CN213120890U

CN213120890U - 继电器保护系统

Info

Publication number: CN213120890U
Application number: CN202022267584.2U
Authority: CN
Inventors: 戴舒阳; 刘占军
Original assignee: Shanghai Rujing Intelligent Control Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Rujing Intelligent Control Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2030-10-13

Abstract

本实用新型提供一种继电器保护系统，包括继电器、电阻采样电路及控制单元；电阻采样电路与继电器连接，用于采集继电器在断开时对应的线圈的第一电阻及继电器在导通时对应的线圈的第二电阻；控制单元与电阻采样电路连接，用于接收电阻采样电路发送的第一电阻和第二电阻，并根据第一电阻、第二电阻及继电器工作的当前环境温度，计算线圈的实际工作温度，及根据实际工作温度，实现对继电器的保护；本实用新型通过检测继电器线圈的电阻变化来判断其当前的实际工作温度，以在该实际工作温度到达警报时，能够及时做出相应的降温处理，从而对继电器起到有效保护的作用，避免了继电器由于工作温度过高，造成损坏的可能性。

Description

继电器保护系统

技术领域

本实用新型属于继电器技术领域，特别是涉及一种继电器保护系统。

背景技术

随着空调和冰箱等使用制冷剂的家用电器在防爆项目上的需求增加，防爆器件的需求也是逐年上升，其中，继电器的防爆分为开孔和密封防爆，而对于大电流继电器只能使用密封防爆，但是，伴随着密封防爆带来了继电器散热性能下降的问题，而继电器散热性能下降，会造成继电器的工作温度上升，在上升到一定温度值时，会造成继电器损伤。

目前，现有的继电器系统不具备实时监测继电器工作温度的功能，在继电器使用过程中，无法及时了解继电器的工作温度情况，因此，也无法在继电器的工作温度超过一定温度值后，及时做出降温处理，这样，会导致继电器损坏的可能性大大增加，给电路的维修带来更大的麻烦，增加维修负担及维修成本。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种继电器保护系统，用于解决现有技术中由于无法实时获取继电器工作的实际温度，导致继电器在工作温度过高时，无法及时发现并进行降温处理，从而造成继电器损坏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种继电器保护系统，包括：继电器、电阻采样电路及控制单元；所述电阻采样电路与所述继电器连接，用于采集所述继电器在断开时对应的线圈的第一电阻及所述继电器在导通时对应的所述线圈的第二电阻；所述控制单元与所述电阻采样电路连接，用于接收所述电阻采样电路发送的所述第一电阻和所述第二电阻，并根据所述第一电阻、所述第二电阻及所述继电器工作的当前环境温度，计算所述线圈的实际工作温度，及根据所述实际工作温度，实现对所述继电器的保护。

于本实用新型的一实施例中，还包括：运算放大单元；所述运算放大单元包括：放大器、第一电阻及第二电阻；所述放大器的正向输入端与所述电阻采样电路连接，所述放大器的反向输入端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接；所述第一电阻的另一端接地；所述第二电阻的另一端和所述放大器的输出端共同连接至所述控制单元。

于本实用新型的一实施例中，还包括：上电电路；所述上电电路分别与所述继电器和所述控制单元连接，用于从所述控制单元接收控制信号，以实现控制所述继电器断开或导通。

于本实用新型的一实施例中，所述上电电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一三极管、第二三极管、二极管及上电限流电阻；所述第一电阻的一端与所述控制单元连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第一三极管的基极连接；所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端、所述第一三极管的发射极及所述第二三极管的基极连接；所述第三电阻的另一端和所述第二三极管的发射极共同接地；所述第一三极管的集电极分别与所述线圈的一端、所述第二三极管的集电极连接；所述二极管的正极与所述第二三极管的集电极连接，所述二极管的负极与所述线圈的另一端连接，且共同连接到第一电源；所述上电限流电阻的一端分别与第二电源和所述继电器的一触点端连接，所述上电限流电阻的另一端与所述继电器的另一触点端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述上电限流电阻采用PTC热敏电阻。

于本实用新型的一实施例中，还包括：温度检测单元；所述温度检测单元与所述控制单元连接，用于检测所述当前环境温度，并将所述当前环境温度发送至所述控制单元。

于本实用新型的一实施例中，还包括：散热装置和负载；所述控制单元分别与所述散热装置和所述负载连接，所述控制单元根据所述实际工作温度，向所述散热装置和/或所述负载发出相应的控制指令，以实现对所述继电器的保护。

