【正文】 () 式中： K1為正序電流發(fā)熱系數(shù)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中由定值按電動(dòng)機(jī)負(fù)荷能力整定，一般設(shè)為 ，河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中自動(dòng)設(shè)為 1； K2 為負(fù)序電流發(fā)熱系數(shù)， K2=（ 3～ 6），一般設(shè)為 6； I1為正序電流分量； I2為負(fù)序電流分量。 2211 等效電流的計(jì)算 幅值相同的正序電流 I+和負(fù)序電流 I在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量并不相同。 Q 的量綱為時(shí)間， ()式表明動(dòng)作時(shí)間 T 是輸入電流 I 的函數(shù)，當(dāng) I 1 時(shí)， T 為負(fù)，不動(dòng)作；當(dāng) I 1 時(shí)， T 為正，動(dòng)作。 因過載對(duì)電動(dòng)機(jī)的損壞主要是由于過電流引起的，所以故障嚴(yán)重程度可通過過電流的程度來判斷 。 ??????????????????????????????????????????????????0200200AAACCCCAAABBBBAAAAIIIIIIIIIIIIIIIIII??????????????????? ????????? ????????? ?????????????????CBAACBAACBAAIIIIIIIIIIII313131022????河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 表 電動(dòng)機(jī)常見故障特性分析 Table Analysis of mon fault of motor 故障類型 零序 負(fù)序 故障特征 保護(hù)特性 對(duì)稱故障 過載 無 無 eCBA IIII ??? 反時(shí)限 堵轉(zhuǎn) 無 無 ? ?eCBA I～I(xiàn)II 53??? 定時(shí)限 短路 無 無 eCBA IIII 8??? 速斷 不對(duì)稱故障 非接地 斷相 無 有 eCBA IIII ???? ,0 定時(shí)限 不平衡 無 有 CBA III ?? 定時(shí)限 相間短路 無 有 ACB III ??? 速斷 接地 單相接地 有 有 CBA III ?? 速斷 注： eI 為電動(dòng)機(jī)的額定電流。 當(dāng)發(fā)生對(duì)稱故障或嚴(yán)重的相間短路故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，繞組電流大，特別容易燒毀電動(dòng)機(jī)。 圖 圖 圖 圖 對(duì)稱分量 Symmetrical ponents ??IA ??IC ??IB (a) ??IA ??IC ??IB (b) ?IA0 ?IB0 ?IC0 (c) 基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)技術(shù)的研究 6 圖 正序分量 圖 負(fù)序分量 圖 零序分量 根據(jù)對(duì)稱分量法，一組不對(duì)稱的三相電流 ?AI 、 ?BI 、 ?CI 可分解為三組對(duì)稱的三相電流，分別為正序電流 ??AI 、 ??BI 和 ??CI ； 負(fù)序 電流 ??AI 、 ??BI 和 ??CI ； 零序電流 ?0AI 、 ?0BI 和 ?0CI 。； （ 2） 負(fù)序 三相負(fù)序分量 的幅值相等，相位為 A 相落后 B 相 120176。以三相系統(tǒng)為例，對(duì)稱分量法是把一組不對(duì)稱的電流或電壓，分解成同頻率的三組對(duì)稱的三相電流或電壓，即正序、負(fù)序和零序，再進(jìn)行分析的方法 [13]。 根據(jù)對(duì)稱分量法分析，負(fù)序分量和零序分量在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)沒有 或很小，一旦出現(xiàn)必然表示發(fā)生了不對(duì)稱故障。 本課題的研究內(nèi)容有如下幾方面： （ 1） 分析電動(dòng)機(jī)過載 的原因和 保護(hù)裝置的 工作原理 ； （ 2） 分析過載保護(hù)算法和模型； （ 3） 設(shè)計(jì)以單片機(jī) 89S52 為主控芯片的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置 設(shè)計(jì) ， 其中 還 包括： 數(shù)據(jù)采集 模塊 、 時(shí)鐘和計(jì)時(shí)模塊 、 報(bào)警和顯示電路； （ 4） 利用匯編語言實(shí)現(xiàn) 軟件 的設(shè)計(jì)。 具有功能強(qiáng)大、集成度高、反應(yīng)靈敏、動(dòng)作準(zhǔn)確、誤差率低等優(yōu)點(diǎn)， 智能化保護(hù)繼電器已成為 21 世紀(jì)重要的 發(fā)展 趨勢 [6]。例如濟(jì)南中興電器公司研制 GDH30 系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器采用微處理器作為核心部件，對(duì)信息的采集、處理、顯示全部自動(dòng)化，性能穩(wěn)定、可靠，顯示直觀、準(zhǔn)確，具有過流、缺相、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能，另有故障預(yù)報(bào)警、 各項(xiàng)參數(shù)可設(shè)定等輔助功能 [10]。這種繼電器能提供過載、 斷相和三相電流不平衡保護(hù)。 在 電動(dòng)機(jī)的斷相、過載、欠載、三相不平衡、 逆相、堵轉(zhuǎn)、漏電、接地和短路 等故障中發(fā)揮著重要作用 [2， 6]。 國外 在 電子式 保護(hù)裝置 方面的研究 較早， 是從 60 年代開始的 ，而且生產(chǎn)規(guī)模較大，種類齊全 。隨著自動(dòng)化程度的不斷提高和人們對(duì)電動(dòng)機(jī)的可靠保護(hù)越來越重視，以雙金屬片為核心的傳統(tǒng)熱繼電器已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)過載保護(hù)繼電器在精度、速度和靈敏度等方面的要求，設(shè)計(jì)新的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置已是必然趨勢。 ③ 第三階段以高性能的 16 位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主 ，具有總線無需引出芯片，電路簡單的特點(diǎn)；河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 抗干擾性能進(jìn)一 步增強(qiáng)，并且完善了通信功能。 124 電子式保護(hù)方式 上個(gè)世紀(jì)七八十年代，隨著半導(dǎo)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(dòng)機(jī)保護(hù)器 ，它 主要以單片機(jī)作為 主 控制器 。溫度保護(hù)不僅對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)，而且對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器和電焊機(jī)等均能實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù) [2]。這些保護(hù)的定值都要盡量避開電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，而且是要比額定電流大很多倍，這會(huì)使電動(dòng)機(jī)匝間故障、堵轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子鼠籠斷條等故障的動(dòng)作靈敏度降低，加重電動(dòng)機(jī)的損壞程度。這種產(chǎn)品在三十年代就開始大量使用 , 因其在過載保護(hù)方面具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)， 一直是電動(dòng)機(jī)保護(hù)的主要元件。