CN211830204U - 应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，该系统包括输入模块、电源监测模块、继电器模块和显示模块，所述输入模块用于工业设备的输入电源，所述电源监测模块基于HT7038三相电量计智能电表芯片，其用于通过输入模块实时获取当前电源状态信息，将处理的电源状态信息传输给显示模块，所述继电器模块从所述电源监测模块获取控制信号，输出与工业设备连接，确保工业设备的运行安全，所述显示模块通过工业设备与电源监测模块相连，用于显示当前电源状态信息、设置电源限定信息和查询相关数据。本实用新型以HT7038三相电量计智能电表芯片为硬件平台，具有反应速度快、没有续流、寿命长的优点。

Description

应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统

技术领域

本实用新型涉及电源设计技术领域，具体涉及一种应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统。

背景技术

在电子系统和网络线路上，经常会受到外界瞬时过电压干扰，这些干扰源主要包括：由于通断感性负载或启停大功率负载，线路故障等产生的操作过电压；由于雷电等自然现象引起的雷电浪涌。这种过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流)，是一种瞬变干扰。浪涌电压会严重危害电子系统的安全工作。消除浪涌噪声干扰，防止浪涌危害一直是关系电子设备安全可靠运行的核心问题。

为了避免浪涌电压损害电子设备，一般采用分流防御措施，即将浪涌电压在非常短的时间内与大地短接，使浪涌电流分流入地，达到削弱和消除过电压、过电流的目的，从而起到保护电子设备安全运行的作用。

但传统的浪涌保护系统存在许多缺陷，开关元件类(陶瓷放电管BG、气体放电管GDT、半导体放电管TSS)反应速度慢(200-300us)并且有续流，限压元件类(压敏电阻MOV/VDR、瞬态抑制二极管TVS)电容较大，易老化且寿命较短，防过流、过热元件类(自恢复保险丝、温度保险管)反应速度太慢(秒级)。如图1为通用的安全保护电路。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，该系统可以解决浪涌保护系统中，开关元件类并且有续流，限压元件类电容较大，易老化且寿命较短，防过流、过热元件类反应速度太慢的问题。

技术方案：一种应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，该系统包括输入模块、电源监测模块、继电器模块和显示模块，所述输入模块用于为工业设备提供输入电源，所述电源监测模块包括电流监测模块、电压监测模块和HT7038三相电量计智能电表芯片，所述电流监测模块用于采集工业设备的实时电流，所述电压监测模块用于采集工业设备的实时电压，所述HT7038三相电量计智能电表芯片用于通过电流监测模块和电压监测模块实时获取当前电流电压值，对其分析处理后，将相关信息传输给继电器模块或显示模块，所述继电器模块从所述电源监测模块获取控制信号，输出与工业设备连接，确保工业设备的运行安全，所述显示模块通过工业设备与电源监测模块相连，用于显示当前电源状态信息、设置电源限定信息和查询相关数据。

进一步地，包括：

所述继电器模块包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器输入端连接HT7038三相电量计智能电表芯片，输出端与工业设备连接，正常状态下为常闭导通，当出现过流和/或过压的控制级别时，第一继电器断开与工业设备的连接，达到阻断作用，第二继电器的输入端与HT7038三相电量计智能电表芯片连接，输出与地连接，正常状态下为断开，当出现过流和/或过压控制级别时，第二继电器导通连接地与工业设备的连接，达到分流作用。

进一步地，包括：

所述电流监测模块由连接在工业设备上的电流监测电路实现，所述电流监测电路包括一路输入端L为并联的限流电阻R3和电阻R16，两电阻的两端并联滤波电容C4后接地，采集电阻R16之间的电压进而得到对应的电流IAP，所述电流监测电路的另一路输入端N为并联的电阻R17和电阻R4，两电阻两端并联滤波电容C5后接地，采集电阻R17之间的电压进而得到对应的电流IAN，IAP与IAN对应线路之间连接滤波电容C1。

进一步地，包括：

所述电压监测模块由电压监测电路实现，所述电压监测电路包括若干个串联的限压电阻和采样电阻，采样电阻两端连接滤波电容C30，采集采样电阻两端的电压UP。

进一步地，包括：

所述显示模块包括触摸式显示屏。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：1、本实用新型以HT7038三相电量计智能电表芯片为硬件平台，具有反应速度快(ns级)、没有续流、寿命长的优点，并且保护级别可设定；2、基于该芯片模块实现串口通信，通过监测供电网络的电流、电压、功率及漏电流，实时传输到电源监测模块，再经过工业设备终端显示，建立完整的工业设备电源状况监测系统，对当前工业设备电源状况做出实时反馈，提高了工业设备的可靠性和稳定性；3、通过这个系统可实时观测工业设备的电源状况，实现了对浪涌电压，过电压或过电流的瞬变干扰进行及时消除，相比现有的电源电路设计，在外部瞬变干扰下仍能实现不间断供电，并可通过对电压值、电流值进行预设定，并对电路电源数据采集、分析、处理及上报，可实时查询相关数据。

