【正文】 第 4 章 三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的設(shè)計(jì) ........................................................................ 17 電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的硬件電路設(shè)計(jì)與分析 [5] .......................................................... 17 線性整流濾波電路 ........................................................................................... 17 硬件保護(hù)電路 ................................................................................................... 19 保護(hù)器硬件抗干擾分析以及抗擾措施 [6] ........................................................ 20 電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的軟件電路設(shè)計(jì)與分析 ............................................................. 21 程序流程圖與調(diào)試過程 ................................................................................... 21 保護(hù)器軟件抗干擾分析以及抗擾措施 [3][6] ..................................................... 23 第 5 章 Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器電動(dòng)機(jī)主電路接線圖及其工作過程 .................................... 25 第 6 章對(duì)影響電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器設(shè)計(jì)過程的因素的討論 [4] ............................................... 27 有關(guān)空載電流對(duì)保護(hù)器的影響 ................................................................................. 27 采用交流采樣方法 ........................................................................................... 27 采用鑒相器電路 ............................................................................................... 28 對(duì)于硬件保護(hù)有可能躲不開的△下啟動(dòng)電流分析 ................................................ 29 其他因素考慮 ............................................................................................................. 29 總結(jié) .......................................................................................................................................... 30 致謝 ............................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 31 附錄 A（ P87LPC767 MCU） ................................................................................................ 32 附錄 B(P87LPC767 單片機(jī) ) ................................................................................................... 38 第 1 章 緒論 我國電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀簡介 我國的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置大約經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設(shè)計(jì)、更新?lián)Q代、智能化發(fā)展等幾個(gè)階段。由此看出，比較符合我國國情需要的是既要 使電機(jī)的節(jié)能設(shè)備具有較好的節(jié)能效果，又要想辦法盡量降低改造或更新的費(fèi)用。 電子式軟啟動(dòng)器 電子式軟啟動(dòng)器的主電路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，啟動(dòng)時(shí)一由單片機(jī)或其它智能控制系統(tǒng)控制晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而使得電動(dòng)機(jī)的端電壓平滑上升。 銅損失 ( CuP ) 電動(dòng)機(jī)的銅損失包括定子銅損失 1CuP 和轉(zhuǎn)子銅損失凡 2CuP 。對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)而言，還包括滑環(huán)與電刷之間的摩擦損失。所以電動(dòng)機(jī)總的損耗是增加還是減少，則需根據(jù)負(fù)載而定。此時(shí)轉(zhuǎn)子電流接近于零，定子電流基本上是激磁電流。2I 減小，另一方面 S 的增大會(huì)使 39。 特定的電動(dòng)機(jī)，其空載電 流系數(shù) 1K 為定值。 第 3 章 三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器 控制結(jié)構(gòu)的分析 [2] 三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器可以根據(jù)客戶具體要求的保護(hù)器性能來完成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具體的保護(hù)功能。 本系統(tǒng)的輸出包括 : △ /Y切換信號(hào) 。 由于在177。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的線電流因故障而增大到 5 倍額定電流時(shí)，本電路需發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除 。 當(dāng)硬件保護(hù)動(dòng)作后， Viz=OV,VU4A2=, VU4AVU4A54。若為零，則電動(dòng)機(jī)未進(jìn)入啟動(dòng)過程，繼續(xù)調(diào)用判斷啟動(dòng)子程序 。當(dāng)程序“跑飛”到某個(gè)三字節(jié)指令上時(shí) ，由于有兩個(gè)操作數(shù)，則 CPU誤把操作數(shù)當(dāng)成操作碼的機(jī)率就更大。 第 5 章 Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器電動(dòng)機(jī)主電路接線圖及其工作過程 圖 41 三相異步電動(dòng)機(jī) Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器主電路接線圖 [7] 其中 220VAC 接觸器 KM1, KM2 分別為控制電動(dòng)機(jī)△下、 Y 下運(yùn)行的接觸器，KM3 為保護(hù)動(dòng)作的接觸器。 ⑤電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作。為提高精度及運(yùn)算速度，積分法和傅立葉變換法均可由分段線形插值法和拋物線插值法改進(jìn)。不同的是在采用交流采樣后，校準(zhǔn)的對(duì)象變成了整流環(huán)節(jié)的交流輸入電壓，即電流互感器并聯(lián)精密電阻后再由電位器分壓輸出的交流電壓信號(hào) ，而不是整流環(huán)節(jié)的直流輸出電壓信號(hào)。