其工作特點(diǎn)是 :當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，過載保護(hù)繼電器能及時(shí)、可靠的動(dòng)作，達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的；當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，過載保護(hù)繼電器不動(dòng)作。這些故障的發(fā)生會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和相位的變化 ， 其中以過流和過熱為顯著特征。 截至 2020年，全國使用的中型電動(dòng)機(jī)大約有 2020萬臺(tái)，每年燒毀的電 動(dòng) 機(jī)大約有 320萬臺(tái)， 占到總量的 16%， 按平均每臺(tái) 1000元 的維修費(fèi)用 計(jì)算，總費(fèi)用約為 32億元 [1]。 11 電動(dòng)機(jī)保護(hù)的意義 電 動(dòng)機(jī)作為 動(dòng) 力 系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕 重的地位 。4 2 主程序 ............................................................................................................................ 30 167。3 5 鍵盤顯示單元的設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 25 167。3 1 智能型過載保護(hù)裝置的總體結(jié)構(gòu) .....................................................................................15 167。1 3 國內(nèi)外在過載保護(hù)方面的研究和發(fā)展趨勢 ........................................................................ 3 167。為使其性能更加可靠，需要從軟件和硬件兩方面作進(jìn)一步的 研究，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 整套裝置包括了：主控制芯片、數(shù)據(jù)采集單元、時(shí)鐘顯示單元、鍵盤處理單元和報(bào)警中斷等模塊電路。 研制系統(tǒng)完善、可靠性高的電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)已是必然的趨勢。河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 i 基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)技術(shù)的研究 摘 要 電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備在 工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展 中扮演著重要的角色。隨著對(duì)電動(dòng)機(jī)性能要求的不斷提高，其保護(hù)系統(tǒng) 也應(yīng)隨之改進(jìn)。最后，結(jié)合現(xiàn)有理論，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī) AT89S52為核心的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)裝置的硬件電路，同時(shí)根據(jù)理論算法設(shè)計(jì)了裝置的軟件系統(tǒng)，兩者相結(jié)合最終實(shí)現(xiàn)了保護(hù)裝置的功能。 結(jié)果證明， 靈敏度和精確度均優(yōu)于后者。1 2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展歷史 ............................................................................................. 1 121 熱繼電器型保護(hù)方式 ................................................................................................. 1 122 電磁型保護(hù) 方式 ........................................................................................................ 2 123 溫度保護(hù)方式 ........................................................................................................... 2 124 電子式保護(hù)方式 ........................................................................................................ 2 125 微處理器式保護(hù)方式 ................................................................................................. 2 167。2 2 電動(dòng)機(jī)常見故障的保護(hù)措施 ............................................................................................. 7 221 過載保護(hù) .................................................................................................................. 7 222 堵轉(zhuǎn)保護(hù) .................................................................................................................11 223 零序電流保護(hù) ..........................................................................................................12 224 短路保護(hù) .................................................................................................................12 225 過熱保護(hù) ............................................................................................................... 112 226 欠壓和過壓保護(hù) .......................................................................................................13 227 起動(dòng)時(shí)間過長保護(hù) ...................................................................................................13 228 頻繁 起動(dòng)保護(hù) ..........................................................................................................14 第三章 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)裝置的硬件研究與設(shè)計(jì) ........................................................15 167。3 4 時(shí)間單元的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................23 基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)技術(shù)的研究 iv