【正文】 其中， H 為電動機的熱積累值，表示電動機的過熱程度； t? 為相鄰兩次積累計算的時間間隔。 考慮到負序電流的熱效應，特別是轉子繞組中的熱效應，具有反時限特性的過載保護模型的動作判據(jù)如下式所示 [17,25～ 26]: 22 1??????????seqIIt? () 其中， t 為過載保護動作時間； 1? 為電動機熱積累時間常數(shù)，表示電動機的過熱能力。電動機發(fā)熱過程溫度變化曲線如圖 所示 [21]。如圖 。為了反映正、負序電流的不同發(fā)熱效應，英國 GEC公司提出了一個反映上述發(fā)熱效應的“等效電流” eqI [11,19]： 2222112 IKIKIeq ?? () 式中： K1為正序電流發(fā)熱系數(shù)，電動機起動過程中由定值按電動機負荷能力整定，一般設為 ，河北工業(yè)大學碩士學位論文 9 電動機運行過程中自動設為 1； K2 為負序電流發(fā)熱系數(shù)， K2=（ 3～ 6），一般設為 6； I1為正序電流分量； I2為負序電流分量。假設對應的轉子正序電阻 (折合到定子側 )近似為直流電阻 R1， 對應的轉子負序電阻 (折合到定子側 )為交流電阻 R2，對異步電動機有 [17,18]： ?? RKRR12 ～ 6 () 即與 I+大小相同的 I產(chǎn)生的損耗為 I+的 KR倍。 2211 等效電流的計算 幅值相同的正序電流 I+和負序電流 I在電動機內(nèi)部產(chǎn)生的熱量并不相同。 另外，電動機的過載保護還應具有模擬和記憶電動機熱積累的功能。 Q 的量綱為時間， ()式表明動作時間 T 是輸入電流 I 的函數(shù)，當 I 1 時， T 為負，不動作；當 I 1 時， T 為正，動作。 電動機的過載與輸電線路或其它設備的過載不同，因為 電動機過載將導致電動機 過熱，但又允許在低倍過載情況下運行一定時間，故電動機的過載特性 一定要 具有 良好的反時限 性 [16]，如圖 所示 。 因過載對電動機的損壞主要是由于過電流引起的，所以故障嚴重程度可通過過電流的程度來判斷 。 22 電動機常見 故障 的保護措施 221 過載 保護 過載是指 電 動 機 負荷 加大，造成電機輸出力矩加大， 運行 時電流超過 額定 值 ， 引起發(fā)熱的現(xiàn)象。 ??????????????????????????????????????????????????0200200AAACCCCAAABBBBAAAAIIIIIIIIIIIIIIIIII??????????????????? ????????? ????????? ?????????????????CBAACBAACBAAIIIIIIIIIIII313131022????河北工業(yè)大學碩士學位論文 7 表 電動機常見故障特性分析 Table Analysis of mon fault of motor 故障類型 零序 負序 故障特征 保護特性 對稱故障 過載 無 無 eCBA IIII ??? 反時限 堵轉 無 無 ? ?eCBA I～III 53??? 定時限 短路 無 無 eCBA IIII 8??? 速斷 不對稱故障 非接地 斷相 無 有 eCBA IIII ???? ,0 定時限 不平衡 無 有 CBA III ?? 定時限 相間短路 無 有 ACB III ??? 速斷 接地 單相接地 有 有 CBA III ?? 速斷 注： eI 為電動機的額定電流。對稱故障的保護可通過常規(guī)的過流保護手段實現(xiàn)；對于嚴重的三相短路保護應采用快速跳閘；堵轉故障的保護應采用短時限跳閘；而對于對稱過載應采用定時限跳閘或反時限跳閘，利用反時限特性與電動機的溫升指數(shù)特性相配合。 當發(fā)生對稱故障或嚴重的相間短路故障時，電動機的轉子處于堵轉狀態(tài)，繞組電流大，特別容易燒毀電動機。有如下關系： () 或者 () 其中： 23211 2 0 je j ???? ?? ， 23212402 je j ???? ?? （ 1） 電動機正常運行時，定子繞組 中 通 過 對稱的三相電流 ?AI 、 ?BI 和 ?CI ，且 ??? ? AA II ， 00 ?? ??? AA II ，即繞組中沒有負 序和零序分量。 