CN207649787U - 一种带输出隔离的电动机温度测量电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带输出隔离的电动机温度测量电路，包括依次连接的恒流源输出电路、信号测量滤波电路和输出隔离电路。本实用新型利用三线制恒流源激励的测量方式测量铂电阻PT100传感器的阻值，间接测量了电动机的工作温度，有效地抵消了连接电缆电阻带来的误差。采样数据转换器利用了电力三相计量芯片的AD转换功能，不仅保证了高精度测量的要求，而且大大降低了成本。将三相计量芯片的USART口信号线通过光耦与后续电路实现了隔离，保障了保护装置的可靠性及安全性。

Description

一种带输出隔离的电动机温度测量电路

技术领域

本实用新型涉及电动机技术领域，更具体地说，特别涉及一种带输出隔离的电动机温度测量电路。

背景技术

随着自动控制技术及智能制造的不断发展，三相异步电动机已成为主要动力来源，电动机发生短路或接地故障时电流会急剧升高，温度也会随之急剧升高，如不加以保护会引起电动机烧毁，所以对电动机的温度测量是电动机进行温度保护的最直接方式。

现在电动机温度传感器通常使用的是铂电阻PT100传感器，其直接以探头的形式安装在电动机本体内部，如果出现漏电或者误接到强电回路，会导致保护装置烧毁，甚至会引起火灾。在实际使用中现场电动机往往离控制室电动机保护装置有很远的距离，如果发生雷击等高压信号串扰，会导致电动机保护装置损坏，从而影响到安全生产，而现有技术方案主要是用线性光耦隔离的方案，但是线性光耦线性度不是很理想有偏差需要硬件校准，而且价格较贵；其次铂电阻PT100传感器与电动机保护装置连接线缆过长时，其电缆阻值也会影响到测量精度，目前大都装置采用的是两线制惠斯通电桥检测电路，其不能消除线缆带来的误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种恒流源激励式带引线补偿，且不需硬件校准的带输出隔离的电动机温度测量电路。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种带输出隔离的电动机温度测量电路，包括依次连接的恒流源输出电路、信号测量滤波电路和输出隔离电路；

所述恒流源输出电路包括稳压芯片LM431、运算放大器U2A、运算放大器U2B，电源正极经电阻器R3连接稳压芯片LM431的阴极端，LM431的控制端和阴极端通过电阻R5连接运算放大器U2A的同相端，运算放大器U2A的同相端串联电阻R4后连接运算放大器U2B的输出端，运算放大器U2A的输出端和反相端连接有电阻R1，运算放大器U2A的反相端串联电阻R2后接地，运算放大器U2B的反相端和输出端连接，运算放大器U2A的输出端和运算放大器U2B的同相端连接有电阻Ref；

所述信号测量滤波电路包括运算放大器U2C和运算放大器U2D，传感器信号线B1串联电阻R8后连接运算放大器U2C的反相端，运算放大器U2C的反相端和输出端连接有电阻R9，运算放大器U2C的同相端连接传感器信号线B2，运算放大器U2C的输出端依次电阻R12和电阻R13后连接运算放大器U2D的同相端，运算放大器U2D的同相端还通过电容C10接地，运算放大器U2D的反相端串联电阻R6后接地，运算放大器U2D的反相端串联电阻R7后连接运算放大器U2D的输出端；

所述输出隔离电路包括型号为HT7017的三相计量芯片、晶振Y1、电阻、电容组成，三相计量芯片的第12、13引脚连接有晶振Y1，晶振Y1的两端分别通过电容C9和电容C10后接地，三相计量芯片的第10引脚连接光耦U3的第2引脚，三相计量芯片的第11引脚连接光耦U2的第2引脚，光耦U3的第1引脚与隔离电源5V之间串联有上拉电阻R38，光耦U2的第1引脚与隔离电源5V之间串联有上拉电阻R34。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型利用三线制恒流源激励的测量方式测量铂电阻PT100传感器的阻值，间接测量了电动机的工作温度，有效地抵消了连接电缆电阻带来的误差。采样数据转换器利用了电力三相计量芯片的AD转换功能，不仅保证了高精度测量的要求，而且大大降低了成本。将三相计量芯片的USART口信号线通过光耦与后续电路实现了隔离，保障了保护装置的可靠性及安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型带输出隔离的电动机温度测量电路的电路图。

图2是本实用新型带输出隔离的电动机温度测量电路中输出隔离电路的接线图。

图3是本实用新型带输出隔离的电动机温度测量电路的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1所示，本实用新型提供一种带输出隔离的电动机温度测量电路，包括依次连接的恒流源输出电路、信号测量滤波电路和输出隔离电路。

所述恒流源输出电路包括稳压芯片LM431、运算放大器U2A、运算放大器U2B，电源正极经电阻器R3连接稳压芯片LM431的阴极端，LM431的控制端和阴极端通过电阻R5连接运算放大器U2A的同相端，运算放大器U2A的同相端串联电阻R4后连接运算放大器U2B的输出端，运算放大器U2A的输出端和反相端连接有电阻R1，运算放大器U2A的反相端串联电阻R2后接地，运算放大器U2B的反相端和输出端连接，运算放大器U2A的输出端和运算放大器U2B的同相端连接有电阻Ref。