于本实用新型的一实施例中，所述负载上设置有温度检测单元；所述温度检测单元与所述控制单元连接，用于检测所述当前环境温度，并将所述当前环境温度发送至所述控制单元。

于本实用新型的一实施例中，还包括：报警电路；所述报警电路与所述控制单元连接，用于在所述实际工作温度超过预设报警温度时发出报警信号。

于本实用新型的一实施例中，所述电阻采样电路采用开尔文电桥；所述控制单元采用MCU；所述继电器采用常开继电器。

如上所述，本实用新型所述的继电器保护系统，具有以下有益效果：

与现有技术相比，本实用新型通过检测继电器线圈的电阻变化来判断其当前的实际工作温度，以在该实际工作温度到达警报时，能够及时做出相应的降温处理，从而对继电器起到有效保护的作用，避免了继电器由于工作温度过高，造成损坏的可能性；同时，减少了维修人员的维修负担及维修成本。

附图说明

图1显示为本实用新型的继电器保护系统于一实施例中的工作原理框图。

图2显示为本实用新型的继电器保护系统于一实施例中的电路结构示意图。

图3显示为本实用新型的上电电路于一实施例中的电路结构示意图。

标号说明

11 电阻采样电路

12 控制单元

13 散热装置

14 负载

15 运算放大单元

16 报警电路

17 上电电路

18 温度检测单元

S1～S3 步骤

S51～S52 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型的继电器保护系统，与现有技术相比，本实用新型通过检测继电器线圈的电阻变化来判断其当前的实际工作温度，以在该实际工作温度到达警报时，能够及时做出相应的降温处理，从而对继电器起到有效保护的作用，避免了继电器由于工作温度过高，造成损坏的可能性；同时，减少了维修人员的维修负担及维修成本。

如图1至图3所示，于一实施例中，本实用新型的继电器保护系统包括继电器RY1、电阻采样电路11及控制单元12。

所述电阻采样电路11与所述继电器RY1连接，用于采集所述继电器RY1在断开时对应的线圈的第一电阻值R₁及所述继电器RY1在导通时对应的所述线圈的第二电阻值R₂。

于一实施例中，所述电阻采样电路11采用但并不限于开尔文电桥；所述控制单元12采用MCU；所述继电器RY1采用常开继电器。

需要说明的是，该电阻采样电路11采用开尔文电桥，提高了线圈电阻采样的精度；该继电器RY1还可以采用常闭继电器，当该继电器RY1采用常开继电器时，R₂＞R₁；当该继电器RY1采用常开继电器时，R₁＞R₂。

所述控制单元12与所述电阻采样电路11连接，用于接收所述电阻采样电路11发送的所述第一电阻值R₁和所述第二电阻值R₂，并根据所述第一电阻值R₁、所述第二电阻值R₂及所述继电器RY1工作的当前环境温度T_环，计算所述线圈的实际工作温度T_实，及根据所述实际工作温度T_实，实现对所述继电器RY1的保护。

于一实施例中，所述控制单元12根据所述第一电阻值R₁、所述第二电阻值R₂及所述当前环境温度T_环，计算所述线圈的实际工作温度T_实包括以下步骤：

步骤S1、所述控制单元12对所述第一电阻值R₁和所述第二电阻值R₂做差，获取线圈电阻增值R_增。

具体地，该线圈电阻增值R_增的计算公式为：

R_增＝|R₁-R₂|。

步骤S2、所述控制单元12根据所述线圈电阻增值R_增和所述线圈的材质，计算所述线圈的目标温升T_目。

具体地，根据该线圈的材质，确定该材质对应的电阻温度系数TCR，根据该线圈电阻增值R_增和该电阻温度系数TCR，计算该目标温升T_目的计算公式为：

T_目＝R_增/TCR。

步骤S3、所述控制单元12将所述目标温升T_目加上所述当前环境温度T_环，获取所述实际工作温度T_实。

该实际工作温度T_实的计算公式为：

T_实＝T_目+T_环。

需要说明的是，当该实际工作温度T_实达到一定的报警温度时，即该继电器实际工作的温度较高时，该控制单元12会采取一定的控制手段，以实现降低该实际工作温度T_实；而由上述公式可知，该实际工作温度T_实的值一个取决于该当前环境温度T_环，另一个取决于该继电器RY1的工作状态(常开继电器由断开状态切换到导通状态时，会有电流流经该常开继电器的线圈，此时，该常开继电器线圈的电阻会增加，进而导致其温度的升高；常闭继电器由导通状态切换到断开状态时，会有电流流经该常闭继电器的线圈，此时，该常闭继电器线圈的电阻也会增加，进而导致其温度的升高)，但该继电器RY1的工作状态在切换后，对应的目标温升T_目即不会再发生改变，所以，这里为降低该实际工作温度T_实，只能通过降低该当前环境温度T_环；对该实际工作温度T_实的降低可以通过增加散热装置，来降低该实际工作温度T_实；也可以通过降低负载的输出频率，以实现降低该实际工作温度T_实，因为负载在工作过程中也会产生热量。

