【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ????內(nèi)散失在周圍介質(zhì)中的熱量。式()為一階線性微分方程，其通解為： tCGSAQ?????e（）式中A——待定常數(shù)，由初始條件 確定，即認(rèn)為負(fù)荷不變化時(shí)，0?t定子繞組溫度與周圍介質(zhì)的溫度相等，初始溫升為零。將初始條件代入式()得出待定常數(shù)A為: SrIQAe?)(2??將A代入式（）可得 （））（ tCGSerI??1)(2這就是異步電動(dòng)機(jī)的溫升數(shù)學(xué)模型。2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15電動(dòng)機(jī)的溫升特性曲線可以用如下原理來(lái)解釋：當(dāng)時(shí)間t=O時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫度與環(huán)境溫度相同，兩者之間不存在熱傳導(dǎo)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的全部損耗都用來(lái)提高電機(jī)的溫度，所以電機(jī)溫度上升很快。隨著電動(dòng)機(jī)溫度上升的增加，它與周圍介質(zhì)的溫度差越來(lái)越大，散發(fā)到周圍介質(zhì)中的熱量也逐漸增加，溫升增加變慢，直到散熱量等于發(fā)熱量時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫度就不再升高，它所產(chǎn)生的全部熱量散發(fā)到周圍介質(zhì)中，即達(dá)到穩(wěn)定溫升。b．電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性對(duì)式()中的指數(shù)項(xiàng)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開，取前兩項(xiàng)可得： tCGSetS???1（）將式（）代入式（）并整理可得 ()1)/(t22e???TI式中： 稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載倍數(shù)eI/??為一常數(shù)，若電動(dòng)機(jī)的最大容許溫升為 ，則式（）為rICGTe2? max? 1122?????rICGTte（）式（）反應(yīng)了電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù) 與電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載時(shí)間t的關(guān)系，即 ，我們把這種關(guān)系稱為電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載特性，???f?t所示。從圖中可以看出，電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù)越大，其容許過(guò)載時(shí)間就越短，即呈現(xiàn)反時(shí)限特性。2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）161——電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性；2——定時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性；3——階段式定時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性；4——反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性；電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)往往留有一定余量，因此電動(dòng)機(jī)可以容許有一定的短時(shí)過(guò)載能力。其實(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)負(fù)載往往會(huì)有一定的波動(dòng)，這也要求電動(dòng)機(jī)具有一定短時(shí)過(guò)載能力，不會(huì)因短時(shí)過(guò)載而停機(jī)，影響正常生產(chǎn)。電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)問t與過(guò)載倍數(shù) 的關(guān)系稱為電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)?特性。設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)特性時(shí)，要充分利用電動(dòng)機(jī)本身的過(guò)載能力，不要因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)一過(guò)載就立即進(jìn)行保護(hù)，頻繁的斷電保護(hù)將影響正常生產(chǎn)，這樣的保護(hù)也就失去意義了。，定時(shí)限過(guò)載保護(hù)和階段式定時(shí)限過(guò)載保護(hù)都不能像反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性那樣充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，因此在設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)特性時(shí)應(yīng)具有優(yōu)良的反時(shí)限特性。c．電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)取有限個(gè)有代表性的特征點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)載區(qū)間劃分為若干個(gè)子過(guò)載區(qū)間，對(duì)于每一個(gè)子過(guò)載區(qū)間采用定時(shí)限的保護(hù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17所示。 某電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過(guò)載保護(hù)的分段式實(shí)現(xiàn)e/I??動(dòng)作時(shí)間t/s（具體可設(shè)定為某一列）?60 120 180 120 300348 96 144 192 2208.36 72 120 168 202224 60 96 120 ?8 20 30 40 6026 10 20 30 40過(guò)流反時(shí)限保護(hù) .3 7 14 20 25 欠壓和過(guò)壓故障特征分析及保護(hù)判據(jù)根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 2021)s(XRUKT??式中:T——電磁轉(zhuǎn)矩 K——常數(shù) ——定子電壓1U ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和啟動(dòng)感抗20XR， s——轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)供電電壓有關(guān)。當(dāng)電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)發(fā)生變化，進(jìn)而影響到定子電流變化，從而影響到電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。a．欠壓保護(hù)在電動(dòng)機(jī)負(fù)載和轉(zhuǎn)子電阻一定的條件下，電網(wǎng)電壓降低時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩下降，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速增大，磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度增大，因此轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流都將增大。和變壓器的原理一樣，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流必然相應(yīng)增大乜”，2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18溫升增高。