【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(jī)芯片為主電路，進(jìn)而分析研究對保護(hù)器的設(shè)計。由于此時轉(zhuǎn)差率增大，導(dǎo)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(zhuǎn)子銅損 PCu2的增大值超過鐵損 PFe的下降值，致使電動機(jī)的效率下降。 △ /Y 轉(zhuǎn)換時 ?與 ? 關(guān)系分析 電動機(jī)的效率與其端電壓及轉(zhuǎn)差率之間存在如下關(guān)系 : ???? CO SSK CO SS U NNN ?? ??? 2 式中， NS 為電動機(jī)額定工況時的轉(zhuǎn)差率 。 當(dāng)負(fù)載增大到一定程度 (大約 ? ≥ 70%)時，由于電動機(jī)依靠增大轉(zhuǎn)差率 S 來提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，導(dǎo)致 39。一般說來，負(fù)載很輕時， 39。一般說來，設(shè)計電動機(jī)時選取 B 值 在磁化曲線的拐角處，因而，當(dāng)電動機(jī)由△接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子籠型感應(yīng)電動機(jī)中，滿載下雜散損失可達(dá)輸出功率的 1%～ 3%，在大型的感應(yīng)電動機(jī)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(jī)，可認(rèn)為其機(jī)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(jìn)一步對節(jié)能保護(hù)器在設(shè)計過程中有影響的因素分析，最后完善整套設(shè)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(zhuǎn)矩可根據(jù)負(fù)載情況靈活調(diào)整，起動電流可調(diào)，操作簡單、維護(hù)量小，可以頻繁起動等優(yōu)點。限位開關(guān) SQ 受主軸操縱桿控制，主軸在運轉(zhuǎn)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(jī)經(jīng)濟(jì)運行》 GB124971995 標(biāo)準(zhǔn)來看，工礦企業(yè)中使用著的大量三相交流異步電動機(jī)的運行狀態(tài)可以分為經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)、允許運行狀態(tài)和非經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)。 而我國現(xiàn)有各類電動機(jī)總?cè)萘考s 億千瓦，電機(jī)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(jìn)了蘇聯(lián)的 JR 系列熱繼電器，從而開始了其在中國電機(jī)保護(hù)行業(yè) 中長達(dá)半個世紀(jì)的生涯 。 本文從分析異步電動機(jī)的功率損失入手 ,闡述了三相異步電動機(jī)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(hù)器應(yīng)采取的抗干擾辦法以及其它應(yīng)注重的新問題。 最后 ,制作出了一臺試驗樣機(jī)并進(jìn)行了性能測試 ,實驗結(jié)果表明 ,樣機(jī)達(dá)到了預(yù)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(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器） 在上個世紀(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機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器），為電機(jī)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(hù)功能于一體的全保護(hù)， 而隨著社會的發(fā)展，對于保護(hù)器的要求也越來越高， 純粹模擬線路的電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）正逐漸被其它一些更先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品所代替。我國電機(jī) 的平均效率約低于美國和加拿大 35%，風(fēng)機(jī)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(jī)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。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(jī)改為丫下運行。 單片機(jī)控制的 Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器 單片機(jī)控制的 Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能保 護(hù)器是由單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)電流檢測的結(jié)果判定是否進(jìn)行切換，以及保護(hù)是否動作。 三相異步電動機(jī)的功率損失 電動機(jī)是靠電磁感應(yīng)原理工作的，它向電網(wǎng)吸取能量，從軸上輸出機(jī)械能。 Pe為電磁功率。由于轉(zhuǎn)子電源頻率很低 ,轉(zhuǎn)子的鐵芯損失很小，忽略不計。近似認(rèn)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(jī)的電勢平衡條件為 : )( 11111 jXRIEU ???? ??? 因為 1R 、 1X 很小，故可以認(rèn)為，當(dāng)電動機(jī)由△接轉(zhuǎn)換為 Y 接運行時，定子每相繞組上感應(yīng)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(jī)在 Y 接時， 3/1?UK 1K 為電動機(jī)的空載電流系數(shù)。 ? 為電動機(jī)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(jī)，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(jī)的三相電流信號 (由電流互感器采集輸入 )。 圖 22 電動機(jī)節(jié)能保護(hù)器的系統(tǒng) 框圖 由于系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主控芯片，其運算能力較弱，設(shè)計過程中為了盡量避免單片機(jī)承擔(dān)過多的運算工作，就以 I1/IN 代替臨界負(fù)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(hù)電路不會因干擾而誤動作 。從 OV到 的上升時間小于 ，該響應(yīng)速 度對于控制對象為電動機(jī)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(jī)的復(fù)位信號。 R51 和電位器 P2 構(gòu)成分壓電路，提供比較參考電壓 (可通過 P2 調(diào)節(jié) )。 則 硬件過流保護(hù)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(hù)器外部的感性負(fù)載切換時產(chǎn)生的噪聲 。 程序流程圖與調(diào)試過程 電動機(jī)節(jié)能保護(hù)器的程序流程圖如圖 35 所示。若無，則啟動延時過后，程序轉(zhuǎn)入下一環(huán)節(jié)。 保護(hù)器軟件抗干擾分析以及抗擾措施 [3][6] 單片機(jī)在程序執(zhí)行過程中，因各種干擾的存在，會使得 PC 出現(xiàn)錯誤，單片機(jī)程序便脫離正常軌道運行，出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)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(jī)為重載，則需將輸入按鍵撥至△下啟動 )，保護(hù)器根據(jù)輸入情況判斷電動機(jī)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(jī)在△下還是在 Y 下啟動。