基于单片机的电机保护装置的设计新增

2021-04-25 13:21:40本页面

基于单片机的电机保护装置的设计新增


【正文】

陕西理工学院毕业设计论文 基于单片机的电机保护器设计 [摘要]传统的电机过载保护采用热继电器,随着电子技术的发展,用微处理器来计算负荷不仅能够迅速反应电动机各种故障,而且很容易加入其它控制条件。为了实现电动机保护装置更精确、更灵敏的特点,文章设计了一款基于单片机的保护器。以单片机为核心的电动机保护系统与传统的保护电路相比操作简单、易于控制、灵敏度和可靠性均优于后者。整套装置包括了:主控制芯片、数据采集单元、显示单元和等模块电路,准确性和使用率均在一定程度上有所提高,实现了对电动机过流和过载等的有效保护。 [关键词]电动机;单片机;保护电路;智能监控 1 DesignofMotorsIntegratedProtectorBasedonMCU [Abstract]Thetraditionalmotoroverloadprotectionadoptsthermalrelay。

withthedevelopmentofelectronictechnology,usemicroprocessorstocalculateloadcannotonlyrapidreactionmotorandeasytovariousfaultjoinedothercontrolconditions.Inordertorealizethemotorprotectiondevicemoreaccurate,moresensitivecharacteristic,thearticledesignedabasedonMCUprotector.Ismainlycomposedofthemotorprotectionsystemandthetraditionalprotectioncircuitscomparedwithsimpleoperation。

easytocontrol,sensitivityandreliabilityisbetterthanthelatter.Acompletesetofequipmentincludes:theLordcontrolchip,dataacquisitionunit,displayunitandmodulecircuit,accuracyandutilizationaretoacertainextent,canimprovetheflowofthemotorandoverloadeffectiveprotection. [Keywords]Motor;MCU;Protectioncircuit;

Intelligentmonitoring. 目录 1.绪论 1 1.1选题背景和意义 1 1.2电机保护技术的发展与现状 2 2.系统总体设计 4 2.1系统整体设计 4 2.2系统工作原理 5 2.3系统功能特点 6 3.系统硬件设计 7 3.1设计原理 7 3.2中央处理器部分 7 3.3信号采集及处理 13 3.3.1信号的采样周期分析 13 3.3.2精密整流电路 14 3.3.3信号硬件滤波的设计 15 3.4液晶显示部件 16 3.5ADC0808的A/D转换器 17 4.电动机常见故障特征分析 19 4.1过电流保护 19 4.2过载保护 20 4。

3过热保护 22 4.4缺相保护 23 4.5漏电保护 24 5.系统软件设计 26 5.1保护器动作流程图 26 5.2软件算法流程图 27 6.结束语 28 致谢 29 参考文献 30 I 1.绪论 1.1选题背景和意义 电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。电动机把电能转换为机械能,用来驱动各种用途的生产机械和其他装置,以满足不同的需求。电动机作为原动机已广泛应用于各行各业,大至冶金企业使用的高达上万千瓦的电动机,小至小功率电动机,乃至几瓦的微电动机。在各类原动机中,电动机的容量已超过总容量的60%。随着社会经济的日益发展,自动化水平的提高,电能的应用和发展越来越具有重要的位置。

作为电能转化为机械能的重要工具,电动机在人们日常生活中也越来越重要。三相交流电动机正朝着功率与体积之比越来越大的方向发展,一些外形尺寸小、效率高、功率大的电动机陆续出现。为了安全可靠地运行这些电机,对电动机的保护系统提出了越来越高的要求。电动机保护系统必须正确无误地保护电动机,使电动机在允许的热极限负载范围内工作,减少电动机损坏事故的发生。电动机和供电线路的短路必须能迅速检测出来,使得短路影响减小到最小。对于频繁起动的电动机要能准确地模拟其发热和散热过程。在一些大型的自动控制系统中,还要求对电动机组进行集中控制和状态监控。为了满足这些要求,本设计将开发一种新型的采用微处理器技术的电动机保护装置。 本设计所开发的电动机保护装置。

可实现对电动机的保护与监控的自动化,是电动机保护系统的发展趋势。由于采用了微处理技术,保护参数可由用户根据电动机型号和环境条件设定,而且还可以提供数字电路接口,为大系统的智能控制提供了条件。它的制成可对电动机进行准确保护和监控,即可使电动机的过载能力得到充分的利用,还可减少电动机烧毁事故的发生,对国民经济的发展具有重要的意义。由于现代电动机设计、生产技术的提高,电动机的体积越来越小,导致电机内部电流密度显著增加;再加上现代化的生产工艺往往要求电动机经常在频繁的启动、制动、正反转以及变负荷等多种状态下切换运行,电动机出现故障的概率更加难以确定,故障后导致的后果也更加严重。因此,无论从安全的角度还是从经济的角度来看。

电动机保护器的研究有着深远的意义。 1.2电机保护技术的发展与现状 随着机械、电子、控制和信息技术的发展,保护器也在不断的改进和发展,总体趋势是体积越来越小、重量越来越轻、控制越来越复杂、功能越来越强大、保护越来越可靠,同时还逐渐向网络化方向发展。 1、以热继电器为主的组合保护方式 中小型电机保护采用熔断器、接触器和断路器及热继电器的组合。在建国初期,我们引进了苏联的JR系列热继电器,从而开始了其在中国电动机保护行业中长达半个世纪的生涯,直到1996年国家八部委联合发文强制将其淘汰。热继电器存在致命的缺陷,包括整定粗糙、受环境影响大、重复性差、误差大及功能单一等,已无法满足由于电机速断保护的定值必须躲开电动机的自起动电流。

