【正文】 4 本文的研究?jī)?nèi) .................................................................................................................. 4 第二章 電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理 ........................................................................................................ 5 167。 關(guān)鍵字： 對(duì)稱分量法 ， 過載保護(hù) ， 可靠性 基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)技術(shù)的研究 ii MOTOR OVERLOAD PROTECTION TECHNOLOGY RESEARCH BASED ON MICROCONTROLLER Abstract As a major power equipment, motor plays an important role in industrial and agricultural production and development. However, because of improper use or other causes, motor failure probability is great. This not only results in the waste of electrical equipment, but also creates indirect economic losses, therefore, it is very necessary to take effective measures to motor protection. With the continuous improvement of motor performance requirements, its protection system should also be improved. It is the inevitable trend that develop ing system perfect, reliable motor protection system. First of all, this paper describes the development of motor protection devices, research at home and aboard, as well as the future trend. Second, it analyses the mon cause of motor and the application of symmetrical ponent method in fault diagnosis. Finally, with existing theory, designing and implementing the hardware circuit of motor overload protection based on microcontroller AT89S52, meanwhile, according to theory algorithm, designing the software system. Combining the two parts, the function achieves. The whole package includes: MCU, data acquisition unit, the clock display unit, keyboard processing unit and alarm interruption. Modular circuit is not only easy to design, debug, also helpful to software programming, simplifying programming, easy to analysis and find when error. This device is designed based on traditional motor overload protection. It is proved that sensitivity and accuracy are both better than the latter. In order to make it more reliable, both the hardware and software need further research to improve the antijamming capability of the system. KEY WORDS: symmetrical ponent method, overload protection, reliability 河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 iii 目 錄 第一章 緒論 ............................................................................................................................... 1 167。將裝置模塊化不僅便于設(shè)計(jì)、調(diào)試，而且對(duì)軟件編程也有幫助，簡(jiǎn)化了程序編寫，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)易于分析、查找。 本文首先介紹了電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展歷程和國(guó)內(nèi)外的研究情況以及未來的發(fā)展趨勢(shì)。 但是，因?yàn)槭褂貌划?dāng)或其他原因造成電動(dòng)機(jī)故障的幾率也是很大的。這不但造成電氣設(shè)備的浪費(fèi) ， 還會(huì)因此而帶來不等的間接經(jīng)濟(jì)損失，因此 ，對(duì)電動(dòng)機(jī)采取有效的 保護(hù)措施是非常必要的。其次，分析了電動(dòng)機(jī)常見故障原因及對(duì)稱分量法在 故障判斷中的應(yīng)用。 本裝置是在傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。 11 電動(dòng)機(jī)保護(hù)的意義 ........................................................................................................... 1 167。2 1 對(duì)稱分量法 ...................................................................................................................... 5 167。3 3 信號(hào)采集單元的設(shè)計(jì) .......................................................................................................20 331 采樣芯片的選型 .......................................................................................................21 332 采樣方法的比較 .......................................................................................................22 333 基于 AD7705 的采集單元設(shè)計(jì) ....................................................................................23 167。3 7 串行通信單元 ................................................................................................................. 