专利名称：功率监控器的制作方法
技术领域：
功率监控器技术领域[0001]本实用新型涉及电功率、功率因数的测量装置。
技术背景[0002]从所周知，磁力泵输出的液体流量，是电能通过电动机驱动磁力耦合器的传动实现的。磁力耦合器的承载(传动)能力决定了磁力泵的最大输出流量。泵运行时输出的液体流量超过最大安全流量时(过载)，磁力耦合器将会发生滑差现象，使导体切割磁力线产生巨大的电流，会瞬间烧毁磁力耦合器。所以磁力泵不允许过载，必须进行快速的上限流量保护。[0003]对于无泄漏泵，如磁力泵或屏蔽泵，其特性决定了此类泵的旋转轴承必须使用滑动轴承。当泵的流量低于最小安全流量(欠载)时，管道中的液体将无法润滑轴承，会引发干转现象。轴承体的摩擦产生了大量的热量，其后果首先是烧毁轴承体，其次导致泵内气化压力升高，造成隔离套变形或爆裂。所以无泄漏泵不允许欠载，必须进行快速的下限流量保护。[0004]综上所述，可见无泄漏泵的保护不是单纯的电动机保护，还需要一种流量保护，所以，必须采用集流量保护和电机保护于一身的快速、可靠的保护装置来监控无泄漏泵现场的运行状况。发明内容[0005]电功率是一个综合性数据。流体力学原理表明，泵电机功率与泵的输出流量呈近似线性比例关系，即ΔΡ/Ρ AQ/Q0电机功率的大小直接反映出泵的实际输出流量。对电动机功率的监控就等于对泵的输出流量实施了监控，只要监测功率这一个数据，并对此数据进行上、下限保护，就可以保护磁力泵或屏蔽泵这一个整体，因此设计一种基于微处理器的智能型系列功率监视控制保护装置对于无泄漏泵的安全运行具有重要的现实意义。[0006]本实用新型的技术解决方案是这样实现的[0007]一种功率监控器，包括主电路，所述功率监控器由控制箱和线路板组成，控制箱的前面板装有功率监视器显示板，指示灯和按键，后箱板上装有接线端子，线路板上装有单片机MCU、开关电源电路和相序检测电路，其特征在于还装有电压信号采集电路、电流信号采集电路、相位差检测电路，保护输出电路、电功率的变送电路和数据显示电路，其中所述的电压信号采集电路由电阻Rxl Rx2、电容Cxl Cx4、电流型电压互感器PT、I/V转换器 VRl、电阻R18 R24，电容C22 C25、二极管Dl D2、运放U5A和U5B组成，其输入端由表内连接功率监控器的3#、4#端子，其输出端与单片机MCU中A/D转换块的7#、8#引脚连接； 所述的电流信号采集电路由电流互感器TA、I/V转换器CR1、电阻R25 R31、电容C28 C31、二极管D3 D4、运放U5C和U5D组成，其输入端由表内连接功率监控器的5#、6#端子， 其输出端与单片机MCU中A/D转换器入口的8#引脚相连；所述的相位差测量电路由电阻 R7 R15、电容C12 C15，比较器U3A、U3B、光耦PC1、PC2、异或门芯片U4A组成，其输入端分别与电压信号采集电路的输出端及电流信号采集电路的输出端连接，其输出端与单片机 MCU中脉冲信号捕捉电路入口的32#引脚相连；所述的保护输出电路由电阻R16 R17、电容C15 C16、光耦PC4和二极管Dl组成，其输入端接单片机MCU中开关量输出模块的18# 引脚，其输出端与功率监控器的9#端子相连；所述电功率变送电路由电阻R6和电容Cll组成，其输入端接单片机MCU的PWM/V模块的1#引脚，其输出端与功率监控器的8#、9#端子相连；所述的数据显示电路由电阻R39 R40、串行数据集成块U7 UlO及LED数码管组成，其输入端接单片机MCU中，串行数据发送模块的28#、29#引脚，其输出端与功率监控器的显示板相连接；通过功能键UP选择显示电流I、电压U、功率固数COS Φ及运行功率P的实际值。