25对机械设备分流的温升变化率也对电容C8充电，起到晶闸管VTL3加速导通的作用，使达到额定电流的整定值1.2-5倍值也即过载时，晶闸管VTL1导通、继电器K3得电，切断机械设备的供电电源实现过载保护，提高了过载保护的速度，包括运算放大器AR3，运算放大器AR3的同相输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，电阻R7的另一端、三极管Q3的集电极连接电流检测电路输出信号，运算放大器AR3的反相输入端、接地电阻R9的一端、接地电容C6的一端均连接额定电流校正电路输出信号，运算放大器AR3的输出端分别连接电阻R8的另一端、二极管D3的正极，二极管D3的负极连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极分别连接继电器K1线圈的一端、三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极分别连接继电器K2线圈的一端、三极管Q3的基极，三极管Q1、Q2的集电极连接电源+12V，继电器K1、K2线圈的另一端连接地，继电器K1、K2的常开触点一端连接机械设备供电一端，继电器K1常开触点另一端连接分流器R24的一端，分流器R24的另一端连接机械设备供电另一端，继电器K2常开触点另一端连接分流器R25的一端，分流器R25的另一端分别连接热敏电阻RT2的一端、电阻R26的一端，热敏电阻RT2的另一端连接机械设备供电另一端，电阻R26的另一端分别连接运算放大器AR4的反相输入端、电阻R28的一端、电容C9的一端，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R27连接地，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R28的另一端、电容C9的另一端、二极管D5的正极，二极管D5的负极分别连接电阻R29的一端、接地电容C8的一端、电阻R30的一端，电阻R29的另一端连接三极管Q3的发射极，电阻R30的另一端经双向二极管SD1连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阴极连接地，晶闸管VTL1的阳极分别连接继电器K3线圈的一端、二极管D4的正极，继电器K3线圈的另一端、二极管D4的负极连接电源+24V。

进一步的，所述额定电流校正电路将机械设备的额定电流与温度校正系数经乘法器D1进行相乘得出额定电流校正信号，也即通过温度系数校正额定电流过，解决机械设备因自身发热温升、环境温升造成的过载值设定值不准确的问题，其中额定电流由预先设定给出并经运算放大器AR5、电阻R10-电阻R12组成增益为1的同相器缓冲，再经电感L1、电容C7滤波后提供，温度校正系数首先由运算放大器AR6计算出机械设备允许工作温度对应的电压（由电阻R15和电阻RT0组成的分压电路提供）与热敏电阻检测的机械设备温度对应的电压（由电阻R14和热敏电阻RT1组成的分压电路提供）的差WC1，运算放大器AR7计算出机械设备允许工作温度对应的电压与适宜温度对应的电压（由+2.5V经电感L1平滑滤波后给出）的差WC2，之后由除法器D3（AD734）计算出WC1与WC2的商，最后由运算放大器AR8、运算放大器AR9、乘法器D2、电阻R18-电阻R23组成的开方运算得出，其中设置电阻R18、R20、R21、R22的阻值相同，运算放大器AR9为反相器，包括运算放大器AR5、AR6，运算放大器AR5的反相输入端分别连接接地电阻R10的一端、电阻R12的一端，运算放大器AR5的同相输入端连接接地电阻R10的一端连接机械设备工作的额定电流，运算放大器AR5的输出端分别连接电阻R12的另一端、电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接接地电容C7的一端、乘法器D1的引脚2，运算放大器AR6的反相输入端分别连接接地电阻RT0的一端、电阻R15的一端、运算放大器AR7的同相输入端，运算放大器AR6的同相输入端连接接地热敏电阻RT1的一端、电阻R14的一端，电阻R14的另一端、电阻R15的另一端连接电源+5V，运算放大器AR6的输出端通过电阻R16连接除法器D1的引脚2，运算放大器AR7的反相输入端通过电感L1连接电源+2.5V，运算放大器AR7的输出端通过电阻R17连接除法器D1的引脚1，除法器D1的引脚3连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接电阻R20的一端、运算放大器AR8的反相输入端，运算放大器AR8的同相输入端通过电阻R19连接地，运算放大器AR8的输出端分别连接乘法器D1的引脚1、乘法器D2的引脚1和引脚2，乘法器D2的引脚3通过电阻R22分别连接运算放大器AR9的反相输入端、电阻R21的一端，运算放大器AR9的同相输入端通过电阻R23连接地，运算放大器AR9的输出端分别连接电阻R21的另一端、电阻R20的另一端，乘法器D1的引脚3连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端为额定电流校正电路的输出信号。

