CN116435139A - 过载保护继电器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种过载保护继电器及其操作方法。该过载保护继电器包括电流传感器、滤波电路、ADC和处理器，其中，电流传感器用于检测母线的电流；滤波电路的输入端连接至电流传感器的输出端，滤波电路的输出端连接至ADC的输入端，ADC的输出端连接至处理器的输入端；处理器包括内置的DAC，DAC的输出端连接至滤波电路的输入端；并且该处理器被配置为：根据自检测指令使DAC输出自检测波形信号，接收自检测波形信号经滤波电路和ADC处理后的自检测反馈信号，以及判断自检测反馈信号是否满足预定条件，并且响应于自检测反馈信号满足预定条件发出警报信号。通过该过载保护继电器，可以对电路的完成性进行自检测。

Description

过载保护继电器及其操作方法

技术领域

本公开涉及一种过载保护继电器及其操作方法。

背景技术

过载保护继电器(Overload Relay)在热过载(如马达过流)、电流缺相、相间不平衡、接地故障等故障模式发生时，会判断故障类型并根据用户设定等级按不同脱扣时间分断主回路，从而达到保护马达的作用。其保护的判断依据即为母线上的电流值，即通过判断三相母线电流值与保护阈值之间的关系作出是否发出跳闸(trip)的命令。

电流信号的采样在此类过载保护继电器中非常重要，因过载保护继电器对采样精度有一定要求，故通常使用外置式模数转换电路(ADC)。如电流采样前端或外置ADC发生短路或者开路，则无法正常检测电流信号，从而无法实现保护的功能。

发明内容

鉴于以上问题，本公开提供了一种过载保护继电器及其操作方法。

根据本公开的一个方面，提供了一种过载保护继电器，包括电流传感器、滤波电路、模数转换电路(ADC)和处理器，其中，电流传感器用于检测母线的电流；滤波电路的输入端连接至电流传感器的输出端，滤波电路的输出端连接至ADC的输入端，ADC的输出端连接至处理器的输入端；处理器包括内置的数模转换电路(DAC)，DAC的输出端连接至滤波电路的输入端；并且处理器被配置为：根据自检测指令使DAC输出自检测波形信号；接收自检测波形信号经滤波电路和ADC处理后的自检测反馈信号；以及判断自检测反馈信号是否满足预定条件，并且响应于自检测反馈信号满足预定条件发出警报信号。

在一个示例中，自检测波形信号包括第一正弦波信号，第一正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之中；预定条件包括自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率的分量幅值与自检测波形信号中第一正弦波信号的幅值的差别大于第一预定阈值。

在一个示例中，自检测波形信号还包括第二正弦波信号，第二正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之外；以及预定条件还包括自检测反馈信号中对应于第二正弦波信号的频率的分量幅值大于第二预定阈值。

在一个示例中，处理器还被配置为：在判断自检测反馈信号是否满足预定条件之后，通过数字滤波滤除自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率的分量。

在一个示例中，判断自检测反馈信号是否满足预定条件包括：对自检测反馈信号进行快速傅里叶变换(FFT)，以获得自检测反馈信号中各分量的幅值。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于过载保护继电器的操作方法，过载保护继电器包括电流传感器、滤波电路、ADC和处理器，其中，电流传感器用于检测母线的电流；滤波电路的输入端连接至电流传感器的输出端，滤波电路的输出端连接至ADC的输入端，ADC的输出端连接至处理器的输入端；处理器包括内置的DAC，DAC的输出端连接至滤波电路的输入端；并且操作方法包括以下步骤：通过处理器据自检测指令使DAC输出自检测波形信号，通过处理器接收自检测波形信号经滤波电路和ADC处理后的自检测反馈信号，以及通过处理器判断自检测反馈信号是否满足预定条件，并且响应于自检测反馈信号满足预定条件发出警报信号。

在一个示例中，自检测波形信号包括第一正弦波信号，第一正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之中；预定条件包括自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率的分量幅值与自检测波形信号中第一正弦波信号的幅值的差别大于第一预定阈值。

在一个示例中，自检测波形信号还包括第二正弦波信号，第二正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之外；以及预定条件还包括自检测反馈信号中对应于第二正弦波信号的频率的分量幅值大于第二预定阈值。

在一个示例中，该方法还包括：在判断自检测反馈信号是否满足预定条件之后，通过处理器经由数字滤波滤除自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率的分量。

在一个示例中，判断自检测反馈信号是否满足预定条件包括：对自检测反馈信号进行FFT，以获得自检测反馈信号中各分量的幅值。

通过本公开的过载保护继电器及其操作方法，可以对电路的完成性进行自检测，即可尽早发现滤波电路和ADC中的短路、开路等错误现象。在处理完该短路或者开路等错误之后，可以正常检测该过载保护继电器的电流信号，从而实现电路保护的功能。

