單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用本科畢業(yè)論文(參考版)
2025-07-17 14:54本頁(yè)面
【正文】 。在串行模式中，CS為片選端，DAT為串行數(shù)據(jù)輸入端，SCK為串行脈沖輸入端，電位器R2可以調(diào)節(jié)液晶亮度。為了節(jié)約CPU的端口資源，本裝置采用了串行接口，接線電路如圖313所示。在本裝置設(shè)計(jì)中，LCD顯示器采用LCM12864ZK液晶模塊。圖312裝置開(kāi)關(guān)量輸出回路圖中CPU主系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)后，同一回路的LED指示燈立即點(diǎn)亮，表示光電隔離芯片的出口端已經(jīng)導(dǎo)通，此時(shí)繼電器便發(fā)生動(dòng)作，使裝置的COM端子和OUTJ1端子導(dǎo)通，相當(dāng)于兩者中間的開(kāi)關(guān)合閘，以進(jìn)一步帶動(dòng)相關(guān)的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作。 圖310 裝置內(nèi)部觸點(diǎn)輸入回路 圖311 裝置外部輸入接點(diǎn)與CPU連接圖 開(kāi)關(guān)量輸出回路開(kāi)關(guān)量輸出除了CPU主系統(tǒng)的端口輸出、信號(hào)線、晶閘管驅(qū)動(dòng)等低壓輸出外，還包括保護(hù)的跳閘出口、合閘出口、中央信號(hào)繼電器驅(qū)動(dòng)等與強(qiáng)電有關(guān)的電路。如圖310所示。這類觸點(diǎn)大致分為兩類：一類是安裝在裝置面板上的觸點(diǎn)，如裝置整定、調(diào)試用的或在運(yùn)行中定期檢查裝置用的鍵盤(pán)觸點(diǎn)，以及切換裝置工作方式用的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等；另一類是從裝置外部經(jīng)端子排引入裝置的觸點(diǎn)，如需要運(yùn)行人員不打開(kāi)裝置外蓋而在運(yùn)行中進(jìn)行切換的各種連接片、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、其他保護(hù)自動(dòng)保護(hù)裝置的觸點(diǎn)和操作繼電器的觸點(diǎn)。輸出電壓100mV/送至A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖39溫度測(cè)量電路圖中AD581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40V，輸出為10V。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。圖中用電位器R1調(diào)零點(diǎn)，用R2調(diào)增益，方法如下：將AD590放入0的冰水混合溶液中，調(diào)整R1使輸出VO=0V；然后將AD590放入100的沸水中，調(diào)R2使VO=100mV。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO=。 圖38 AD590的封裝及基本應(yīng)用電路因?yàn)榱鬟^(guò)AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，如兩電阻R1和R2之和為1kΩ，那么輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在－55～+150范圍內(nèi)，非線性誤差為177。③輸出電阻為710MΩ。A，相當(dāng)于溫度變化1K。②AD590的電源電壓范圍為4V～30V。A；T——熱力學(xué)溫度，單位為K。 圖37 系統(tǒng)電壓的處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理圖如圖38所示。(1)本系統(tǒng)采用TV10131型微型精密交流電壓互感器，TV10131是一種電流型電壓互感器，其體積小、精度高、外形美觀、機(jī)械和耐環(huán)境性能好、電壓隔離能力，典型應(yīng)用如圖36（a）和圖37（b），性能參數(shù)見(jiàn)表31。其工作原理圖見(jiàn)圖36所示。 圖35 電壓波形的轉(zhuǎn)換三相電流的測(cè)量采用三個(gè)電流傳感器，本系統(tǒng)采用GCT211B型電流互感器，它是一種保護(hù)型的互感器，輸入范圍為0100A，輸出為05A，內(nèi)部具有隔離和屏蔽電路，使得被測(cè)電流信號(hào)不被強(qiáng)電所干擾。若利用反相求和電路將－KUi與Ui負(fù)半周波形相加，就可實(shí)現(xiàn)全波整流。圖34所示電路為全波精密整流電路，通過(guò)整流電路將采集來(lái)的交流信號(hào)負(fù)半波翻轉(zhuǎn)，從而獲得單片機(jī)能接收的單向脈動(dòng)信號(hào)。使用AVR的ADC需要注意：ADC的分辨范圍在以GND為基準(zhǔn)的0 V到參考電壓的范圍內(nèi)。ADC與一個(gè)多路模擬開(kāi)關(guān)連接，通過(guò)分時(shí)復(fù)用的方式，能對(duì)來(lái)自端口A的8 路單端輸入電壓逐個(gè)進(jìn)行采樣。圖33 采樣保持電路 A/D轉(zhuǎn)換微機(jī)保護(hù)裝置必須對(duì)同一時(shí)刻的電量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以保證各路信號(hào)間的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)V1為高電平時(shí)，采樣保持器工作于采樣方式；當(dāng)V1為低電平時(shí)，采樣保持器工作于保持方式。18V下工作； 電壓跟隨時(shí)間短(10μs)，下降率低； 輸出電壓零點(diǎn)可調(diào)：高精度的直流誤差(%)；低功耗(約為500mW)；使用溫度范圍大（－25～＋85）等。