CN211206604U - 一种移动式电气设备在线监测装置 - Google Patents

Abstract

移动式电气设备在线监测装置，包括箱体，检测表笔，箱体面板上设置三相电流、电压、温度测试端口，液晶显示器，电源开关，电源指示灯；箱体内部包括电源模块，三相相电流、电压监测模块，温度监测模块；电源开关与电源指示灯连接；各监测模块分别与测试端口连接，检测表笔与测试端口连接；三相相电流监测模块包括依次电连接的开口式电流互感器、信号调理模块；电压监测模块包括电压互感器和与其二次侧连接的电压表；温度监测模块包括红外传感器模块，所述信号调理模块、红外传感器模块与单片机控制模块连接；单片机控制模块与LCD液晶显示器连接。

Description

一种移动式电气设备在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种监控装置，尤其是设计一种移动式电气设备在线监测装置。

背景技术

现在重要场所、重要活动不断开展，在传统的重大服务保障中，由于电气箱柜(设备)老化，不具备安装运行监测装置或临时增设的电气箱柜(设备)缺乏运行监测装置，各重大活动区域虽设置专人进行重要设备盯守，但是无法实时掌握设备整体运行状态，设备发生异常情况前没有预知，导致没必要的事故发生。

现有技术，如中国专利申请(申请号：CN2018105563059)公开一种基于设备状态监测应用***，包括：设备温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块、谐波检测模块、处理模块、通信模块和远程服务器；设备温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块、谐波检测模块和通信模块均与处理模块电连接，通信模块与远程服务器信号连接；设备温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块和谐波检测模块依次设置在电气设备表面；处理模块和通信模块均设置在电气设备内部，电气设备设有供电模块，供电模块分别与处理模块和通信模块电连接。再如，现有技术，中国专利申请(申请号：CN2018104978187)公开一种电力线路自动故障检测定位***，包括：显示单元，其用于检测电力线路的实时数据、并根据实时数据输出电力线路的状态信息；报警单元，其用于在检测电力线路的实时数据与数据库中数据的安全范围不符合时，对工作人员进行报警提示；数据采集模块，其通过RS485总线与电能表连接进行数据采集，主控芯片，用于接收理论计算与分析模块传递的信号，并通过通讯模块传递给显示单元、报警单元和互联网终端。

然而，上述申请仅仅给出一个设想，并没有记载采用何种技术手段来实现设备状态监测、故障检测，也就是说，上述申请的工作原理没有记载，仅仅给出诸如温度检测模块、电流监测模块、电压监测模块、处理模块、显示单元等功能模块，上述功能模块的结构构造没有记载，虽然现有技术中存在上述功能模块，但是将所有上述现有技术功能模块同时应用于本申请并不属于现有技术，需要本领域技术人员付出创造性劳动才能获得。

再如，现有技术，中国专利(申请号：CN2017212075864)公开一种配电监控***，其技术方案是：包括微处理器单元、与微处理器单元相连接的三相电参数计量单元、温度检测模块、时间监控单元、报警单元以及电能质量分析仪；温度检测模块，其用于检测被采集监控电力设备的温度，并将所检测得到温度值传输至微处理单元；所述微处理器单元还和通讯单元相相连接，所述通讯单元用于将包括电流、电压报警模块、时间报警模块、温度报警模块以及谐波报警模块所发出的报警信息发送至终端上；所述三相电参数计算单元包括三相电参数计量芯片ATT7022、电流互感器以及电流互感器，三相电参数计量芯片ATT7022的采样电压输入采用电阻分压方式，电流互感器将采样输入电压转换为二次电压模拟信号，电流互感器将采样输入电压转换为电压模拟信号。然而，该现有技术使用不便携，且采用的技术手段结构复杂，检测精度不够高，不利于产品的应用和推广。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型公开了一种移动式电气设备在线监测装置，其技术方案如下：包括箱体，检测表笔，所述箱体的面板上设置有三相电流、三相电压测试端口，温度测试端口，液晶显示器，电源开关，电源指示灯；所述箱体内部包括电源模块，三相相电流监测模块、三相相电压监测模块，温度监测模块，电压表；其特征为：所述电源模块通过电源开关、快速可恢复保险管与三相电中一相连接，所述电源开关还与电源指示灯连接；各个所述监测模块分别与箱体面板上的各个测试端口连接，所述检测表笔可与上述测试端口连接；其中，所述三相相电流监测模块包括依次电连接的开口式电流互感器、信号调理模块；所述三相相电压监测模块包括电压互感器和与电压互感器二次侧连接的电压表；所述温度监测模块包括红外传感器模块；所述三相相电流监测模块中的信号调理模块以及所述温度监测模块中的红外传感器模块与单片机控制模块连接；所述单片机控制模块与LCD液晶显示器连接。

