CN206099310U - 智能型控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供智能型控制器，包括STM32F103核心控制芯片，输入电压互感器，输出电压互感器，电流互感器，零序漏电电流互感器，DF783A三相相序模块，AI08‑R温度采样模块，绝缘系数分析单元，零序漏电互感器，人机接口，继电器。其特征在于：所述电压互感器，电流互感器，零序电流互感器，DF783A三相相序模块，AI08‑R温度采样模块，零序漏电互感器，绝缘系数分析单元连接电机，用于检测电机的实时工作状况，并传输到STM32F103VET6核心控制芯片，并实时控制继电器保护电机。

Description

智能型控制器

技术领域

本应用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及智能型控制器。

背景技术

电机智能化保护及控制器是对电机进行全面的保护，在电机出现过流、过载、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、零序漏电、电机转速及三相不平衡状态时予以保护措施，主要应用于风机、水泵及任意类型的电动机负载的控制与保护。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术的原材料资源成本以及人力资源成本较高，涉及的控制元件过程多，占用空间过大，人员施工过程过于复杂，在用户使用过程中投入大量的人力物力进行维护保养，造成二次人力资源浪费，存在体积大，辅助设备多，成本高，故障率高可靠性差等诸多缺陷，无法满足对数据独立完整采集对数据的处理，数据通信和输出控制功能的弊端。

发明内容

本实用新型的目的是提供高可靠智能型控制，通过实时监测电机运行状态参数，并结合实际电机设计参数，达到电机管理的智能化，实时掌握电机设备的老化程度，精准的掌握每一台电机的独立运营成本的控制，提供实时的能源使用的状况及实时图谱，精准了解能源损耗的峰谷相对值，可靠掌握设备的使用寿命，减少设备的备品备件，降低用户使用成本。

为达到上述目的，本实用新型控制器所采用的技术方案为：

智能控制器，包括STM32F103VET6核心控制芯片，电压互感器，电流互感器，零序漏电互感器，DF783A三相相序模块，AI08-R温度采样模块，绝缘系数分析单元，人机接口，继电器。其特征在于：所述电压互感器，电流互感器，零序漏电互感器，DF783A三相相序模块，AI08-R温度采样模块，绝缘系数分析单元，人机接口，继电器分别与STM32F103VET6核心控制芯片和电机相连，用于实时数据传输。所述STM32F103VET6核心控制芯片通过继电器连接电机，用于对电机的实时控制。所述STM32F103VET6核心控制芯片通过RS485，无线通讯或者以太网收发器和人机接口模块连接，用于使用者实时操作。

本智能控制器内设置用于采集电机输出电压电流数据的电压互感器和电流互感器及零序漏电。

本智能控制器可以实现过载保护、断相保护、接地保护、过流堵转保护、电流不平衡保护、短路保护、零序漏电保护、温度保护、欠载保护、温度保护、欠压保护、过压保护、相序保护、老化保护多种数字式保护功能。

1.三相不平衡保护：三相电流不平衡是指电机的三相电流的幅值不一致，且幅值差超过一定范围。本智能型控制器通过三相电流采样模块测得的电流，通过比较A、B、C三相，相差电流10％以上就会触发继电器，常开触点吸合，将电路切断，使电机不工作。

2.缺相保护：缺相保护是三相电路中的任意相，导线中电流电压的消失而启动保护断开，则触动继电器，将电路切断，使电机不工作。

3.过载保护：过载保护是因负载大于电路本应设定的额定值，而导致电路设备自动断开供电的功能。因负载过大，增大线路中的电流。本智能型控制器设定相对安全电流值，通过比较电流互感器测得的电流，若采样电流大于设定的相对安全电流值，则触发继电器保护，将电路切断，使电机不工作。

4.过流堵转保护：电机堵转是电机在正常电路电机驱动，转子发生抱死现象，引起负载电流负荷增大，引起电机不能正常运转，及为电机堵转时产生的功率因数极低，堵转时的电流(称堵转电流)可达额定电流的7倍，时间稍长就会烧坏电机现象。本智能型控制器设定相对安全电流值，通过比较电流互感器测得的电流值，若采样电流值大于设定的相对安全电流值，则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