附图说明

通过结合附图对本公开实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示出了根据本公开实施例的过载保护继电器的示意图；

图2示出了根据本公开实施例的过载保护继电器的操作方法的流程图；

图3示出了根据本公开实施例的基于自检测反馈信号发出警报信号的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获取的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的方法的步骤。应当理解的是，前面或后面的步骤不一定按照顺序来精确的进行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步。

本公开的实施例提供了一种过载保护继电器及其操作方法，其可以通过自检测来检测滤波电路和ADC中的短路和开路现象，即可尽早发现电路短路或者开路的现象，通过处理该电路短路或者开路之后正常检测过载保护继电器中的电流信号，实现电路保护。

图1是根据本公开实施例的过载保护继电器10的示意图。如图1所示，过载保护继电器10包括电流传感器1001、滤波电路1002、ADC 1003和处理器1004。滤波电路1002的输入端连接至电流传感器1001的输出端，滤波电路1002的输出端连接至ADC 1003的输入端，ADC1003的输出端连接至处理器1004的输入端。处理器1004包括内置的DAC(未示出)，DAC的输出端连接至滤波电路1002的输入端。

电流传感器1001可以用于检测母线1005的电流信号。例如，可以通过罗氏线圈将母线的电流信号转换为电压信号，该电压信号被输入到滤波电路1002。

该滤波电路1002例如可以是带通滤波器或低通滤波器。

该处理器1004例如可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、单片机、中央处理器(Central Process Unit，CPU)、微处理器等。

该处理器1004可以根据自检测指令使内置的DAC输出自检测波形信号。例如，该自检测波形信号是过载保护继电器运行过程中从处理器1004内置的DAC输出的自检测波形信号。在本公开中，该过载保护继电器可以处于正常工作情况下的运行状态中，或者处于响应于自检测指令导致的运行状态中。

在该自检测波形信号被输入到滤波电路1002的输入端后，处理器1004可以接收自检测波形信号经滤波电路和ADC处理后的自检测反馈信号。

接下来，该处理器1004可以判断自检测反馈信号是否满足预定条件，并且响应于自检测反馈信号满足预定条件发出警报信号。

在一个实现方式中，自检测波形信号可以包括第一正弦波信号，第一正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之中。预定条件可以包括自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率的分量幅值与自检测波形信号中第一正弦波信号的幅值的差别大于第一预定阈值。

例如，假设过载保护继电器所需要的信号的频率范围为20Hz-1kHz，1kHz以上的频率范围为干扰信号。在这种情况下，滤波电路可以为低通滤波电路，且其截止频率为1kHz，可以采用位于截止频率以下的例如500Hz的正弦波信号作为自检测波形信号，继而处理器1004可以判断自检测反馈信号中对应于500Hz频率的分量幅值与自检测波形信号中500Hz频率的幅值的差别是否大于第一预定阈值(如10％)。该第一预定阈值可以根据实际应用需求而设定。

例如，可以对自检测反馈信号和自检测波形信号进行快速傅里叶变换(FFT)，以获得自检测反馈信号和自检测波形信号中各分量的幅值。可替代地，也可以直接通过示波器获得各分量的幅值，这里不做限制。例如，幅值可以是数字信号的幅值，也可以是模拟信号的幅值。

如果判断结果为“是”，则该处理器1004不发出警报信号；如果判断结果为“否”，则该处理器1004发出警报信号，以指示过载保护继电器10中的滤波电路1002和ADC 1003可能存在错误，例如短路或开路现象。

应当认识到，上述第一预定阈值、第一正弦波信号的频率以及截止频率仅仅是一个示例，可以根据需要设置任何合适的值，这里不做限制。

进一步，该处理器1004还可以在判断自检测反馈信号是否满足预定条件之后，通过数字滤波滤除自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率(如上述500Hz)的分量，以消除自检测过程对正常过载保护产生的干扰。例如，通过截止频率为200Hz的数字滤波将注入的500Hz的自检测信号消除。

通过本公开实施例的判断，处理器1004可以获得滤波电路1002对通带范围内的信号(如上述500HZ的信号)的通过性以及ADC 1003对通带范围内的信号的转换率，从而检测滤波电路1002和ADC 1003中的短路或开路现象。

在另一个实现方式中，自检测波形信号还可以包括第二正弦波信号，第二正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之外。预定条件还可以包括自检测反馈信号中对应于第二正弦波信号的频率的分量幅值大于第二预定阈值。

例如，在该滤波电路1002为低通滤波电路，且其截止频率为1kHz的情况下，该处理器1004可以判断自检测反馈信号中对应于2kHz的分量幅值是否大于第二预定阈值(如0)。