具体地，该控制单元12根据该实际工作温度T_实，对该继电器RY1的保护包括但并不限于以下情况：

(1)当所述实际工作温度T_实大于第一预设报警温度T₁时，所述控制单元12发出用于启动散热装置13和降低负载14输出频率的第一控制指令。

需要说明的是，假设该实际工作温度T_实大于第一预设报警温度T₁，此时控制单元12控制散热装置13为继电器散热，同时控制降低负载14的输出频率，以实现降低继电器温度，但此时，继电器温度可能并不会降下来，反而会继续升高。

优选地，通过软件调节PWM的占空比以实现降低该负载14的输出频率。(2)当所述实际工作温度T_实大于第二预设报警温度T₂时，所述控制单元12发出用于启动所述散热装置13和控制所述负载14断电的第二控制指令。

需要说明的是，所述第二预设报警温度T₂大于所述第一预设报警温度T₁；该第二预设报警温度T₂和该第一预设报警温度T₁均是预先设置好的定量，其具体数值均不作为限制本实用新型的条件。

需要说明的是，在该实际工作温度T_实大于该第二预设报警温度T₂时，该控制单元12控制该散热装置13启动工作，同时，控制该负载14断电，以实现不断降低该实际工作温度T_实的值；在该实际工作温度T_实的值降低至一定程度后，该控制单元12会发出控制指令，使该负载14自动恢复工作，省去了人为操作的麻烦。

显然，这种情况下，采用的降温措施要比上述第(1)种情况采取的降温措施更为有效。

需要说明的是，在这种情况下，负载14断电后，需要该实际工作温度T_实降低到一定值后，才会自动恢复其正常工作。

(3)当所述实际工作温度T_实小于第一预设恢复温度T₃时，所述控制单元12发出用于控制所述负载14上电的第三控制指令，以使所述负载14处于上电待机状态。

需要说明的是，当负载14断电后，该实际工作温度T_实降低至小于第一预设恢复温度T₃时，控制单元12会控制负载14，使其处于上电待机的状态；而只有在该实际工作温度T_实继续降低至一定温度后，才会使其正常工作；而如果在出现第(1)种情况后，在控制单元12的控制作用下，该实际工作温度T_实降了下来，因为此时的负载是处于工作状态的，只不过其输出频率在控制单元12的控制作用下降低了，所以在该实际工作温度T_实下降至第一预设恢复温度T₃时，并不会执行该种情况下的，控制该负载14处于上电待机状态；而需要该实际工作温度T_实继续下降至一定温度值时，实现恢复该负载14的正常工作(即使其输出频率恢复正常)。

(4)当所述实际工作温度T_实小于第二预设恢复温度T₄时，所述控制单元12发出用于恢复所述负载14输出频率的第四控制指令，以使所述负载14正常工作。

需要说明的是，所述第一预设恢复温度T₃大于所述第二预设恢复温度T₄，且所述第一预设恢复温度T₃小于所述第一预设报警温度T₁。

于一实施例中，在所述负载14正常工作后，此时散热装置13仍在工作，但由于此时的实际工作温度T_实的值并不高，所以无需散热装置13继续工作了，则在经预设时间后，所述控制单元12就会发出用于关闭所述散热装置13的第五控制指令。

于一实施例中，还包括运算放大单元15；所述运算放大单元15包括放大器B、第一电阻R11及第二电阻R12。

具体地，所述放大器B的正向输入端(+)与所述电阻采样电路11连接，所述放大器B的反向输入端(-)分别与所述第一电阻R11的一端和所述第二电阻R12的一端连接；所述第一电阻R11的另一端接地；所述第二电阻R12的另一端和所述放大器B的输出端共同连接至所述控制单元12。

