【導(dǎo)讀】由于高壓電動(dòng)機(jī)被大量應(yīng)用于極端惡劣的環(huán)境中其保護(hù)問(wèn)題就顯。近年來(lái)隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展趨。性、高環(huán)境適應(yīng)性方向發(fā)展。本文以高壓異步電動(dòng)機(jī)為例，對(duì)其常見(jiàn)故障及相應(yīng)保護(hù)原理進(jìn)行分析，該設(shè)計(jì)的硬件部分以ATmega16為系統(tǒng)的核心，通過(guò)對(duì)電壓、電。流和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而即時(shí)準(zhǔn)確判斷并消除故障。更好地提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地工作，本文還對(duì)其進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 的 氣體、蒸汽、化學(xué)沉積、污穢及廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 20 其它爆炸性和腐蝕性介質(zhì)。 3）型號(hào)及意義： L Z Z B J 9 1 0 AA 型 結(jié) 構(gòu)電 壓 等 級(jí) （ k V ）設(shè) 計(jì) 序 號(hào)加 強(qiáng) 型帶 保 護(hù)澆 注 絕 緣支 柱 式電 流 互 感 器 圖 47 型號(hào)含義 本型電流互感器有 75/5A（ 1A） 、 100/5A（ 1A） 、 150/5A（ 1A） 、 200/5A（ 1A） 、 300/5A（ 1A） 、 400/5A（ 1A） 、 500/5A（ 1A） 等 多種變比 。 4）主要技術(shù)參數(shù)： ① 額定一次電流： 20~3000A； ② 額定二次電流： 5A或 1A； ③ 額定電壓： 10kV； ④ 計(jì)量準(zhǔn)確級(jí)次： 、 、 、 ； ⑤ 保護(hù)準(zhǔn)確級(jí)次： 10P 10P1 10P20； ⑥ 負(fù)荷的功率因 數(shù) ： ? （滯后） 。 高壓電動(dòng)機(jī)的沖擊電流一般比其額定值大 10 倍以上，其會(huì)使電流互感器的一次額定電流倍數(shù)增加，從而引起的電流誤差可大大超過(guò) 10%，造成速斷誤操作 ， 因此 必須選擇大變比的電流互感器。 （ 2） 單片機(jī)電路板上使用的電流互感器選用 TYCT21EM5A/ 立式穿芯微型精密電流變換器 1）特點(diǎn)： ① 立式穿芯印刷線路板直接焊接安裝、外形美觀； ② 體積小，精度高； 全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。 2）使用環(huán)境條件： ① 環(huán)境溫度： 55176。C ~+85176。C ； 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 21 ② 相對(duì)濕度：溫度為 40176。C 時(shí)不大于 90%。 3） 工作頻率范圍： 20Hz~20kHz。 4） 絕緣耐熱等級(jí)： B 級(jí)（ 130176。C ）。 5）安全特性： ① 絕緣電阻：常態(tài)時(shí)大于 1000M? ； ② 抗電強(qiáng)度：可承受工頻 6000 V/1 分鐘； ③ 阻 燃 性：符合 UL94Vo 級(jí)。 6） 外形圖、安裝尺寸和線圈圖 ： 圖 48（ a） 外形圖、安裝尺寸 圖 48（ b） 線圈圖 7） 典型應(yīng)用如圖 49（ a）和圖 49（ b），性能參數(shù)見(jiàn)表 44； 圖 49（ a） 圖 49（ b） 表 44 TYCT21EM5A/ 2 . 5 m A 典型應(yīng)用的性能參數(shù) 應(yīng)用 方法 額定輸入電流 額定輸出電流 額定采樣電阻RL 額定采樣電壓 相移 非線 性度 線性 范圍 耐壓 電阻法 5A 300? ≤20′ ≤% ≥2 倍 額定 ≥6kV IC 法 5A / ≤1/2 倍 IC電源電壓 ≤5′ ≤% ≥2 倍 額定 ≥6kV 8）注意事項(xiàng)： ① 電流變換器初級(jí)應(yīng)串聯(lián)于被測(cè)電流回路中，次級(jí)應(yīng)近似工作于短路廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 22 狀態(tài) ； ② 電流變換器次級(jí)電路不允許開(kāi)路，所以 不能 裝熔斷器。 采樣保持電路 模擬信號(hào)在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 時(shí) ， 從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間。在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，模擬信號(hào)要基本保持不變。否則轉(zhuǎn)換精度沒(méi)有保證，特別當(dāng)輸入 信號(hào)頻率較高時(shí)，會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)換誤差。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)將輸入信號(hào)的電平保持住，而在A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號(hào)的變化 。