例如，可以对自检测反馈信号进行FFT，以获得自检测反馈信号中各分量的幅值。可替代地，也可以直接通过示波器获得各分量的幅值，这里不做限制。

如果判断结果为“是”，则该处理器发出警报信号，以指示过载保护继电器10中的滤波电路1002和ADC 1003可能存在错误，例如短路或开路现象；如果判断结果为“否”，则该处理器不发出警报信号。

应当认识到，上述第二预定阈值、第二正弦波信号的频率以及截止频率仅仅是一个示例，可以根据需要设置任何合适的值，这里不做限制。

通过本公开实现方式中的判断，处理器可以获得滤波电路对通带范围外的信号(如上述2kHz的信号)的通过性以及ADC对通带范围外的信号的转换率，从而检测滤波电路1002和ADC 1003中的短路或开路现象。

应当认识到，上述输入第一正弦波信号和第二正弦波信号的实现方式可以串行处理，也可以择一处理，这里不做限制。

通过本公开实施例的过载保护继电器，可以检测滤波电路和ADC中的短路、开路等错误现象，以尽早发现错误。在处理完该电路短路或者开路等错误之后，可以正常检测该过载保护继电器的电流信号，从而实现电路保护的功能。并且，根据本公开实施例的过载保护继电器的自检测复用了过载保护继电器本身存在的滤波电路、ADC和处理器，可以不需要额外的器件，结构紧凑，成本低。

下面，参照图2描述根据本公开实施例的过载保护继电器的操作方法200。该过载保护继电器可以例如是上述参照图1描述的过载保护继电器10，其可以包括电流传感器、滤波电路、ADC和处理器，滤波电路的输入端连接至电流传感器的输出端，滤波电路的输出端连接至ADC的输入端，ADC的输出端连接至处理器的输入端，处理器包括内置的DAC，DAC的输出端连接至滤波电路的输入端。

如图2所示，该过载保护继电器的操作方法200包括以下步骤S201-S203.

在步骤S201中，通过处理器根据自检测指令使DAC输出自检测波形信号。

在步骤S202中，通过处理器接收自检测波形信号经滤波电路和ADC处理后的自检测反馈信号。

在步骤S203中，通过处理器判断自检测反馈信号是否满足预定条件，并且响应于自检测反馈信号满足预定条件发出警报信号。

对于步骤S201，例如，该自检测波形信号是过载保护继电器运行过程中从处理器内置的DAC输出的自检测波形信号。在本公开中，该过载保护继电器可以处于正常工作情况下的运行状态中，或者处于响应于自检测指令导致的运行状态中。

对于步骤S202，在该自检测波形信号被输入到滤波电路的输入端后，可以通过处理器接收自检测波形信号经滤波电路和ADC处理后的自检测反馈信号。

对于步骤S203，可以参照图3来描述根据本公开实施例的基于自检测反馈信号发出警报信号的方法300。

如图3所示，在通过处理器接收到自检测反馈信号(步骤S202)之后，根据输入的自检测波形信号的不同可以具有不同的判断自检测反馈信号是否满足预定条件的实现方式。

在一个实现方式中，自检测波形信号可以包括第一正弦波信号，第一正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之中。判断自检测反馈信号是否满足预定条件(步骤S301)可以包括判断自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率的分量幅值与自检测波形信号中第一正弦波信号的幅值的差别是否大于第一预定阈值(步骤S302)。

例如，可以对自检测反馈信号和自检测波形信号进行FFT，以获得自检测反馈信号和自检测波形信号中各分量的幅值。可替代地，也可以直接通过示波器获得各分量的幅值，这里不做限制。

如果判断结果为“是”，则该操作方法不发出警报信号；如果判断结果为“否”，则该操作方法通过处理器发出警报信号(S304)，以指示过载保护继电器中的滤波电路和ADC可能存在短路或开路等错误现象。

进一步，该操作方法还可以通过处理器判断自检测反馈信号是否满足预定条件之后，通过数字滤波滤除自检测反馈信号中对应于第一正弦波信号的频率的分量，以消除自检测过程对正常过载保护产生的干扰。

在另一个实现方式中，自检测波形信号可以包括第二正弦波信号，第二正弦波信号的频率位于滤波电路的通过频段之外。判断自检测反馈信号是否满足预定条件(步骤S301)可以包括判断自检测反馈信号中对应于第二正弦波信号的频率的分量幅值是否大于第二预定阈值(步骤S303)。

例如，可以对自检测反馈信号进行FFT，以获得自检测反馈信号中各分量的幅值。可替代地，也可以直接通过示波器获得各分量的幅值，这里不做限制。

如果判断结果为“是”，则该操作方法通过该处理器发出警报信号(S304)，以指示过载保护继电器中的滤波电路和ADC可能存在短路或开路等错误现象；如果判断结果为“否”，则该操作方法不发出警报信号。

