【正文】 該方式的功耗只有靜態(tài)掃描的 1/5。同時(shí) 為提高抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用了光電隔離電路， 開關(guān)量輸出電路 設(shè)計(jì) 如圖 413 所示： 鎖存器出 口 繼 電器 輸 出出 口 繼 電器 線 圈＋ 5 VR1R2C1CRDK C O來 自 C P UR3G N D G N D 1 圖 413 開關(guān)量輸出電路 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 25 鍵盤與顯示設(shè)計(jì) 人機(jī)接口是本裝置的重要組成部分，通過它可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)定，顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及報(bào)警等功能。 當(dāng) 輸入信號(hào)為電流信號(hào)時(shí)，需先轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再進(jìn)行濾波。 多路模擬開關(guān) MAX4539 安置在采樣保持器 AD582之后，因此多路開關(guān)的導(dǎo)通電阻將會(huì)影響傳輸誤差，為此有必要增加高輸入阻抗的緩沖器（圖 410 中的 N 放大器），這樣可提高整個(gè)采集系統(tǒng)的精度。否則轉(zhuǎn)換精度沒有保證，特別當(dāng)輸入 信號(hào)頻率較高時(shí)，會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)換誤差。C 時(shí)不大于 90%。C ）； ④ 產(chǎn)品表面爬電距離：滿足 Ⅱ 級(jí)污穢等級(jí)； ⑤ 安裝 場所無嚴(yán)重影響互感器絕緣的 氣體、蒸汽、化學(xué)沉積、污穢及廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 20 其它爆炸性和腐蝕性介質(zhì)。C ）。C ； ② 戶內(nèi)環(huán)境濕度：在室 內(nèi) 溫度條件下，最大相對(duì)濕度為 90%； ③ 安裝場所應(yīng)無嚴(yán)重的震動(dòng)和顛簸 。 電壓電流采集系統(tǒng) 國產(chǎn) 高壓電動(dòng)機(jī)的端電壓 一般 為 3~10kV，線電流可達(dá)幾十乃至上百安培，這不可能直接送到 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 直接進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，因此在本裝置中使用電壓互感器和電流互感器將高電壓、大電流轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以接受的低電壓、小電流。其 工作模式及輸入通道的選擇參見真值表 見表 41。 ATmega16 單片機(jī)的主要特點(diǎn)： 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器。 微機(jī)保護(hù)裝置的構(gòu)成 微機(jī)保護(hù)裝置 是 以 CPU 為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，檢測設(shè)備是否發(fā)生故障以及故障的性質(zhì)、范圍等，并據(jù)此做出是否需要跳閘或報(bào)警等判斷的一種安全裝置。 過熱保護(hù) 三相定子繞組的短路、斷路 ， 三相定子繞組接錯(cuò) ， 軸承及定子與轉(zhuǎn)子鐵芯相摩擦等都會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱。 零序電流 保護(hù) 零序保護(hù)即接地保護(hù)，當(dāng) 3 倍零序電流 大于保護(hù)的動(dòng)作電流時(shí) ， 經(jīng)短延時(shí) 保護(hù)出口動(dòng)作， 發(fā)出接地信號(hào)或跳閘 。 對(duì)異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子對(duì)負(fù)序電流和正序電流所表現(xiàn)的電阻之比為： R1/R2=KR=~6,這就是說 數(shù)值相同的負(fù)序電流的損耗近似于正序電流的損耗的 KR 倍 ， 若不考慮負(fù)序電流的熱效應(yīng)，在某些故障情況下，可能有時(shí)定子過流不是很大，但轉(zhuǎn)子溫度卻已達(dá)到危險(xiǎn)值 ,所以為了對(duì)電動(dòng)機(jī)提供更為全面，準(zhǔn)確的保護(hù)，本 論 文采用等效電流的方法，分別求出電動(dòng)機(jī)電流的正序分量和負(fù)序分量，然后把負(fù)序電流的 熱效應(yīng)擴(kuò)大 K2 倍，求得一個(gè)等效電流，用這個(gè)等效電流作為電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的計(jì)算電流，等效電流計(jì)算方法為： 222211 IKIKIeq ?? （ 32） 式 （ 32） 中 ： K K2 為 正、 負(fù)序電流發(fā)熱等效系數(shù) , K1 在啟動(dòng)過程內(nèi)為 ，啟動(dòng)結(jié)束后為 1， K2=3~10， 一般取 6； I I2 是電動(dòng)機(jī)電流正 、負(fù)序分量 。這類故障的主要特征是三相基本對(duì)稱，但同時(shí)出現(xiàn)過電流，故障的嚴(yán)重程度基本反應(yīng)在過電流的程度上，因此檢測過電流的程度可作為這類故障的判斷依據(jù)。