CN219018457U - 一种相序保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相序保护器包括主控芯片、电压互感器隔离采样模块、通信模块、数码管驱动模块、数码管模块、按键模块、电源模块、继电器输出模块和蜂鸣器输出模块。在采样端用互感器对电压采样信号进行隔离，可以对三相电进行线性采样，采集第一、二相的线电压和第二、三相的线电压，再根据三相电压的矢量关系，计算得出第一、三相的线电压，这样不仅可以判断相序是否有问题，是否有缺相，得出具体的电压值，还可以判断电压是否过压或者欠压；另外通讯部分与主控芯片无需使用独立电源，电路设计更加稳定，避免了系统的复杂性，产品的制作成本降低、使用功能完善，大大提升了产品的竞争力。

Description

一种相序保护器

技术领域

本实用新型涉及电气保护器技术领域，尤其是指一种相序保护器。

背景技术

相序保护器又称为相序继电器是控制继电器的一种，能自动相序识别的保护继电器，避免一些特殊机电设备因为电源相序接反，导致电机反转从而导致事故或设备损坏。

随着相序保护器的广泛运用，越来越多的相序保护器会增加通讯功能，但是增加通讯功能后，必须使得采样部分与通讯线路隔离，才不会影响相序保护器的正常使用，目前的隔离方式大多是在采样部分增加光耦隔离电路，将电压信号与主控芯片进行隔离，通讯部分与主控芯片使用独立电源，但是这种方案主控芯片只能采集开关信号，虽然能够判断相序是否存在问题，但是无法对电压值进行具体测量，产品的竞争力不强。

综上所述可以看出，如何在隔离电压信号和主控芯片时，对电压进行采样是目前有待解决的问题。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中，在电压信号与主控芯片隔离时，不能采集电压的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种相序保护器，包括：

主控芯片，其供电电源端与电源模块供电端；

电压互感器隔离采样模块，其各输出端与主控芯片对应的输入引脚相连，包括：

第一电压互感器，其一次侧第一端子与第二相电相连，一次侧第二端子通过第一电阻，与第一相电相连；其二次侧第一端子通过第一电压调整滤波电路，与电源模块供电端相连，并与第一输出端相连，二次侧第二端子通过第一电压调整滤波电路接地；

第二电压互感器，其一次侧第一端子与第三相电相连，一次侧第二端子通过第二电阻，与第二相电相连；其二次侧第一端子通过第二电压调整滤波电路，与电源模块供电端相连，并与第二输出端相连，二次侧第二端子通过第二电压调整滤波电路接地；

通信模块，其收发端引脚与所述主控芯片对应引脚相连；其状态切换端引脚与所述主控芯片对应输出引脚相连；其供电电源端引脚与电源模块供电端相连；其接地端接地；其A端通过抗干扰保护电路，与第一通信端子相连；其B端通过抗干扰保护电路，与第二通信端子相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述主控芯片，采用STM32F030C8T6单片机。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一电压调整滤波电路包括：

第三电阻，其一端与第一电压互感器二次侧第一端子相连，另一端与第一输出端相连；

第四电阻，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于第三电阻与第一输出端的接线上；

第五电阻，其一端接于第一电压互感器二次侧第一端子与第三电阻的连接线上，另一端与第一电压互感器二次侧第二端子相连并接地；

第一电容，其并联在第五电阻两端；

所述第二电压调整滤波电路包括：

第六电阻，其一端与第二电压互感器二次侧第一端子相连，另一端与第二输出端相连；

第七电阻，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于第六电阻与第二输出端的接线上；

第八电阻，其一端接于第二电压互感器二次侧第一端子与第六电阻的连接线上，另一端与第二电压互感器二次侧第二端子相连并接地；

第二电容，其并联在第八电阻两端；

在本实用新型的一个实施例中，所述第一电阻、第二电阻均采用阻值为1MΩ、最大功率为2W的电阻；所述第三电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻均采用阻值为30kΩ的电阻；所述第五电阻、第八电阻均采用阻值为560Ω的电阻；所述第一电容、第二电容均采用电容容量1000pF的电容。

