【文章內(nèi)容簡介】 (有功損耗)，jxm代表與主磁通相對應(yīng)的鐵芯的電抗：，jx2代表折算到定子邊的轉(zhuǎn)子繞組電抗和漏抗；，代表定子繞組的電阻，j代表定子繞組的漏抗；rm代表與定子鐵芯損耗相對應(yīng)的等效電阻(有功損耗)，j xm代表與主磁通相對應(yīng)的鐵芯的電抗； jx代表折算到定子邊的轉(zhuǎn)子繞組電抗和漏抗；在不計磁路飽和的影響下，電動機的運行可看成是在正序?qū)ΨQ電壓和負序?qū)ΨQ電壓分別作用下運行的疊加，：在正、負序電壓作用下產(chǎn)生各序相應(yīng)的電流、功率及其轉(zhuǎn)矩，而綜合轉(zhuǎn)矩M是在序轉(zhuǎn)矩Ml和負序轉(zhuǎn)矩M2的合成。M=M1M2由于電動機正常運行中，轉(zhuǎn)差率S很小，則正序阻抗Z+遠小于負序阻抗Z，即負序電壓很小也會引起大的負序電流。負序電流產(chǎn)生的負序轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，使輸出轉(zhuǎn)矩和功率減小，在負載不變情況下，引起電動機轉(zhuǎn)速下降，非故障相電流增大，引起繞組過熱而燒毀電動機。另一方面，在三相電壓不平衡時，三相感應(yīng)電動機的負序阻抗與其啟動期間的阻抗相似，而此時在不平衡電源上運行的電動機將產(chǎn)生不平衡電流，所引起的線電流不平衡為線電壓不平衡的數(shù)倍，三相電流可能明顯地不同，而且電流較大的那一相中加重的發(fā)熱將使電動機的溫升加劇，最嚴重的不平衡形式是一相斷路，這種情況將會很快導(dǎo)致電動機燒毀，所以保護裝置要有不平衡(斷相)保護功能。、負序?qū)ΨQ電壓疊加圖 ，對Y形接法，設(shè)A相斷開，流入電動機的電流為： ()應(yīng)用三相對稱分量法：（）、為三相不對稱電流，a=e176。、a2=e176。、a3=1由歐拉公式ejφ=cosφ+jsinφ得： （）由此可見，在A相斷開時，正序、負序電流大小相等，方向相反。B、C端點間電壓推導(dǎo)如下： （）聯(lián)立以上兩式得： （）∴ （）= （）式中：Z+—三相異步電動機正序相阻抗Z—三相異步電動機負序相阻抗在忽略勵磁阻抗的影響時，Z+、Z計算如下：=2r1+2jx1+（）+j2（x1+） （）∴ （）電流有效值為： （）在電動機運行過程中發(fā)生缺相故障：0s1,故s1忽略不計 （）(2) 在電動機啟動時己經(jīng)缺相此時S=l，故：= （）式中r1——定子繞組每相電阻折算值； ——轉(zhuǎn)子繞組每相電阻折算值； S——轉(zhuǎn)差率； 　x1——定子電抗； x2——轉(zhuǎn)子電抗折算值；Uφ——相電壓；把S=1代入得：∴ （）式中：IQX3為額定啟動線電流IQX3= (4~7)Ie故啟動時，在斷相情況下，斷相運行電流為IB =(~6) Ie同樣電動機在額定負載下斷相時，電動機轉(zhuǎn)速將下降直至停轉(zhuǎn)，此時斷相電流也達(~6) Ie由此可見在斷相時，電流是額定電流的(3~6)倍,如此大的電流如無保護措施,電動機繞組將很快燒壞。本裝置采用兩段式定時限負序電流保護作為電動機斷相、定子繞組或引出線不對稱相間短路、定子繞組匝間短路的主保護：第一段具有高整定值I21，(負序電流I段電流定值)，短延時T21(負序電流I段時間定值)；第二段具有低定值I22(負序電流Ⅱ段電流定值)，長延時T22(負序時間Ⅱ段時間定值)。負序過電流保護分兩段：l)當電動機發(fā)生斷相、反相或匝間短路，將產(chǎn)生負序電流，裝置根據(jù)負序電流值提供保護。負序電流I段跳閘動作條件如下：I2≥I21；I21為電動機負序電流Ⅰ段定值；I2為負序電流；TT21；T21為負序電流I段延時整定值；2)由于負序保護能反映例如局部匝間短路之類的輕微故障，對于電動機故障的早期診斷具有很大優(yōu)勢。但是由于實際供電電源總存在一定的不對稱，即使在正常運行時，電動機也會有一定的負序電流存在，負序保護整定必須躲過這一不平衡電流。負序電流Ⅱ段動作條件如下：I2≥I22；I22為電動機負序電流Ⅱ段電流定值；I2為負序電流；TT22；T22為負序電流Ⅱ段延時整定值；3 微機保護算法參數(shù)的測量可分為直流采樣和交流采樣兩種。 直流采樣 在微機應(yīng)用初期，一些參數(shù)的測量普遍采用直流采樣，直流采樣是把交流電壓、電流信號轉(zhuǎn)化為0～5V的直流電壓，再送到A/D轉(zhuǎn)換器。即A/D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號。直流采樣的好處是不經(jīng)過采樣裝置處理的，所以采樣周期和速度不受限制，軟件設(shè)計簡單，計算方便，對采樣值只需做比例變換即可得到被測量的數(shù)值。