1、三相電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的研究李曉長沙理工大學(xué)摘要：本文引入了對稱分量法作為電機(jī)保護(hù)的基本理論以檢測電機(jī)運(yùn)行中的不對 稱故障。本裝置通過測量電機(jī)運(yùn)行時(shí)的零序和負(fù)序分量，應(yīng)用對稱分量法，能夠 對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行短路保護(hù)、斷相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、接地保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、欠 電壓保護(hù)、過載保護(hù)、過電壓保護(hù)。關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)保護(hù)；AT89C51;對稱分量法0引言三相電動(dòng)機(jī)由于其可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維護(hù)方便等特點(diǎn)，因此被廣 泛應(yīng)用實(shí)際使用過程中，除了惡劣的運(yùn)行環(huán)境還有超技術(shù)條件運(yùn)行，也是導(dǎo)致各 類電機(jī)故障產(chǎn)生的主要原因。三相電機(jī)由于電網(wǎng)、負(fù)載及電機(jī)本身的原因，也會(huì) 經(jīng)常發(fā)生電機(jī)損壞現(xiàn)象。電機(jī)故障或損壞帶來相

2、當(dāng)巨大的直接和間接損失。本文 主要介紹設(shè)計(jì)與使用能及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測出故障的發(fā)生，并能通過對故障特征的 分析來確定故障原因并進(jìn)行保護(hù)的裝置，對維持電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保生產(chǎn)安全 顯得至關(guān)重要。1電機(jī)保護(hù)器原理圖1電機(jī)保護(hù)器原理結(jié)構(gòu)框圖本論文的重點(diǎn)是及時(shí)的發(fā)現(xiàn)三相電機(jī)出現(xiàn)的故障，并做出反映，在設(shè)計(jì)的時(shí)間 內(nèi)，如果沒有及時(shí)的排除故障，則三相電機(jī)斷電停車。通過對三相電流、電壓監(jiān) 測，對電機(jī)的工作狀態(tài)做出準(zhǔn)確及時(shí)的判斷，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的智能化管理。為電機(jī) 提供完善的保護(hù)，避免因熱過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、相不平衡、欠載、漏電短路等故 障引起的重大事故，最大限度的保證電機(jī)設(shè)備運(yùn)行的有效性和安全性。如圖 示，為電機(jī)保護(hù)器

3、原理結(jié)構(gòu)框圖。1.1數(shù)據(jù)采集模塊通過互感器對三相電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集到的數(shù)據(jù)，首先送入模擬多 路開關(guān)中，在分別把數(shù)據(jù)送出。經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可讀的信號， 最后送入到單片機(jī)中。(1) 三相電壓采集因?yàn)椴杉降哪M信號無法直接輸送到單片機(jī)中，首先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把采集到 的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再把經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸送到單片機(jī)中， 這個(gè)過程中是需要一定的時(shí)間，為了保持采集到的信號保持不變，所以需要由 LM324的一組運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)采樣保持電路，來確保在A/D轉(zhuǎn)換的過程中信號保持不變。圖2為采樣保持電路。圖3采樣保持電路現(xiàn)在大多數(shù)所用到的電壓互感器采集到的

4、信號可能會(huì)很小，AT89C51單片機(jī)無法讀取。這就需要把采集到的信號進(jìn)行放大，由LM324兩組運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)25倍放大電路，把信號放大后送到單片機(jī)中。圖3為信號放大電路。圖4放大電路(2) 電流采集模塊如圖4所示，為OP07與兩個(gè)二極管組成的電流與電壓轉(zhuǎn)換的電路，把采集到的 三相電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。圖5電壓轉(zhuǎn)換電路1.3單片機(jī)的選擇AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 CM0S8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它具有傳統(tǒng)微控制單元的功能，同時(shí)也集成 了許多外圍模塊。內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單 元，有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)

5、數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)中斷，內(nèi)置一個(gè)全雙工 串行通信口，內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路8。1.4 LCD顯示電路顯示電路的作用是把采集到的電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)及時(shí)的顯示出來，方便工作人 員對電機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了解。1.5鍵盤電路本設(shè)計(jì)采用矩陣式鍵盤，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交上。與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，矩陣式鍵盤節(jié)省了很多輸入 /輸出口。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，要設(shè)置 4 個(gè)按鍵，分別為確認(rèn)”鍵、返回”鍵、上翻”鍵、下翻”鍵。2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的總體程序設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)主程序和各功能應(yīng)用子程序組 成，相對獨(dú)立的功能程序段均作為子程序來調(diào)用。目前通常的保護(hù)程序流程的設(shè) 計(jì)是采用集中控制處

6、理的模式，即故障啟動(dòng)后，通過改變中斷和指針，強(qiáng)行執(zhí)行 故障處理程序的模式。2.1總流程圖上電復(fù)位后，從程序入口執(zhí)行，首先是封閉出口，防止保護(hù)誤操作，然后執(zhí)行初 始化程序。保護(hù)器初始化包括：AT89C51單片機(jī)芯片I/O控制寄存器的設(shè)置、多 功能引腳定義、串口通信設(shè)置、堆棧地址設(shè)置、工作方式設(shè)置等，還有液晶屏、 鍵盤、通信等的初始化，以及保護(hù)裝置自身的一些系統(tǒng)變量的初始化15。首先要初始化程序主要執(zhí)行單片機(jī)和外設(shè)的初始化，其流程如圖4-2所示:（1）上電復(fù)位后，先執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和單片機(jī)的初始化；(2) 初始化液晶顯示器，顯示系統(tǒng)當(dāng)前基本信息；(3) 對采樣定時(shí)器進(jìn)行初始化，設(shè)定采樣頻率為，即使電流

7、電壓為每周采樣；(4) 比較數(shù)據(jù)初始化，即開始采樣。結(jié)論本文論述了一種三相電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)的研制。保護(hù)器以AT89C51高速單片機(jī)為核心，通過交流采樣測量電動(dòng)機(jī)的三相電壓和電流，并計(jì)算出負(fù)序、 正序、零序電流來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的綜合保護(hù)的判斷。就目前而言，各種電機(jī)保護(hù)裝 置中，普遍存在要么智能化程度高而價(jià)格過高、體積較大不便在有限制的地方安 裝控制裝置，推廣難度大；要么價(jià)格低而智能化程度低，對故障的判斷由于缺少 智能分析而影響使用效果，導(dǎo)致放棄使用這類保護(hù)器。所以未來要加深對于保護(hù) 器的研究，改變不足，減少成本與體積的同時(shí)，增強(qiáng)智能化程度，以滿足人們的 需求。參考文獻(xiàn)1 . THE 16TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON NOISE CONTROL ENGINEERING. Chinese Journal of Acoustics,