CN111044786A - 一种绝缘监视仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘监视仪，包括MCU、信号发生电路、信号注入电路、绝缘电阻测量模块、开关量输出模块、数据存储模块、彩色人机界面、轻触按键、电源模块和RS485及Mobus通讯模块，本发明通过设计一个可控频率的低频脉冲信号源，并将信号发射到被测系统电网(系统)上，此信号源与被测电网和大地之间的绝缘电阻形成测试电路，接收回路通过特定的处理算法，通过滤波器去掉电网和干扰信号等交流的影响，最后根据欧姆定律得到绝缘电阻值。此发射信号受控于主控芯片，这样可以有效地适应系统的分布电容的影响。因此，能够有更强的稳定性和抗干扰性，有更高的测试精度。

Description

一种绝缘监视仪
技术领域
本发明涉及一种监视仪，具体是一种绝缘监视仪。
背景技术
在不接地系统中很多场合均需要监测电网对地绝缘电阻值，当电网对地的绝缘电阻值下降到一定程度需要报警采取干预措施，绝缘监视仪正是应这种需求而设计，绝缘监视仪经历了2代发展，当前绝缘监视仪已能应用于0-1150V中的任何场合，产品通用性强，安装简单方便是替代进口同类绝缘监视仪的首选国产型号。
现有的绝缘监视仪依赖于被测系统电气信号(电压或电流)，导致测量的精度和稳定性受制于被测系统，因此不能满足更加高端的测试需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝缘监视仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种绝缘监视仪，包括MCU、信号发生电路、信号注入电路、绝缘电阻测量模块、开关量输出模块、数据存储模块、彩色人机界面、轻触按键、电源模块和RS485及Mobus通讯模块，所述MCU通过其上设置的接口分别连接绝缘电阻测量模块、开关量输出模块、数据存储模块、彩色人机界面、轻触按键、电源模块和RS485及Mobus通讯模块，信号发生电路的输出端连接信号注入电路的输入端，信号注入电路的输出端连接绝缘电阻测量模块。
作为本发明的进一步技术方案：所述绝缘电阻测量模块包括电阻R1、电阻R2、电容C14、电阻R4和二极管D1，电阻R1的一端连接输入端IN，电阻R1的另一端连接电阻R2，电阻R2的另一端连接电阻R3、电阻R4和电容C14，电阻R3的另一端连接二极管D1的阴极和电容C15，电容C14的另一端连接电阻R4的另一端、二极管D1的阳极、电容C14的另一端和地。
作为本发明的进一步技术方案：所述绝缘电阻测量模块与MCU之间还设有滤波放大电路。
作为本发明的进一步技术方案：所述滤波放大电路由多个运算放大器串联组成。
作为本发明的进一步技术方案：所述MCU上还连接有一个测试装置，测试装置包括二极管D11、三极管Q1和继电器K1，三极管Q1的基极通过电阻R16连接MCU，三极管Q1的集电极连接继电器K1和二极管D11的阳极，二极管D11的阴极连接继电器K1的另一端和12V电源。
作为本发明的进一步技术方案：所述二极管D1为稳压二极管。
作为本发明的进一步技术方案：所述二极管D11为稳压二极管。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设计一个可控频率的低频脉冲信号源，并将信号发射到被测系统电网(系统)上，此信号源与被测电网和大地之间的绝缘电阻形成测试电路，接收回路通过特定的处理算法，通过滤波器去掉电网和干扰信号等交流的影响，最后根据欧姆定律得到绝缘电阻值。此发射信号受控于主控芯片，这样可以有效地适应系统的分布电容的影响。因此，能够有更强的稳定性和抗干扰性，有更高的测试精度。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
图2为本发明的方框图。
图3为绝缘电阻测量模块的电路图。
图4为滤波放大电路的电路图。
图5为自检电路的电路图。
图6为本发明的程序流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-6，一种绝缘监视仪，包括MCU、信号发生电路、信号注入电路、绝缘电阻测量模块、开关量输出模块、数据存储模块、彩色人机界面、轻触按键、电源模块和RS485及Mobus通讯模块，其中，MCU选用ST公司生产的32位ARM cortex-M3内核的芯片(STM32F103VET6)，该芯片处理速度快，主频72MHz，并且具有丰富的片内外围资源，带有多通道的12位A-D转化模块，以及多个SPI、IIC、RS232等通讯接口，大大简化了外围电路的设计。该仪表除了最基本的测量系统对地电阻外，自带两路继电器输出，采用320*240像数的彩色液晶模块作为人机接口，使人机界面更加友好；带有RS 485通讯，遵循Modbus-RTU协议，有报警功能，各个参数可以自行设定。
MCU通过其上设置的接口分别连接绝缘电阻测量模块、开关量输出模块、数据存储模块、彩色人机界面、轻触按键、电源模块和RS485及Mobus通讯模块，信号发生电路的输出端连接信号注入电路的输入端，信号注入电路的输出端连接绝缘电阻测量模块。