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 7 第三章 高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理分析 高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)的基本要求 為保證系統(tǒng)能安全、可靠的運(yùn)行， 對(duì)繼電保護(hù) 提出了四個(gè)基本要求： 選擇性 、 速動(dòng)性 、 靈敏性 、 可靠性。 （ 2） 電氣故障 電動(dòng)機(jī)的 電氣 故障 又 可分為對(duì)稱和不對(duì)稱 兩 大類。 端蓋安裝于電動(dòng)機(jī)端部與轉(zhuǎn)子相交，轉(zhuǎn)子通過軸承和 軸承端蓋與電動(dòng)機(jī)端蓋連為一體。 電動(dòng)機(jī)的定子部分 包括定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座，轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組， 其他附件為端蓋、軸承、軸承端蓋、風(fēng)扇 等部件 。 對(duì)于保護(hù)裝置的軟件設(shè)計(jì)，本論文介紹了一種 AVR 單片機(jī)基于 C 語言的編譯器和集成環(huán)境，在此環(huán)境下對(duì) ATmega16 進(jìn)行編譯、開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置狀態(tài)的顯示及對(duì)其的控制。 通過將8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 （ 2） 運(yùn)算速度快 ， 掃描周期僅幾百毫秒 ， 可開發(fā)功能多 。 模擬電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 在上個(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機(jī)保護(hù)器，為電機(jī)的可靠運(yùn)行提供了較可靠的保障 。 因此，研究一種高壓電動(dòng)機(jī)的綜合監(jiān)測和保護(hù)裝置迫在眉睫。 高壓電動(dòng)機(jī)一般都是用于工業(yè)生產(chǎn)中的重要場所 ， 它的可靠運(yùn)行對(duì)于生產(chǎn)安全來說非常關(guān)鍵 。 本文 以高壓異步電動(dòng)機(jī)為例， 對(duì) 其 常見故障及相應(yīng)保護(hù)原理進(jìn)行分析，并 在此基礎(chǔ)上 簡單設(shè)計(jì) 了 保護(hù)單元， 同時(shí) 配以 LED 數(shù)碼管等外圍設(shè)備構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng) 。 該設(shè)計(jì)的硬件部分以 ATmega16 為系統(tǒng)的核心 ，通過對(duì)電壓、電流 和 溫度 數(shù)據(jù) 進(jìn) 行 采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而即時(shí)準(zhǔn)確 判斷并消除故障 。 另一方面， 大中型高壓電 動(dòng) 機(jī)其自身價(jià)格昂貴 ， 在運(yùn)行過程中不允許出現(xiàn)故障 ， 如果停機(jī)將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)的歷史及現(xiàn)狀 熱繼電器、熔斷器和電磁式電流繼電器 作電 動(dòng) 機(jī)保護(hù)器 在 50 年代 ， 我 國 引進(jìn)了蘇聯(lián)的 JR 系列熱繼電器 ， 據(jù)其開發(fā)的 電機(jī)過載保護(hù)器在中國的電機(jī)保護(hù)行業(yè)中使用了 半個(gè)世紀(jì) 。 其中 得到公眾認(rèn)可且具有自己品牌特色的以韓國三和技研株式會(huì)社的產(chǎn)品為代表，在國內(nèi)市場具有一定影響，他們的產(chǎn)品品種多樣，規(guī)格齊全，主要功能包括：缺相 、 過載 、 欠流 、 相失衡 、 相序 、 接地 、 短路 、過欠壓 、 電流顯示 、 聲光報(bào)警及變送輸出等 。 （ 3） 具有較強(qiáng)的通用性 ， 我們可通過操作面板調(diào)節(jié)各項(xiàng)設(shè)定值 ， 完成控制過程的設(shè)置 ， 同時(shí)可利用單片機(jī)串口和外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)程序修改 ,廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 3 做到無需修改外部連線 。 該單片機(jī)片上還有極其豐富的外設(shè)資源，這包括 4 通道PWM， 8 路十位 AD 轉(zhuǎn)換器， 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測 ，因此十分適合于電機(jī)監(jiān)控等相關(guān)應(yīng)用。 最后對(duì)論文作一個(gè)全文總結(jié)。 定子、轉(zhuǎn)子中間是空氣 隙。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中， 各種損耗最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚?熱量積累到一 定程度就會(huì)使絕緣損壞甚至 使 電機(jī)燒毀，所以電動(dòng)機(jī)通常都裝有散熱風(fēng)扇。對(duì)稱故障有對(duì)稱過載、堵轉(zhuǎn)、三相短路等 ， 這類故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是由于電流增大引起的熱效應(yīng) ，可通過流程度來反映。 除此此外，對(duì)繼電保護(hù)裝置還要求具有經(jīng)濟(jì)性 和適用性，便于調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)。 