【正文】 ... 21 程序流程圖與調(diào)試過程 ................................................................................... 21 保護器軟件抗干擾分析以及抗擾措施 [3][6] ..................................................... 23 第 5 章 Y/△轉換節(jié)能保護器電動機主電路接線圖及其工作過程 .................................... 25 第 6 章對影響電動機節(jié)能保護器設計過程的因素的討論 [4] ............................................... 27 有關空載電流對保護器的影響 ................................................................................. 27 采用交流采樣方法 ........................................................................................... 27 采用鑒相器電路 ............................................................................................... 28 對于硬件保護有可能躲不開的△下啟動電流分析 ................................................ 29 其他因素考慮 ............................................................................................................. 29 總結 .......................................................................................................................................... 30 致謝 ............................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .................................................................................................................................. 31 附錄 A（ P87LPC767 MCU） ................................................................................................ 32 附錄 B(P87LPC767 單片機 ) ................................................................................................... 38 第 1 章 緒論 我國電動機保護器的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀簡介 我國的電動機保護裝置大約經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設計、更新?lián)Q代、智能化發(fā)展等幾個階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術的發(fā)展，給電動機保護器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺，使得電機保護進入了一個飛速發(fā)展的階段。 熱繼電器 在建國初期，我們引進了蘇聯(lián)的 JR 系列熱繼電器，從而開始了其在中國電機保護行業(yè) 中長達半個世紀的生涯 。熱繼電器在電子業(yè)尚不發(fā)達的時代曾是電機過載保護的首選產(chǎn)品，它是利用雙金屬片熱效應原理。 但 由于 熱繼電器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受環(huán)境影響大、重復性差、誤差大及功能單一等，已無法滿足越來越高的要求，直到 1996 年國家八部委聯(lián)合發(fā)文強制將其淘汰。 