采樣保持電路就是完成這樣的功能。 雖然在 AVR 單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換器 中有自帶的采樣保持電路，但是難以在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行多路信號(hào)的采樣保持。 為實(shí)現(xiàn)同步采樣， 采用共享A/D 轉(zhuǎn)換器 通道的多通道 采樣保持的形式 構(gòu)成采樣保持電路 。 采樣保持器選用通用型集成 AD582 芯片 。 使用 多路 AD582 將同一時(shí)刻的 多路 輸入 信號(hào) 鎖定 ， 再分時(shí)輸入 A/D 轉(zhuǎn)換通道 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 共享 A/D 多通道結(jié)構(gòu) 框 圖 如圖 410所示 ： 圖 410 共享 A/D 多通道 結(jié)構(gòu)框圖 AD582 的信號(hào)捕捉時(shí)間最短達(dá) 6μs，具有相互隔開(kāi)的數(shù)字地、模擬地，從而提高了抗干擾能力。 多路模擬開(kāi)關(guān) MAX4539 安置在采樣保持器 AD582之后，因此多路開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻將會(huì)影響傳輸誤差，為此有必要增加高輸入阻抗的緩沖器（圖 410 中的 N 放大器），這樣可提高整個(gè)采集系統(tǒng)的精度。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 23 濾波調(diào)理電路 經(jīng)過(guò) ACDC 轉(zhuǎn)換所得的直流電壓疊加了豐富的高次諧波分量，另外由于電網(wǎng)以及電動(dòng)機(jī)自身的干擾，使所得的電壓電流信號(hào)質(zhì)量非常差。這就要求對(duì)信號(hào) 進(jìn)行濾波處理。本裝置采用 RC 無(wú)源 低通濾波電路，將信號(hào)中疊加的高頻分量統(tǒng)統(tǒng)濾掉。 AD 轉(zhuǎn)換電路 本文設(shè)計(jì) 8 路采集信號(hào)： 3 路電壓信號(hào)、 3 路電流信號(hào)、 1 路 電動(dòng)機(jī)定子繞組 端部 溫度信號(hào)和 1 路電動(dòng)機(jī)漏電電流信號(hào)。 ATmega16 單片機(jī)內(nèi)部集成8 路 10 位逐次逼近型 ADC， ADC 與一個(gè) 8 通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將 8路中的任何一路設(shè)置為 A/D 轉(zhuǎn)換，不需要作為 A/D 使用的口可以繼續(xù)作為I/O 口使用。 輸入輸出通道 輸入通道 （ 1）模 擬量輸入通道 每路模擬 信號(hào)輸入 通道都配置 圖 411（ a） 所示的 前置模擬 低通 濾波 電路 濾 去 輸入信號(hào)中對(duì)保護(hù)無(wú)用的 較高頻率部分 。 當(dāng) 輸入信號(hào)為電流信號(hào)時(shí)，需先轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再進(jìn)行濾波。為了保證輸出電壓不受后級(jí)電路輸入阻抗的影響，一般采用由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流 — 電壓變換電路，如圖 411（ b）所示。 RRC CViVo －＋AIiVoR 圖 411（ a） 圖 411（ b） 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 24 （ 2）開(kāi)關(guān)量輸入通道 開(kāi)關(guān)量輸入主要顯示各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如斷路器的位置，接地刀位置、手動(dòng)合閘、手動(dòng)分閘、保護(hù)動(dòng)作情況以及裝置的各種報(bào)警功能。單片機(jī)和電氣開(kāi)關(guān)二者在電平范圍和驅(qū)動(dòng)能力的要求上存在很大的差異。因此，在設(shè)計(jì)硬件時(shí)必須在二者之間添加緩沖驅(qū)動(dòng)電路。另外，為減少?gòu)?qiáng)電對(duì)弱電的干擾還應(yīng)該添加光電耦合電路將二者隔離開(kāi)來(lái)。開(kāi)關(guān)量輸入通道電路圖如圖 412所示： A CK ET L P 1 8 01364I / O 口＋ 5 VG N D＋ 2 4 VRx 1C1D1Rx 3開(kāi) 關(guān) 量 輸 入Rx 2G N D 1 圖 412 開(kāi)關(guān)量輸入電路 開(kāi)關(guān)量輸出通道 開(kāi)關(guān)量輸出通道的任務(wù)是把單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)傳 送給保護(hù)裝置，控制 控制 保護(hù) 裝置 的跳閘、合閘、 報(bào)警 等 。 單片機(jī) 輸出的 信號(hào) 在傳輸線上只能存在很短的時(shí)間，所以接口電路必須及時(shí)把信號(hào)鎖存。