供電所電能質量保護裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種供電所電能質量保護裝置，涉及工業(yè)供配電領域，尤其涉及供電所電能質量保護裝置。采用了電壓、電流傳感器實現(xiàn)了對電壓電流的檢測，采用了電壓過零測頻電路實現(xiàn)了對電網頻率的實時監(jiān)測，通過單片機的AD轉換功能完成對數(shù)據的采集，用USB端口連接PC控制終端配合PC軟件實現(xiàn)了對電能質量是否需要進行保護的判斷，通過控制用電設備前的繼電器對用電設備進行保護。
【專利說明】
供電所電能質量保護裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及工業(yè)供配電領域，尤其涉及供電所電能質量保護裝置。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，很多工廠實現(xiàn)了自動化生產，自動化生產要求電機聯(lián)動性能高，因此對電機供電的電能質量要求也不斷地提高，電能質量主要包括電壓、電流波形的穩(wěn)定還有頻率的穩(wěn)定，電壓、電流但是由于工廠內電機以及其他用電器多為非線性負載會使輸入工廠的電壓、電流發(fā)生畸變，傳統(tǒng)的LC濾波網絡不能完全消除這一影響，而電壓、電流或者頻率的突變會導致一些對電能質量敏感的工業(yè)設備運轉不正常，造成次品甚至事故，所以需要研究一種智能工廠電能質量保護裝置保障對電能質量敏感設備的正常運行和保護。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種供電所電能質量保護裝置，通過對電壓電流的檢測、對電網頻率的實時監(jiān)測并采集數(shù)據，用PC控制終端配合PC軟件實現(xiàn)了對電能質量是否需要進行保護的判斷，最后通過控制用電設備前的繼電器對用電設備進行保護。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:
[0005]—種供電所電能質量保護裝置，包括電源模塊、測頻電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、數(shù)據采集單片機、PC控制終端、保護繼電器；電源模塊輸入端接A相和中性線N交流220V輸入，為數(shù)據采集單片機、測頻電路、電壓檢測電路電流檢測電路提供15V和3.3V電壓；電壓檢測電路輸入連接A、B、C三相和中性線N，輸出端連接數(shù)據采集單片機的AD轉換引腳；測頻電路輸入端連接電壓檢測電路的輸出端，輸出端連接數(shù)據采集單片機的AD轉換引腳；電流檢測電路輸出端連接數(shù)據采集單片機的AD轉換引腳;數(shù)據采集單片機通過USB連接PC控制終端;PC控制終端控制保護繼電器。
[0006]進一步優(yōu)化本技術方案，所述的電源模塊為基于VIPER12A芯片搭建的AC-DC穩(wěn)壓電路，使用隔離型反激拓撲結構。220V交流輸入通過C5、C6、C7濾波電容通過D5整流橋得到直流電壓，通過高頻變壓器TRl原端線圈進入U5 VIPER12A芯片的四個DR引腳，VIPER芯片兩個S引腳接地FB引腳接反饋電路，高頻變壓器TRl—個副邊線圈通過Dl和Cl的整流濾波接到輸出端子JPI為15V輸出，另一個副端線圈通過D4、C4整流濾波接到輸出端子JPI為3V3輸出；VIPERl 2A芯片的VDD引腳通過D6和Ql接至Ij 15V輸出端。
[0007]進一步優(yōu)化本技術方案，所述的電壓檢測電路(3)為三個電壓互感器U17、U19、U21，以A相為例，一個輸入引腳分別通過R28連接到電網A三相，另一個輸入引腳連接電網中性線N，通過D12、D14限幅和運放UlO LM2904輸出給數(shù)據采集單片機的ADCIN3引腳。
[0008]進一步優(yōu)化本技術方案，所述的測頻電路(2)包括0P07組成的電壓跟隨器和LM2904組成的放大器;0P07的正向輸入端連接對應相的電壓檢測電路(3 )的輸出引腳通過LM2904的放大，三相的測頻電路分別輸出給數(shù)據采集單片機(5)的ADCIN6、ADCIN7、ADCIN8引腳。
[0009]進一步優(yōu)化本技術方案，所述的電流檢測電路(4)為U16、U18、U20三個電流互感器，分別檢測A、B、C三相電流以A相為例電流互感器U16的輸出經過D11、D13的限幅和U19LM2904的放大輸出給數(shù)據采集單片機(5)的ADCINO引腳;其余兩相的輸出分別接數(shù)據采集單片機(5)的ADCINl、ADCIN2引腳。
[0010]進一步優(yōu)化本技術方案，所述的數(shù)據采集單片機(5)為STM32F051C單片機;數(shù)據采集單片機(5)的引腳連接UlI FT232RL芯片的TX引腳，PB6引腳連接UlI FT232RL的RX引腳；Ull FT232RL芯片的USBD-連接JP3 MiniUSB接口的USBD-引腳，USBD+連接JP3 MiniUSB接口的USBD+引腳。