模擬電子式電動機保護器（電機保護器） 在上個世紀七八十年代，隨著半導體模擬器件的興起及普及，涌現(xiàn)出了一批性能比較可靠、功能多樣化的電子式電動機保護器（電機保護器），為電機的可靠運行提供了較可靠的保障 ，但由于其存在 整定精度不高 、 采 樣精度不高 并且 無法實現(xiàn)具有多種保護功能于一體的全保護， 而隨著社會的發(fā)展，對于保護器的要求也越來越高， 純粹模擬線路的電動機保護器（電機保護器）正逐漸被其它一些更先進的技術產(chǎn)品所代替。 數(shù)字電子式電動機保護器（電機保護器） 這類電動機保護器（電機保護器）主要以單片機作為控制器，可實現(xiàn)電機的智能化綜合保護，有的還具有遠程通訊功能，可在 PC 機上實現(xiàn)對多達 256 臺聯(lián)網(wǎng)的電機實現(xiàn)在線綜合監(jiān)視與控制，在采樣和整定精度方面有質(zhì)的飛躍，可對采樣信號進行軟件非線性校正，并可實現(xiàn)真有效值計算，從而極大地降低了被測信號波 形畸變的影響，真正實現(xiàn)了高精度采樣，在整定方面采用數(shù)字設定，通過鍵盤由用戶自行現(xiàn)場設定，不存在誤差，還可為過載保護設置多條更科學的反時限曲線。因為采用了單片機就使得在相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合保護器的出現(xiàn)成為可能。 隨著微電子技術的發(fā)展，電動機保護器（電機保護器）正朝著智能化，綜合化，高精度，高可靠方向發(fā)展。 電動機節(jié)能的必要性 作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分電動機，在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工、農(nóng)業(yè)和國防建設及人民生活正常進行的重要保證，因而確保電動機的 正常運行就顯得十分重要。 而我國現(xiàn)有各類電動機總容量約 億千瓦，電機系統(tǒng)年耗電量在 6000 億度以上，占電力消費總量的 50%以上。其中 80%以上為 千瓦以下的中小型電機，但所有電動機中相當于世界近代技術水平的 J2, J02 系列的約占 70%，相當于 70 年代水平的 Y 系列電動機不足 30%，具有 80 年代末水平的 YX 系列高效電動機所占的比例更是微乎其微。也就是說，我國在服役的電機拖動系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當于發(fā)達國家 50 年代的水平，我國目前制造的電機僅有 5%是高效節(jié)能電機，但幾乎全部用于出口。我國電機 的平均效率約低于美國和加拿大 35%，風機和水泵的效率低 810%，系統(tǒng)效率更低。 據(jù)有關專家估算，由于設計、制造等各種原因，我國電機拖動系統(tǒng)的能源利用效率約比發(fā)達國家低 1030 個百分點，總的節(jié)能潛力約為 1000 億千瓦時，相當于 20個裝機容量為 1000 兆瓦級的大型火電廠的年發(fā)電總量，而進行電機拖動系統(tǒng)的改造和更新的費用需要約 500 億元人民幣。然而近幾年我國出現(xiàn)了大面積缺電狀況，全國大部分省、市不得不實行錯峰用電，分時拉閘限電，這使得對電機節(jié)能的研究變的更為重要與迫切。由此看出，比較符合我國國情需要的是既要 使電機的節(jié)能設備具有較好的節(jié)能效果，又要想辦法盡量降低改造或更新的費用。國家計委對電機系統(tǒng)節(jié)能非常重視，已把電機系統(tǒng)節(jié)能作為“十五”節(jié)能計劃的重要內(nèi)容。 電能消耗原因與解決措施的初步分析 從《三相異步電動機經(jīng)濟運行》 GB124971995 標準來看，工礦企業(yè)中使用著的大量三相交流異步電動機的運行狀態(tài)可以分為經(jīng)濟運行狀態(tài)、允許運行狀態(tài)和非經(jīng)濟運行狀態(tài)。異步電動機會消耗大量電能，主要是由于異步電動機及其拖動系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟運行狀態(tài)，同時影響著企業(yè)的效益。糾其原因主要是在進行電動機容量選配時，往往片面的追 求大的安全余量，且層層加碼，結果使電動機的容量過大，造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使電動機偏離最佳工況點，運行效率和功率因數(shù)降低 。另一方面，由于大部分電機采用直接起動方式，除了造成對電網(wǎng)及拖動系統(tǒng)的沖擊和事故之外， 57 倍的起動電流也造成能量的消耗。 因此，要研究異步電動機節(jié)能主要從“根據(jù)負載調(diào)節(jié)電動機的端電壓”和“限制電動機的起動電流”這兩方面入手。 