CN202014085U

CN202014085U - 单相交流电机监控器

Info

Publication number: CN202014085U
Application number: CN2011201093217U
Authority: CN
Inventors: 丁金林; 王峰; 樊翔
Original assignee: Suzhou Vocational University
Current assignee: Suzhou Vocational University
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2021-04-14

Abstract

本实用新型公开了一种单相交流电机监控器，其包括用于对各种信号的响应及处理的控制器监控模块、用于对电机及外部环境进行检测的采样模块、用于电机驱动控制的继电器及其驱动模块、用于实现不同工作模式转换的模式控制模块、用于显示电机运行的故障及工作模式的故障及模式指示模块、为上述模块提供工作电源的电源模块、以及对各模块的电源进行检测的供电检测模块。本实用新型采用了单稳态电路和降耗设计，既避免了误操作，又能减少继电器的功耗，系统工作稳定，检测准确，运行可靠，具有很高的实用价值。

Description

单相交流电机监控器

技术领域

本实用新型涉及一种单相交流电机监控器。

背景技术

单相交流异步电机具有结构简单，成本低廉，噪声小等优点，广泛应用在洗衣机、电冰箱、电风扇及各种水泵上，但是每年都有许多人身事故发生，特别是游泳池及温泉抽吸事故发生不断，因此设计一种单相异步电机监控器，能对系统的各种性能指标进行检测和控制，当发生各种人身事故时，监控器自动关闭，并能关闭电机，同时释放受害者。

发明内容

本实用新型目的是提供一种单相交流电机监控器，适于对单相交流电机的功率的监控和电机的控制。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种单相交流电机监控器，包括用于对各种信号的响应及处理的控制器监控模块、用于对电机及外部环境进行检测的采样模块、用于电机驱动控制的继电器及其驱动模块、用于实现不同工作模式转换的模式控制模块、用于显示电机运行的故障及工作模式的故障及模式指示模块、为上述模块提供工作电源的电源模块、以及对各模块的电源进行检测的供电检测模块。

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

所述采样模块包括电压模块、电流模块、温度检测模块、电机转速检测模块。

所述继电器及其驱动模块包括单稳态电路、和双继电器电路。

所述控制器监控模块为AVR增强型8位单片机。

其进一步包括与控制器监控模块相连的开关元件，该开关元件同时与继电器及其驱动模块相连，其中控制器监控模块通过输出PWM信号来控制开关元件的通断。

所述供电检测模块包括窗口比较器和稳压管。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于采用FIR滤波及最小二乘法实现曲线逆合，并采用功率补偿技术，测量电机功率准确，抗干扰性强；

2、继电器驱动电路可靠稳定，采用PWM信号驱动，电机控制采用控制继电器和保护继电器双继电器进行电机通断的控制；驱动采用低功耗设计，通过控制器输出PWM波形，控制MOSFET管，降低继电器线圈的电流，从而实现降低监控器功耗。

3、采用闪码指示系统的运行状态及故障类型，并可通过串口输出；

4、采用窗口比较器实现对控制电路电源的检测，当电源电压过高或者过低系统都可输出故障码。

5、对监控器的工作环境温度进行检测，当系统工作温度过高，系统发出故障信息，并逐步关闭系统。

6、具有串口，可与计算机连接通信。

附图说明

图1是本实用新型应用于电机电路时的接线图；

图2是本实用新型的方框示意图；

图3是本实用新型的控制器监控模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：如图1-2所示，本实用新型提供一种单相交流电机监控器的具体实施例，其安装在电机上，并通过保护罩封闭以防止受伤害，其与电机连接电路如图1所示，L为火线，N为零线，电机采用电容启动，M为主绕组，P为副相绕组，C为启动电容，K为离心开关，当电机转速达到同步转速的70％时自动断开，切断副相回路。本实用新型的监控器完全整合到电机内部绕组回路中，以保护电机和设备不受损害，避免发生人身事故。其中Monitor为监控器，有三个接头com、line、power，其中line接头与com接头构成主回路，power接头与com接头构成辅助回路，为监控器提供的电源，同时还可以根据其电压确定电机的运行电压，从而推断出电机的转速，PRO为温度保护器，当检测温度达到设定数值时自动断开。

本实用新型的单相交流电机监控器包括用于对各种信号的响应及处理的控制器监控模块U1、用于对电机及外部环境进行检测的采样模块、用于电机驱动控制的继电器及其驱动模块U4、用于实现不同工作模式转换的模式控制模块U7、用于显示电机运行的故障及工作模式的故障及模式指示模块U8、为上述模块提供工作电源的电源模块U9、以及对各模块的电源进行检测的供电检测模块U10。其中采样模块包括电压模块U2、电流模块U3、电机转速检测模块U5、温度检测模块U6。模式控制模块U7通过按键实现模式的切换，可进行系统的复位、关闭及开启等功能。系统通过红、绿指示灯表明控制器的工作模式，并进行故障显示，方便对电机的监测；可通过键盘可实现与用户的交流。故障及模式指示模块U8通过红、绿指示灯表明控制器的工作模式，并进行故障显示，方便对电机的监测；可通过键盘可实现与用户的交流，其工作模式有运行模式、启动锁定模式、故障模式、校验模式、旁路模式、复位模式等。

控制器监控模块U1通过电压模块U2和电流模块U3采集电机的电压、电流及过零点计算电机的功率；然后通过继电器及其驱动模块U4实现对电机的控制，采用双继电器电路进行电机通断的控制，双继电器分别为主继电器和保护继电器，为避免控制出现误操作，而电机控制使用单稳态触发器电路74HC123，由控制器监控模块U1提供合适的脉冲信号，触发单稳态电路，其输出高电平，控制MOSFET开关元件导通，进而驱动继电器闭合，实现对电机的控制。在设计过程中，为了减低监控器的功耗，通过控制器监控模块U1输出PWM波形，控制MOSFET开关元件，降低继电器线圈的电流，从而实现降低功耗。