[0008]所述的开关电源电路由芯片TR和电容C17 C19组成，芯片TR有1#、3#、4#、5#、 6#、7#、8#接脚，其中1#、3#接脚输出DC5V、5#、6#接脚输出DC24V直流电压;7#接脚接主电路的A相，8#接脚接N零线，4#接脚则接地。[0009]所述的相序检测电路由电阻R33 R38、电容C33 C35、整流桥ZQl和光耦PC3 组成，其输入端通过功率监控器姊、3#、4#端子接主电路的々、8、(相线，其输出端通过隔离光耦PC3与单片机MCU中脉冲信号捕捉模块入口的16#引脚相连接。[0010]与现有技术相比较，本实用新型的优点显而易见，主要表现在[0011]1、能对无泄漏泵的运行进行实时检测，对无泄漏泵过流量、欠流量，干转、缺相、堵转实施有效的保护。[0012]2、具有高性价比、高可靠性、高灵敏度、调试简单方便的特点。

[0013]本实用新型有附图15幅，其中[0014]图1是本实用新型功率监控器主电路接线图；[0015]图2是本实用新型主电路的控制电路原理图；[0016]图3是本实用新型功率监控器的接线端子布置图；[0017]图4是本实用新型功率监控器的原理框图；[0018]图5是本实用新型功率监控器的电压信号采集电路图；[0019]图6是本实用新型功率监控器电流信号采集电路图；[0020]图7是本实用新型功率监控器相位差检测电路图；[0021]图8单片机MCU的电路结构示意图；[0022]图9是本实用新型功率监控器相序检测电路图；[0023]图10是本实用新型功率监控器保护输出电路图；[0024]图11是本实用新型功率监控器电功率变送电路图；[0025]图12是本实用新型功率监控器开关电源电路图；[0026]图13是本实用新型功率监控器多功能显示器电路图；[0027]图14是本实用新型功率监控器功能键电路图；[0028]图15是本实用新型功率监控器功能指示灯电路图。[0029]图16是本实用新型功率监控器电压调节器电路图。
具体实施方式
[0030]如图1 图15所示的一种功率监控器，包括主电路，主电路中A(Ll)相与N零线的 AC220V电压接到功率监控器的1、姊端子上，表内接到开关电源模块TR的7#、8#脚上，转换成仪表所需的直流电源，1#、3#脚输出DC5V、5#、6#脚输出DC24V电压。A、B、C(L1、L2、L3) 三相电压信号接到功率监控器的2 4#端子上并与表内电阻R33 38、电容C33 35、整流桥ZQl及光耦PC3组成的相序检测电路连接，输出相序甄别信号F0，此信号传送给单片机C8051F310的16#引脚信号捕捉模块入口。单片机MCU根据信号情况、功率监控器的控制运行状态控制面板相序指示灯，相序正确时ADVR绿灯亮，错误时ADVN红灯亮。B、C (L2、 L3)线电压接在DGB的3、4#端子上，通过表内的CXl 4、RX1 2、电流型电压互感器PT， 将AC 0 440V的电压转换为0 2mA的交流电流信号后，再经过VR1(I/V转换器)变成电压信号，通过R18 24，C22 25，Dl 2及运算放大器U5A、U5B组成的交流信号放大器放大整流后输出电压信号，送至单片机MCU7#引脚A/D转换器入口将模拟信号转成交流电压数据U。主电路中接有电流互感器TA，将主电路中的大电流转换为0 1.0A标准的交流电流信号，通过互感器的接线端子Si、S2接到功率控制器的5、6#端子上，经过表内的 CRl (I/V转换器)变成电压信号，通过R25 31，以8 31，D3 4及运算放大器U5C、U5D 组成的交流信号放大器放大整流后输出电流信号，送至单片机MCU8#引脚A/D转换器入口将模拟信号转成交流电流数据I。