优选为：所述开口式电流互感器输出端与LM324集成运放连接，该集成运放的输入端加入两个反向的二极管起到保护运放的作用；集成运放输出端与负端输入连接的反馈电阻采用精密电阻。

优选为：所述LM324集成运放输出端输出的信号首先利用第一运算放大器实现半波整流，使交流信号仅仅保留负半周，又由于接在运放的反相输入端,所以其结果是反相的负半周，紧接着与一个加法器连接，利用同相输入端把输入的交流信号与半波整流的信号的两倍相加以得到全波正向信号。

优选为：所述全波正向信号与A/D转换模块连接；该A/D转换模块采用芯片型号为ADC0809，该芯片ADC0809输出端与单片机AT89C51的I/O口连接；所述ADC0809芯片外接频率为500kHz的时钟信号。

优选为：所述电压互感器为电磁感应式电压互感器。

优选为：所述红外传感器模块中包括型号为MLX90615高精度测温芯片。

优选为：所述红外传感器模块以SMBus方式连接到单片机控制模块，所述MLX90615芯片中SDA和SCL引脚与单片机AT89C51的I/O口进行连接，并通过20kΩ的上拉电阻与供电电压3.3V相连。

优选为：所述三相电压监测模块采用三台单相互感器组成三相电压互感器，并通过顺序连接熔断器、继电器常开触点与三相母线连接。

有益效果：

1.电流互感器采用开口式互感器，开口式电流互感器具有便于测量，使用方便的特点，电流互感器和电压测量探针(夹)通过可伸缩性缠绕线与多功能表进行连接，显示实际电压和电流；

2.采用快速插拔连接头进行连接，优化检测设备空间利用率，增强设备的可移动性、便携性。

3.在不改动原有电气设备的基础上对不符合安装检测装置的设备实时进行电压、电流、温度在线监测，方便重大活动保障人员实时掌握设备运行数据，减小事故发生的概率。

附图说明

图1是本实用新型移动式电气设备在线监测装置结构简图。

图2是本实用新型移动式电气设备在线监测装置控制结构图。

图3是本实用新型移动式电气设备在线监测装置三相电流监测控制结构示意图。

图4是本实用新型移动式电气设备在线监测装置三相电流监测模块中电流电压变换电路原理图。

图5是本实用新型移动式电气设备在线监测装置三相电流监测模块中信号调理电路原理图。

图6是本实用新型移动式电气设备在线监测装置三相电流监测模块中模数转换芯片与单片机连接电路原理图。

图7是本实用新型移动式电气设备在线监测装置中红外监测模块结构框图。

图8是本实用新型移动式电气设备在线监测装置温度监测模块中MLX90615芯片结构框图。

图9是本实用新型移动式电气设备在线监测装置温度监测模块中MLX90615芯片与单片机连接电路图。

图10是本实用新型移动式电气设备在线监测装置电压监测模块电路连接示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

一种移动式电气设备在线监测装置，其技术方案如下：包括箱体，所述箱体面板上设置三相电流、三相电压测试端口，温度测试端口，液晶显示器，电源开关，电源指示灯；所述箱体内部包括电源模块，三相相电流、三相相电压监测模块，温度监测模块，检测表笔；其特征为：所述电源模块通过电源开关、快速可恢复保险管与三相电中一相连接，所述电源开关还与电源指示灯连接；各个所述监测模块分别与箱体面板上的各个测试端口连接，所述检测表笔可与上述测试端口连接；其中，所述三相相电流监测模块包括依次电连接的开口式电流互感器、信号调理模块；所述三相相电压监测模块包括电压互感器和与电压互感器二次侧连接的电压表；所述温度监测模块包括红外传感器模块，所述三相相电流监测模块中的信号调理模块以及所述红外传感器模块与单片机控制模块连接；所述单片机控制模块与LCD液晶显示器连接。所述开口式电流互感器输出端与LM324集成运放连接，该集成运放的输入端加入两个反向的二极管起到保护运放的作用；集成运放输出端与负端输入连接的反馈电阻采用精密电阻。所述LM324集成运放输出端输出的信号首先利用第一运算放大器实现半波整流，使交流信号仅仅保留负半周，又由于接在运放的反相输入端,所以其结果是反相的负半周，紧接着与一个加法器连接，利用同相输入端把输入的交流信号与半波整流的信号的两倍相加以得到全波正向信号。所述全波正向信号与A/D转换模块连接；该A/D转换模块采用芯片型号为ADC0809，该芯片ADC0809输出端与单片机AT89C51的I/O口连接；所述ADC0809芯片外接频率为500kHz的时钟信号。所述电压互感器为电磁感应式电压互感器。所述红外传感器模块中包括型号为MLX90615高精度测温芯片。所述红外传感器模块以SMBus方式连接到单片机控制模块，所述MLX90615芯片中SDA和SCL引脚与单片机AT89C51的I/O口进行连接，并通过20kΩ的上拉电阻与供电电压3.3V相连。所述三相电压监测模块采用三台单相互感器组成三相电压互感器，并通过顺序连接熔断器、继电器常开触点与三相母线连接。