作為本次設(shè)計(jì)的控制電路主芯片，充分利用其自帶的 A/D 接 口，用電位器代替了鍵盤、 LED 顯示器或液晶顯示器等輸入、輸出設(shè)備。 其他因素考慮 除了以上設(shè)計(jì)過程中會(huì)出現(xiàn)的因素，還應(yīng)考慮節(jié)能保護(hù)器自身性價(jià)比的問題。當(dāng)采用此算法以后程序?yàn)? 左右，再加上為串口 RS232 轉(zhuǎn) USB 接口程序預(yù)留的 1k 左右的代碼空間，總代碼量為 左右，小于單片機(jī)自帶的 4k EPROM 空間，因此方法可行。時(shí)域分析算法主要有積分法和二點(diǎn)法 。電動(dòng)機(jī)在 Y 下運(yùn)行時(shí)，如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，保護(hù)器檢測到電動(dòng)機(jī)定子電流均大于額定電流與設(shè)定的臨界負(fù)載率的乘積，則單片機(jī)發(fā)出切換信號(hào)控制繼電器 ZJl 的常閉觸點(diǎn)閉合， KM2 線圈失電， KM1 線圈得電，電動(dòng)機(jī)切換至△下運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)中使用的主芯片 P87LPC767 單片機(jī)自帶看門狗，喂看門狗就是執(zhí)行指令 : WDFeed: MOV WDRST, lEH MOV WDRST, OE1H 將以上程序?qū)懭攵〞r(shí)器中斷子程序中，就可利用看門狗技術(shù)將“跑飛”的 程序“拉回”到入口處。當(dāng)程序“跑飛”到某個(gè)單字節(jié)指令上時(shí)，便自己自動(dòng)納入正軌 。 調(diào)用過程如下 : 單片機(jī)上電后，主程序先進(jìn)行開機(jī)自檢，然后設(shè)定各 I/O 口、定時(shí)器 (包括看門狗定時(shí)器 )的工作狀態(tài)，再對(duì)程序中用到的變量、信號(hào)量進(jìn)行初始化，并使用定時(shí)器中斷和 A/D 中斷。 由疊加原理可得 : 245553 535553 5554 AUizAU VRR RVRR RV ???? 當(dāng)硬件保護(hù)未動(dòng)作時(shí)， Viz， VU4A2=， VU4A4VU4A5。其輸出包括兩路電平信號(hào)，一路經(jīng)非門驅(qū)動(dòng)光耦，從而驅(qū)動(dòng)硬件保護(hù)繼電器 ZJ3 的線圈 。C3(1u)為低頻濾波電容，其作用是求出 Vinput 的絕對(duì)值的平均值，使得單片機(jī)僅需對(duì) Voutput 進(jìn)行直流采樣，從而避免了單片機(jī)進(jìn)行較為復(fù)雜的交流采樣算法。臨界負(fù)載率、積分時(shí)間信號(hào) (由可調(diào)電位器輸入 )。功率因數(shù) cosφ增大 。 NIIK /01 ? 式中， 0I 為電動(dòng)機(jī)的空載電流 。21139。 圖 13 電動(dòng)機(jī)的電流矢量圖 當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率 S ≈ 0, 39。 電動(dòng)機(jī)的總損失由 P? 定子銅損失 1CuP 、轉(zhuǎn)子銅損失 2CuP 、鐵損失 FeP 、機(jī)械損失 fwP 和雜散損失 SP 組成。因此認(rèn)為從空載到額定負(fù)載的范圍內(nèi)，僅是定子鐵芯損失。在電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程中，不可避免地會(huì)有一些能量損失。 此類節(jié)能電路具有控制方便、無諧波污染等優(yōu)點(diǎn)。 據(jù)有關(guān)專家估算，由于設(shè)計(jì)、制造等各種原因，我國電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的能源利用效率約比發(fā)達(dá)國家低 1030 個(gè)百分點(diǎn)，總的節(jié)能潛力約為 1000 億千瓦時(shí)，相當(dāng)于 20個(gè)裝機(jī)容量為 1000 兆瓦級(jí)的大型火電廠的年發(fā)電總量，而進(jìn)行電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的改造和更新的費(fèi)用需要約 500 億元人民幣。本文還在實(shí)驗(yàn)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。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(dòng)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(tái)，使得電機(jī)保護(hù)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。國家計(jì)委對(duì)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(jì)劃的重要內(nèi)容。在運(yùn)行過程中可根據(jù)定子電流控制電動(dòng)機(jī)的端電壓，從而實(shí) 現(xiàn)節(jié)能。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。通風(fēng)損失大約和空氣流通速度的立方成正比。 電動(dòng)機(jī)的工作特性，是指在電網(wǎng)電壓 U =380V，頻率 f =50Hz 時(shí)，電動(dòng)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。即 : 0IIm ?? ? 201 III ??? ??? 式中， 0I 為定子空載電流。2I 增大。 圖 15 △接和丫接狀態(tài) ?COS 下與 ? 的關(guān)系曲線 圖 15 為電動(dòng)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 。近年來保護(hù)器的發(fā)展迅速，并且更加智能化。單片機(jī)保護(hù)輸出 。 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(duì)應(yīng)的整流電路的輸出電壓就為 。保護(hù)動(dòng)作后，因?yàn)閬碜詧D 32 的線形整流濾波電路的電平信號(hào)已變成零，所以本電路還需有維持保護(hù)動(dòng)作信號(hào)電平的功能。 代入式 得 :VU4A4V。若不為零，則表明電動(dòng)機(jī)已進(jìn)入啟動(dòng)過程，程序轉(zhuǎn)入下一環(huán)節(jié)。 為盡量減輕“跑飛”現(xiàn)象對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的嚴(yán)重后果，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，需加入一些抗干擾措施，以盡快將“跑飛”的程序“拉回來”。 S2 為啟動(dòng)按鈕， S1 為停止按鈕。如單片機(jī)檢測到電動(dòng)機(jī)己滿足反時(shí)限過流保護(hù)或三相電流不平衡保護(hù)的動(dòng)作條件，則繼電器 ZJ2 得電，其常閉觸點(diǎn)斷開， KM3 失電，其常開觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除。 本設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn) : ① 采用單片機(jī)作為主控芯片，其運(yùn)算能力較差 。 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(hào)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(dòng)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。這不僅使得程序大為簡化，同時(shí)也獲得了較高的性價(jià)比。 采用合理的延時(shí)時(shí)間時(shí)，在啟動(dòng)延時(shí)過程中，單片機(jī)除了持續(xù)給硬件保護(hù)復(fù)位外，還對(duì)三相電流進(jìn)行不平衡判斷，以達(dá)到對(duì)單相接地、兩相間短路的保護(hù)的目的。 考慮單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間是否夠用。 交流采樣的算法很多，可大體上歸為時(shí)域分析算法和頻域分析算法兩大類。電動(dòng)機(jī)在△下運(yùn)行時(shí)，如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，保護(hù)器檢測到電