附图说明

图1为现有技术中通用的安全保护电路示意图；

图2为本实用新型的不间断电源浪涌保护设计系统架构图；

图3为本实用新型的不间断电源浪涌保护设计系统总体结构图；

图4为本实用新型的继电器控制原理图；

图5为本实用新型的电流监测模块电路图；

图6为本实用新型的电压监测模块的电路图。

具体实施方式

如图2-3所示，一种应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，该系统包括输入模块1、电源监测模块2、继电器模块3和显示模块4，所述输入模块1用于为工业设备100提供输入电源，电源监测模块2包括电流监测模块、电压监测模块和HT7038三相电量计智能电表芯片，所述电流监测模块用于采集工业设备的实时电流，所述电压监测模块用于采集工业设备的实时电压，电流监测模块的输出和电压监测模块的输出均与所述HT7038三相电量计智能电表芯片连接，电流监测模块由连接在工业设备上的电流监测电路实现，如图5所示，其中，P5为电路连接的设备，所述电流监测电路包括一路输入端L为并联的限流电阻R3和电阻R16，两电阻的两端并联滤波电容C4后接地，采集电阻R16之间的电压进而得到对应的电流IAP，所述电流监测电路的另一路输入端N为并联的电阻R17和电阻R4，两电阻两端并联滤波电容C5后接地，采集电阻R17之间的电压进而得到对应的电流IAN，IAP与IAN对应线路之间连接滤波电容C1。

电压监测模块由电压监测电路实现，如图6所示，电压监测电路包括若干个串联的限压电阻和采样电阻，采样电阻两端连接滤波电容C30，采集采样电阻两端的电压UP。

HT7038三相电量计智能电表芯片用于通过电流监测模块和电压监测模块实时获取当前电流电压值，对其分析处理后，将相关信息传输给继电器模块或显示模块，所述继电器模块3从所述电源监测模块2获取控制信号，输出与工业设备100连接，确保工业设备的运行安全，所述显示模块4通过工业设备100与电源监测模块2相连，用于显示当前电源状态信息、设置电源限定信息和查询相关数据。

选用HT7038三相电量计智能电表芯片，HT7038/36系列多传感、高性能三相电能专用计量芯片，内部集成了高精度二阶Sigma-delta ADC、参考电压电路以及数字信号处理等电路，能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，由于所有参数都是内部算法电路直接进行运算的结果，从而充分保证了参数的精度与可靠性。该系列芯片为三相多传感计量提供了功能齐全、设计简单的应用解决方案，可充分满足三相复费率多功能电能表的设计需求。ATT7022E提供7路计量ADC输入，支持掉零线计量，并可直接输出所有测量参数，支持全数字域的增益、相位校正，即纯软件校表，外围MCU只需要完成多功能电能表要的管理和通讯协议程序即可。它提供有功、无功、视在、基波计量功能，对应提供CF1/CF2/CF3/CF4脉冲输出，并都可直连到标准表，做误差校正。同时ATT7022E还能提供电流和电压的同步ADC数据，方便做谐波分析的应用。另外它还提供电能质量检测SAG/Peak功能，亦可用于闪变分析。HT7038/36为ATT7022E的小封装型号，采用LQFP32，提供6路计量ADC输入，提供CF1/CF2脉冲输出。HT7038不提供视在、基波功能，无ADC同步数据缓存及谐波分析。

电源监测模块以HT7038三相电量计智能电表芯片为基础实现，该芯片实时判断工业设备是否过流或过压，若过流和过压均为正常范围，则将相关信息发送给分析单元，否则：

若当前电源信息状态为过流和过压中任一项或全部，则将相关信息发送给继电器模块，继电器模块向工业设备发出控制命令，对应的控制电路如图4所示，其用于将输入电压进行调整，使其符合工业设备的较小电压；