所述的交流电压数据U和交流电源数据I经过I/V转换后的交流电压PTM、电流信号CTM通过R7 15，比较器U3A、U3B、光耦PCl 2、异或门U4 组成的相位差测量电路转换为相位差脉冲信号INTO，送至单片机MCU3^i引脚脉冲信号捕捉模块入口进行转换后变为相位差数据Φ。单片机MCU的CPU将采集到的电压U、电流I、 相位差Φ数据按公式P = 1. 732U ★ I*C0Sc5KW运算得到电动机的输入功率P。此数据即可显示也作为功率保护数据。作为功率保护数据时，泵电动机在运行中如超过其上限设定值或低于其下限设定值2秒钟，单片机MCU会通过开关量输出模块的18#引脚输出开关量信号K1。该指令通过光电隔离电路PC3控制输出保护电路的继电器断开OFF，功率监控器的9#、10#端子KAl KA2也断开，主接触器KM失电跳闸，电动机失电停机，且上限或下限指示灯闪亮，LED显示故障代码。[0031]30秒后自动复位，输出继电器闭合ON、上限或下限指示灯灭，又可以正常工作或按SET键手动复位。为了电功率变送输出，正常运行的功率数据由单片机MCU通过PWM模块从1#引脚输出调制脉冲电压，经过R6、C11组成的PWM/V转换器变成电压信号，送至R32、 C31 32、U6、Ql组成的V/I转换器变成4 20mA电流输出到功率监控器的8#、9#端子， 用于与DCS系统接口。单片机MCU通过串行数据发送模块28#、29#引脚将运算后的数据传送给由R39、R40、串行数据集成块U7 10及4位LED数码管组成的多功能显示器，通过功能键UP选择显示电流I、电压U、功率因数COSO及运行功率P的实际值；也显示保护功率设定值及校验数据。功率监控器上装有功能键。按开前面板下部的翻盖，内部设有SET、UP、 DOWN三个多功能键，分别与单片机MCU的沈 24#引脚相连接，接入开关量输入模块。其中SET为功率上、下限、电机起动时间设定选择及数据校验确认键；UP为设定或校验数据递增及LED数据显示选择键；DOWN为设定或校验数据递减及校验数据进入键(按此键6秒才能进行数据校验)。[0032]功率监控器上还装有功能指示灯包括RUN、PH、PL、ADVR、ADVN指示灯，分别与单片机MCU的22# 19#、23#、27#引脚相连接，接入开关量输出模块；[0033]RUN为电动机运行指示灯(绿灯)，电机起动时闪亮；PH为功率上限设定指示灯 (红灯)；PL为功率下限设定指示灯(红灯)；ADVR为相序正确指示灯(绿灯)；ADVN为相序错误指示灯(红灯)。为保证数码管每段笔画点亮时电流恒定，且亮度均勻还装有由Ul 1、 R41 42、C36 37组成的数码管电压调节器。[0034]为了电动机的启动运行，须按电路图将线路接好，合上空气断路器Q1，功率监控器得电；若相序正确，相序指示绿灯ADVR亮，功率监控器的保护输出继电器接点KAl闭合；若相序错误，相序指示红灯ADVN亮，功率监控器的保护输出继电器接点KAl断开，不能起动电动机。[0035]电动机运行须按下起动按钮SB2 (2秒钟后释放该按钮)，主接触器线圈KM得电，接触器的常开辅助接点及三相主触点同时闭合；KM辅助接点自锁，保持线圈通电接触器始终吸合。三相主触点闭合后，电动机得电起动，功率监控器的运行指示绿灯RUN闪亮，待RUN 灯直亮时即为电动机起动完成，电动机及负载正常运行，功率监控器处于监控状态。在此状态下，如果电动机的负载超过或低于功率监控器的设定上、下限值，则功率监控器进入保护状态，2秒钟内KAl断开，显示故障代码，KM线圈失电主触点及辅助接点断开，电动机失电停止，从而保护了电动机及其负载免遭损坏。[0036]如果要主电动机停止运行，须电动机在运行状态中按下停止按钮SB1，KM线圈失电，同时接触器的常开辅助接点及三相主触点断开，电动机失电停止，功率监控器的RUN指示绿灯灯灭，电动机及其负载停止。