如果電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在低電壓工作會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱甚至燒壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成堵轉(zhuǎn)。低電壓也會(huì)使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降，當(dāng)電壓降低到能使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)要不要裝設(shè)欠壓保護(hù)有一定原則。對(duì)電源電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷后又恢復(fù)需要自動(dòng)起動(dòng)的重要電動(dòng)機(jī)，不裝設(shè)低壓保護(hù)。下列電動(dòng)機(jī)一般需裝設(shè)欠壓保護(hù)：(1) 當(dāng)電源電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷后又恢復(fù)時(shí)，為保證重要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)而需要斷開的次要電動(dòng)機(jī)；(2)電源電壓短時(shí)降低或短時(shí)中斷后，根據(jù)生產(chǎn)或工藝的要求，不允許或不需要自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)；(3)需要自啟動(dòng)，但為保證人身和設(shè)備的安全，在電源電壓長(zhǎng)時(shí)間消失后，需從電網(wǎng)中自動(dòng)斷開的電動(dòng)機(jī)。欠壓保護(hù)的整定原則是：若在一定時(shí)限內(nèi)采樣到的線電壓有效值均低于保護(hù)整定值，則認(rèn)為有故障產(chǎn)生，應(yīng)進(jìn)行斷電保護(hù)．b．過(guò)壓保護(hù)過(guò)電壓一般是由電網(wǎng)電壓波動(dòng)造成的，當(dāng)然也可能是伴隨其它故障的產(chǎn)生而產(chǎn)生的，如對(duì)于負(fù)載星形連接且無(wú)中性線的電動(dòng)機(jī)，如果定子繞組一相短路，會(huì)造成其它兩相負(fù)載的電壓增大。電動(dòng)機(jī)在過(guò)電壓狀態(tài)下運(yùn)行，容易對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣造成破壞，進(jìn)而縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命，因此電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。過(guò)壓保護(hù)的整定原則是：若在一定時(shí)限內(nèi)采樣到的線電壓有效值均高于保護(hù)整定值，則認(rèn)為有故障產(chǎn)生，應(yīng)進(jìn)行斷電保護(hù)。 本章小結(jié)本章從異步電動(dòng)機(jī)的模型入手，首先介紹的異步電動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)行原理，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部的基本電磁關(guān)系以及電動(dòng)機(jī)的等效電路圖。然后對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的典型常見故障的類型以及發(fā)生的原因從理論上進(jìn)行了深入細(xì)致的分析，在此基礎(chǔ)之上，重點(diǎn)分析了造成電動(dòng)機(jī)損壞的電氣原因，分析了電動(dòng)機(jī)對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障的特征并引入了對(duì)稱分量法的部分理論。2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19最后，在理論分析基礎(chǔ)之上本文敘述了構(gòu)成電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的基本原理，并詳細(xì)介紹了電動(dòng)機(jī)保護(hù)判據(jù)。包括：短路故障、堵轉(zhuǎn)故障、斷相故障、過(guò)載故障 、欠壓和過(guò)壓故障特征分析及保護(hù)判據(jù)。第 3 章 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器硬件電路設(shè)計(jì)本章將詳細(xì)討論電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的硬件電路設(shè)計(jì)，本論文的硬件系統(tǒng)以STC90C58AD單片機(jī)為核心，并配以外圍電路構(gòu)成?？紤]到電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的應(yīng)用環(huán)境及可靠性要求，在具體的電路設(shè)計(jì)和芯片選型方面充分考慮了該保護(hù)器的實(shí)際需要及抗干擾性能。硬件電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)硬件，設(shè)計(jì)的好壞不僅直接影響硬件系統(tǒng)本身功能的實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)以后的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有很大的影響。所以硬件電路的設(shè)計(jì)不僅要考慮裝置系統(tǒng)功能的要求，還要考慮到使系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)更簡(jiǎn)單方便。 概述 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器硬件系統(tǒng)的技術(shù)要求電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的工作環(huán)境中通常存在大量的機(jī)電設(shè)備，這些機(jī)電設(shè)備在啟動(dòng)、運(yùn)行、停止時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大量的電磁干擾。這導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)智能2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20保護(hù)器的工作環(huán)境復(fù)雜，對(duì)抗干擾性能要求較高。而且在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出保護(hù)命令，這就對(duì)保護(hù)器的硬件電路設(shè)計(jì)提出如下的要求。(1) 抗高溫、低溫能力強(qiáng)。保護(hù)器系統(tǒng)電路中元件的性能會(huì)隨溫度變化而變化，在較高溫度或較低溫度時(shí)有可能產(chǎn)生誤動(dòng)作，故保護(hù)器系統(tǒng)所有的元器件都應(yīng)選用工業(yè)級(jí)器件。(2) 抗強(qiáng)電磁干擾能力強(qiáng)。繼電器的閉合與斷開，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行等都會(huì)在空間激發(fā)高頻電磁場(chǎng)，產(chǎn)生大量的強(qiáng)電磁干擾，影響電子設(shè)備正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致設(shè)備失效，因此在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能地提高硬件的抗干擾性能。(3) 處理器運(yùn)算速度快。由于裝置需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)輸入輸出以及數(shù)據(jù)運(yùn)算，為保證保護(hù)器動(dòng)作的快速性和準(zhǔn)確性必須采用運(yùn)算速度快的微處理器。(4) 采樣精度高。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，表征電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的參量必須得到精確的測(cè)量。 