芯片实时存储电源信息，并设置所述显示模块发送的实时电源状态信息后传递给所述显示模块；

芯片若判断相关信息在正常范围后，则获取当前设备的实时电流或/和电压数据信息，对过流和过压的级别进行重新设定，并计算得到对应的有效电流、电压、电量和功率。

过流的级别根据电流值的大小分为告警级别以及控制级别，过压的级别根据电压值的大小分为告警级别以及控制级别，判断采集的外部数据处于的级别范围，并执行对应级别功能。

若判断过流和/或过压的范围为告警级别，则传输到显示模块，并提示告警信息，否则，若为控制级别，则将相关数据传输到控制器模块，做出相应处理。级别设定有软件程序设定，例如过压保护级别设定250V、300V等多个级别，判断外部数据是否超过某个级别设定值，并执行对应级别功能，例如超过250V但未超过300V的告警级别，提示告警信息，超过300V的控制级别，则关闭继电器1，开启继电器2与地相连。当电源电压、电流降低到合理区间，恢复相应继电器到正常工作模式，在极短的时间内(继电器吸合断开时间一般为10ms左右)恢复正常工作，达到不间断供电作用。

继电器模块3包括第一继电器和第二继电器，第一继电器和第二继电器一端分别与电源输入模块1连接，第一继电器输出与工业设备连接，平时常闭导通，一旦出现过流、过压或过载等异常现象，第一继电器断开工业设备与输入电源的连接，达到阻断作用。第二继电器输出与地连接，平时常开断开，一旦出现过流、过压，第二继电器32导通连接地与工业设备的连接，达到分流作用。

显示模块4与电源监测模块2相连，其包括触摸式显示屏，可直接通过触摸进行参数设置和修改，并用于显示当前电源状态信息，并设置电源过流、过压等限定信息；并可实时查询相关数据，具有远程联网监测、设备运行状况特征的提取、分离、估计、评价上报与决策等功能，支持设备预警功能。

上述应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统的使用方法，大致包括：

S1显示模块设置电源限定信息，输入模块连接工业设备的输入电源；

S2电源监测模块通过输入模块实时获取当前电源状态信息，对其分析处理后，将处理的电源状态信息传输给显示模块；

S3继电器模块从所述电源监测模块获取控制信号，根据电源状态信息调整各个继电器的状态，确保工业设备的运行安全；

S4显示模块将当前电源状态信息进行显示，人工操作查询相关数据。

本实用新型实现了对浪涌电压，过电压或过电流的瞬变干扰进行及时消除，并可通过对电压值、电流值进行预设定，调节模块的防雷等级，并对电路电源数据采集、分析、处理及上报，可实时查询相关数据，具有远程联网监测、设备电源状况特征的提取、分离、估计、评价上报与决策等功能，支持设备预警功能，进而提高了工业设备的可靠性和稳定性。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，其特征在于，该系统包括输入模块、电源监测模块、继电器模块和显示模块，所述输入模块用于为工业设备提供输入电源，所述电源监测模块包括电流监测模块、电压监测模块和HT7038三相电量计智能电表芯片，所述电流监测模块用于采集工业设备的实时电流，所述电压监测模块用于采集工业设备的实时电压，所述HT7038三相电量计智能电表芯片实时获取电流监测模块和电压监测模块得到的当前电流电压值，将相关信息传输给继电器模块或显示模块，所述继电器模块从所述电源监测模块获取控制信号，输出与工业设备连接，确保工业设备的运行安全，所述显示模块通过工业设备与电源监测模块相连，用于显示当前电源状态信息、设置电源限定信息和查询相关数据。

2.根据权利要求1所述的应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，其特征在于，所述继电器模块包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器输入端连接HT7038三相电量计智能电表芯片，输出端与工业设备连接，正常状态下为常闭导通，当出现过流和/或过压的控制级别时，第一继电器断开与工业设备的连接，达到阻断作用，第二继电器的输入端与HT7038三相电量计智能电表芯片连接，输出与地连接，正常状态下为断开，当出现过流和/或过压控制级别时，第二继电器导通连接地与工业设备的连接，达到分流作用。

3.根据权利要求1所述的应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，其特征在于，所述电流监测模块由连接在工业设备上的电流监测电路实现，所述电流监测电路包括一路输入端L为并联的限流电阻R3和电阻R16，两电阻的两端并联滤波电容C4后接地，采集电阻R16之间的电压进而得到对应的电流IAP，所述电流监测电路的另一路输入端N为并联的电阻R17和电阻R4，两电阻两端并联滤波电容C5后接地，采集电阻R17之间的电压进而得到对应的电流IAN，IAP与IAN对应线路之间连接滤波电容C1。

4.根据权利要求1所述的应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，其特征在于，所述电压监测模块由电压监测电路实现，所述电压监测电路包括若干个串联的限压电阻和采样电阻，采样电阻两端连接滤波电容C30，采集采样电阻两端的电压UP。

5.根据权利要求1所述的应用于工业设备的不间断电源浪涌保护系统，其特征在于，所述显示模块包括触摸式显示屏。

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