[0011]進一步優(yōu)化本技術方案，所述的保護繼電器(7)為三相交流繼電器，其控制引腳連接PC控制終端。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:1、采用了電壓、電流傳感器實現(xiàn)了對電壓電流的檢測，2、采用了電壓過零測頻電路實現(xiàn)了對電網頻率的實時監(jiān)測，3、通過單片機的AD轉換功能完成對數(shù)據的采集，4、用USB端口連接PC控制終端配合PC軟件實現(xiàn)了對電能質量是否需要進行保護的判斷，5、通過控制用電設備前的繼電器對用電設備進行保護。
【附圖說明】
[0013I圖1是系統(tǒng)結構示意圖；
[0014]圖2是電源模塊電路圖；
[0015]圖3電壓檢測電路電路圖；
[0016]圖4測頻電路電路圖；
[0017]圖5電流檢測電路電路圖；
[0018]圖6 USB模塊電路圖。
[0019]圖7數(shù)據采集單片機電路圖。
[0020]圖中，1、電源模塊;2、測頻電路;3、電壓檢測電路;4、電流檢測電路;5、數(shù)據采集單片機;6、PC控制終端;7、保護繼電器。
【具體實施方式】
[0021]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。
[0022]【具體實施方式】一:包括電源模塊、測頻電路、電壓檢測電路、電流檢測電路(4)、數(shù)據采集單片機、PC控制終端、保護繼電器；電源模塊輸入端接A相和中性線N交流220V輸入，為數(shù)據采集單片機、測頻電路、電壓檢測電路電流檢測電路⑷提供15V和3.3V電壓；電壓檢測電路輸入連接A、B、C三相和中性線N，輸出端連接數(shù)據采集單片機的AD轉換引腳;測頻電路輸入端連接電壓檢測電路的輸出端，輸出端連接數(shù)據采集單片機的AD轉換引腳；電流檢測電路輸出端連接數(shù)據采集單片機的AD轉換引腳;數(shù)據采集單片機通過USB連接PC控制終端;PC控制終端控制保護繼電器。
[0023]如圖2所示電源模塊為基于VIPER12A芯片搭建的AC-DC穩(wěn)壓電路，使用隔離型反激拓撲結構。220V交流輸入通過C5、C6、C7濾波電容通過D5整流橋得到直流電壓，通過高頻變壓器TRl原端線圈進入U5 VIPER12A芯片的四個DR引腳，VIPER芯片兩個S引腳接地FB引腳接反饋電路，高頻變壓器TRl—個副邊線圈通過Dl和Cl的整流濾波接到輸出端子JPl為15V輸出，另一個副端線圈通過D4、C4整流濾波接到輸出端子JPl為3V3輸出；VIPER12A芯片的VDD引腳通過D6和Ql接到15V輸出端。
[0024]0P07可以將電壓檢測電路中獲得的電壓波形轉化為頻率相同的方波，通過LM2904放大后進入單片機ADC引腳進行處理；
[0025]如圖3所示電壓檢測電路為三個電壓互感器1]17、1]19、1]21，以4相為例，一個輸入引腳分別通過R28連接到電網A三相，另一個輸入引腳連接電網中性線N，通過D12、D14限幅和運放UlO LM2904輸出給數(shù)據采集單片機的ADCIN3引腳。
[0026]如圖4所示測頻電路包括0P07組成的電壓跟隨器和LM2904組成的放大器;0P07的正向輸入端連接對應相的電壓檢測電路的輸出引腳通過LM2904的放大，三相的測頻電路分別輸出給數(shù)據采集單片機的ADCIN6、ADCIN7、ADCIN8引腳。
[0027]如圖5所示電流檢測電路為U16、U18、U20三個電流互感器，分別檢測A、B、C三相電流以A相為例電流互感器U16的輸出經過D11、D13的限幅和U19 LM2904的放大輸出給數(shù)據采集單片機的ADCINO引腳;其余兩相的輸出分別接數(shù)據采集單片機的ADCINl、ADCIN2引腳。
[0028]如圖7所示數(shù)據采集單片機為STM32F051C單片機；
[0029]如圖6所示數(shù)據采集單片機的引腳連接UlIFT232RL芯片的TX引腳，PB6引腳連接UlI卩丁232乩的1?引腳；1]11 FT232RL芯片的USBD-連接JP3 MiniUSB接口的USBD-引腳，USBD+連接JP3 MiniUSB接口的USBD+引腳。
[0030]保護繼電器(7)為三相交流繼電器，其控制引腳連接PC控制終端，當電能質量出現(xiàn)嚴重問題，會導致嚴重后果時繼電器做出保護動作，保證用電設備的安全運行。
[0031]應當理解的是，本實用新型的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。此外，本實用新型所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
【主權項】