在交流IT系统中，电压经常有一定的波动升降。因此绝缘监测仪内部需要具有满足这些不同电压的降压电路。绝缘监测仪上电之后，信号注入模块会持续注入一个特定的方波电压到被监测系统中，系统测量的是电阻R1、电阻R2和电阻Rf，由于R1、R2的值是已知的，所以只要减去电阻R1、电阻R2，即可求出电阻Rf，测量电路如图3所示。
在实际的电力系统中，由于高频信号的存在，可能会对信号采样造成干扰，所以要对采样信号进行滤波处理，该设计采用四阶低通滤波电路，电路截止特性好，曲线的衰减率陡，同时提高了测量准确度，滤波电路如图4所示：
由于此电路由两个相同二阶电路组成，因此只需分析一个即可。对第一个二阶电路：当频率f＝0时，C 1和C 6均开路，通带放大倍数Aup＝-R1/R6 (1)
设R6、C6和R7相交的点为M，输入电压信号为Ui，输出电压信号为Uo。根据放大器虚短虚断，对M点列电流方程：
Figure BDA0002012059720000031
其中
Figure BDA0002012059720000041
解上面两个方程可得：
Figure BDA0002012059720000042
对比压控电压源二阶低通滤波电路模型可得：
Figure BDA0002012059720000043
式中，f0表示截止频率，代入数据得f0≈2.567Hz，该滤波器允许频率低于f0的波形通过，大于该频率的波形将会不同程度的衰减。
实施例2，在实施例1的基础上，绝缘监视仪还包括一个测试装置，以测试该绝缘监控装置是否能完成其功能。如图5，MCU发出信号，通过三极管Q1放大信号，驱动继电器K1，选择连接测试方式。
本发明的工作原理是：如图1所示，L1、L2、L3为三相电源，三相电源经过隔离变压器进入本系统。电阻R1、电阻R2、电阻R3为本系统中的负载；电阻Rf为对地绝缘电阻；电阻Rx为分压电阻；绝缘监视仪中正负12V方波信号发生器分别连接隔离后的三相电源。
正常情况下，系统与地是绝缘的，电阻Rf为无穷大；当系统出现绝缘故障时，如系统导线与外壳直接接触，则导致系统与地直接连接，此时的电阻Rf等效于0。绝缘监测仪向系统注入方波信号，经过电阻Rf进入绝缘监测仪，构成一个闭合回路，通过欧姆定律即可算出电阻Rf的大小。因采用方波信号可以有效的避免系统电容造成的影响，使其测量的阻抗具有较高的准确度，可以很好地反映系统的绝缘性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种绝缘监视仪，包括MCU、信号发生电路、信号注入电路、绝缘电阻测量模块、开关量输出模块、数据存储模块、彩色人机界面、轻触按键、电源模块和RS485及Mobus通讯模块，其特征在于，所述MCU通过其上设置的接口分别连接绝缘电阻测量模块、开关量输出模块、数据存储模块、彩色人机界面、轻触按键、电源模块和RS485及Mobus通讯模块，信号发生电路的输出端连接信号注入电路的输入端，信号注入电路的输出端连接绝缘电阻测量模块。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘监视仪，其特征在于，所述绝缘电阻测量模块包括电阻R1、电阻R2、电容C14、电阻R4和二极管D1，电阻R1的一端连接输入端IN，电阻R1的另一端连接电阻R2，电阻R2的另一端连接电阻R3、电阻R4和电容C14，电阻R3的另一端连接二极管D1的阴极和电容C15，电容C14的另一端连接电阻R4的另一端、二极管D1的阳极、电容C14的另一端和地。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘监视仪，其特征在于，所述绝缘电阻测量模块与MCU之间还设有滤波放大电路。
4.根据权利要求3所述的一种绝缘监视仪，其特征在于，所述滤波放大电路由多个运算放大器串联组成。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘监视仪，其特征在于，所述MCU上还连接有一个测试装置，测试装置包括二极管D11、三极管Q1和继电器K1，三极管Q1的基极通过电阻R16连接MCU，三极管Q1的集电极连接继电器K1和二极管D11的阳极，二极管D11的阴极连接继电器K1的另一端和12V电源。
6.根据权利要求2所述的一种绝缘监视仪，其特征在于，所述二极管D1为稳压二极管。
7.根据权利要求5所述的一种绝缘监视仪，其特征在于，所述二极管D11为稳压二极管。
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CN111426881A (zh) * 2020-05-13 2020-07-17 常熟瑞特电气股份有限公司 Rim型绝缘监测方法及装置
CN111426882A (zh) * 2020-05-13 2020-07-17 常熟瑞特电气股份有限公司 Rim型绝缘监测系统

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