專利名稱：水泵智能啟動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種當(dāng)出現(xiàn)偏離正常工作條件的不希望有的變化時(shí)能完成自動(dòng)切換的用于水泵電動(dòng)機(jī)的緊急保護(hù)電路裝置，具體地說(shuō)，涉及一種水泵智能啟動(dòng)控制器。
背景技術(shù)：
水泵在使用中配制啟動(dòng)保護(hù)控制器，一般都需專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)、組柜或特制等。這種啟動(dòng)保護(hù)控制器都是采用機(jī)電元器件連接構(gòu)成，僅只對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)單一或簡(jiǎn)單的啟動(dòng)、控制和保護(hù)，其缺點(diǎn)是功能不全、工作可靠性不高以致常出現(xiàn)誤動(dòng)作，不能理想地實(shí)施保護(hù)功能，此外還存在著體積大質(zhì)量重、工藝粗糙、成本高、控制多臺(tái)水泵困難等問題。還有些小功率水泵根本不配備啟動(dòng)保護(hù)控制器，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)。由于上述方面的原因，造成水泵燒壞或其它方面損壞的事故和故障頻繁出現(xiàn)，影響了生產(chǎn)和工作的正常進(jìn)行。
我國(guó)市場(chǎng)上每年銷售水泵達(dá)7000萬(wàn)臺(tái)以上，且每年以10％的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)甚至更高，但因水泵出現(xiàn)故障而引起的泵損壞現(xiàn)象，導(dǎo)致廠家三包費(fèi)用顯著增加，廠家多年來(lái)為尋求一種性能優(yōu)良的產(chǎn)品而努力，但久久不能如愿。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的，乃是為了解決現(xiàn)有水泵啟動(dòng)保護(hù)控制器存在著的功能不全、工作可靠性不高、體積大、質(zhì)量重、成本高以及多臺(tái)水泵控制困難等問題，提供一種功能齊全、工作可靠、體小量輕且成本較低的水泵智能啟動(dòng)控制器。
本實(shí)用新型的解決方案如下。參見圖1本實(shí)用新型電原理方框圖，本實(shí)用新型由中央處理電路1，干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2，相位檢測(cè)電路3，低絕緣漏電檢測(cè)電路4，存貯電路5，液位或壓力檢測(cè)電路6，負(fù)載控制輸出電路7，輸入輸出接口電路8、電源輸入電路9，欠壓或過壓檢測(cè)電路10，人機(jī)界面電路11連接組成，其中干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2的輸出端與中央處理電路1的輸入端口相接，相位檢測(cè)電路3的輸出端與中央處理電路1的輸入端口相連，低絕緣漏電檢測(cè)電路4的輸出接口與中央處理電路1的輸入端口相接，存貯電路5的輸入輸出端口與中央處理電路1的I/O端口相連，液位或壓力檢測(cè)電路6的輸出端與輸入輸出接口電路8的輸入端口相連，負(fù)載控制輸出電路7的控制端與中央處理電路1的輸出端口相接，輸入輸出接口電路8的輸出端與中央處理電路1的輸入端口相連，欠壓或過壓檢測(cè)電路10的輸出端口與中央處理電路1的輸入端口相接，人機(jī)界面電路11的輸入輸出端口與中央處理電路1的I/O端口相連，電源輸入電路9的電源輸出端向整機(jī)各電路提供直流工作電源。