根據(jù)對(duì)稱分量法的分析，當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)電動(dòng)機(jī)電流可以分解為正序、負(fù)序和零序電流分量 。 根據(jù)等效電流將 過流保護(hù)分為 3 段 ： eeqII 大于 8 時(shí) ， 保護(hù)特性為速斷 ， 針對(duì)的是短路故障； eeqII 在 5~8 時(shí) ， 保護(hù)特性為 反時(shí)限 速斷 ， 針對(duì)的是堵轉(zhuǎn) 故障 ； eeqII 在 ~5 時(shí) ， 保護(hù)特性為反時(shí)限過流 ， 針對(duì)的是 過負(fù)荷 。 對(duì)我國 3kV、 6kV、 10kV 電網(wǎng)大多數(shù)是變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng) ， 保護(hù)通常只需發(fā) 出 接地信號(hào) ， 不跳閘。 三相異步電動(dòng)機(jī)損壞多因其過熱燒毀所致。 微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù) 處理 單 元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù) 字 量輸入 /輸出接口單元和人機(jī)接 口 單元四個(gè)部分， 如圖 41 所示 ： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 13 模擬電氣量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微 處 理 器C P U開 關(guān) 量 輸 入 接 口開 關(guān) 量 輸 出 接 口執(zhí) 行 元 件人機(jī)交互系統(tǒng)顯 示 器打 印 機(jī)輸 出鍵 盤 輸 入 圖 41 微機(jī)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)原理框圖 微機(jī)保護(hù)裝置的軟件部分主要包括：初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障計(jì)算模塊、故障檢出模塊以及保護(hù)功能模塊等等。 多達(dá) 32 個(gè)可編程的 I/O 口。 表 41 MAX4539 真值 表 MAX4539 與 ATmega16 的連接電路圖如圖 42 所示： CAL A2 A1 A0 EN LATCH 輸出 0 所有開關(guān) 開路，輸出高阻，鎖存器置全 1 1 1 保持原狀態(tài) 0 0 0 0 1 0 通道 1（ NO1） 0 0 0 1 1 0 通道 2（ NO2） 0 0 1 0 1 0 通道 3（ NO3） 0 0 1 1 1 0 通道 4（ NO4） 0 1 0 0 1 0 通道 5（ NO5） 0 1 0 1 1 0 通道 6（ NO6） 0 1 1 0 1 0 通道 7（ NO7） 0 1 1 1 1 0 通道 8（ NO8） 1 0 0 0 1 0 V+/2 1 0 0 1 1 0 REFH1 1 0 1 0 1 0 REFL0 1 0 1 1 1 0 5/8(V+V) 1 1 0 0 1 0 GND 1 1 0 1 1 0 4081/4096(VREFH1VREFL0) 1 1 1 0 1 0 15/4096(VREFH1VREFL0) 1 1 1 1 1 0 所有開關(guān)開路 ，輸出高阻 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 16 ( A D C 0 ) P A 0( A D C 1 ) P A 1( A D C 2 ) P A 2( A D C 3 ) P A 3( A D C 4 ) P A 4( A D C 5 ) P A 5( A D C 6 ) P A 6( A D C 7 ) P A 7A R E FG N DA VC C( T O S C 2 ) P C 7( T O S C 1 ) P C 6( T D I ) P C 5( T D O ) P C 4( T M S ) P C 3( T C K ) P C 2( S D A ) P C 1( S C L ) P C 0( O C 2 ) P D 7P B 0 ( T 0 )P B 1 ( T 1 )P B 2 ( I N T 2 )P B 3 ( O C 0 )P B 4 ( S S )P B 5 ( M O S I )P B 6 ( M I S O )P B 7 ( S C K )R E S E TVC CG N DX T A L 2X T A L 1P D 0 ( R X D )P D 1 ( T X D )P D 2 ( I N T 0 )P D 3 ( I N T 1 )P D 4 ( O C 1 B )P D 5 ( O C 1 A )P D 6 ( I C P 1 )A T M E G A 1 6 4 0 P I N1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 015V+G N DVR E F H IR E F L OC O MN O 1N O 2N O 3N O 42 0L A T C HE NC A LA 0A 1A 2N O 8N O 7N O 6N O 5M A X 4 5 3 923467891 01 91 81 71 61 51 41 31 21 1A 0A 1A 2P B 0P B 1P B 2溫 度 、 電 壓 、 電 流 信 號(hào) 圖 42 MAX4539 連接圖 溫度采集系統(tǒng) 三相異步電動(dòng)機(jī)的銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗及非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行都會(huì)導(dǎo)致其發(fā)熱。然后再