其優(yōu)越性能主要表現(xiàn)為：工作電源范圍寬，可在供電電壓 177。在本保護(hù)系統(tǒng)中要采集每一相的電流、電壓等電量參數(shù)，為此選用了多路模擬開(kāi)關(guān)和采樣保持器配合工作：利用多路開(kāi)關(guān)將各路模擬信號(hào)輪流與A/D轉(zhuǎn)換器接通，使一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器能完成多個(gè)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，節(jié)省硬件開(kāi)銷。如圖32所示。而在微機(jī)繼電保護(hù)中用到的一般只是其中的低次諧波，這就給CPU提出了過(guò)高的要求，因此，應(yīng)將采集來(lái)的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除掉高次諧波，降低對(duì)微機(jī)硬件系統(tǒng)的過(guò)高要求。總體設(shè)計(jì)如圖31所示：圖31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)三相電壓電流的交流參數(shù)來(lái)自被保護(hù)線路或設(shè)備的電壓互感器、電流互感器二次側(cè)，通過(guò)TV、TA變換后形成模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以測(cè)量的電壓，然后經(jīng)低通濾波器（ALF）、采樣保持器（S/H）、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC）轉(zhuǎn)變成與一次電量成線性關(guān)系的數(shù)字量。 第三章 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)從功能上來(lái)劃分，微機(jī)保護(hù)裝置可以分為6個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口、人機(jī)接口、通信系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。其中裝置設(shè)整定時(shí)間，原理圖如圖29所示。若到整定時(shí)間到達(dá)后，任意一相電流仍大于額定電流105%時(shí)，即即認(rèn)定電機(jī)未啟動(dòng)成功，保護(hù)跳閘。如圖28所示 圖28 低頻保護(hù)原理圖 The schematic diagram of low frequency protection 電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)狀態(tài)下時(shí)，啟動(dòng)電流是額定電流的4~7倍，如此大的電流長(zhǎng)期作用與電機(jī)繞組上，會(huì)對(duì)電機(jī)造成損害，所以裝置設(shè)有啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)。就應(yīng)減載掉一些不太重要的電機(jī)，以保證重要的電動(dòng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖 27 PT斷線檢測(cè)原理圖 The testing schematic diagram of PT broken line 低頻保護(hù) 頻率是反映電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，供電網(wǎng)絡(luò)的電壓頻率直接影響到用電設(shè)備的運(yùn)行情況，所以繼電保護(hù)裝置應(yīng)能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頻率。判據(jù)（2）是對(duì)PT發(fā)生不對(duì)稱斷線時(shí)進(jìn)行的判斷。滿足任一條件后，延時(shí)5s發(fā)報(bào)警信號(hào)。本裝置對(duì)PT斷線的判據(jù)如下：（1）三相的線電壓均小于18v。系統(tǒng)諧振、PT自身故障、回路短路、接觸不良斷線，電壓回路有接地故障等都是造成PT斷線的原因。其整定原則如表1所示。一種為低壓保護(hù)，當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)電壓降低時(shí)，為了保證重要電動(dòng)機(jī)的可靠自啟動(dòng)成功，切除部分不重要的電機(jī)而設(shè)有低壓保護(hù)。 電壓保護(hù)分成兩種情況，一種為過(guò)壓保護(hù)，過(guò)電壓又分為外部過(guò)電壓及內(nèi)部過(guò)電壓，外部過(guò)電壓保護(hù)一般是避過(guò)雷擊等外部因數(shù)而定，時(shí)間整定值應(yīng)取最小值。我國(guó)10KV電網(wǎng)大多數(shù)是變壓器中性點(diǎn)不接地，當(dāng)單相接地故障零序電流保護(hù)的動(dòng)作電流的整定原則為[48]： （221）——電機(jī)額定相電壓；——電動(dòng)機(jī)每相對(duì)地電容；——角頻率；n——電動(dòng)機(jī)機(jī)端互感器變化；——可靠系數(shù)，；~。當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生接地故障時(shí)，零序?qū)⒊霈F(xiàn)電流，這是區(qū)別任何接地故障的原因，其值的大小反應(yīng)故障的程度。并可根據(jù)電流大小區(qū)分故障類型[41] [54]。因而有如下推倒： （210）電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)A相電流為： （211） （212） （213）此處可分為兩種情況若是啟動(dòng)時(shí)斷相有，則 （214）若在正常運(yùn)行中C相斷相，則：。下面將對(duì)這兩種給予分析 （1） 斷相引起的負(fù)序電流 圖
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