具有上述電路結(jié)構(gòu)的本實(shí)用新型可裝設(shè)在幾塊印制電路板上并置于水泵智能啟動(dòng)控制器的外殼內(nèi)，通過導(dǎo)線與水泵相連構(gòu)為一體，同時(shí)將電源輸入電路9、負(fù)載控制輸出電路7、干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2、相位檢測(cè)電路3、低絕緣漏電檢測(cè)電路4與A、B、C三相電源作相應(yīng)連接，將負(fù)載控制輸出電路7的電源輸出端與水泵電機(jī)12的三相電源輸入端作相應(yīng)連接，將液位或壓力檢測(cè)電路6外接水泵管道的下水位和(或)上水位(如果是壓力控制需接壓力表)，此時(shí)智能水泵控制器便能控制水泵的運(yùn)行和保護(hù)。
其工作原理是，三相交流電源經(jīng)電源輸入電路9處理后形成穩(wěn)定的直流電源VCC，給整機(jī)各電路提供所需的直流工作電壓。在正常工作狀態(tài)下(自動(dòng)是根據(jù)液位或壓力檢測(cè)，手動(dòng)是根據(jù)人為操作按鍵)，中央處理電路1送給負(fù)載控制輸出電路7的控制信號(hào)使負(fù)載控制輸出電路7輸出三相電源電壓給水泵電機(jī)12，控制水泵的正常工作運(yùn)行。人機(jī)界面電路11顯示水泵的工作電壓和工作電流，在運(yùn)行中，干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2可隨時(shí)檢測(cè)出工作的負(fù)載電流并送給中央處理電路1進(jìn)行分析，當(dāng)水泵發(fā)生干轉(zhuǎn)、過流或負(fù)載短路時(shí)，中央處理電路1便發(fā)出指令給負(fù)載控制輸出電路7，使其迅速切斷水泵電機(jī)12的三相電源，從而及時(shí)停止水泵運(yùn)行以獲得及時(shí)的保護(hù)。相位檢測(cè)電路3檢測(cè)到缺相或錯(cuò)相時(shí)，相位檢測(cè)電路3便迅速將檢測(cè)信號(hào)送給中央處理電路1，由中央處理電路1發(fā)出指令控制負(fù)載控制輸出電路7，使其迅速切斷水泵電機(jī)12的三相電源，避免水泵缺相和錯(cuò)相運(yùn)行以保護(hù)水泵。低絕緣漏電檢測(cè)電路4隨時(shí)檢測(cè)水泵的漏電電流，當(dāng)在運(yùn)行中，當(dāng)漏電電流超過安全電流時(shí)，低絕緣漏電檢測(cè)電路4及時(shí)把漏電信號(hào)送給中央處理電路1，中央處理電路1迅速發(fā)出指令給負(fù)載控制輸出電路7，立即切斷水泵電機(jī)12的三相電源供給，從而停止水泵繼續(xù)運(yùn)行，保護(hù)人的生命安全和防止意外事故發(fā)生。欠壓或過壓檢測(cè)電路10隨時(shí)檢測(cè)輸入的三相電源電壓A、B、C是否正常，當(dāng)在運(yùn)行中，當(dāng)三相電源電壓過高或過低，欠壓或過壓電路10及時(shí)把過壓或欠壓信號(hào)送給中央處理電路1，中央處理電路1迅速發(fā)出指令給負(fù)載控制輸出電路7，立即切斷水泵電機(jī)12的三相電源，從而停止水泵繼續(xù)運(yùn)行，防止水泵電機(jī)在過壓或欠壓狀態(tài)下運(yùn)行，達(dá)到保護(hù)水泵電機(jī)的目的。存貯電路5的作用是隨時(shí)存貯水泵電機(jī)12在運(yùn)行過程中的工作狀態(tài)參數(shù)，以備使用者查驗(yàn)；同時(shí)還存貯了正常時(shí)的工作狀態(tài)參數(shù)，以與異常情況進(jìn)行比較。液位或壓力檢測(cè)電路6的作用是隨時(shí)檢測(cè)管網(wǎng)的液位或壓力狀態(tài)，將信息經(jīng)過輸入輸出接口電路8送予中央處理電路1，中央處理電路1根據(jù)管網(wǎng)的液位或壓力發(fā)出指令給負(fù)載控制輸出電路7，切斷或接通水泵電機(jī)12的三相電源，使水泵停止或運(yùn)行。輸入輸出接口電路8對(duì)于有些水泵電機(jī)需要超溫保護(hù)等功能而預(yù)留有接口，使水泵的保護(hù)更加可靠和完美。