在本实用新型的一个实施例中，所述抗干扰保护电路包括：

第九电阻，其一端与A端相连，另一端与第一通信端子相连；

第十电阻，其一端与B端相连，另一端与第二通信端子相连；

第十一电阻，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于A端与第九电阻的接线上；

第十二电阻，其一端接地，另一端接于B端与第十电阻的接线上；

第一二极管，其一端接地，另一端接于A端与第九电阻的接线上；

第二二极管，并联在第十二电阻两端。

在本实用新型的一个实施例中，所述第九电阻和第十电阻均采用10Ω的电阻，所述第十一电阻和第十二电阻均采用10kΩ的电阻。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一二极管和第二二极管均采用SMBJ0.5A二极管。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一电压互感器、第二电压互感器均采用ZMPT107电压互感器。

在本实用新型的一个实施例中，所述通信模块，采用SP3072EEN的485通讯器。

在本实用新型的一个实施例中，所述相序保护器，还包括：

数码管驱动模块，其复合晶体管输入端引脚与所述主控芯片对应输出引脚相连；

数码管模块，其位选端与所述数码管驱动模块输出端相连；其段选端与主控芯片相连；

按键模块，其一端与所述主控芯片相连，另一端接地；

继电器输出模块，其继电器输入端与主控芯片相连，其供电电源端与电源模块16V供电端相连；

蜂鸣器输出模块，其蜂鸣输入端与主控芯片相连。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的相序保护器，采用互感器隔离电路代替现有的光耦隔离电路，对电压信号和主控芯片进行隔离，以解决采用光耦技术进行隔离时，无法采集到电压值的问题。在采样端用互感器对电压采样信号进行隔离，可以对三相电进行线性采样，采集第一、二相的线电压和第二、三相的线电压，再根据三相电压的矢量关系，计算得出第一、三相的线电压，这样不仅可以判断相序是否有问题，是否有缺相，得出具体的电压值，还可以判断电压是否过压或者欠压，同时也不需要对与芯片相关的通信部分、人机界面、其他输出部分再做隔离；另外通讯部分与主控芯片无需使用独立电源，电源模块可以给内部其他模块分别供电，电路设计更加稳定，避免了系统的复杂性，产品的制作成本降低、使用功能完善，大大提升了产品的竞争力。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型所提供的相序保护器的隔离连接图；

图2为本实用新型所提供的相序保护器的电压互感隔离采样模块示意图；

图3为本实用新型所提供的相序保护器的主控芯片示意图；

图4为本实用新型所提供的相序保护器的通信模块示意图；

图5为本实用新型所提供的相序保护器的数码管驱动模块示意图；

图6为本实用新型所提供的相序保护器的数码管模块示意图；

图7为本实用新型所提供的相序保护器的按键模块示意图；

图8为本实用新型所提供的相序保护器的继电器输出示意图；

图9为本实用新型所提供的相序保护器的蜂鸣器输出示意图；

图10为本实用新型所提供的相序保护器的电源模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1所示，本实用新型所提供的相序保护器的隔离连接图；电压采样信号端通过电压互感器隔离采样模块与主控芯片进行隔离，电压互感器隔离采样模块的各输出端与主控芯片的对应的输入引脚相连；通信模块的收发端引脚与所述主控芯片对应引脚相连，通信模块的状态切换端口与所述主控芯片对应输出引脚相连；

参照图2所示，本实用新型的电压互感隔离采样模块包括：

第一电压互感器T3，其一次侧第一端子与第二相电相连，一次侧第二端子通过第一电阻，与第一相电相连；其二次侧第一端子通过第一电压调整滤波电路，与电源模块供电端相连，并与第一输出端AD1相连，二次侧第二端子通过第一电压调整滤波电路接地；

第二电压互感器T4，其一次侧第一端子与第三相电相连，一次侧第二端子通过第二电阻，与第二相电相连；其二次侧第一端子通过第二电压调整滤波电路，与电源模块供电端相连，并与第二输出端AD0相连，二次侧第二端子通过第二电压调整滤波电路接地；

所述第一电压调整滤波电路包括：

第三电阻R112，其一端与第一电压互感器T3二次侧第一端子相连，另一端与第一输出端AD1相连；

第四电阻R113，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于第三电阻R112与第一输出端AD1的接线上；