权利要求1.一种功率监控器，包括主电路，所述功率监控器由控制箱和线路板组成，控制箱的前面板装有功率监视器显示板，指示灯和按键，后箱板上装有接线端子，线路板上装有单片机 MCU、开关电源电路和相序检测电路，其特征在于还装有电压信号采集电路、电流信号采集电路、相位差检测电路，保护输出电路、电功率的变送电路和数据显示电路，其中所述的电压信号采集电路由电阻Rxl Rx2、电容Cxl Cx4、电流型电压互感器PT、I/V转换器VRl、 电阻R18 R24，电容C22 C25、二极管Dl D2、运放U5A和U5B组成，其输入端由表内连接功率监控器的3#、4#端子，其输出端与单片机MCU中A/D转换模块的7#、8#引脚连接； 所述的电流信号采集电路由电流互感器TA、I/V转换器CR1、电阻R25 R31、电容C28 C31、二极管D3 D4、运放TOC和U5D组成，其输入端由表内连接功率监控器的5#、6#端子， 其输出端与单片机MCU中A/D转换器入口的8#引脚相连；所述的相位差测量电路由电阻 R7 R15、电容C12 C15，比较器U3A、U3B、光耦PC1、PC2、异或门芯片U4A组成，其输入端分别与电压信号采集电路的输出端及电流信号采集电路的输出端连接，其输出端与单片机 MCU中脉冲信号捕捉电路入口的32#引脚相连；所述的保护输出电路由电阻R16 R17、电容C15 C16、光耦PC4和二极管Dl组成，其输入端接单片机MCU中开关量输出模块的18# 引脚，其输出端与功率监控器的9#端子相连；所述电功率变送电路由电阻R6和电容Cll组成，其输入端接单片机MCU的PWM/V模块的1#引脚，其输出端与功率监控器的8#、9#端子相连；所述的数据显示电路由电阻R39 R40、串行数据集成块U7 UlO及LED数码管组成，其输入端接单片机MCU中串行数据发送模块的观#、29#引脚，其输出端与功率监控器的显示板相连接；通过功能键UP选择显示电流I、电压V、功率因数COS Φ及运行功率P的实际值。
2.根据权利要求1所述的功率监控器，其特特征在于所述的开关电源电路由芯片TR 和电容C17 C19组成，芯片TR有1#、3#、4#、5#、6#、7#、8#接脚，其中1#、3#接脚输出DC5V， 5#、6#接脚输出DC24V直流电压 ’7#接脚接主电路的A相，8#接脚接N零线，4#接脚则接地。
3.根据权利要求2所述的功率监控器，其特征在于所述的相序检测电路由电阻 R33 R38、电容C33 C35、整流桥ZQl和光耦PC3组成，其输入端通过功率监控器2#、3#、 4#端子接主电路的A、B、C相线，其输出端通过隔离光耦PC3与单片机MCU中脉冲信号捕捉模块入口的16#引脚相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种功率监控器，包括主电路，功率监控器由控制箱和线路板组成，控制箱前面板装显示板，指示灯和按键，后箱板上装接线端子，主电路中绕接电压传感器，其输出端及A相与N零线接表内开关电源电路，开关电源电路分别为单片机MCU及线路板上各模块电路供电，其特征在于线路板有相序检测电路、电压信号采集电路、电流信号采集电路、相位差检测电路、保护输出电路、电功率变送电路、多功能显示器电路、功能键电路和指示灯电路，单片机采集由所述功能电路输出的电压数据U、电流数据A和相位差数据φ并计算电动机输入功率P作为功率保护数据，据此设定保护上下限，由单片机MCU输出开关量KA1，对功率监控器进行实时控制。
文档编号G01R21/06GK202281799SQ201120422278
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者王允学, 闫子胜 申请人:王允学