人機(jī)界面電路11及時(shí)接受中央處理電路1的水泵運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，在人機(jī)界面當(dāng)中通過LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示水泵電機(jī)工作電流、工作電壓及管道壓力，通過LED指示各種運(yùn)行狀態(tài)和不同故障并采用蜂鳴器報(bào)警，通過人機(jī)界面的輕觸按鍵輸入工作指令，并使本裝置依照輸入的指令進(jìn)行控制和保護(hù)水泵電機(jī)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有水泵啟動(dòng)保護(hù)器相比，具有如下有益效果(1)實(shí)現(xiàn)了功能齊全的智能保護(hù)，它能對(duì)短路、過流、干轉(zhuǎn)、三相不平衡、缺相、錯(cuò)相、欠壓、過壓等故障進(jìn)行智能判斷和完備的智能保護(hù)，并在過流、干轉(zhuǎn)、三相不平衡、欠壓、過壓故障消除后自動(dòng)進(jìn)行智能恢復(fù)。(2)能實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)水泵的控制和保護(hù)。(3)工作性能穩(wěn)定可靠，故障率低。(4)體小量輕，整合設(shè)計(jì)，產(chǎn)品成本降低；安裝方便。


圖1為本實(shí)用新型的電路原理方框圖；圖2和圖3組合起來(lái)成為圖1本實(shí)用新型的一種具體電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2及圖3。本實(shí)用新型的中央處理電路1由中央處理器U4、電阻R19與R20及電容C14至C16連接組成；干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2由電流互感器L1、二極管D5、電阻R16與R17及電容C7與C12連接組成；相位檢測(cè)電路3由電流互感器L1、二極管D5、電阻R16與R17、電容C7與C12、電流互感器L2、二極管D6、電阻R14與R15、電容C15與C8、電流互感器L3、運(yùn)算放大器U1B、穩(wěn)壓管Z1、可調(diào)電阻VR1、電阻R8至R12、電阻R40、電容C9與C10、電容C18連接組成；低絕緣漏電檢測(cè)電路4由電流互感器L5、二極管D7至D9、穩(wěn)壓管Z2、電阻R25至R31、電阻R35、可調(diào)電阻VR2、電容C19與C20及運(yùn)算放大器U2A與U2B連接組成；存貯電路5由存貯器U5及電阻R32連接組成；液位或壓力檢測(cè)電路6由電阻R61至R71、輕觸按鍵開關(guān)S1、電容C31與C32，穩(wěn)壓管Z31與Z32、三極管T31與T32、運(yùn)算放大器U1A及接線端子J5連接組成；負(fù)載控制輸出電路7由三極管T4與T5和T7、二極管D4、電阻R6與R7、電阻R22與R23、繼電器REA-1、交流接觸器CJX及接線端子J2連接組成；輸入輸出接口電路8由移位寄存器U6、排阻REN1與REN2、穩(wěn)壓管Z5至Z8、二極管D10至D13、輕觸按鍵開關(guān)S2至S4、電阻R34、電阻R36至R39及電容C21至C24連接組成；電源輸入電路9由電源變壓器TR1、二極管D1至D3、電阻R1至R5、電阻R21與R24、電容C1至C6、電容C17與C33、三極管T1至T3、三端集成穩(wěn)壓芯片U11、定時(shí)器U3及接線端子J1連接組成；欠壓或過壓檢測(cè)電路10由電阻R13與R18和電容C13連接組成；人機(jī)界面電路11由中央處理器U7、移位寄存器U8與U9、定時(shí)器U10、發(fā)光二極管LED1至LED11、電阻R100至R137、電容C100至C106、三極管T100至T104、輕觸按鍵開關(guān)S5、數(shù)碼管BG1與BG2、三極管T6、蜂鳴器SP1及電阻R33連接組成。