第五电阻R115，其一端接于第一电压互感器T3二次侧第一端子与第三电阻R112的连接线上，另一端与第一电压互感器T3二次侧第二端子相连并接地；

第一电容C111，其并联在第五电阻R115两端；

所述第二电压调整滤波电路包括：

第六电阻R117，其一端与第二电压互感器T4二次侧第一端子相连，另一端与第二输出端AD0相连；

第七电阻R118，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于第六电阻R117与第二输出端AD0的接线上；

第八电阻R116，其一端接于第二电压互感器T4二次侧第一端子与第六电阻R117的连接线上，另一端与第二电压互感器T4二次侧第二端子相连并接地；

第二电容C112，其并联在第八电阻R116两端。

在本实用新型的一个具体实施例中，第一电压互感器T3、第二电压互感器T4均采用ZMPT107电压互感器；第一电阻、第二电阻均采用阻值为1MΩ、最大功率为2W的电阻；第三电阻R112、第四电阻R113、第六电阻R117和第七电阻R118均采用阻值为30kΩ的电阻；第五电阻R115、第八电阻R116均采用阻值为560Ω的电阻；第一电容C111、第二电容C112均采用电容容量1000pF的电容。

参照图3所示，为本实用新型的主控芯片，其供电电源端与电源模块供电端；在本实用新型的一个具体实施例中采用STM32F030C8T6单片机作为主控芯片。

在本实施例中，在采样端用互感器对电压采样信号进行隔离，可以对三相电进行线性采样，采集第一、二相的线电压和第二、三相的线电压，再根据三相电压的矢量关系，计算得出第一、三相的线电压，这样不仅可以判断相序是否有问题，是否有缺相，得出具体的电压值，还可以判断电压是否过压或者欠压，同时也不需要对与芯片相关的通信部分、人机界面、其他输出部分再做隔离。

参照图4所示，为本实用新型的通信模块各引脚的接线方式，其收发端引脚与所述主控芯片对应引脚相连；其状态切换端口引脚与所述主控芯片对应输出引脚相连；其供电电源端引脚与电源模块供电端相连；其接地端接地；其A端通过抗干扰保护电路，与第一通信端子相连；其B端通过抗干扰保护电路，与第二通信端子相连。

所述抗干扰保护电路包括：

第九电阻，其一端与A端相连，另一端与第一通信端子相连；

第十电阻，其一端与B端相连，另一端与第二通信端子相连；

第十一电阻，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于A端与第九电阻的接线上；

第十二电阻，其一端接地，另一端接于B端与第十电阻的接线上；

第一二极管D1，其一端接地，另一端接于A端与第九电阻的接线上；

第二二极管D2，并联在第十二电阻两端。

在本实用新型的一个具体实施例中，采用SP3072EEN的485通讯器；第九电阻和第十电阻均采用10Ω的电阻，第十一电阻和第十二电阻均采用10kΩ的电阻；第一二极管D1和第二二极管D2均采用SMBJ0.5A二极管。

基于上述实施例，本实施例所提供的相序保护器，还包括：显示模块、按键模块、开关模块、继电器输出模块、蜂鸣器输出模块和电源模块。

参照图5所示，为本实用新型的数码管驱动模块各引脚的接线方式，其复合晶体管U4的输入端引脚与所述主控芯片相连；在本实用新型的一个具体实施例中，采用ULN2003复合晶体管。

参照图6所示，为本实用新型的数码管模块各引脚的接线方式，其位选端与所述数码管驱动模块输出端相连；其段选端与主控芯片相连；其数码管，用于显示电压值，或者告警代码。

在本实用新型的一个具体实施例中，通信端子与通信线相连，将相序是否有问题、是否有缺相、电压值是否过压或欠压以及电压值具体数值发送至接收端，通信线接收端可以接计算机或者PLC或者触屏器或者物联网盒子，也可以不接，直接通过数码管模块中的数码管显示，从而得知相序保护器的异常情况和电压值的大小。