保護(hù)裝置硬件設(shè)計(jì)綜述電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能最終是通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，硬件系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到保護(hù)器的性能指標(biāo)。而實(shí)際的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器還不得不考慮成本因素，本文本著低成本、高性能的原則，查閱了大量微控制器資料，通過(guò)認(rèn)真論證比較最終決定以國(guó)內(nèi)宏晶科技推出的基于新一代增強(qiáng)型8051內(nèi)核的STC90系列單片機(jī)作為核心控制器。電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的硬件系統(tǒng)以STC90C58單片機(jī)為核心控制器，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)這一思想本裝置主要分成六大模塊：處理器模塊，通信模塊，電源模塊，鍵盤、顯示模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和開關(guān)量輸出模塊，系統(tǒng)硬件模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3．1所示：2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21 系統(tǒng)框圖 各模塊研究(1)處理器模塊。處理器模塊使用STC90C58AD單片機(jī)，利用片上AD模塊對(duì)三相電壓電流以及電動(dòng)機(jī)溫度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)保護(hù)算法進(jìn)行保護(hù)決策。(2)鍵盤、顯示模塊。該模塊是本保護(hù)器的人機(jī)交互接口，鍵盤主要用來(lái)設(shè)定電動(dòng)機(jī)的參數(shù)、額定值。顯示器則用來(lái)顯示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息。(3)電源模塊。給微處理器提供標(biāo)準(zhǔn)5V電源，給其它模塊提供合適電平的電源。(4)數(shù)據(jù)采集模塊。將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理和電平變換之右逡入處理器的AD轉(zhuǎn)換模塊。(5) 報(bào)警和保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行模塊。電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器故障報(bào)警和保護(hù)動(dòng)作的執(zhí)行通道，可以將微處理器的保護(hù)決策送至繼電器、斷路器等電氣設(shè)備完成低電壓控制高電壓的工作。(6)通信模塊。將電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的狀態(tài)信息送到PC機(jī)上，便處理模塊數(shù)據(jù)采集模塊電源 報(bào)警和保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行模塊通信模塊鍵盤顯示模塊2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22于技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控和進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析。 中央處理模塊處理器模塊采用STC90C58AD單片機(jī)。STC90C58AD單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的高速／低功耗／超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，但速度快8～12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。4路PWM，8路高速十位AD轉(zhuǎn)換器，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 STC90C58AD單片機(jī)的主要特點(diǎn)（1）增強(qiáng)型8051內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；（2）工作電壓范圍：(5V單片機(jī))/(3V單片機(jī))；（3）工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz；（4）片上集成 256+4096 字節(jié) RAM；（5）通用 I/O(35/39 個(gè))，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉；P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻；（6）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP(在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口（RXD/，TXD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成；（7）內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能；（8）共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器.（9）8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換；（10）工作溫度范圍：40～+85 (工業(yè)級(jí))/0～75 （商業(yè)級(jí)）；C?C? 處理模塊電路設(shè)計(jì)根據(jù)前面的分析，控制器處理模塊電路圖設(shè)計(jì)如圖 所示。2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23圖 處理模塊硬件電路圖 鍵盤、顯示模塊人機(jī)接口是本電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的重要組成部分，通過(guò)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。 鍵盤設(shè)計(jì)鍵盤是典型的輸入設(shè)備，其功能是為了輸入數(shù)據(jù)、命令以及查詢系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。鍵盤由選擇鍵和功能鍵組成。本裝置鍵盤采用2 x 3矩陣式非編碼鍵盤，共6鍵，分別為：（1）1～2為左鍵（在定制輸入確認(rèn)鍵按下后作為數(shù)字的減小鍵)和右鍵(在定制輸入確認(rèn)鍵按下后作為數(shù)字的增大鍵)；（2）3～4為上下選擇鍵，用于選擇菜單以及在輸入設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)用于選擇數(shù)據(jù)位的位置；（3）5為功能選擇（返回）鍵，6為確認(rèn)鍵。2022 屆 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24P2口的低3位作為輸入口。確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下運(yùn)用“行掃描法” 。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法， 　 　 判斷鍵盤中有無(wú)鍵按下將全部行線key1，key2，key3置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與3根行線相交叉的3個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無(wú)鍵按下。 　 　 判斷閉合鍵所在的位置：在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 ：圖 鍵盤設(shè)計(jì)電路 顯示設(shè)計(jì)本裝置中人機(jī)接口的顯示采用點(diǎn)陣式液晶顯示模塊，帶中文字庫(kù)圖形液晶模塊 128