干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2的電阻R16、R17和C12的共連端與中央處理電路1的U4的第18腳相接；相位檢測(cè)電路3三個(gè)輸出端，即R16、R17和C12的共連端，R14、R15和C11的共連端，R11和C18的共連端，分別與中央處理電路1的U4的第18腳、第1腳及第2腳相連；低絕緣漏電檢測(cè)電路4的U2A的第1腳和R31的共連端與中央處理電路1的U4的第3腳相接；存貯電路5的U5的第5腳與中央處理電路1的U4的第11腳相連；液位或壓力檢測(cè)電路6的R65的一端、S1的一端分別與輸入輸出接口電路8的R37的一端和U6的第1腳相接；負(fù)載控制輸出電路7的R22和R23的共連端與中央處理電路1的U4的第6腳相接；輸入輸出接口電路8的U6的第3腳和第10腳分別與中央處理電路1的U4的第10腳和第7腳相接；欠壓或過壓檢測(cè)電路10的R13和R18及C13的共連端與中央處理電路1的U4的第17腳相接；人機(jī)界面電路11的U8和U9的第3腳、第1腳、R33的一端及R113的一端，分別與中央處理電路1的U4的第7腳、第8腳、第13腳及第9腳相接；電源輸入電路9的U1的輸出端Vcc分別與中央處理電路1的R19和R20及U4第14腳的共連端、低絕緣漏電檢測(cè)電路4的U2A和U2B的第8腳、存貯電路5的U5的第8腳、輸入輸出接口電路8的排阻REN1和REN2的第1腳及R34的一端相接，該輸出端Vcc還分別與人機(jī)界面電路11的U10的第4腳和第8腳、T103的發(fā)射極、LED1至LED11的正極、R111和R134的一端及C100的一端相接；電源輸入電路9的D1和D2的+12V輸出端分別與相位檢測(cè)電路3的U1B的第8腳、液位或壓力檢測(cè)電路6的U1A第8腳、T31的發(fā)射極、R63和R63的共連端、負(fù)載控制輸出電路7的R6和R7及REA-1的線包的共連端、欠壓或過壓檢測(cè)電路10的R13的一端相接。
U1A、B和U2A、B的型號(hào)均為L(zhǎng)M358，U3、U10的型號(hào)均為NE555，U4、U7的型號(hào)為EM7815P，U5的型號(hào)為W2401，U6的型號(hào)為CD4021，U8、U9的型號(hào)為CD4094，U11的型號(hào)為L(zhǎng)G7805。BG1和BG2的型號(hào)均為ULT-5361AS。
圖2和圖3中的元器件可裝設(shè)在幾塊印制電路板上置于水泵智能啟動(dòng)器的外殼內(nèi)，通過導(dǎo)線與水泵相連構(gòu)為一體。同時(shí)將電源輸入，讓三相電源A、B、C一起穿過低絕緣漏電檢測(cè)電路4的電流互感器L5，以使L5感應(yīng)出水泵電機(jī)的漏電電流；讓A相電源線穿過干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2的電感線圈L1，以使L1感應(yīng)流過A相的負(fù)載電流；讓B、C相穿過相位檢測(cè)電路3中L2、L3，以使L2、L3感應(yīng)流過B、C相的負(fù)載電流并與干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2一起形成相位檢測(cè)電路3；將負(fù)載控制輸出電路7的三個(gè)輸出端AOUT、BOUT及COUT分別與水泵電機(jī)12的三個(gè)電源輸入端相接；將液位或壓力檢測(cè)電路6的J5外接水泵管道的下水位和(或)上水位等(如果是壓力控制需接壓力表)，形成控制回路，J5的具體接法是，端子1、2、3分別接下水池的下止點(diǎn)、上止點(diǎn)和公共端，端子4、5、6分別接上水箱的下止點(diǎn)、上止點(diǎn)和公共端。圖2和圖3中的電路分別通過接插件J3和J4相連接，其中J3-1與J3-2相插接，J4-1與J4-2相插接。