需要说明的是，该运算放大单元15的设置是用来保证该电阻采样电路11输出的信号满足控制单元12的AD电压范围。

于一实施例中，还包括报警电路16；所述报警电路16与所述控制单元12连接，用于在所述实际工作温度T_实大于所述第一预设报警温度T₁或所述实际工作温度T_实大于所述第二预设报警温度T₂时，发出相应的报警信号，以实现及时提醒用户。

于一实施例中，还包括上电电路17；所述上电电路17分别与所述继电器RY1和所述控制单元12连接，用于从所述控制单元12接收控制信号，以实现控制所述继电器RY1断开或导通。

需要说明的是，该上电电路17的具体电路结构不作为限制本实用新型的条件，其主要功能是通过接收控制单元12发送的控制信号，然后用于根据该控制信号控制该继电器RY1断开或导通，凡是能够实现这一功能的电路结构均可作为该上电电路17。

于一实施例中，还包括温度检测单元18，或所述负载14上设置有该温度检测单元18；所述温度检测单元18与所述控制单元12连接，用于检测所述当前环境温度T_环，并将所述当前环境温度T_环发送至所述控制单元12。

具体地，该温度检测单元18可以是独立的，也可以是该负载14自带的，只要能够实现检测该当前环境温度T_环即可。

于一实施例中，所述上电电路17包括第三电阻R224、第四电阻R227、第五电阻R229、第一三极管Q14、第二三极管Q15、二极管D34及上电限流电阻。

具体地，所述第三电阻R224的一端与所述控制单元12连接，所述第三电阻R224的另一端分别与所述第四电阻R227的一端、所述第一三极管Q14的基极连接；所述第四电阻R227的另一端分别与所述第五电阻R229的一端、所述第一三极管Q14的发射极及所述第二三极管Q14的基极连接；所述第五电阻Q14的另一端和所述第二三极管Q15的发射极共同接地；所述第一三极管Q14的集电极分别与所述线圈的一端、所述第二三极管Q15的集电极连接；所述二极管D34的正极与所述第二三极管Q15的集电极连接，所述二极管D34的负极与所述线圈的另一端连接，且共同连接到第一电源(对应图3中的+12V)；所述上电限流电阻的一端分别与第二电源(对应图3中的DC+)和所述继电器RY1的一触点端连接，所述上电限流电阻的另一端与所述继电器RY1的另一触点端连接。

需要说明的是，该上电限流电阻采用PTC热敏电阻(对应图3中的PTC1)；PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件；PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

进一步地，该上电限流电阻不限于PTC热敏电阻的使用，凡是具有限流作用的功率电阻，均可以用来作为上电限流电阻使用。

下面通过具体实施例来进一步解释说明本实用新型的继电器保护系统。

如图3所示，于一实施例中，将该继电器保护系统应用在驱动器上电回路(对应上电电路17)中，下面将以该驱动器上电回路中的上电继电器(对应图3中的RY1)为例进行说明。

例如，该上电继电器的线圈采用铜线，铜线的电阻温度系数为0.00393R/℃，假设夏天驱动器正常工作在50度的环境温度下，如果检测到线圈电阻增加了0.13755欧姆，经计算得到温度升35度，此时该上电继电器线圈的实际工作温度达到85度，由于继电器线圈工作温度不能超过85度，此时控制单元MCU会采取相应保护措施。

需要说明的是，该控制单元MCU采取相应保护措施保护该上电继电器包括以下情况：

(1)当该上电继电器线圈的实际工作温度大于预设报警温度1时，MCU发出指令启动继电器风扇，为继电器散热，同时MCU发出降低驱动器输出频率的指令，驱动器发热量减小，使得继电器工作的环境温度降低，从而降低继电器温度。

(2)当实际工作温度大于预设报警温度2时，预设报警温度2高于预设报警温度1，MCU发出指令启动继电器风扇，同时MCU发出驱动器断电的指令，用以降低继电器温度，避免继电器损坏。

(3)当实际工作温度小于预设恢复温度1时，MCU向驱动器发出启动信号，驱动器上电待机。

(4)当实际工作温度小于预设恢复温度2时，预设恢复温度2低于预设恢复温度1，MCU发出恢复驱动器输出频率的指令，驱动器正常工作，延时一段时间MCU发出指令关闭散热器风扇。