5.短路保护：短路时产生的瞬时故障电流是额定电流的十几至几十倍。本智能控制器设定相对安全电流值，通过比较电流互感器测得的电流，若采样电流大于设定相对安全电流值，则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

6.温度保护：本智能控制器设定相对安全温度值，通过比较AI08-R温度采样模块测得的温度，若采样温度高于设定温度值，则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

7.欠载保护：当电机负荷的输出功率低于本应有的设定定值，其效率就会变的很差，这时可以考虑关闭这些负荷。本智能型控制器设定相对安全电流值，通过比较电流互感器测得的电流值，若采样电流小于安全电流值，则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

8.欠压保护：欠压保护是指控制电路中电压低于设定额定低电压值，导致电路中电压值出现大幅度降低甚至消失的现象。它会给电路中的电器设备带来损伤。本智能型控制器设定相对的低电压值，通过比较电压互感器测得的低电压值，若采样电压小于设定电压值，则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

9.过压保护：过压保护是指电路中的电压超过预设定的最大限值，保护电路，在电路中的电压降低到保护额定的正常电压值。本智能型控制器设定相对电压值，通过比较电压互感器测得的相对电压参数值，若采样电压参数值大于设定电压值，则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

10.接地保护：接地保护就是将器件因为各种原因产生的有害电荷(比如摩擦产生的静电或电火花，或者电器漏电产生的电荷)通过导体导入大地。则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

11.相序保护：电机有ABC三相，正常情况下三相电压、电流对称，相位相差120°。但在电机出现故障时，ABC三相不再对称。本智能控制器通过DF783A三相相序模块测得三相相序，若相序不符合原来的设定要求则触发继电器，将电路切断，使电机不工作。

12.老化保护(绝缘系数)：根据设备的发热程度，在上位机上设定等级，当设备绝缘系数等级达到高级时，通过绝缘系数分析单元发送信号到STM32F103VET6核心控制芯片，就会立即进行保护，断开电源。并在上位机画面上就要跳出一个报警告示。

13.漏电保护：当人或者其它生物触电时，在电路中就会有电流产生，漏电采样模块就会采集到产生的电流信号，传给STM32F103VET6核心控制芯片，经过自动分析后在上位机画面上就要跳出一个报警告示，根据漏电的设定值的大小，超过设定最大值就会立即进行保护，断开电源。

14.电机转速：根据电机输出的频率通过与STM32F103VET6核心控制芯片连接，形成一套自动设别系统，可以测得电机的实时相对转速值。

所述RS485，无线通讯或者以太网通信接口用于所述保护器和上位机或所述人机接口模块之间进行数据传输。

所述人机接口模块包括显示单元和键盘操作单元，键盘操作单元用于设定参数，显示单元用于信号类别显示。

所述触摸屏和STM32F103VET6核心控制芯片连接，可显示当前的电流、电压、频率、有功功率等。同时可以修改启动电流倍数、启动过载保护时间、运行过载保护参数值、零序限值、瞬时保护阈值、运行欠载保护时间、堵转保护电流及时间。

附图说明

图1为智能型控制器硬件框图

具体实施方式

本实用新型的硬件结构框图，提供了智能控制器，结合图及其实施例，对本发明作进一步说明。本实施例提供了智能控制器，包括STM32F103VET6核心控制芯片1，电压互感器2，第一电流互感器3，第二电流互感器4，零序电流互感器5，DF783A三相相序模块6，AI08-R温度采样模块7，绝缘系数分析单元8，继电器9。所述电压互感器2，第一电流互感器3，第二电流互感器4，零序电流互感器5，DF783A三相相序模块6，AI08-R温度采样模块7，绝缘系数分析单元8连接电机，用于检测电机的实时工作状况，并传输到STM32F103VET6核心控制芯片1，并实时控制继电器9保护电机设备。

在电机设备运行时，电流通过所述第一电流互感器3和第二电流互感器4，并将采集的数值转换为与之成比例的模拟量电流信号，送入STM32F103VET6核心控制芯片1，STM32F103VET6核心控制芯片1根据设定的参数进行计算对比后输出保护信号，控制继电器9，从而对所述电机10进行保护。

在电机设备运行时，电压通过所述电压互感器2，并将采集的数值转换为与之成比例的模拟量电压信号，送入STM32F103VET6核心控制芯片1，STM32F103VET6核心控制芯片1根据设定的参数进行计算对比后输出保护信号，控制继电器，从而对所述电机10进行保护。