工作時(shí)，A、B相電源經(jīng)電源變壓器TR1和D1、D2整流和C1濾波后，再經(jīng)和U11穩(wěn)壓和U3控制，給整機(jī)電路提供直流工作電壓VCC和+12V電源。在正常工作狀態(tài)下，U4從第6腳送給三極管T7的控制信號(hào)是使REA-1吸合，控制交流接觸器CJX動(dòng)作，以輸出三相電源電壓給水泵電機(jī)，使水泵電機(jī)正常運(yùn)行。在運(yùn)行中，L5可及時(shí)檢測(cè)水泵的漏電電流送予U4，當(dāng)漏電電流超過安全電流時(shí)，U4迅速發(fā)出指令給T7，使中間繼電器REA-1釋放，控制CJX動(dòng)作，立即切斷水泵電機(jī)的三相電源供給，從而停止水泵繼續(xù)運(yùn)行，保護(hù)人的生命安全和防止意外事故發(fā)生。L1可及時(shí)檢測(cè)出工作時(shí)的負(fù)載電流，經(jīng)D5、C7及R16處理后送給U4第18腳，供U4進(jìn)行分析比較，當(dāng)水泵發(fā)生電機(jī)干轉(zhuǎn)、過流或負(fù)載短路時(shí)，U4便發(fā)出指令給T7，控制REA-1釋放，且CJX動(dòng)作，使其切斷水泵電機(jī)三相電源供給，從而停止水泵繼續(xù)運(yùn)行以及獲得及時(shí)保護(hù)。由L1、L2、L3等共同組成的相位檢測(cè)電路，在啟動(dòng)水泵或運(yùn)行中檢測(cè)到缺相或錯(cuò)相時(shí)，便將檢測(cè)信號(hào)通過U4第18腳、第1腳和第2腳送入U(xiǎn)4，由U4發(fā)出指令控制T7，控制REA-1釋放，且CJX動(dòng)作，使其切斷水泵電機(jī)三相電源供給，從而停止水泵繼續(xù)運(yùn)行以及獲得及時(shí)保護(hù)。欠壓或過壓檢測(cè)通過R13、R18將過壓或欠壓信號(hào)送給U4的17腳，當(dāng)有過壓或欠壓時(shí)由U4發(fā)出指令控制T7，控制REA-1釋放，且CJX動(dòng)作，使其切斷水泵電機(jī)三相電源供給，從而停止水泵繼續(xù)運(yùn)行以及獲得及時(shí)保護(hù)。U5通過其第5腳與U4相配合，其作用是隨時(shí)貯存水泵電機(jī)運(yùn)行過程中的工作狀態(tài)參數(shù)，以備使用者查驗(yàn)；同時(shí)U5還存貯了正常時(shí)的工作狀態(tài)參數(shù)，以與異常情況進(jìn)行比較。
權(quán)利要求1.一種水泵智能啟動(dòng)控制器，其特征在于，它由中央處理電路(1)，干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路(2)，相位檢測(cè)電路(3)，低絕緣漏電檢測(cè)電路(4)，存貯電路(5)，液位或壓力檢測(cè)電路(6)，負(fù)載控制輸出電路(7)，輸入輸出接口電路(8)、電源輸入電路(9)，欠壓或過壓檢測(cè)電路(10)，人機(jī)界面電路(11)連接組成，其中干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路(2)的輸出端與中央處理電路(1)的輸入端口相接，相位檢測(cè)電路(3)的輸出端與中央處理電路(1)的輸入端口相連，低絕緣漏電檢測(cè)電路(4)的輸出接口與中央處理電路(1)的輸入端口相接，存貯電路(5)的輸入輸出端口與中央處理電路(1)的I/O端口相連，液位或壓力檢測(cè)電路6的輸出端與輸入輸出接口電路(8)的輸入端口相連，負(fù)載控制輸出電路(7)的控制端與中央處理電路(1)的輸出端口相接，輸入輸出接口電路(8)的輸出端與中央處理電路(1)的輸入端口相連，欠壓或過壓檢測(cè)電路(10)的輸出端口與中央處理電路(1)的輸入端口相接，人機(jī