但直流采樣方法存在一些問題：測量精確度直接受整流電路的影響，整流電路參數(shù)調(diào)整困難。直流采樣的整流電路中二極管半波整流和橋式全波整流都存在二極管的導(dǎo)通壓降影響整流電路線性的問題，特別是在信號電壓較低的時候，影響更大。而實際中一般選用精密整流電路，這種電路的優(yōu)點是避免了整流二極管正向?qū)▔航档挠绊懀瑫r增加了電路的復(fù)雜程度，而且還需要為放大器提供正負電源，增加了電源部分的成本。而且一個系統(tǒng)的全電量采集需要多個整流器件、使得裝置的結(jié)構(gòu)龐大、可靠性降低。 交流采樣交流采樣是相對直流采樣而言，直接對交流電壓和電流波形進行采樣。在一些比較高檔的儀器儀表中，人們普遍采用交流采樣。采樣方式是按一定周期(稱為采樣周期)連續(xù)實時采樣被測信號一個完整的波形(對于正弦波只需采樣半個周期即可)，即交流采樣是按一定規(guī)律對被測信號的瞬時值進行采樣，再用一定的數(shù)值算法將采樣得到的離散信號進行真有效值運算，從而得到電流信號的真有效值，這樣就避免了被測信號波形畸變對采樣值的影響。交流采樣的關(guān)鍵技術(shù)有幾個方面：，這對于工頻電流信號是不成問題的，因為目前單片機的處理速度已經(jīng)足夠。，這就需要從幾個方面來努力：①保證電流互感器在測量范圍內(nèi)輸出的電壓信號波形失真小。②電流互感器的采樣信號到單片機輸入接口往往需要比例放大，這就要求信號變換電路失真要小。③防止噪聲干擾，一般的做法是在單片機輸入口加一個高頻旁路電容。交流采樣電路中除去了阻容濾波電容，因而在響應(yīng)速度方面比直流采樣有極大改善，特別對于那些對響應(yīng)特性要求較高的隨動系統(tǒng)非常有益。盡管交流采樣有很多直流采樣無法比擬的優(yōu)點，但因其會增加軟件編程的難度并要占據(jù)較大的存儲空間而在一些較簡單的小型系統(tǒng)中較少使用。交流采樣法主要取決于兩個因素：測量精度和測量速度。交流采樣相當于用一條階梯曲線代替一條光滑的正弦曲線，其原理性誤差主要有兩項：一項是用時間上的離散數(shù)據(jù)近似代替時間上的連續(xù)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差，這主要取決于A/D的轉(zhuǎn)換速度和CPU的處理速度；另一項是將連續(xù)的電壓和電流進行量化而產(chǎn)生的量化誤差，這主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。交流采樣對A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和采樣保持器要求較高；為了保證測量精度，一個周期內(nèi)，必須保證足夠的采樣點數(shù)，而且采樣計算程序相對復(fù)雜，對CPU要求較高。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，如今的微機、單片機的處理速率大大提高，同時也出現(xiàn)了種類繁多而且性能價格比很好的A/D轉(zhuǎn)換器，這些為交流采樣奠定了堅實的基礎(chǔ)。交流采樣省去了整流器件，降低了造價，簡化了裝置構(gòu)成。它是采用某一正交函數(shù)組作為樣品函數(shù)，將這一正交樣品函數(shù)組與待分析的時變函數(shù)進行相應(yīng)的積分變換，以求出與樣品函數(shù)頻率相同分量的實部和虛部系數(shù)，進而可以求出待分析的時變函數(shù)中該頻率的諧波分量的模值和相位。設(shè)被采樣電流i(t)和電壓u(t)包含直流分量和各次諧波分量，則分解為傅氏級數(shù)： () () () ()其中實部：　　 ()　　 　 ()虛部： () ()這種算法在計算機上實現(xiàn)時，是對離散的采樣值進行運算，假設(shè)在一個周期采樣N個點，
……
，……，可用N個采樣值的總和代替上述積分運算。 ，則實部： ()同樣得： ()同樣有虛部： () ()式中N—一個周期T中的采樣次數(shù)—第k個采樣值。當n=1時，為基波情況，實部和虛部為： () () () ()由此可得到： () ()傅氏算法優(yōu)點是能夠有效地抑制各次諧波，有數(shù)據(jù)濾波作用。但由于用離散值累加代替連續(xù)積分，所以結(jié)果受頻率的影響，此外，由于此種算法得出結(jié)果時間長，所以響應(yīng)速度較慢?，F(xiàn)在己有快速傅氏算法等用以克服這些缺點。 全周波傅氏算法，計算精確，并能抑制各種諧波。在本文保護裝置中，選取全周波傅氏算法作為系統(tǒng)的采樣算法。4 電動機微機保護的硬件研究與設(shè)計由單片微機與其它外圍器件和裝置連接起來的硬件，在軟件的操作下運行以執(zhí)行預(yù)定的保護或控制任務(wù)。