同時(shí) 為提高抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用了光電隔離電路， 開(kāi)關(guān)量輸出電路 設(shè)計(jì) 如圖 413 所示： 鎖存器出 口 繼 電器 輸 出出 口 繼 電器 線 圈＋ 5 VR1R2C1CRDK C O來(lái) 自 C P UR3G N D G N D 1 圖 413 開(kāi)關(guān)量輸出電路 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 25 鍵盤(pán)與顯示設(shè)計(jì) 人機(jī)接口是本裝置的重要組成部分，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。本 部分 主要有鍵盤(pán)和LED 顯示兩部分，鍵盤(pán)用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能的選擇和參數(shù)的 設(shè)定， LED 則用來(lái)顯示功能菜單 和 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 。 鍵盤(pán) 設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)輸入的功能主要包括設(shè)定溫度、電壓及電流各量的告警值、 選擇要設(shè)定的參量 ， 確 定選項(xiàng) 以及返回 。 因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)有 4 個(gè)按鍵： 確認(rèn)鍵、 返回鍵、 左 方向選擇鍵（ 選擇鍵及 定 值 減小鍵 ） 、 右 方向選擇鍵（ 選擇鍵及 定值增加鍵 ） 。 鍵盤(pán)的四個(gè)輸入端分別接到 PA5~PA8，鍵盤(pán)設(shè)計(jì)電路如圖 414 所示： s 1s 3s 4s 2VC CP A 5P A 6P A 7P A 8R1R2R3R4R5R6R7R8 圖 414 鍵盤(pán)設(shè)計(jì)電路圖 鍵盤(pán)掃描采用查詢法，在鍵盤(pán)掃描程序中不斷查詢 PA 口的狀態(tài)（無(wú)按鍵按下時(shí)為高電 平，有按鍵按下時(shí)為低電平），如果查詢發(fā)現(xiàn)有按鍵按下則調(diào)用延時(shí)子程序延時(shí)一段時(shí)間后再次查詢 PA 口的狀態(tài)，如果此時(shí)狀態(tài)與上一次相同則確認(rèn)有按鍵按下，進(jìn)入相應(yīng)的處理程序；否則就認(rèn)為是干擾信號(hào)不予處理。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù) 26 顯示設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的顯示功能使用 LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。為使電路工作更可靠以及節(jié)約資源，采用動(dòng)態(tài)掃描方式。當(dāng)掃描頻率足夠大時(shí)，所有數(shù)碼管在視覺(jué)上是同時(shí)亮的。該方式的功耗只有靜態(tài)掃描的 1/5。 設(shè)計(jì)用 5 個(gè)共陰極的 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示 ，其中最高位用來(lái)顯示數(shù)值的狀態(tài)，低四位顯示參數(shù)值 。 這就需要對(duì) 8 位段碼以及 5 位位 碼總共 13 個(gè)引腳進(jìn)行控制， 直接接 I/O 口會(huì)占用太多的 資源 ，因此本電路使用 1 個(gè) 8 位移位寄存器 74HC164 實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出， 從而驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，這樣便可以節(jié)約 I/O 資源了 。 其原理圖如圖 415 所 示： ( A D C 0 ) P A 0( A D C 1 ) P A 1( A D C 2 ) P A 2( A D C 3 ) P A 3( A D C 4 ) P A 4( A D C 5 ) P A 5( A D C 6 ) P A 6( A D C 7 ) P A 7A R E FG N DA VC C( T O S C 2 ) P C 7( T O S C 1 ) P C 6( T D I ) P C 5( T D O ) P C 4( T M S ) P C 3( T C K ) P C 2( S D A ) P C 1( S C L ) P C 0( O C 2 ) P D 7P B 0 ( T 0 )P B 1 ( T 1 )P B 2 ( I N T 2 )P B 3 ( O C 0 )P B 4 ( S S )P B 5 ( M O S I )P B 6 ( M I S O )P B 7 ( S C K )R E S E TVC CG N DX T A L 2X T A L 1P D 0 ( R X D )P D 1 ( T X D )P D 2 ( I N T 0 )P D 3 ( I N T 1 )P D 4 ( O C 1 B )P D 5 ( O C 1 A )P D 6 ( I C P 1 )A T M E G A 1 6 4 0 P I N1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0Q HQ GQ FQ EQ DQ CQ BQ ABAC L KC L R7 4 H C 1 6 434651 01 11 21 32189efabdcpgefabdcpgefabdcpgefabdcpgefabdcpgL E D 0L E D 1L E D 2L E D 3L E D 4+ 5 V