)界面電路(11)的輸入輸出端口與中央處理電路(1)的I/O端口相連，電源輸入電路(9)的電源輸出端向整機(jī)各電路提供直流工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泵智能啟動(dòng)控制器，其特征在于，中央處理電路(1)由中央處理器U4、電阻R19與R20及電容C14至C16連接組成；干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2由電流互感器L1、二極管D5、電阻R16與R17及電容C7與C12連接組成；相位檢測(cè)電路(3)由電流互感器L1、二極管D5、電阻R16與R17、電容C7與C12、電流互感器L2、二極管D6、電阻R14與R15、電容C15與C8、電流互感器L3、運(yùn)算放大器U1B、穩(wěn)壓管Z1、可調(diào)電阻VR1、電阻R8至R12、電阻R40、電容C9與C10、電容C18連接組成；低絕緣漏電檢測(cè)電路(4)由電流互感器L5、二極管D7至D9、穩(wěn)壓管Z2、電阻R25至R31、電阻R35、可調(diào)電阻VR2、電容C19與C20及運(yùn)算放大器U2A與U2B連接組成；存貯電路(5)由存貯器U5及電阻R32連接組成；液位或壓力檢測(cè)電路(6)由電阻R61至R71、輕觸按鍵開關(guān)S1、電容C31與C32，穩(wěn)壓管Z31與Z32、三極管T31與T32、運(yùn)算放大器U1A及接線端子J5連接組成；負(fù)載控制輸出電路(7)由三極管T4與T5和T7、二極管D4、電阻R6與R7、電阻R22與R23、繼電器REA-1、交流接觸器CJX及接線端子J2連接組成；輸入輸出接口電路(8)由移位寄存器U6、排阻REN1與REN2、穩(wěn)壓管Z5至Z8、二極管D10至D13、輕觸按鍵開關(guān)S2至S4、電阻R34、電阻R36至R39及電容C21至C24連接組成；電源輸入電路(9)由電源變壓器TR1、二極管D1至D3、電阻R1至R5、電阻R21與R24、電容C1至C6、電容C17與C33、三極管T1至T3、三端集成穩(wěn)壓芯片U11、定時(shí)器U3及接線端子J1連接組成；欠壓或過壓檢測(cè)電路(10)由電阻R13與R18和電容C13連接組成；人機(jī)界面電路(11)由中央處理器U7、移位寄存器U8與U9、定時(shí)器U10、發(fā)光二極管LED1至LED11、電阻R100至R137、電容C100至C106、三極管T100至T104、輕觸按鍵開關(guān)S5、數(shù)碼管BG1與BG2、三極管T6、蜂鳴器SP1及電阻R33連接組成。
專利摘要水泵智能啟動(dòng)控制器由中央處理電路1，干轉(zhuǎn)、過流和短路檢測(cè)電路2，相位檢測(cè)電路3，低絕緣漏電檢測(cè)電路4、存貯電路5，液位或壓力檢測(cè)電路6，負(fù)載控制輸出電路7，輸入輸出接口電路8，電源輸入電路9，欠壓或過壓檢測(cè)電路10及人機(jī)界面電路11連接組成。電路元器件裝設(shè)在印制板上并置于水泵智能啟動(dòng)控制器的外殼內(nèi)，通過導(dǎo)線與水泵相連構(gòu)為一體，負(fù)載控制輸出電路7的輸出端與水泵電機(jī)12的電源輸入端相接。本實(shí)用新型能對(duì)水泵發(fā)生的短路、過流、干轉(zhuǎn)、三相不平衡、缺相、錯(cuò)相、欠壓、過壓等故障進(jìn)行完備的智能判斷、智能保護(hù)和智能恢復(fù)。其工作性能穩(wěn)定可靠，故障率低；體小量輕，整合設(shè)計(jì)，產(chǎn)品成本低；并可對(duì)多臺(tái)水泵進(jìn)行控制和保護(hù)。
文檔編號(hào)H02H7/08GK2672933SQ20032012414
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者彭勇, 浣軍 申請(qǐng)人:彭勇, 浣軍