假设预设报警温度1为85度，预设报警温度2为90度，预设恢复温度1为75度，预设恢复温度为70度，实际工作温度为86度，则由于该实际工作温度大于预设报警温度1，所以，此时，MCU会控制继电器风扇启动，为继电器散热，同时降低驱动器输出频率；若使该实际工作温度的值降低，则在该实际工作温度降低至预设恢复温度2以下时，MCU控制恢复该驱动器的输出频率；若该实际工作温度没有降低，反而继续升高，若升高至超过预设报警温度2时，则MCU继续控制继电器风扇启动，为继电器散热，同时控制驱动器断电，此时，该实际工作温度会不断下降，当下降至预设恢复温度1时，MCU控制驱动器，使其处于上电待机状态，该实际工作温度继续下降；当下降至预设恢复温度2时，MCU控制该驱动器正常工作。

需要说明的是，当实际工作温度高于预设报警温度2，且MCU采取相应降温措施后，该实际工作温度会先下降至预设报警温度1，但由于此时未达到预设恢复温度1，所以，并不会对该驱动器的工作进行恢复，也即，虽然此时该实际工作温度下降至低于预设报警温度1时，但并不会执行第(1)种情况。

综上所述，本实用新型的继电器保护系统，与现有技术相比，本实用新型通过检测继电器线圈的电阻变化来判断其当前的实际工作温度，以在该实际工作温度到达警报时，能够及时做出相应的降温处理，从而对继电器起到有效保护的作用，避免了继电器由于工作温度过高，造成损坏的可能性；同时，减少了维修人员的维修负担及维修成本；所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种继电器保护系统，其特征在于，包括：继电器、电阻采样电路及控制单元；

所述电阻采样电路与所述继电器连接，用于采集所述继电器在断开时对应的线圈的第一电阻及所述继电器在导通时对应的所述线圈的第二电阻；

所述控制单元与所述电阻采样电路连接，用于接收所述电阻采样电路发送的所述第一电阻和所述第二电阻，并根据所述第一电阻、所述第二电阻及所述继电器工作的当前环境温度，计算所述线圈的实际工作温度，及根据所述实际工作温度，实现对所述继电器的保护。

2.根据权利要求1所述的继电器保护系统，其特征在于，还包括：运算放大单元；所述运算放大单元包括：放大器、第一电阻及第二电阻；

所述放大器的正向输入端与所述电阻采样电路连接，所述放大器的反向输入端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接；

所述第一电阻的另一端接地；

所述第二电阻的另一端和所述放大器的输出端共同连接至所述控制单元。

3.根据权利要求1所述的继电器保护系统，其特征在于，还包括：上电电路；所述上电电路分别与所述继电器和所述控制单元连接，用于从所述控制单元接收控制信号，以实现控制所述继电器断开或导通。

4.根据权利要求3所述的继电器保护系统，其特征在于，所述上电电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一三极管、第二三极管、二极管及上电限流电阻；

所述第一电阻的一端与所述控制单元连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第一三极管的基极连接；

所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端、所述第一三极管的发射极及所述第二三极管的基极连接；

所述第三电阻的另一端和所述第二三极管的发射极共同接地；

所述第一三极管的集电极分别与所述线圈的一端、所述第二三极管的集电极连接；

所述二极管的正极与所述第二三极管的集电极连接，所述二极管的负极与所述线圈的另一端连接，且共同连接到第一电源；

所述上电限流电阻的一端分别与第二电源和所述继电器的一触点端连接，所述上电限流电阻的另一端与所述继电器的另一触点端连接。

5.根据权利要求4所述的继电器保护系统，其特征在于，所述上电限流电阻采用PTC热敏电阻。

6.根据权利要求1所述的继电器保护系统，其特征在于，还包括：温度检测单元；所述温度检测单元与所述控制单元连接，用于检测所述当前环境温度，并将所述当前环境温度发送至所述控制单元。

7.根据权利要求1所述的继电器保护系统，其特征在于，还包括：散热装置和负载；

所述控制单元分别与所述散热装置和所述负载连接，所述控制单元根据所述实际工作温度，向所述散热装置和/或所述负载发出相应的控制指令，以实现对所述继电器的保护。

8.根据权利要求7所述的继电器保护系统，其特征在于，所述负载上设置有温度检测单元；所述温度检测单元与所述控制单元连接，用于检测所述当前环境温度，并将所述当前环境温度发送至所述控制单元。

9.根据权利要求1所述的继电器保护系统，其特征在于，还包括：报警电路；所述报警电路与所述控制单元连接，用于在所述实际工作温度超过预设报警温度时发出报警信号。

10.根据权利要求1所述的继电器保护系统，其特征在于，所述电阻采样电路采用开尔文电桥；所述控制单元采用MCU；所述继电器采用常开继电器。