图中电位点运算放大器U2A构成的是同相比例放大电路,其输出为Vx+2.5V，所以可知Ref的电流不受Vx处电位的影响，实现了恒流输出，其电流计算公式如下：

由以上公式可知修改Ref的阻值即可改变恒流源的输出电流。

所述信号测量滤波电路包括运算放大器U2C和运算放大器U2D，传感器信号线B1串联电阻R8后连接运算放大器U2C的反相端，运算放大器U2C的反相端和输出端连接有电阻R9，运算放大器U2C的同相端连接传感器信号线B2，运算放大器U2C的输出端依次电阻R12和电阻R13后连接运算放大器U2D的同相端，运算放大器U2D的同相端还通过电容C10接地，运算放大器U2D的反相端串联电阻R6后接地，运算放大器U2D的反相端串联电阻R7后连接运算放大器U2D的输出端。

信号测量滤波电路是由U2C和U2D组成的运算放大电路，其等效电路如图3所示，Rw1、Rw2、Rw3为传感器3根引线的等效电阻，经计算可知：

V_B＝V_C＝I×(R_PT100+R_w3)；

V_A＝I×(R_w1+R_PT100+R_w3)；

由叠加定理可得运算放大器的输出为：

V_out＝I×R_PT100-I×R_w1+I×R_w3；

当三根引线长度及截面积相同时，既有R_w1＝R_w2＝R_w3，因此

V_out＝I×R_PT100；

以上分析可知，成功地抵消了传感器由于引线带来的误差。

测量滤波电路主要是滤除一些高频干扰，因为温度变化时缓慢的。运用运算放大器搭建了二阶有源低通滤波器电路，其信号放大系数8倍。二阶有源低通滤波器的截止频率计算公式如下：

因此通过计算，本实用新型的截止频率f_p≈10Hz。

所述输出隔离电路包括型号为HT7017的三相计量芯片、晶振Y1、电阻、电容组成，三相计量芯片的第12、13引脚连接有晶振Y1，晶振Y1的两端分别通过电容C9和电容C10后接地，三相计量芯片的第10引脚连接光耦U3的第2引脚，三相计量芯片的第11引脚连接光耦U2的第2引脚，光耦U3的第1引脚与隔离电源5V之间串联有上拉电阻R38，光耦U2的第1引脚与隔离电源5V之间串联有上拉电阻R34。

三相计量芯片负责将信号测量滤波电路的输出电压信号转换为数字信号，且通过USART口传输给后续电路，为实现USART接口和后续电路的隔离，本实用新型使用了光电耦合器进行隔离，如图2所示，使用了HT7017的AD转换第一通道，INP1+连接滤波电路的输出，INP1-连接隔离电源的地信号G5V；值得注意的是，虽然HT7017的USAR口使用光电耦合器实现了隔离，但本电路的电源也应要进行隔离处理，具体有两种做法，一是为其单独使用一条电源回路，这样即使发生了故障也不会影响到其它功能模块，二是在现有的电源接入后为其增加一个隔离电源模块，实现电源隔离。

本实用新型经过大量的实验测试，其精度、测量范围均达到预期效果，并在新一代电动机保护产品中得到了运用。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种带输出隔离的电动机温度测量电路，其特征在于：包括依次连接的恒流源输出电路、信号测量滤波电路和输出隔离电路；

所述恒流源输出电路包括稳压芯片LM431、运算放大器U2A、运算放大器U2B，电源正极经电阻器R3连接稳压芯片LM431的阴极端，LM431的控制端和阴极端通过电阻R5连接运算放大器U2A的同相端，运算放大器U2A的同相端串联电阻R4后连接运算放大器U2B的输出端，运算放大器U2A的输出端和反相端连接有电阻R1，运算放大器U2A的反相端串联电阻R2后接地，运算放大器U2B的反相端和输出端连接，运算放大器U2A的输出端和运算放大器U2B的同相端连接有电阻Ref；

所述信号测量滤波电路包括运算放大器U2C和运算放大器U2D，传感器信号线B1串联电阻R8后连接运算放大器U2C的反相端，运算放大器U2C的反相端和输出端连接有电阻R9，运算放大器U2C的同相端连接传感器信号线B2，运算放大器U2C的输出端依次电阻R12和电阻R13后连接运算放大器U2D的同相端，运算放大器U2D的同相端还通过电容C10接地，运算放大器U2D的反相端串联电阻R6后接地，运算放大器U2D的反相端串联电阻R7后连接运算放大器U2D的输出端；

所述输出隔离电路包括型号为HT7017的三相计量芯片、晶振Y1、电阻、电容组成，三相计量芯片的第12、13引脚连接有晶振Y1，晶振Y1的两端分别通过电容C9和电容C10后接地，三相计量芯片的第10引脚连接光耦U3的第2引脚，三相计量芯片的第11引脚连接光耦U2的第2引脚，光耦U3的第1引脚与隔离电源5V之间串联有上拉电阻R38，光耦U2的第1引脚与隔离电源5V之间串联有上拉电阻R34。