【正文】 個中斷優(yōu)先級，并自帶看門狗與電源監(jiān)控功能。本文中采用單片機芯片為主電路，進而分析研究對保護器的設計。由于此時轉差率增大，導致 I’2隨著 S 的增大值超過了空載電流 I0的減少值，定子電流隨之增大，從而使定子銅損 PCu1和轉子銅損 PCu2的增大值超過鐵損 PFe的下降值，致使電動機的效率下降。 △ /Y 轉換時 ?與 ? 關系分析 電動機的效率與其端電壓及轉差率之間存在如下關系 : ???? CO SSK CO SS U NNN ?? ??? 2 式中， NS 為電動機額定工況時的轉差率 。 當負載增大到一定程度 (大約 ? ≥ 70%)時，由于電動機依靠增大轉差率 S 來提高電磁轉矩以達到與負載轉矩相平衡的狀態(tài)，導致 39。一般說來，負載很輕時， 39。一般說來，設計電動機時選取 B 值 在磁化曲線的拐角處，因而，當電動機由△接轉換為 Y 接運行時，定子每相繞組的空載相電流將降為△接時的 3/1 還要低一些。 式 可表示為圖 13 的矢量圖。 mX 為激磁電抗 。 其中 : NPP/2?? 式中的 NP 為額定功率。在小型鑄鋁轉子籠型感應電動機中，滿載下雜散損失可達輸出功率的 1%～ 3%，在大型的感應電動機中，雜散損失一般為輸出功率的 5% 。 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。 由于 11UEB??? 式中， ? 為磁通量 。 1211 3 RIPCu ? 式中， R1為定子每相電阻 。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。 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，起動轉矩可根據負載情況靈活調整，起動電流可調，操作簡單、維護量小，可以頻繁起動等優(yōu)點。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。 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)可以分為經濟運行狀態(tài)、允許運行狀態(tài)和非經濟運行狀態(tài)。 而我國現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。 熱繼電器 在建國初期，我們引進了蘇聯的 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 。 本文從分析異步電動機的功率損失入手 ,闡述了三相異步電動機Δ Y 切換降壓運行的工作特性、節(jié)能原理、節(jié)電效果、節(jié)能保護器應采取的抗干擾辦法以及其它應注重的新問題。 最后 ,制作出了一臺試驗樣機并進行了性能測試 ,實驗結果表明 ,樣機達到了預期的控制性能和節(jié)能效果 ,驗證了方案的可行性。 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品所代替。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。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。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。 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)根據電流檢測的結果判定是否進行切換，以及保護是否動作。 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，它向電網吸取能量，從軸上輸出機械能。 Pe為電磁功率。由于轉子電源頻率很低 ,轉子的鐵芯損失很小，忽略不計。近似認為鐵雜損失與外加電壓的平方成正比。 2P 為輸出功率。 39。 mI 為激磁電流。 ①空載電流 0I 一方面，電動機的電勢平衡條件為 : )( 11111 jXRIEU ???? ??? 因為 1R 、 1X 很小，故可以認為，當電動機由△接轉換為 Y 接運行時，定子每相繞組上感應的主電勢 E1將近似地隨 U1的降低而降為△接時的 3/1 。21239。2I 呈上升趨勢。電動機在 Y 接時， 3/1?UK 1K 為電動機的空載電流系數。 ? 為電動機降壓運行時的效率。端電壓 U1的降低使得定子鐵損 PFe降低 。 P87LPC767 是 20 腳封裝的單片機，適合于許多要求高集成度、低成本的場合。 本系統(tǒng)的輸入包括 : 電動機的三相電流信號 (由電流互感器采集輸入 )。 圖 22 電動機節(jié)能保護器的系統(tǒng) 框圖 由于系統(tǒng)采用單片機作為主控芯片，其運算能力較弱，設計過程中為了盡量避免單片機承擔過多的運算工作，就以 I1/IN 代替臨界負載率β作為輸入。 C2 ()為高頻濾波電容，其作用是濾去輸出的高次諧波，使得硬件保護電路不會因干擾而誤動作 。從 OV到 的上升時間小于 ，該響應速 度對于控制對象為電動機的系統(tǒng)來說，是符合要求的。其輸入包括來自圖 32 的線形整流濾波電路的電平信號，以及來自單片機的復位信號。 R51 和電位器 P2 構成分壓電路，提供比較參考電壓 (可通過 P2 調節(jié) )。 則 硬件過流保護的動作值 = = LM339 在單電源 +5V 的工作條件下 (帶 1K 上拉電阻 )，輸出的高電平 UH 至少為 4. 8V，輸出的低電平 UL 最多為 。來自保護器外部的感性負載切換時產生的噪聲 。 程序流程圖與調試過程 電動機節(jié)能保護器的程序流程圖如圖 35 所示。若無，則啟動延時過后，程序轉入下一環(huán)節(jié)。 保護器軟件抗干擾分析以及抗擾措施 [3][6] 單片機在程序執(zhí)行過程中，因各種干擾的存在，會使得 PC 出現錯誤，單片機程序便脫離正常軌道運行，出現“跑飛”現象。 還可以在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個單字節(jié)指令 NOP，這可以保證其后面的指令不會被拆散。