常用的電動機節(jié)能保護方法與分析 老式的 Y/△轉換節(jié)能電路 這種方法適用于正常運行時定子繞組采用三角形接法、在空載或輕載下啟動的電動機。 圖 1 老式電動機 Y/△轉換節(jié)能電路原理圖 圖 1 為一種老式 Y/△轉換節(jié)能電路的原理圖，該電路主要由電流繼電器 LJ、時間繼電器 KT、熱繼電器 FR 以及相應的輔助電路構成。 其工作原理是 :當按下 SB1 時，接觸器 KMl, KM2 得電，電機在 Y 下啟動。限位開關 SQ 受主軸操縱桿控制，主軸在運轉時， SQ 閉合，時間繼電器 KT 得電。在空載或輕載時，定子電流小于電流繼電器 LJ 的整定值， LJ 不動作，電機保持在 Y 下運行。如在重載下， LJ 得電，其常開觸點閉合，中間繼電器 KA 隨之得電，切斷了KM2 的線圈電路，同時 KM3 得電，電機切換至△下運行。工作完畢后，通過主軸操縱桿使 SQ 斷開， KT 失電， KM3 隨之失電， KM2 線圈得電，電動機改為丫下運行。 此類節(jié)能電路具有控制方便、無諧波污染等優(yōu)點。但體積大、重量大，如果同時需要加入保護電路，則其輔助電路與接線將變的十分復雜，成本也隨之成倍增加。 電子式軟啟動器 電子式軟啟動器的主電路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，啟動時一由單片機或其它智能控制系統(tǒng)控制晶閘管的導通角，進而使得電動機的端電壓平滑上升。在運行過程中可根據(jù)定子電流控制電動機的端電壓，從而實 現(xiàn)節(jié)能。 電子式軟啟動器的框圖如圖 2 所示 圖 2 電子式軟啟動器框圖 電子式軟啟動器具有噪音小，無觸點、重量輕、體積小、電流檢測精度高、起動時間及起動電流可控制，起動過程平滑，起動轉矩可根據(jù)負載情況靈活調(diào)整，起動電流可調(diào)，操作簡單、維護量小，可以頻繁起動等優(yōu)點。 但由于需要采用晶閘管控制，所以有控制復雜、諧波污染嚴重等缺點。另外，截止 2021 年，電子式軟啟動器的價格維持在 200250 元人民幣 /kW，較高的價格也大大限制了其使用范圍。 單片機控制的 Y/△轉換節(jié)能保護器 單片機控制的 Y/△轉換節(jié)能保 護器是由單片機控制系統(tǒng)根據(jù)電流檢測的結果判定是否進行切換，以及保護是否動作。 同上述兩種節(jié)能器相比，單片機控制的 Y/△轉換節(jié)能保護器的優(yōu)點十分明顯 :成本低、控制簡單、接線容易、重量輕、體積小、無諧波污染 (切換與啟動過程時間很短 )。 但由于使用 Y/△轉換節(jié)能保護器的電動機端電壓只有 220V和 380V 兩種，所以 Y/△轉換節(jié)能保護器的節(jié)能效果不如電子式軟啟動器。 本文主要內(nèi)容 本文主要從理論上分析異步電動機 Y/△轉換節(jié)能的基本原理，并在此基礎上提出了一套由單片機控制的 Y/△轉換節(jié)能保護器的設計方案。 經(jīng)過對單片機應用的分析后，選擇適合的單片機用以完成設計對設計。并進一步對節(jié)能保護器在設計過程中有影響的因素分析，最后完善整套設計方案。 第 2 章 三相異步電動機節(jié)能原理分析 [1] 從三相異步電動機的功率損失分析，近而運用分析的具體情況來分析△ /Y 運行的工作特性。從而得出△ /丫轉換節(jié)能的原理。 三相異步電動機的功率損失 電動機是靠電磁感應原理工作的，它向電網(wǎng)吸取能量，從軸上輸出機械能。在電能轉換為機械能的過程中，不可避免地會有一些能量損失。例如：銅損失、鐵損失、機械損失 和雜散損失。 銅損失 ( CuP ) 電動機的銅損失包括定子銅損失 1CuP 和轉子銅損失凡 2CuP 。它們是由定子電流和轉子電流流過定子、轉子繞組而產(chǎn)生的。 1211 3 RIPCu ? 式中， R1為定子每相電阻 。 I1為定子每相電流。 eCu SPP ?2 式中， S 為轉差率 。 Pe為電磁功率。 鐵損失 ( FeP ) 電動機的鐵損失包括磁滯損失和渦流損失，它是鐵芯在磁場中受交變磁化作用產(chǎn)生的。 23..1 BkfPFe ? 式中， k為常 數(shù) 。 f 為電源頻率 。 B 為磁通密度。 由于 11UEB??? 式中， ? 為磁通量 。 1E 為定子繞組的感應電動勢； 1U 為定子繞組的相電壓。 認為鐵損與端電壓的平 方成正比。由于轉子電源頻率很低 ,轉子的鐵芯損失很小，忽略不計。因此認為從空載到額定負載的范圍內(nèi)，僅是定子鐵芯損失。 機械損失 ( fwP ) 電動機的機械損失包括通風損失和軸承摩擦損失。對于繞線式異步電動機而言，還包括滑環(huán)與電刷之間的摩擦損失。通風損失大約和空氣流通速度的立方成正比。 一般，對于某一確定的在用電動機，可認為其機械損失為常量。 雜散損失 ( sP ) 電動機的雜散損失包括鐵雜損失和銅雜