参照图7所示，为本实用新型的按键模块，其一端与所述主控芯片相连，另一端接地；该模块用于按键用来设定参数。

参照图8所示，为本实用新型的继电器输出模块中电路的接线方式，其继电器输入端与主控芯片相连，包括：

晶体管T2，其基极与第十三电阻R13一端相连；其集电极与继电器相连；其发射极接地；采用BC817NPN晶体管；

第十三电阻R13，其另一端与继电器输入端相连；采用电阻值为2000Ω的电阻；

第五二极管D5，其并联在继电器的两端；采用LL4148二极管；

继电器，其供电电源端与电源模块16V供电端相连；

该模块用于在告警的时候输出一个开关量信号，可以用来切断控制电路，也可以用这个信号作为告警信号，点亮一盏指示灯，或者送给其它控制单元。

参照图9所示，为本实用新型的蜂鸣器输出模块中电路的接线方式，其蜂鸣输入端与主控芯片相连，包括：

第三电容C6，其一端与蜂鸣输入端相连，另一端接地；采用0.1uF的电容；

电铃B1，其并联在所述第三电容C6两端；可以采用有报警功能的电铃；

该模块用于在告警的时候，例如产生过压、欠压、缺相、错相的情况时，发出提示音。

在本实用新型的一个具体实施例中，主控芯片通过电压互感器检测电压，把采集的电压大小和方向的数值通过485通讯发送出去。如果电压和相位出现异常，比如电压过压或者欠压、相序缺相或者错相，就驱动蜂鸣器、继电器、数码管提示或者是通过485通讯传输异常状态等。通过设定参数来设置电压异常状态，比如设定过压值、欠压值、延时动作时间等，等到电压异常状态消失后，本实用新型就自动从告警状态中恢复。

参照图10所示，为本实用新型的电源模块中各引脚的接线方式以及电路的连接方式，包括：

电源变换器U3，其开关管集电极引出端与第十四电阻R22一端相连；其开关管发射极引出端与第一电感H1一端相连；其比较器反向输入端与第六电容C28一端相连；其接地端接地；其定时电容端与第十五电阻R29一端相连；其供电电压端与第四二极管D4相连；其IPK检测端与第十四电阻R22一端相连；其驱动管集电极端与第十四电阻R22一端相连；

第一电感H1，其另一端与第二电感H2一端相连；

第十四电阻R22，其另一端接在供电电压端和第四二极管D4接线上；

第十五电阻R29，其另一端接地；

第十六电阻R31，其一端与第十五电阻R29一端相连，其另一端与第二电感H2一端相连；

第十七电阻R32，其并联在第十六电阻R31两端；

第四电容C26，其一端接地，另一端接在供电电压端和第四二极管D4接线上，并与16V供电端相连；

第五电容C27，其一端接地，另一端与第二电感H2另一端相连；

第六电容C28，其另一端接地；

第一带正极电容E1，其一端接地，另一端接在供电电压端和第四二极管D4接线上；

第二带正极电容E2，其一端接地，另一端与第一电感H1另一端相连；

第三带正极电容E3，其一端接地，另一端与第一电感H1另一端相连；

第三二极管D3，其一端与第一电感H1一端相连，另一端接地；

第四二极管D4，其另一端与24V供电端相连；

在本实用新型的一个具体实施例中，电源变换器采用MC34063变换器，第一电感H1采用220uH电感，第二电感H2采用1uH电感，第十五电阻R29采用电阻值为1kΩ的电阻，第十六电阻R31和第十七电阻R32均采用电阻值为3kΩ的电阻，第四电容C26和第五电容C27均采用采用电容值0.1uF的电容，第六电容C28采用电容值470pF的电容，第一带正极电容E1，采用2200u/35V的电容，第二带正极电容E2和第三带正极电容E3均采用470u/16V的电容，第三二极管D3采用SS14二极管，第四二极管D4采用M7二极管。

现有技术的相序保护器比较简单，三相电压输入后一分为二，一部分给采样电路，一部分给电源部分转换成直流点供给芯片，相序保护器增加通信功能后，必须把采样的电源隔离开来，那么通讯部分与主控芯片需要使用独立电源单独供电，整个系统复杂程度增加。采用电压互感器隔离采样模块后，通讯部分与主控芯片无需使用独立电源，本实用新型中的电源模块可以给内部其他模块分别供电，电路设计更加稳定，避免了系统的复杂性，产品的制作成本降低、使用功能完善，大大提升了产品的竞争力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种相序保护器，其特征在于，包括：