本发明具体使用时，所述电流检测电路由GMC-I Prosys电流传感器 实时检测机械设备的工作电流，经电阻R1转换为电压，再由运算放大器AR1、电容C1-电容C3、电阻R2-电阻R4、二极管D1和D2组成的快速峰值检波电路检测出峰值信号，最后由光电耦合器U1光电隔离后输出，所述额定电流校正电路将机械设备的额定电流与温度校正系数经乘法器D1进行相乘得出额定电流校正信号，也即通过温度系数校正额定电流过，解决机械设备因自身发热温升、环境温升造成的过载值设定值不准确的问题，其中额定电流由预先设定给出并经同相器缓冲、滤波后提供，温度校正系数首先由运算放大器AR6计算出机械设备允许工作温度对应的电压与热敏电阻检测的机械设备温度对应的电压的差WC1，运算放大器AR7计算出机械设备允许工作温度对应的电压与适宜温度对应的电压的差WC2，之后由除法器D3（AD734）计算出WC1与WC2的商，最后由运算放大器AR8、运算放大器AR9、乘法器D2、电阻R18-电阻R23组成的开方运算得出，所述过载保护电路分别接入电流检测电路输出信号和额定电流校正电路输出信号，通过运算放大器AR3、电阻R7-电阻R9、电容C6组成的差动平衡放大电路计算出差值，正差值表示预过载（额定电流的90％），经二极管D3单向导电，超过额定电流且低于额定电流的整定值1.2-5倍值的75％，根据正差值的大小依次触发三极管Q1和三极管Q2导通，接入与机械设备并联的分流器R24或R24、R25串联的负温度系数热敏电阻RT2，对通过机械设备的电流进行分流，实现瞬时过载保护，同时由运算放大器AR4、电阻R26-电阻R28、电容C9组成的积分器计算出分流器R25对机械设备分流的温升变化率，超过额定电流的整定值1.2-5倍值的90％时，正差值的大小触发三极管Q3导通，电流检测电路输出信号通过电阻R29对电容C8充电实现根据过载的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，通过充电时间也避免过载误动作的发生，同时分流器R25对机械设备分流的温升变化率也对电容C8充电，起到晶闸管VTL3加速导通的作用，使达到额定电流的整定值1.2-5倍值也即过载时，晶闸管VTL1导通、继电器K3得电，切断机械设备的供电电源实现过载保护，提高了过载保护的速度。

Claims (4)

1.一种机械设备过载保护装置，包括额定电流校正电路、电流检测电路、过载保护电路，其特征在于，所述额定电流校正电路将机械设备的额定电流与温度校正系数经乘法器D1进行相乘得出额定电流校正信号，其中温度校正系数首先由运算放大器AR6计算出机械设备允许工作温度对应的电压与热敏电阻检测的温度对应的电压的差WC1，运算放大器AR7计算出机械设备允许工作温度对应的电压与适宜温度对应的电压的差WC2，之后由除法器D3计算出WC1与WC2的商，最后由运算放大器AR8、运算放大器AR9、乘法器D2组成的开方运算得出；

所述电流检测电路由电流传感器实时检测机械设备的工作电流，经电阻转换为电压，再由运算放大器AR1为核心的快速峰值检波电路检测出峰值信号、最后由光电耦合器U1光电隔离后输出；

所述过载保护电路分别接入电流检测电路输出信号和额定电流校正电路输出信号，通过运算放大器AR3计算出差值，正差值表示预过载，经二极管D3单向导电，超过额定电流时，触发三极管Q1和三极管Q2导通，接入分流器，对通过机械设备的电流进行分流，同时由运算放大器AR4为核心的积分器计算出分流器对机械设备分流的温升变化率，过载时，三极管Q3导通，电流检测电路输出信号通过电容C8充电实现根据过载的严重程度触发晶闸管VTL3导通的快慢，同时机械设备温升变化率起到加速的作用，晶闸管VTL1导通、继电器K3得电，切断机械设备的供电电源实现过载保护。