27 第四章 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)裝置的軟件研究與設(shè)計(jì) ........................................................ 29 167。4 4 時(shí)鐘單元程序 ................................................................................................................. 34 167。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，電網(wǎng)的總負(fù)荷中有 60%以上是電動(dòng)機(jī)；以電力作為原動(dòng)力的負(fù)荷中有 90%左右是電動(dòng)機(jī)。 所以， 確保電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要。 167。 它 主要采用雙金屬片式保護(hù)技術(shù)，利用雙金屬片 熱效應(yīng) 原理。 對(duì)于斷相、不平衡運(yùn)行等不對(duì)稱故障不能及時(shí)、有效地保護(hù)， 容易出現(xiàn)拒動(dòng)和誤動(dòng) ， 使熱繼電器的準(zhǔn)確性、靈敏性和可靠性受到影響 ，難以滿足電動(dòng)機(jī)保護(hù)的要求 。 123 溫度保護(hù) 方式 溫度保護(hù)是利用安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。但是這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不好解決的問題，傳感器是固定不可移動(dòng)的，當(dāng)遠(yuǎn)離它的地方發(fā)生故障時(shí)，傳感器有可 能動(dòng)作延誤或是根本監(jiān)測(cè)不到，這樣會(huì)造成更大的危險(xiǎn)。 其工作原理有兩方面：一是通過檢測(cè)電流值來反映過載、短路和堵轉(zhuǎn)等以過流為特征的故 障；二是通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流是否缺相來反映斷相故障。 167。 近幾十年， 國(guó)內(nèi)外在 電動(dòng)機(jī) 保護(hù)裝置 的研究方面 大體經(jīng)歷了機(jī)電型、整流型、晶體管型、集成電路型四個(gè)階段 [4]。 MCSEl 通過電流互感器將三相電流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，送至專用芯片 ， 可實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、斷相保護(hù)及熱記憶功能。 80 年代末，隨著微處理 器 技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家開始研制以單片機(jī)為核心的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)繼電器。 基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)技術(shù)的研究 4 我國(guó)在新型 過載保護(hù)繼電器研究方面起步較晚，開始于 80 年代中期。 此外， 蒼南三維儀表有限公司 研制生產(chǎn)的典型產(chǎn)品DZJ 系列電動(dòng)機(jī)智能監(jiān)控器 均是在 綜合保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 [2]。 14 本文的研究 內(nèi) 基于微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的成熟程度和應(yīng)用的廣泛度， 同時(shí)在借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上， 本文提出 了利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。 河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 第二章 電動(dòng)機(jī)保護(hù) 原理 電動(dòng)機(jī)的故障通常可分為兩大類：對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障。 167。 （ 1） 正序 三相正序分量的幅值相等，相位為 A 相超前 B 相 120176。即與正序相反； （ 3）零序 三相零序分量的幅值和相位均相同。有如下關(guān)系： () 或者 () 其中： 23211 2 0 je j ???? ?? ， 23212402 je j ???? ?? （ 1） 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組 中 通 過 對(duì)稱的三相電流 ?AI 、 ?BI 和 ?CI ，且 ??? ? AA II ， 00 ?? ??? AA II ，即繞組中沒有負(fù) 序和零序分量。對(duì)稱故障的保護(hù)可通過常規(guī)的過流保護(hù)手段實(shí)現(xiàn)；對(duì)于嚴(yán)重的三相短路保護(hù)應(yīng)采用快速跳閘；堵轉(zhuǎn)故障的保護(hù)應(yīng)采用短時(shí)限跳閘；而對(duì)于對(duì)稱過載應(yīng)采用定時(shí)限跳閘或反時(shí)限跳閘，利用反時(shí)限特性與電動(dòng)機(jī)的溫升指數(shù)特性相配合。 22 電動(dòng)機(jī)常見 故障 的保護(hù)措施 221 過載 保護(hù) 過載是指 電 動(dòng) 機(jī) 負(fù)荷 加大，造成電機(jī)輸出力矩加大， 運(yùn)行 時(shí)電流超過 額定 值 ， 引起發(fā)熱的現(xiàn)象。 電動(dòng)機(jī)的過載與輸電線路或其它設(shè)備的過載不同，因?yàn)?電動(dòng)機(jī)過載將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī) 過熱，但又允許在低倍過載情況下運(yùn)行一定時(shí)間，故電動(dòng)機(jī)的過載特性 一定要 具有 良好的反時(shí)限 性 [16]，如圖 所示 。 另外，電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)還應(yīng)具有模擬和記憶電動(dòng)機(jī)熱積累的功能。假設(shè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子正序電阻 (折合到定子側(cè) )近似為直流電阻 R1， 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子負(fù)序電阻 (折合到定子側(cè) )為交流電阻 R2，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)有 [17,18]： ?? RKRR12 ～ 6 () 即與 I+大小相同的 I產(chǎn)生的損耗為 I+的 KR倍。如圖 。 考慮到負(fù)序電流的熱效應(yīng)，特別是轉(zhuǎn)子繞組中的熱效應(yīng)，具有反時(shí)限特性的過載保護(hù)模型的動(dòng)作判據(jù)如下式所示 [17,25～ 26]: 22 1??????????seqIIt? () 其中， t 為過載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間； 1? 為電動(dòng)機(jī)熱積累時(shí)間常數(shù)，表示電動(dòng)機(jī)的過熱能力。在電動(dòng)機(jī)熱計(jì)算中，假定電動(dòng)機(jī)是一個(gè)均勻物體，只計(jì)算平均溫度。 rP 與 2I 成正比； mP 取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 。 （ ） eI 為電動(dòng)機(jī)的額定電流； e? 為電動(dòng)機(jī)電流為 eI 時(shí)的穩(wěn)定溫升。在此區(qū)間上，利用（ ）求解電動(dòng)機(jī)的溫度，同時(shí)考慮負(fù)序電流效應(yīng)，把公式（ ）改寫成離散區(qū)間的形式，得： ? ????? ,3,2,1i （ ） 式中， i