主控芯片，其供电电源端与电源模块供电端相连；

电压互感器隔离采样模块，其各输出端与主控芯片对应的输入引脚相连，包括：

第一电压互感器，其一次侧第一端子与第二相电相连，一次侧第二端子通过第一电阻，与第一相电相连；其二次侧第一端子通过第一电压调整滤波电路，与电源模块供电端相连，并与第一输出端相连，二次侧第二端子通过第一电压调整滤波电路接地；

第二电压互感器，其一次侧第一端子与第三相电相连，一次侧第二端子通过第二电阻，与第二相电相连；其二次侧第一端子通过第二电压调整滤波电路，与电源模块供电端相连，并与第二输出端相连，二次侧第二端子通过第二电压调整滤波电路接地；

通信模块，其收发端引脚与所述主控芯片对应引脚相连；其状态切换端引脚与所述主控芯片对应输出引脚相连；其供电电源端引脚与电源模块供电端相连；其接地端接地；其A端通过抗干扰保护电路，与第一通信端子相连；其B端通过抗干扰保护电路，与第二通信端子相连。

2.如权利要求1所述的相序保护器，其特征在于，所述主控芯片，采用STM32F030C8T6单片机。

3.如权利要求2所述的相序保护器，其特征在于，所述第一电压调整滤波电路包括：

第三电阻，其一端与第一电压互感器二次侧第一端子相连，另一端与第一输出端相连；

第四电阻，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于第三电阻与第一输出端的接线上；

第五电阻，其一端接于第一电压互感器二次侧第一端子与第三电阻的连接线上，另一端与第一电压互感器二次侧第二端子相连并接地；

第一电容，其并联在第五电阻两端；

所述第二电压调整滤波电路包括：

第六电阻，其一端与第二电压互感器二次侧第一端子相连，另一端与第二输出端相连；

第七电阻，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于第六电阻与第二输出端的接线上；

第八电阻，其一端接于第二电压互感器二次侧第一端子与第六电阻的连接线上，另一端与第二电压互感器二次侧第二端子相连并接地；

第二电容，其并联在第八电阻两端。

4.如权利要求3所述的相序保护器，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻均采用阻值为1MΩ、最大功率为2W的电阻；所述第三电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻均采用阻值为30kΩ的电阻；所述第五电阻、第八电阻均采用阻值为560Ω的电阻；所述第一电容、第二电容均采用电容容量1000pF的电容。

5.如权利要求2所述的相序保护器，其特征在于，所述抗干扰保护电路包括：

第九电阻，其一端与A端相连，另一端与第一通信端子相连；

第十电阻，其一端与B端相连，另一端与第二通信端子相连；

第十一电阻，其一端与电源模块供电端相连，另一端接于A端与第九电阻的接线上；

第十二电阻，其一端接地，另一端接于B端与第十电阻的接线上；

第一二极管，其一端接地，另一端接于A端与第九电阻的接线上；

第二二极管，并联在第十二电阻两端。

6.如权利要求5所述的相序保护器，其特征在于，所述第九电阻和第十电阻均采用10Ω的电阻，所述第十一电阻和第十二电阻均采用10kΩ的电阻。

7.如权利要求5所述的相序保护器，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管均采用SMBJ0.5A二极管。

8.如权利要求1所述的相序保护器，其特征在于，所述第一电压互感器、第二电压互感器均采用ZMPT107电压互感器。

9.如权利要求1所述的相序保护器，其特征在于，所述通信模块，采用SP3072EEN的485通讯器。

10.如权利要求1所述的相序保护器，其特征在于，所述相序保护器，还包括：

数码管驱动模块，其复合晶体管输入端引脚与所述主控芯片对应输出引脚相连；

数码管模块，其位选端与所述数码管驱动模块输出端相连；其段选端与主控芯片相连；

按键模块，其一端与所述主控芯片相连，另一端接地；

继电器输出模块，其继电器输入端与所述主控芯片相连，其供电电源端与电源模块16V供电端相连；

蜂鸣器输出模块，其蜂鸣输入端与所述主控芯片相连。

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