看門狗得不到喂，看門狗定時器溢出，程序回到入口處。如電動機為重載，則需將輸入按鍵撥至△下啟動 )，保護器根據輸入情況判斷電動機在△下或 Y 下啟動， ZJl 得電與否決定了 KM1, KM2 得電與否，同時也決定了電動機在△下還是在 Y 下啟動。電動機在△下運行時，如在設定的時間內，保護器檢測到電動機定子電流均小于額定電流與設定的臨界負載率的乘積，則單片機發(fā)出切換信號控制繼電器 ZJ1 的常開觸點閉合， KMl 線圈失電， KM2 線圈得電，電動機切換至 Y下運行。由于大部分電動機的空載電流設定在額定電流的 30%～ 70%，所以該電動機節(jié)能保護器只適用于空載電流較小的電動機，因此限制了電動機節(jié)能保護器的應用場合。 交流采樣的算法很多，可大體上歸為時域分析算法和頻域分析算法兩大類。交流采樣的輸入是二次電壓、二次電流信號經整流以后的脈動直流信號。 考慮單片機的程序存儲器空間是否夠用。若功率因數角小于 600，則不切換。 采用合理的延時時間時，在啟動延時過程中，單片機除了持續(xù)給硬件保護復位外，還對三相電流進行不平衡判斷，以達到對單相接地、兩相間短路的保護的目的。使本次設計的電動機節(jié)能保護 器進一步完善。這不僅使得程序大為簡化，同時也獲得了較高的性價比。但因為剛啟動時電動機處于冷態(tài)，啟動過程中的過電流不會使電動機燒毀。 采用鑒相器電路 如繼續(xù)采用直流采樣，可用鑒相器電路將電壓與電流信號的相位作比較，輸出與相位差成比例的電平，將該電平作為 A/D 采樣的輸入，則單片機就能根據電動機線電流的大小以及功率因數來確定是否進行切換，從而解決前述問題。 功率因數的計算是在 A/D 采樣程序捕捉到電壓過零點時開始記數，每發(fā)生一次A/D 中斷，記數值加一，直至 A/D 采樣程序捕捉到對應線電流的過零點。 本設計具有以下特點 : ① 采用單片機作為主控芯片，其運算能力較差 。 解決方法如下。如單片機檢測到電動機己滿足反時限過流保護或三相電流不平衡保護的動作條件，則繼電器 ZJ2 得電，其常閉觸點斷開， KM3 失電，其常開觸點斷開，電動機從電網上切除。 ③電動機停車。 S2 為啟動按鈕， S1 為停止按鈕。 ③看門狗技術。 為盡量減輕“跑飛”現象對整個系統(tǒng)造成的嚴重后果，在程序設計時，需加入一些抗干擾措施，以盡快將“跑飛”的程序“拉回來”。如發(fā)現硬件保護動作，則單片機直接進入等待復位狀態(tài)。若不為零，則表明電動機已進入啟動過程，程序轉入下一環(huán)節(jié)。并在繼電器線圈上并聯二極管，以抑制繼電器線圈產生的反電動勢干擾。 代入式 得 :VU4A4V。選擇參數時需讓 C5 的充電回路時間常數小于 C4 的充電回路時間常數，這樣就可消除 C4 對電路的負面影響。保護動作后，因為來自圖 32 的線形整流濾波電路的電平信號已變成零，所以本電路還需有維持保護動作信號電平的功能。當電動機短路電流過大時，若過流保護沒能及時動作，電動機可能損壞，甚至燒毀。 5V電源的供電條件下，放大器 LM324 構成的整流電路的輸出電壓 (也即硬件保護環(huán)節(jié)和 A/D 轉換環(huán)節(jié)的輸入電壓 )最大只能到 ，考慮一定裕量，將 倍的額定電流，則額定電流下所對應的整流電路的輸出電壓就為 。 圖 31 線形整流電路原理圖 電流互感器輸出的二次交流電流信號流經精密電阻得到交流電壓信號，再由電位器 (該電位器作校準額定電流用 )分壓接至圖 31 的 input 端， output 端輸出的是電壓信號經過分壓后的絕對值的平均值。單片機保護輸出 。可編程 I/O 口線輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入， LED 驅動輸出。近年來保護器的發(fā)展迅速，并且更加智能化。 當 ? 40%時，由于電動機轉矩與端電壓平方成正比，△→丫切換后電動機轉矩也隨之下降而小于負載轉矩，電動機只有依靠增大轉差率，提高電磁轉矩以達到與負載轉矩相平衡的狀態(tài)。 圖 15 △接和丫接狀態(tài) ?COS 下與 ? 的關系曲線 圖 15 為電動機在△接和 Y 接狀態(tài)下 ?COS 與 ? 的關系曲線，由圖可知， Y 接的 ?COS 要高于△接的 ?COS 。2I 尚未增加或增加不大，這就使得 Y 接時的 1I 明顯低于△接時的 1I 。2I 增大。 可見，對于某一在用的電動機， Y 接時的 m? 也將近似的降為△接時的 3/1 。即 : 0IIm ?? ? 201 III ??? ??? 式中， 0I 為定子空載電流。 mR 為激磁電阻 。 電動機的工作特性，是指在電網電壓 U =380V，頻率 f =50Hz 時，電動機在△接和 Y 接兩種狀態(tài)下定子電流 1I 、功率因數 ?COS ,效率 ? 與負載率 ? 的關系。對于感應電動機來說，銅雜損失是主要的，約占電動機雜散損耗的 70%～ 90%. 感應電動機雜散損失在總損失中占的比例很小。通風損失大約和空氣流通速度的立方成正比。 B 為磁通密度。它們是由定子電流和轉子電流流過定子、轉子繞組而產生的。 經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。在運行過程中可根據定子電流控制電動機的端電壓，從而實 現節(jié)能。 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。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)能計劃的重要內容。 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。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。但目前市面上的節(jié)能設備普遍存在成本過高的現象 ,這在一定程度上阻礙了異步電動機節(jié)能設備的推廣使用。本文還在實驗結果的基礎上進行了深入的分析和討論 ,為進一步完善本方案提出了改進的方向和辦法。 數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，可實現電機的智能化綜合保護