硬件是微機保護系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件設(shè)計必須與硬件協(xié)調(diào)，從而完成微機保護功能。本文裝置由C8051F360單片機為核心的主控單元，前向數(shù)據(jù)采集單元，保護執(zhí)行驅(qū)動單元。如下圖為系統(tǒng)硬件框圖： 保護裝置原理框架圖如上圖所示，為系統(tǒng)的電氣原理圖，系統(tǒng)的控制核心采用單片機C8051F360。 信號輸入電路系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器是電壓互感器和電流互感器。電壓互感器二次側(cè)電壓、電流互感器二次側(cè)電流的模擬量首先進入電流電壓變換模件進行交流變換，然后進入濾波元件濾波后進入ad轉(zhuǎn)換器，接著通過光電耦合去除干擾，進入單片機C8051F360，由單片機微處理器讀取轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過一定的算法進行信號處理和故障判斷?？撮T狗MAX813L芯片可以實現(xiàn)對CPU的實時監(jiān)控，當CPU運行異常時，看門狗將對整套系統(tǒng)強行復(fù)位。在人機接口模塊，用戶通過鍵盤可以查詢各個保護情況；單片機發(fā)出的事件報告和采樣信息也通過顯示器顯示。通訊接口總線，通過與上位機通信，使系統(tǒng)調(diào)度人員能在遠方了解系統(tǒng)的運行情況，并能遠方修改定值、執(zhí)行操作命令等，從而實現(xiàn)變電站綜合自動化的遠方監(jiān)控功能。本系統(tǒng)故障檢測信號取自于電動機UAC相線電壓、三相線電流、負序電流和零序電流，共六路模擬輸入信號，實時的電壓和電流信號經(jīng)過PT和CT的轉(zhuǎn)換，成為可處理的低電平信號，經(jīng)過預(yù)處理電路。 電壓采樣電路圖預(yù)處理電路主要完成對信號的濾波，濾除測量要求之外的高次諧波。然后在信號采集電路中對信號進行多路同步采樣。電壓信號經(jīng)穩(wěn)壓電路并轉(zhuǎn)化成電壓有效值，經(jīng)運算放大后ad轉(zhuǎn)換機。再通過光電耦合濾除干擾進入單片機。電流采樣電路為： 電流采樣電路圖在單片機中經(jīng)內(nèi)部程序的判定后確定保護狀態(tài)，從而完成保護。 單片機介紹Intel公司生產(chǎn)的C8051F系列單片機是一種高度集成的SOC型芯片，除兼容8051的微控制器內(nèi)核、指令系統(tǒng)、數(shù)字外設(shè)部件外、還具有數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的模擬部件及其他數(shù)字外設(shè)部件，包括MUX、程控放大器、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBus/I2C、SPI、USB、雙UART、PCA、內(nèi)時鐘、PLL、內(nèi)置大容量FLASH以及片內(nèi)XRAM等大量的資源，使單片機既能處理數(shù)字信號，又能處理模擬信號，成為真正的混合信號系統(tǒng)級芯片或片上單片機系統(tǒng)。C8051F360具有指令運行速度高，I/O端口功能可采用軟件配置，使始終系統(tǒng)更加完善；多種復(fù)位方式可實現(xiàn)C2接口的在系統(tǒng)調(diào)試以及進一步降低功耗的特點。 8255芯片及應(yīng)用 8255及端口8255是可編程外圍并行接口芯片，有三個8位的并行口，端口既可編程為普通的I/0口，也可編程為選通I/0和雙向傳輸口，8255為總線兼容型的，可與C8051F360的總線直接接口。8255并行I/0端口A口、B口和C口都是8位的，可以編程為輸入或輸出端口，其中C口可以編程為兩個4位端口，A口和B口八位(字節(jié))尋址，C口可分高四位和低四位來尋址。同時，三個端口的特點有所不同，口A輸入和輸出都帶鎖存，口B和口C輸出有鎖存，但輸入無鎖存。 8255的命令字和工作方式8255的A1, AO口為端口地址線，A1A0選通的端口00口A01口B10口C11命令字口工作方式命令字的具體格式如下：D7=1 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DODO：口C下半部(PC3PCO), 1=輸入，0=輸出；D1：口B, 1=輸入，0=輸出；D2：口B方式選擇，1=方式1, 0=方式0；D3：口C上半部(PC7PC4), 1=輸入，0=輸出；D4：口A，1=輸入，0=輸出；D6, D5：口A方式選擇，00=方式0, O1=方式1, 10=方式2；8255的工作方式，共有方式0、方式方式2三種：方式0是基本輸