【正文】 若超過 s 該輸入端收不到脈沖信號，則內(nèi)部定時器溢出， 8號引腳由高電平。 山東科技大學學士學位論文 電動機微機保護的硬件研究與設計 37 (5)電源故障輸出端（ PFO） 電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電 平變?yōu)榈碗娖健? (3)電源接地端（ GND）：接 0 V 參考電平。與 TTL/CMOS 兼容。本設計采用 MAX813L制作看門狗電路有 效地保護了系統(tǒng)的正常運行。 此外，工業(yè)現(xiàn)場由于諸多大型用電設備的投入或撤出電網(wǎng)運行，往往造成系統(tǒng)的電源電壓不穩(wěn)，當電源電壓降低或掉電時，會造成重要的數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)不能正常運行。用看門狗程序的運行。這時， CPU執(zhí)行隨機拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼 執(zhí)行，導致程序“跑飛”或進入“死循環(huán)”。 看門狗電路 工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機”。分析了設計中的幾個重點模塊：模擬量采樣、人機接口界面等。 RS232 通訊協(xié)議作為現(xiàn)在最常用的串行通訊協(xié)議，通訊距離長，可靠性更高，擴展性能好，具有非常廣的使用范圍。上側(cè)通過 MAX232 與單片機分別實現(xiàn)與數(shù)據(jù)的輸出與輸入。該部分為預留的通訊接口，信息傳輸采用串行方式。鍵盤設計如圖 所示： 圖 鍵盤設計電路圖 管腳 名稱 有效電平 功能 1 GND 0V 電源地 2 Vcc +5V 正電源 3 Vadj 負 顯示對比度調(diào)整 4 WR 低 寫信號 5 RD 低 讀信號 6 CE 低 片選信號 7 A0 高 /低 高：寫命令字或讀數(shù)據(jù) 低：寫數(shù)據(jù)參數(shù)或讀數(shù)據(jù) 8 RST 低 復位信號 9～ 16 DB0～ DB7 高 /低 數(shù)據(jù)線 表 芯片 MPU 引腳功能 山東科技大學學士學位論文 電動機微機保護的硬件研究與設計 35 通訊接口設計 在實際應用中，常會出現(xiàn)控制與工作現(xiàn)場不在同地點的情況。鍵盤由三個鍵組成，分別為：向上、向下、確認組成。下表所列是與單片機系統(tǒng)進行接口的引腳功能說明。接口單元具有功能較強的 I/O 緩沖器。 圖 顯示設計電路圖 SED1335 控制器是日本 SEIKO EPSON 公司出品的液晶顯示控制器，是一種寬工作電壓型 ～ 控制器，它在同類液晶顯示控制器產(chǎn)生中是功能較強的一個。通過調(diào)節(jié)電位器 W1 的大小能夠改變山東科技大學學士學位論文 電動機微機保護的硬件研究與設計 33 液晶顯示器的對比度。 C8051F360 的 P0 連接到 8255A， 8255A 的 PC 口與液晶顯示模 塊的數(shù)據(jù)口連接， C8051F360 的 RD,WR 直接用作液晶顯示模塊的讀、寫控制信號?；?20240? 點陣的顯示屏具有多種擴展功能供用戶選擇，大大方便了用戶，提高了系統(tǒng)的集成度與實用性。 人機界面設計 液晶顯示電路設計 DMF50174NT3FW 型液晶顯示 器是由日本 OPTRFX 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品 .它由320240? 點陣構(gòu)成 .具有分辨率高、接口方便、設計簡便 (內(nèi)嵌控制器 )、功耗低、價格便宜等優(yōu)點。 方式 2 為雙向傳輸方式，只適用口 A。 方式 1 是選通輸入 /輸出方式，在這種方式下， 8255 的三個端口被分成 A 組和 B 組 (端口 A和端口 C的高四位為 A組，端口 B 和端口 C 的低四位為 B組 )， A組中口 A為 I/0 口，口 C的三位為其提供聯(lián)絡信號。 8255 的命令字和工作方式 8255 的 A1, AO 口為端口地址線，選擇如表 A1 A0 選通的端口 0 0 口 A 0 1 口 B 1 0 口 C 1 1 命令 字口 表 工作方式命令字的具體格式如下： D7=1 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DO DO：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； 山東科技大學學士學位論文 電動機微機保護的硬件研究與設計 32 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 是基本輸入 /輸出方式，這種方式 下，端口按方式選擇命令字指定的方式輸入或輸出，輸出時具有端口鎖存功能。 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。 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。電流采樣電路為： 圖 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。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。 圖 電壓采樣電路圖 山東科技大學學士學位論文 電動機微機保護的硬件研究與設計 30 預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。 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。 看門狗 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)強行復位。 山東科技大學學士學位論文 電動機微機保護的硬件研究與設計 29 硬件工作原理 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。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。山東科技大學學士學位論文 電動機微機保護的硬件研究與設計 28 4 電動機微機保護的硬件研究與設計 保護裝置原理框架圖 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)行預定的保護或控制任務。 全周波傅氏算法 ， 計算精確 ， 并能抑制各種諧波 。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，所以響應速度較慢。 T?? 2? ， NTdt? ， NTKt? 山東科技大學學士學位論文 微機保護算法 26 則實部： ? ?? ? ?????????????? NkNk kKRn NnkiNNTNTKTniTi1 12c os22c os2 ?? () 同樣得： ?? ??????? Nk kRn NnkuTu12c os2 ? () 同樣有虛部： ?? ??????? Nk kXn NnkiNi12s in2 ? () ?? ??????? Nk kXn NnkuNu 1 2s in2 ? () 式中 N— 一個周期 T中的采樣次數(shù) ku — 第 k個采樣值。 全周波傅氏算法 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)進行相應的積分變換，以求出與樣品函數(shù)頻率相同分量的山東科技大學學士學位論文 微機保護算法 25 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。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。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)。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。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。 ，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。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 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。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?，但同時增加了電路的復雜程度，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。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。即A/D 轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號。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； 山東科技大學學士學位論文 微機保護算法 23 3 微機保護算法 采樣方案 參數(shù)的測量可分為直流采樣和交流采樣兩種。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。 負序過電流保護分析 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 )。21BC xxjrr U ???。 = )]([2 39。2121BCB）（‘。212239。21239。2r +j2（ x1+ 39。 = BC ZZU ??。 ）（）（IIIUIIIU?????? （ ） ∴ ）（）（）（）（。UUUUUUUUB???? （ ） 聯(lián)立以上兩式得： ???????????????????00221C2B00B2BZZZZZ3 3jZZ3 3jZ3 3j。）（）（???? （ ） 由此可見，在 A 相 斷開時，正序、負序電流大小相等，方向相反。、 a2=ej240 176。I 、 C。CBA0CB2A2C2BA1III31IIII31IIII31I????（ ） A。另一方面，在三相電壓不平衡時，三相感應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致電動機燒毀，所以保護裝置要有不平衡 (斷相 )保護功能。 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。2 )2( sr jx39。1x 代表定子繞組的漏抗； rm 代表與定子鐵芯損耗相對應的等效電阻 (有功損耗 )， j xm 代表與主磁通相對應的鐵芯的電抗； 39。