1.一種供電所電能質量保護裝置，其特征在于:包括電源模塊(I)、測頻電路(2)、電壓檢測電路(3)、電流檢測電路(4)、數(shù)據采集單片機(5)、PC控制終端(6)、保護繼電器(7);電源模塊(I)采用交流220V輸入，輸入端一端連接電網A相另一端中性線N接地；電源模塊(I)為數(shù)據采集單片機(5)、測頻電路(2)、電壓檢測電路(3)電流檢測電路(4)提供15V和3.3V電壓；電壓檢測電路(3)四個輸入端分別連接A、B、C三相和中性線N接地，輸出端連接數(shù)據采集單片機(5);測頻電路(2)輸入端連接電壓檢測電路(3)的輸出端，測頻電路(2)的輸出端連接數(shù)據采集單片機(5);電流檢測電路(4)輸出端連接數(shù)據采集單片機(5);數(shù)據采集單片機(5)連接PC控制終端(6); PC控制終端(6)控制保護繼電器(7)。2.根據權利要求1所述的供電所電能質量保護裝置，其特征在于:電源模塊(I)為基于VIPER12A芯片搭建的AC-DC穩(wěn)壓電路，使用隔離型反激拓撲結構;220V交流輸入通過C5、C6、C7濾波電容通過整流橋D5得到直流電壓，通過高頻變壓器TRl原端線圈進入U5 VIPER12A芯片的四個DR引腳，VIPER芯片兩個S引腳接地FB引腳接反饋電路，高頻變壓器TRl—個副邊線圈通過DI和Cl的整流濾波接到輸出端子JPI輸出15V電壓，另一個副端線圈通過D4、C4整流濾波接到輸出端子JPI輸出3.3V電壓。3.根據權利要求1所述的供電所電能質量保護裝置，其特征在于:電壓檢測電路(3)包括三個電壓互感器1]17、1]19、1]21;1]17的一個輸入引腳分別通過1?28連接到電網4相，另一個輸入引腳連接電網中性線N，通過D12、D14限幅和運放UlO LM2904輸出給數(shù)據采集單片機的ADCIN3引腳;U19的一個輸入弓I腳分別通過R33連接到電網B相，另一個輸入引腳連接電網中性線N，通過D16、D18限幅和運放U13 LM2904輸出給數(shù)據采集單片機的ADCIN4引腳;U21的一個輸入引腳通過41連接到電網C相，另一個輸入引腳連接電網中性線N，通過D20、D22限幅和運放U15 LM2904輸出給數(shù)據采集單片機的ADCIN5引腳。4.根據權利要求1所述的供電所電能質量保護裝置，其特征在于:測頻電路(2)包括三個由0P07芯片組成的電壓跟隨器U2、U4、U7; U2的正向輸入端通過電阻R2連接Ul O的輸出端，U2的輸出端連接LM2904運放Ul的正向輸入端，Ul的反相輸入端通過電阻Rl接地;Ul的輸出端通過電阻R3連接單片機(5)的ADCIN6引腳;二極管D2、D3連接單片機(5)的ADCIN6引腳起到限幅作用;U4的正向輸入端通過電阻Rl O連接U13的輸出端，U4的輸出端連接LM2904運放U3的正向輸入端，U3的反相輸入端通過電阻R6接地;U3的輸出端通過電阻Rl I連接單片機(5)的ADCIN7引腳;二極管D7、D8連接單片機(5)的ADCIN7引腳起到限幅作用;U7的正向輸入端通過電阻Rl 9連接Ul O的輸出端，U7的輸出端連接LM2904運放U6的正向輸入端，U6的反相輸入端通過電阻R18接地;U6的輸出端通過電阻R20連接單片機(5)的ADCIN8引腳；二極管D9、D10連接單片機(5)的ADCIN8引腳起到限幅作用。5.根據權利要求1所述的供電所電能質量保護裝置，其特征在于電流檢測電路(4)為U16、U18、U20三個電流互感器，分別檢測A、B、C三相電流；電流互感器U16的輸出經過D11、D13的限幅和U9 LM2904的放大輸出給數(shù)據采集單片機(5)的ADCINO引腳；電流互感器U16的輸出經過D15、D17的限幅和U12 LM2904的放大輸出給數(shù)據采集單片機(5)的ADCIN2引腳；電流互感器U20的輸出經過D19、D21的限幅和U14 LM2904的放大輸出給數(shù)據采集單片機(5)的ADCIN3引腳。6.根據權利要求1所述的供電所電能質量保護裝置，其特征在于數(shù)據采集單片機(5)為STM32F051C單片機;數(shù)據采集單片機(5)的引腳連接UlI FT232RL芯片的TX引腳，PB6引腳連接UlI FT232RL的RX引腳；UlI FT232RL芯片的USBD-連接MiniUSB接口JP3的USBD-引腳，USBD+連接 MiniUSB 接 口 JP3 的 USBD+ 引腳。7.根據權利要求1所述的供電所電能質量保護裝置，其特征在于保護繼電器(7)為三相交流繼電器，其控制弓I腳連接PC控制終端(6)。
【文檔編號】H02J13/00GK205583841SQ201620143401
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年2月26日
【發(fā)明人】梁強, 張興, 趙紅軍, 呂炳霖, 苑廣富, 李云龍, 程旭, 李慶江, 李巖
【申請人】國網山東省電力公司章丘市供電公司