而反时限和定时限的整定延时又必须躲开电动机的自起动时间的要求。 2、模拟电子式保护方式 随着现代电子工业的发展,一批新型的电子式多功能保护应运而生,电子式保护是由晶体管型发展至集成电路型的。最有代表型的是1982年前后淮南矿业学院开发的JDB系列保护器,该保护器具有过载、断相、短路以及漏电闭锁等功能,相对热继电器保护更加可靠。其原理包含两方面:一是检测电流值反映过载、短路及堵转等以过流为特征的故障;二是通过检测电机电压或电流是否缺相来反应断相故障。供了较可靠的保障。但这类产品仍存在一些无法克服的缺陷,包括如下几个方面: (a)整定精度不高,模拟电子式电动机保护器均采用电位器进行额定电流的整定。

然而要使电位器滑动臂的旋转角度与其阻值成较好的线形关系比较困难,特别是在大批量生产中更是难以做到,另外,操作者的整定误差也是难以避免的,特别是对于那些没有设定值显示的产品。 (b)采样精度不高,模拟线路对电流互感器的非线性问题束手无策,即使可以校正也会使线路变得非常复杂,甚至无法实际使用,因而大部分厂家只好将非线性问题依赖于提高电流互感器的线性,而实际上要想由矽钢片做成的电流互感器在很宽的范围内保持线性是非常困难的,而用于电动机保护器采样的电流互感器需考虑的最大使用范围至少为被保护电动机额定电流的7倍,因为电动机在堵转情况下会达到57倍的额定电流;另外,采样线路本身也存在非线性问题。基于这些技术难题。

要实现高精度的采样自然就成了一句空话。 (c)数字及智能化电动机保护器,集成电路技术的飞速发展,传统的模拟电子和分立元件设计的电子产品也逐渐被单片微机、DSP、SOC等产品取代,采用这些技术开发的电动机保护器可实现电动机的智能化综合保护,有的还具有远程通讯功能,可在PC机上实现对多台联网的电动机实现在线综合监视与控制。在采样和整定精度方面有质的飞跃,可对采样信号进行软件非线性校正,并可实现真有效值计算,从而极大地降低了被测信号波形畸变的影响,真正实现了高精度采样,在整定方面采用数字设定。 为了提高电机的系统保护能力,设计了一种单片机控制的简单实用的综合保护电路。目前市场上电机保护器有两种形式: (1)单片机式可以充分发挥计算机软件优势。

适用于大、中型电机的综合保护。 (2)阻容式利用模拟、数字电路组成电子式保护器,具有简单、方便的特点。但通用性差。 目前使用的电机保护装置,智能型电机保护器比较少,大多数综合保护器为分立元件属非数字化设备,普遍存在自动化程度不高、保护范围有限、精度较低、功能不全等缺点。而单片机是以数字处理技术为核心的智能化元器件,应用到电路设计中可以扩展功能,提高处理速率。基于单片机式的电动机综合保护装置能将A/D转换、数据采集、计时、显示、及报警等功能汇集一身,结构简单,易于操作,体现了整个系统的智能化和可靠性。基于单片机技术发展的成熟程度和广泛的应用,本文设计了一种智能型的电动机保护系统,力求对电动机的保护有所帮助。

本保护器要求实现以下功能: (1)过流保护;(2)过载保护;(3)过热保护;(4)缺相保护;(5)漏电保护。 针对目前使用的电动机保护器普遍存在自动化程度不高、保护范围有限、精度较低、功能不全等缺点,特设计了此智能化电动机保护系统,具有接线简单,响应速度快,安装调试简单,保护功能齐全,生产及社会效益高等优点。 2.系统总体设计 2.1系统整体设计 在三相交流电动机的使用中,越来越多的用于三相不可逆转的传动设备(如水泵、风机、空压机、电梯电机等)。为使电机能在断相、过电流、过载、过热、漏电等情况下及时得以保护,相应保护器应有上述保护功能,以保证电机和设备正常安全工作。在电压取样型保护器中。

通常通过保护器对电机工作电压进行监测,判断其电压状态(如断相、过电流、过载、过热、漏电,并在保护器面板上呈现上述故障指示),如有故障,保护器则对三相供电电路中的控制电器(如交流接触器)进行控制,分断主回路电源,从而对电机和传动设备进行有效的保护。 如图2.1所示,由电动机传过来的电压和电流信号先经过CT/PT预处理,然后再经采样信号处理,传给8位的A/D转换器,由模拟量转换成数字量再传给89C52单片机中央处理器,经过处理后的信息可以由液晶显示器显示出来,也可以传到出口执行驱动电路,进而控制驱动电路发出信号而跳闸保护;中央处理器的信息还可以由上位机经过RS485通讯接口传给89C52单片机进行处理。

图2.1系统框图 2.2系统工作原理 电动机保护器主要需要采集电流、电压和温度这三个模拟量来对电机的运行状态进行监测和保护。电机运行中主要发生的故障包括:起动超时、过载、缺相、过热、欠载等。因此智能保护器需要监测电机的工作电压、工作电流和机壳温度。同时,由于电机的类型、容量和负载类型不同,电机保护的参数也不尽相同,所以需要能够针对不同的电机设置保护参数。 本系统采用检测电动机三相电流的方法来判断是否有异常产生。交流电流经过互感器和整流电路的调整,变为与电流成正比的直流电压信号,输入到A/D转换器中。采集电路将采集到的电流经过模/数转换为微处理芯片识别的数字信号后发送到处理器内。处理器在工作之前需要初始化。

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