下面详细描述三相相电流监测模块、三相相电压监控模块以及温度监测模块的结构构造及其工作原理。

三相相电流监测模块工作原理及其结构请参考说明书附图3-6所示。

本发明设计的三相相电流监测模块通过对三相电流的采样,经过处理得到电流的实时值,利用单片机对数据进行处理和计算,把结果实时地显示在LCD上,比较观察显示电流的数据,以检测电气箱设备中三相电流的工作状况。

三相相电流监测模块包括依次电连接的开口式电流互感器、信号调理模块、单片机控制模块。

所述开口式电流互感器对电气箱中的三相电流信号的采集，将电流信号转换为电压信号，并通过信号调理模块中的A/D转换器将模拟信号转变为数字信号后传输给单片机控制模块，通过单片机控制模块将采集的电流信号显示在LCD液晶屏上。

上述工作原理进一步描述如下：请参见如图4所示,该电路图为电流互感器采集到三相电流后将电流信号转变为电压信号的转换电路原理图，此电路原理采用LM324集成运算放大器作为电流变换的主要元件,电流变换后的电压可以根据反馈电阻R3的大小来控制，要求反馈用的电阻R1，R2，R3采用精密电阻，LM324集成运算放大器的输入端加入两个反向的二极管的目的是保护运放。

通过上述电路将相电流转换为电压信号，由于转换的电压信号比较弱，因此必须对该电压信号进行信号处理以增强信号强度。具体电路结构请参考附图5所示，该电路原理图首先利用运算放大器实现半波整流，使交流信号仅仅保留负半周，又由于接在运放的反相输入端,所以其结果是反相的负半周，紧接着是一个精密的加法器，其利用同相输入端把输入的交流信号与半波整流的信号的两倍相加,最后得到全波的正方向的信号。该电路原理图中采用的运算放大器可选用型号为op07芯片或741芯片等。

经过图4-5所示电路图对采集的电流信号进行处理以形成稳定可靠的电压信号后，将对其进行A/D转换，本发明采用的A/D转换芯片型号采用ADC0809，该芯片ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑CMOS组件,它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机AT89C51直接接口，此外，因ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号必须由外界提供,通常使用的频率为500kHz。

本发明采用的开口式电流互感器，其变比是2000：1,也就是说，如果一次侧输入的电流为5A,则二次侧的电流有效值为2.5mA,由于AD采样的输入电压要求在0.3～5V之间,所以其采样电阻为1k欧。单片机用12MHz的晶振,ALE端口会发出固定的6分频的时钟频率,即2MHz,所以需要在外部连接一个4分频的电路；可以选择两个单独的D触发器,如74LS74完成分频目的。

此外，由于采用多路开关来选择三相电流的A、B、C相，所以要分时利用AD的转换资源,因此存在三相交流分时、分通道的问题，因此本发明采用在一周期内,即50Hz内可以采样66个采样点，考虑采样的可靠性，一个周期每相取50个采样点。若将电压有效值公式：

离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电压值，则有：

式中：ΔT_m为相邻两次采样的时间间隔，Um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N为1个周期的采样点数；若相邻两采样的时间间隔相等，即ΔT_m为常数ΔT，考虑到N＝(T/ΔT)+1，则有

式(2)就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式。利用上面的电压公式计算采样值，可以分析每周期每相采样50个点对采样精度的影响，同时求出平均值然后与理论计算值比较，找出误差的平均值以补偿输出信号，通过LCD显示屏显示电流幅值的有效值。

温度监测模块的工作原理及其结构，请参考说明书附图7-9所示。

本实用新型采用温度监测模块中包括Melexis公司生产的高精度的测温芯片，其型号为：MLX90615，该芯片内部结构由红外温度传感器、低噪声放大器、A/D转换器、DSP单元、脉宽调制电路及逻辑控制电路构成(参见图8所示)，热电偶输出的温度信号经过内部运算放大器后送给模/数转换器，其输出的16位数字量经过低通滤波器处理后输出，该输出作为测量结果保存内部RAM单元中，可以通过SMBus读取；同时其测量结果送到后级数字式脉冲宽度调制电路，将测试结果以PWM方式输出。红外传感器选择以SMBus方式连接到单片机，其连接电路原理图请参考图9所示，其中：MLX90615芯片中SDA和SCL引脚与单片机I/O口进行连接，并通过20kΩ的上拉电阻与供电电压3.3V相连。