2.如权利要求1所述一种机械设备过载保护装置，其特征在于，所述电流检测电路包括电阻R1，电阻R1的一端连接电流传感器实时检测机械设备的工作电流，电阻R1的另一端分别连接电容C1的一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接二极管D1的正极、电阻R3的一端，运算放大器AR1的输出端分别连接二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接电阻R3的另一端、电阻R5的一端、电容C3的一端，电容C3的另一端分别连接电容C2的一端、电阻R4的一端，电容C3的另一端连接运算放大器AR1的VCC端，电阻R5的另一端分别连接电容C4的一端、电阻R6的一端、光电耦合器U1的引脚1，电阻R6的另一端连接电源+5V，运算放大器AR1的gnd端、电容C1的另一端、电阻R4的另一端、电容C4的另一端、电容C5的一端连接信号地，光电耦合器U1的引脚3、电容C5的另一端连接地，光电耦合器U1的引脚4为电流检测电路输出信号。

3.如权利要求1所述一种机械设备过载保护装置，其特征在于，所述过载保护电路包括运算放大器AR3，运算放大器AR3的同相输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，电阻R7的另一端、三极管Q3的集电极连接电流检测电路输出信号，运算放大器AR3的反相输入端、接地电阻R9的一端、接地电容C6的一端均连接额定电流校正电路输出信号，运算放大器AR3的输出端分别连接电阻R8的另一端、二极管D3的正极，二极管D3的负极连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极分别连接继电器K1线圈的一端、三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极分别连接继电器K2线圈的一端、三极管Q3的基极，三极管Q1、Q2的集电极连接电源+12V，继电器K1、K2线圈的另一端连接地，继电器K1、K2的常开触点一端连接机械设备供电一端，继电器K1常开触点另一端连接分流器R24的一端，分流器R24的另一端连接机械设备供电另一端，继电器K2常开触点另一端连接分流器R25的一端，分流器R25的另一端分别连接热敏电阻RT2的一端、电阻R26的一端，热敏电阻RT2的另一端连接机械设备供电另一端，电阻R26的另一端分别连接运算放大器AR4的反相输入端、电阻R28的一端、电容C9的一端，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R27连接地，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R28的另一端、电容C9的另一端、二极管D5的正极，二极管D5的负极分别连接电阻R29的一端、接地电容C8的一端、电阻R30的一端，电阻R29的另一端连接三极管Q3的发射极，电阻R30的另一端经双向二极管SD1连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阴极连接地，晶闸管VTL1的阳极分别连接继电器K3线圈的一端、二极管D4的正极，继电器K3线圈的另一端、二极管D4的负极连接电源+24V。

4.如权利要求1所述一种机械设备过载保护装置，其特征在于，所述额定电流校正电路包括运算放大器AR5、AR6，运算放大器AR5的反相输入端分别连接接地电阻R10的一端、电阻R12的一端，运算放大器AR5的同相输入端连接接地电阻R10的一端连接机械设备工作的额定电流，运算放大器AR5的输出端分别连接电阻R12的另一端、电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接接地电容C7的一端、乘法器D1的引脚2，运算放大器AR6的反相输入端分别连接接地电阻RT0的一端、电阻R15的一端、运算放大器AR7的同相输入端，运算放大器AR6的同相输入端连接接地热敏电阻RT1的一端、电阻R14的一端，电阻R14的另一端、电阻R15的另一端连接电源+5V，运算放大器AR6的输出端通过电阻R16连接除法器D1的引脚2，运算放大器AR7的反相输入端通过电感L1连接电源+2.5V，运算放大器AR7的输出端通过电阻R17连接除法器D1的引脚1，除法器D1的引脚3连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接电阻R20的一端、运算放大器AR8的反相输入端，运算放大器AR8的同相输入端通过电阻R19连接地，运算放大器AR8的输出端分别连接乘法器D1的引脚1、乘法器D2的引脚1和引脚2，乘法器D2的引脚3通过电阻R22分别连接运算放大器AR9的反相输入端、电阻R21的一端，运算放大器AR9的同相输入端通过电阻R23连接地，运算放大器AR9的输出端分别连接电阻R21的另一端、电阻R20的另一端，乘法器D1的引脚3连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端为额定电流校正电路的输出信号。

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