1.三相不平衡保护又称断相保护，用于在三相电流出现不平衡时，及时断开电路，避免电机设备由于电流不平衡而造成电机烧毁。本实用新型实施例中，以所述STM32F103VET6核心控制芯片1检测的最小电流值与最大电流值的比值判断是否启动断相保护功能，在这里将所述最小电流值写作i(min)、最大电流值写作i(max)，用于检测三相电流的比值公式为所述电机智能保护器已预先设定有三相不平衡预警值及实现所述电机电路自动跳闸以断开电路的三相不平衡脱扣值，则当的值达到所述三相不平衡预警值时，所述电机智能保护器将发出警示信号，当的值达到所述三相不平衡脱扣值后，所述电机智能保护器运作使所述电机10跳闸，同时发出三相不平衡跳闸信号。

2.所述STM32F103VET6核心控制芯片1对所述电机的三相电流进行不间断的测量及跟踪，当检测到的电流有一项为零时，所述STM32F103VET6核心控制芯片控制所述电机智能保护器运作使所述电机10跳闸，同时输出断相保护跳闸信号。

3.所述STM32F103VET6核心控制芯片1对所述电机的电流进行不间断的测量及跟踪，同时根据所述电机额定电流值的1.1倍来设定过载电流值以保护所述电机免于因过热而造成的损坏或缩短寿命，当所述STM32F103VET6核心控制芯片检测到的电流数值达到所述过载电流值时，经延时控制后，输出过载保护信号，控制所述电机智能保护器运作使所述电机10跳闸，同时输出过载保护跳闸信号。

4.所述STM32F103VET6核心控制芯片1对所述电机的电流进行不间断的测量及跟踪，根据所述STM32F103VET6核心控制芯片1检测到的最大电流值与所述电机额定电流值的比值判断是否启动堵转保护，当所述STM32F103VET6核心控制芯片1检测到的最大电流值与所述电机额定电流值的比值大于预先设定的堵转保护脱扣值时，同样经过一段时间的脱扣延时后，所述电机智能保护器执行堵转保护控制所述电机10跳闸，同时发出堵转保护信号。

5.所述STM32F103VET6核心控制芯片1对所述电机的电流进行不间断的测量及跟踪，同时根据所述电机额定电流值的10倍来设定短路电流值以保护所述电机免于因短路过热而造成的损坏，当所述STM32F103VET6核心控制芯片1检测到的电流数值达到所述短路电流值时，经延时控制后，输出短路保护信号，控制所述电机智能保护器运作使所述电机10跳闸，同时输出短路保护跳闸信号。

6.所述STM32F103VET6核心控制芯片1对所述电机的温度进行不间断的测量及跟踪，同时设定120度为电机的最高温度，当所述STM32F103VET6核心控制芯片1检测到的温度达到最高温度时，经延时控制后，输出温度保护信号，控制所述电机智能保护器运作使所述电机10跳闸，同时输出温度保护跳闸信号。

7.所述STM32F103VET6核心控制芯片1对所述电机的电流进行不间断的测量及跟踪，同时根据所述电机额定电流值的0.5倍来设定欠载电流值以保护所述电机免于因欠载而造成的损坏，当所述STM32F103VET6核心控制芯片1检测到的电流数值低于所述欠载电流值时，经延时控制后，输出欠载保护信号，控制所述电机智能保护器运作使所述电机10跳闸，同时输出欠载保护跳闸信号。

8.所述欠压保护用于在所述电机10运行电压过低时，实现断电保护。当所述STM32F103VET6核心控制芯片1检测到的电压值低于预设的欠压保护脱扣值时，所述STM32F103VET6核心控制芯片1进入脱扣延时状态，当到达延时限定时间而电压值仍未恢复正常时，所述STM32F103VET6核心控制芯片1发出脱扣指令控制所述电机10跳闸，进而断开线路，同时发出欠压保护信号。

9.所述过压保护用于在所述电机10运行电压过高时，实现断电保护。所述STM32F103VET6核心控制芯片1上设置有用于检测电压的电压检测端口，当所述电压检测端口检测到的电压值超过预设的过压保护脱扣值时，所述STM32F103VET6核心控制芯片1进入脱扣延时状态，当到达延时限定时间而电压值仍未恢复正常时，所述电机10受所述STM32F103VET6核心控制芯片1脱扣指令控制而跳闸，进而断开线路，同时发出过压保护信号。