应当认识到，上述两个实现方式可以择一处理，也可以以串行的方式都处理，这里不做限制。

通过本公开实施例的过载保护继电器的操作方法，可以检测滤波电路和ADC中的短路、开路等错误现象，以尽早发现错误。在处理完该电路短路或者开路等错误之后，可以正常检测该过载保护继电器的电流信号，从而实现电路保护的功能。并且，根据本公开实施例的过载保护继电器的操作方法的自检测复用了过载保护继电器本身存在的滤波电路、ADC和处理器，可以不需要额外的器件，结构紧凑，成本低。

本公开中涉及的装置、设备、系统的方框图仅是示例性的，并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。

本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能的一个或多个可编程处理器来执行。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路执行，并且装置也可以被实现为专用逻辑电路，专用逻辑电路例如是FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

虽然在附图中以特定顺序描述了操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或先后顺序执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作，以获得期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。

本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以组合。相反，在单独实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实施或者以任何合适的子组合实施。

本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是示例而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。

Claims (10)

1.一种过载保护继电器，包括电流传感器、滤波电路、模数转换电路和处理器，其中，

所述电流传感器用于检测母线的电流；

所述滤波电路的输入端连接至所述电流传感器的输出端，所述滤波电路的输出端连接至所述模数转换电路的输入端，所述模数转换电路的输出端连接至所述处理器的输入端；

所述处理器包括内置的数模转换电路，所述数模转换电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端；并且

所述处理器被配置为：

根据自检测指令使所述数模转换电路输出自检测波形信号，

接收所述自检测波形信号经所述滤波电路和所述模数转换电路处理后的自检测反馈信号，以及

判断所述自检测反馈信号是否满足预定条件，并且响应于所述自检测反馈信号满足预定条件发出警报信号。

2.根据权利要求1所述的过载保护继电器，其中，

所述自检测波形信号包括第一正弦波信号，所述第一正弦波信号的频率位于所述滤波电路的通过频段之中；

所述预定条件包括所述自检测反馈信号中对应于所述第一正弦波信号的频率的分量幅值与所述自检测波形信号中第一正弦波信号的幅值的差别大于第一预定阈值。

3.根据权利要求2所述的过载保护继电器，其中，

所述自检测波形信号还包括第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率位于所述滤波电路的通过频段之外；以及

所述预定条件还包括所述自检测反馈信号中对应于所述第二正弦波信号的频率的分量幅值大于第二预定阈值。

4.根据权利要求2所述的过载保护继电器，其中所述处理器还被配置为：

在判断所述自检测反馈信号是否满足预定条件之后，通过数字滤波滤除所述自检测反馈信号中对应于所述第一正弦波信号的频率的分量。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的过载保护继电器，其中，判断所述自检测反馈信号是否满足预定条件包括：

对所述自检测反馈信号进行快速傅里叶变换，以获得所述自检测反馈信号中各分量的幅值。

6.一种用于过载保护继电器的操作方法，所述过载保护继电器包括电流传感器、滤波电路、模数转换电路和处理器，其中，

所述电流传感器用于检测母线的电流；

所述滤波电路的输入端连接至所述电流传感器的输出端，所述滤波电路的输出端连接至所述模数转换电路的输入端，所述模数转换电路的输出端连接至所述处理器的输入端；

所述处理器包括内置的数模转换电路，所述数模转换电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端；并且

所述操作方法包括以下步骤：

通过所述处理器：

根据自检测指令使所述数模转换电路输出自检测波形信号，

接收所述自检测波形信号经所述滤波电路和所述模数转换电路处理后的自检测反馈信号，以及

判断所述自检测反馈信号是否满足预定条件，并且响应于所述自检测反馈信号满足预定条件发出警报信号。

7.根据权利要求6所述的操作方法，其中，

所述自检测波形信号包括第一正弦波信号，所述第一正弦波信号的频率位于所述滤波电路的通过频段之中；

所述预定条件包括所述自检测反馈信号中对应于所述第一正弦波信号的频率的分量幅值与所述自检测波形信号中第一正弦波信号的幅值的差别大于第一预定阈值。

8.根据权利要求7所述的操作方法，其中，

所述自检测波形信号还包括第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率位于所述滤波电路的通过频段之外；以及

所述预定条件还包括所述自检测反馈信号中对应于所述第二正弦波信号的频率的分量幅值大于第二预定阈值。

9.根据权利要求7所述的操作方法，其中所述方法还包括：

通过所述处理器：

在判断所述自检测反馈信号是否满足预定条件之后，通过数字滤波滤除所述自检测反馈信号中对应于所述第一正弦波信号的频率的分量。

10.根据权利要求6至9中的任一项所述的操作方法，其中，判断所述自检测反馈信号是否满足预定条件包括：

对所述自检测反馈信号进行快速傅里叶变换，以获得所述自检测反馈信号中各分量的幅值。

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