单片机通过给红外传感器发送命令，可以将数据写入传感器内部的EEPROM，也可以将RAM中存储的温度数据读出，当红外传感器MLX90615接收外部红外信号，经传感器内部处理之后，输出数字量的温度信号给单片机，单片机将读取的数据进行处理后将温度数据在LCD1602上进行显示。由于温度采集信号方向为单片机指向液晶模块，所以，使能端/OE接地，DIR端与VCCA端相连。LCD1602的数据和控制端口通过SN74LVCC3245A芯片转换后与单片机I/O口相连。

此外，在温度监测模块中，需要对AT89 C51单片机和红外传感器MLX90615进行3.3V供电，而液晶显示模块LCD1602需要的供电电压为5V。电源设计采用9V电池进行供电，以增加红外测温仪的便携性。采用2个LM317将9V的电池电压分别转换为5V和3.3V，以满足对2种供电电压的需求。

相电压监测模块工作原理及其结构请参考说明书附图10所示。

为了节省设计成本，本发明设计的相电压检测模块包括电压互感器以及电压表，通过电压互感器采集相电压，并将采集的相电压信号直接与电压表连接以显示三相电压。

具体电路参见说明书附图10所示。本实用新型采用三台单相互感器组成三相电压互感器，并通过顺序连接熔断器、继电器常开触点与三相母线连接。由于电压互感器本身阻抗小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈，为此，电压互感器原边接有熔断器以及继电器开关，其副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成设备事故。此外，本实用新型电压互感器的接法采用三相三柱互感器的接线方式，这种接法优点是由于高压侧中性点接地，所以可降低绝缘水平，降低成本，电压互感器组是按照相压设计的，既可以测量线电压又可以测量相电压；此外，二次侧开口三角形的辅助绕组可供绝缘监视用。

本实用新型主要用于重大活动现场、重要场所内不具备安装条件监测装置的老设备、临时设备运行状态监测装置，也可用于设备的故障分析及状态评估。此装置结构简单、便携式强、测量数据全面、性价比高等特点，在应对各类重大活动保障中可根据需要随时对相应设备进行实时监测，随时掌握设备运行参数，使服务保障工作向科学化、智能化水平过度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.移动式电气设备在线监测装置，包括箱体，检测表笔，所述箱体的面板上设置有三相电流、三相电压测试端口，温度测试端口，液晶显示器，电源开关，电源指示灯，电压表；所述箱体内部包括电源模块，三相相电流监测模块、三相相电压监测模块，温度监测模块；其特征为：所述电源模块通过电源开关、快速可恢复保险管与三相电中一相连接，所述电源开关还与电源指示灯连接；各个所述监测模块分别与箱体面板上的各个测试端口连接，所述检测表笔可与上述测试端口连接；其中，所述三相相电流监测模块包括依次电连接的开口式电流互感器、信号调理模块；所述三相相电压监测模块包括电压互感器和与电压互感器二次侧连接的电压表；所述温度监测模块包括红外传感器模块；所述三相相电流监测模块中的信号调理模块以及所述温度监测模块中的红外传感器模块与单片机控制模块连接；所述单片机控制模块与LCD液晶显示器连接。

2.根据权利要求1所述的移动式电气设备在线监测装置，其特征为：所述开口式电流互感器输出端与LM324集成运放连接，该集成运放的输入端加入两个反向的二极管起到保护运放的作用；集成运放输出端与负端输入连接的反馈电阻采用精密电阻。

3.根据权利要求2所述的移动式电气设备在线监测装置，其特征为：所述LM324集成运放输出端输出的信号首先利用第一运算放大器实现半波整流，使交流信号仅仅保留负半周，又由于接在运放的反相输入端,所以其结果是反相的负半周，紧接着与一个加法器连接，利用同相输入端把输入的交流信号与半波整流的信号的两倍相加以得到全波正向信号。

4.根据权利要求3所述的移动式电气设备在线监测装置，其特征为：所述全波正向信号与A/D转换模块连接；该A/D转换模块采用芯片型号为ADC0809，该芯片ADC0809输出端与单片机AT89C51的I/O口连接；所述ADC0809芯片外接频率为500kHz的时钟信号。

5.根据权利要求1所述的移动式电气设备在线监测装置，其特征为：所述电压互感器为电磁感应式电压互感器。

6.根据权利要求1所述的移动式电气设备在线监测装置，其特征为：所述红外传感器模块中包括型号为MLX90615高精度测温芯片。

7.根据权利要求6所述的移动式电气设备在线监测装置，其特征为：所述红外传感器模块以SMBus方式连接到单片机控制模块，所述MLX90615芯片中SDA和SCL引脚与单片机AT89C51的I/O口进行连接，并通过20kΩ的上拉电阻与供电电压3.3V相连。

8.根据权利要求1所述的移动式电气设备在线监测装置，其特征为：所述三相电压监测模块采用三台单相互感器组成三相电压互感器，并通过顺序连接熔断器、继电器常开触点与三相母线连接。

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