10.当电机定子绕组单相接地，接地故障电流也随之增大，所述接地保护通过零序电流互感器5检测到的接地电流，比设置的安全接地电流或者三相电流的不平衡，达到最大限值，所述STM32F103VET6核心控制芯片1发出脱扣指令控制所述电机10跳闸，进而断开线路，同时发出接地保护信号。

11.为避免所述电机10电源相序错误或缺相而导致事故或损坏，本实用新型实施例还设置有所述相序保护。所述STM32F103VET6核心控制芯片1自动检测其到与正确相序不符，进而控制继电器9断开线路，以避免所述电机10机头转子因相序错误而损坏或造成事故。

12.所述老化保护是通过绝缘系数分析单元8采用等效电容的方法测量绝缘材料的介电系数，电机额定的功率与产生的有效功率系数换算。使用两金属电极作为等效电容的两端，将导线放在两电极中间，通过两金属电极给被测样品施加交流恒定电流i，再使用电压测量电路测量两电极之间的电压u。电压除以电流就可以得到被测样品的等效复阻抗，再结合电极的结构特点提取出导线的介电系数。比较设置的绝缘系数等级，若达到高级则控制继电器9断开线路。

13.所述漏电采样模块5和电机10相连，人触电则漏电采样模块中的两根电源线中的电流不一样大，零序漏电互感器中的原边线圈产生磁通，副边线圈有电流产生，STM32F103VET6核心控制芯片1收到漏电采样模块副边的电流，在上位机画面上就要跳出一个报警告示，就会立即进行保护，断开电源。

14.所述电机10输入的电压跟频率与STM32F103VET6核心控制芯片1连接，根据额定转速与频率的关系式：(其中n1为电机的额定转速(转/分)；f为电源频率(赫兹)；p为电机旋转磁场的极对数)，再根据实时转速与额定转速的关系式：n＝(1-s)n 1(其中n为实时转速，s为转差率)。通过STM32F103VET6核心控制芯片1计算出电机10的转速，并在上位机上显示。

本RS485接口14采用标准MODBUS协议的RTU模式，RS485接口14和以太网17同上位机进行通信，通信内容包括传送保护器的电机运行的实时值，保护器的设置值，报警记录，控制继电器9的开关状态。

本人机接口模块15通过RS485，以太网或者无线通讯与智能控制器进行通信，在人机接口添加一个DTD433M无线数据终端16与PC机的RS485接口15连接，在STM32核心控制芯片1上也增加一个DTD433M无线数据终端16与STM32核心控制芯片1的RS485口15直接连线，这样以来就通过两个无线485通信终端取代了500米的RS485双绞线，实现了STM32核心控制芯片1与上位机电脑之间的无线通讯。可以在上位机上设定电流值，电压值和温度等参数来比较电机的实时数据，以此实现对电机10的控制。同时上位机上的显示单元可以显示故障的信号。

本触摸屏18通过STM32内置的A/D单片机接口连接，可以显示STM32F103VET6核心控制芯片1处理得到的电流、电压、频率、有功功率、无功功率。同时可以通过触摸屏18上的按钮来修改启动电流倍数、启动过载保护时间、运行过载保护时间、零序限值瞬时保护阈值、运行欠载保护时间、堵转保护电流及时间。

Claims (5)

1.智能控制器，包括核心控制芯片，电压互感器，电流互感器，零序漏电互感器，三相相序模块，温度采样模块，绝缘系数分析单元，人机接口，继电器；其特征在于：所述电压互感器，电流互感器，零序漏电互感器，三相相序模块，温度采样模块，绝缘系数分析单元连接电机，用于检测电机的实时工作状况，并传输到核心控制芯片，并实时控制继电器保护电机。

2.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于：所述核心控制器的具体型号为STM32F103VET6。

3.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于：所属电机的温度采样模块为AI08-R温度采样模块。

4.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于：所述电机的相序采样模块为DF783A三相相序模块。

5.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于：与所述电机相连的以电机绝缘进行保护的漏电保护模块。