控制器监控模块U1器通过故障及模式指示模块U8的闪码指示电机的运行状态及故障信息，并通过模式控制模块U7操作实现模式切换。

在通过电流模块U3进行电流信号采集时，将电流互感器接入主回路，由精密半波整流电路实现交直流转换；电压模块U2模块进行电压信号采集时，首先通过电阻降压，然后再经精密半波整流电路实现交直流转换；另外，同时分别通过电压、电流过零点检测电路，实时采集过零点时刻，将时间转换为相位，计算电机的功率。

本实施例中，控制器监控模块U1可以为单片机或CPLD芯片、FPGA芯片等，在控制器芯片内预设程序；所述监控的单相交流电机为额定电压为220V，频率为50HZ，电机的功率为200W-5KW；所述闪码是当电机在运行时，监控器模块检测电机的输入功率，一旦输入功率从正常值急剧下降，监控器会发出错误警告并关闭电机，并通过红色的LED灯的错误报警代码闪烁。

电源模块U9产生+12V和+5V的电源，其通过开关电源TNY268产生；为了保证控制电路正常工作，供电检测模块U10采用窗口比较器进行检测，利用稳压管设置参考电压，+12V和+5V分别采用两个比较器进行检测电压过高及过低故障，当出现故障时电路产生故障信号。

监控器不仅可实时测量电机的功率，还可实现对电机的控制，另外还具有通过故障及模式指示模块U8实现闪码故障显示，方便用户快速确定故障。

参见图3所示，控制器监控模块U1通过电压模块U2及电流模块U3采集电机的电压、电流的有效值及过零点，从而初步计算其功率，通过Parks-McClellan FIR低通滤波器进行滤波，其结果作为电机功率的参考值，利用最小二乘法非线性拟合进行电机功率的补偿，得到电机的实际运行功率，作为电机控制的依据。本实用新型进一步配置有串口J1，通过串口J1可以方便与其他系统连接，J1口优选为控制器调试接口，可实现在线调试。控制器监控模块U1优选为AVR增强型8位单片机ATMEGA16，采集的模拟信号有5路，分别为电机的电压及电流有效值、电机的转速电压、系统的工作温度、供电检测模块的参考电压。其中电机电压、电流号通过精密半波整流电路转换为直流信号；转速电压经半波整流及电阻分压为控制器监控模块U1提供电机端电压，从而确定电机转速；系统的温度信号直接从热敏电阻采集得到、参考电压采集稳压二极管的电压。所有五路信号由控制器监控模块U1自带的10位AD模数转换器采集得到。

控制器监控模块U1通过串口可实现与其他系统或计算机通信，通信速率为9600bit，8位数据位，无校验，1位停止位，无流量控制；计算机可采用超级终端或者其他串口调试软件。数据的格式依次分别为输入电压、输入电流、时间滞后、功率平均24点数据点、FIR输出功率、标准行字节计算、当前故障代码、当前状态。

控制器监控模块U1提供的PWM脉冲信号，每隔16.67ms发出0.1ms的脉冲，确保处于锁定状态的控制器监控模块U1不能控制继电器的开断；同时通过PWM控制可实现降耗功能。

当控制器监控模块U1检测电机的功率太低，包括动力不足或者空运作状态，检测到输入到电机的功率太高时，包括电机过载都将监控器自动关闭并同时关闭电机。同样当电路的电流过高，如发生睹转或者电机损害等情形时，监控器将迅速关闭电机。当电机在运行时，控制器监控模块U1检测电机的输入功率，一旦输入功率从正常值急剧下降，监控器会发出错误警告并关闭电机，并通过红色的LED灯的错误报警代码闪烁。当电机的功率超过正常值-20％到+20％时，一旦超出正常范围1S，监控器将发出错误信号，电机将关闭，红色指示灯以错误代码闪烁，若这种不正常运行不超过1S，电机继续运行。电机在关闭4Min后，电机将自动重启，三分钟开机校验后，若检测到系统处于待运行状态，电路将重新，并检测电机的输入功率，相反如果电机状况依旧不正常，电机将再次报错。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种单相交流电机监控器，其特征在于：其包括用于对各种信号的响应及处理的控制器监控模块、用于对电机及外部环境进行检测的采样模块、用于电机驱动控制的继电器及其驱动模块、用于实现不同工作模式转换的模式控制模块、用于显示电机运行的故障及工作模式的故障及模式指示模块、为上述模块提供工作电源的电源模块、以及对各模块的电源进行检测的供电检测模块。

2.根据权利要求1所述的单相交流电机监控器，其特征在于：所述采样模块包括电压模块、电流模块、温度检测模块、电机转速检测模块。

3.根据权利要求2所述的单相交流电机监控器，其特征在于：所述继电器及其驱动模块包括单稳态电路、双继电器电路。

4.根据权利要求3所述的单相交流电机监控器，其特征在于：所述控制器监控模块为AVR增强型8位单片机。

5.根据权利要求2或3或4所述的单相交流电机监控器，其特征在于：其进一步包括与控制器监控模块相连的开关元件，该开关元件同时与继电器及其驱动模块相连，其中控制器监控模块通过输出PWM信号来控制开关元件的通断。

6.根据权利要求5所述的单相交流电机监控器，其特征在于：所述供电检测模块包括窗口比较器和稳压管，而控制器监控模块包括FIR滤波器。