電動機(jī)在△下運行時，如在設(shè)定的時間內(nèi)，保護(hù)器檢測到電動機(jī)定子電流均小于額定電流與設(shè)定的臨界負(fù)載率的乘積，則單片機(jī)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(jī)切換至 Y下運行。由于大部分電動機(jī)的空載電流設(shè)定在額定電流的 30%～ 70%，所以該電動機(jī)節(jié)能保護(hù)器只適用于空載電流較小的電動機(jī)，因此限制了電動機(jī)節(jié)能保護(hù)器的應(yīng)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(jīng)整流以后的脈動直流信號。 考慮單片機(jī)的程序存儲器空間是否夠用。若功率因數(shù)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(jī)除了持續(xù)給硬件保護(hù)復(fù)位外，還對三相電流進(jìn)行不平衡判斷，以達(dá)到對單相接地、兩相間短路的保護(hù)的目的。使本次設(shè)計的電動機(jī)節(jié)能保護(hù) 器進(jìn)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(jī)處于冷態(tài)，啟動過程中的過電流不會使電動機(jī)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(jī)就能根據(jù)電動機(jī)線電流的大小以及功率因數(shù)來確定是否進(jìn)行切換，從而解決前述問題。 功率因數(shù)的計算是在 A/D 采樣程序捕捉到電壓過零點時開始記數(shù)，每發(fā)生一次A/D 中斷，記數(shù)值加一，直至 A/D 采樣程序捕捉到對應(yīng)線電流的過零點。 本設(shè)計具有以下特點 : ① 采用單片機(jī)作為主控芯片，其運算能力較差 。 解決方法如下。如單片機(jī)檢測到電動機(jī)己滿足反時限過流保護(hù)或三相電流不平衡保護(hù)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(jī)從電網(wǎng)上切除。 ③電動機(jī)停車。 S2 為啟動按鈕， S1 為停止按鈕。 ③看門狗技術(shù)。 為盡量減輕“跑飛”現(xiàn)象對整個系統(tǒng)造成的嚴(yán)重后果，在程序設(shè)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(xiàn)硬件保護(hù)動作，則單片機(jī)直接進(jìn)入等待復(fù)位狀態(tài)。若不為零，則表明電動機(jī)已進(jìn)入啟動過程，程序轉(zhuǎn)入下一環(huán)節(jié)。并在繼電器線圈上并聯(lián)二極管，以抑制繼電器線圈產(chǎn)生的反電動勢干擾。 代入式 得 :VU4A4V。選擇參數(shù)時需讓 C5 的充電回路時間常數(shù)小于 C4 的充電回路時間常數(shù)，這樣就可消除 C4 對電路的負(fù)面影響。保護(hù)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(hù)動作信號電平的功能。當(dāng)電動機(jī)短路電流過大時，若過流保護(hù)沒能及時動作，電動機(jī)可能損壞，甚至燒毀。 5V電源的供電條件下，放大器 LM324 構(gòu)成的整流電路的輸出電壓 (也即硬件保護(hù)環(huán)節(jié)和 A/D 轉(zhuǎn)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(yīng)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(jīng)精密電阻得到交流電壓信號，再由電位器 (該電位器作校準(zhǔn)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(jīng)過分壓后的絕對值的平均值。單片機(jī)保護(hù)輸出 ?？删幊?I/O 口線輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入， LED 驅(qū)動輸出。近年來保護(hù)器的發(fā)展迅速，并且更加智能化。 當(dāng) ? 40%時，由于電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比，△→丫切換后電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之下降而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)只有依靠增大轉(zhuǎn)差率，提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)。 圖 15 △接和丫接狀態(tài) ?COS 下與 ? 的關(guān)系曲線 圖 15 為電動機(jī)在△接和 Y 接狀態(tài)下 ?COS 與 ? 的關(guān)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(jī)， 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(jī)的工作特性，是指在電網(wǎng)電壓 U =380V，頻率 f =50Hz 時，電動機(jī)在△接和 Y 接兩種狀態(tài)下定子電流 1I 、功率因數(shù) ?COS ,效率 ? 與負(fù)載率 ? 的關(guān)系。對于感應(yīng)電動機(jī)來說，銅雜損失是主要的，約占電動機(jī)雜散損耗的 70%～ 90%. 感應(yīng)電動機(jī)雜散損失在總損失中占的比例很小。通風(fēng)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(zhuǎn)子電流流過定子、轉(zhuǎn)子繞組而產(chǎn)生的。 經(jīng)過對單片機(jī)應(yīng)用的分析后，選擇適合的單片機(jī)用以完成設(shè)計對設(shè)計。在運行過程中可根據(jù)定子電流控制電動機(jī)的端電壓，從而實 現(xiàn)節(jié)能。 其工作原理是 :當(dāng)按下 SB1 時，接觸器 KMl, KM2 得電，電機(jī)在 Y 下啟動。國家計委對電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能非常重視，已把電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能作為“十五”節(jié)能計劃的重要內(nèi)容。 電動機(jī)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(jī)，在國民經(jīng)濟(jì)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(shè)及人民生活正常進(jìn)行的重要保證，因而確保電動機(jī)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(shù)的發(fā)展，給電動機(jī)保護(hù)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(jī)保護(hù)進(jìn)入了一個飛速發(fā)展的階段。但目前市面上的節(jié)能設(shè)備普遍存在成本過高的現(xiàn)象 ,這在一定程度上阻礙了異步電動機(jī)節(jié)能設(shè)備的推廣使用。本文還在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入的分析和討論 ,為進(jìn)一步完善本方案提出了改進(jìn)的方向和辦法。 數(shù)字電子式電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器） 這類電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）主要以單片機(jī)作為控制器，可實現(xiàn)電機(jī)的智能化綜合保護(hù)