圖 圖 圖 圖 對稱分量 Symmetrical ponents ??IA ??IC ??IB (a) ??IA ??IC ??IB (b) ?IA0 ?IB0 ?IC0 (c) 基于單片機的電動機過載保護技術的研究 6 圖 正序分量 圖 負序分量 圖 零序分量 根據(jù)對稱分量法，一組不對稱的三相電流 ?AI 、 ?BI 、 ?CI 可分解為三組對稱的三相電流，分別為正序電流 ??AI 、 ??BI 和 ??CI ； 負序 電流 ??AI 、 ??BI 和 ??CI ； 零序電流 ?0AI 、 ?0BI 和 ?0CI 。即與正序相反； （ 3）零序 三相零序分量的幅值和相位均相同。； （ 2） 負序 三相負序分量 的幅值相等，相位為 A 相落后 B 相 120176。 （ 1） 正序 三相正序分量的幅值相等，相位為 A 相超前 B 相 120176。以三相系統(tǒng)為例，對稱分量法是把一組不對稱的電流或電壓，分解成同頻率的三組對稱的三相電流或電壓，即正序、負序和零序，再進行分析的方法 [13]。 167。 根據(jù)對稱分量法分析，負序分量和零序分量在電動機正常運行時沒有 或很小，一旦出現(xiàn)必然表示發(fā)生了不對稱故障。 河北工業(yè)大學碩士學位論文 5 第二章 電動機保護 原理 電動機的故障通?？煞譃閮纱箢悾簩ΨQ故障和不對稱故障。 本課題的研究內(nèi)容有如下幾方面： （ 1） 分析電動機過載 的原因和 保護裝置的 工作原理 ； （ 2） 分析過載保護算法和模型； （ 3） 設計以單片機 89S52 為主控芯片的電動機保護裝置 設計 ， 其中 還 包括： 數(shù)據(jù)采集 模塊 、 時鐘和計時模塊 、 報警和顯示電路； （ 4） 利用匯編語言實現(xiàn) 軟件 的設計。 14 本文的研究 內(nèi) 基于微處理器技術、計算機技術和通信技術的成熟程度和應用的廣泛度， 同時在借鑒國內(nèi)外相關資料的基礎上， 本文提出 了利用單片機實現(xiàn)電動機的過載保護。 具有功能強大、集成度高、反應靈敏、動作準確、誤差率低等優(yōu)點， 智能化保護繼電器已成為 21 世紀重要的 發(fā)展 趨勢 [6]。 此外， 蒼南三維儀表有限公司 研制生產(chǎn)的典型產(chǎn)品DZJ 系列電動機智能監(jiān)控器 均是在 綜合保護技術的基礎上發(fā)展起來的 [2]。例如濟南中興電器公司研制 GDH30 系列電動機保護器采用微處理器作為核心部件，對信息的采集、處理、顯示全部自動化，性能穩(wěn)定、可靠，顯示直觀、準確，具有過流、缺相、三相不平衡、堵轉等保護功能，另有故障預報警、 各項參數(shù)可設定等輔助功能 [10]。 基于單片機的電動機過載保護技術的研究 4 我國在新型 過載保護繼電器研究方面起步較晚，開始于 80 年代中期。這種繼電器能提供過載、 斷相和三相電流不平衡保護。 80 年代末，隨著微處理 器 技術的發(fā)展，國外一些發(fā)達國家開始研制以單片機為核心的電動機過載保護繼電器。 在 電動機的斷相、過載、欠載、三相不平衡、 逆相、堵轉、漏電、接地和短路 等故障中發(fā)揮著重要作用 [2， 6]。 MCSEl 通過電流互感器將三相電流轉換為直流信號，送至專用芯片 ， 可實現(xiàn)過載保護、斷相保護及熱記憶功能。 國外 在 電子式 保護裝置 方面的研究 較早， 是從 60 年代開始的 ，而且生產(chǎn)規(guī)模較大，種類齊全 。 近幾十年， 國內(nèi)外在 電動機 保護裝置 的研究方面 大體經(jīng)歷了機電型、整流型、晶體管型、集成電路型四個階段 [4]。隨著自動化程度的不斷提高和人們對電動機的可靠保護越來越重視，以雙金屬片為核心的傳統(tǒng)熱繼電器已遠遠不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對過載保護繼電器在精度、速度和靈敏度等方面的要求，設計新的電動機保護裝置已是必然趨勢。 167。 ③ 第三階段以高性能的 16 位單片機構成的硬件結構為主 ，具有總線無需引出芯片，電路簡單的特點；河北工業(yè)大學碩士學位論文 3 抗干擾性能進一 步增強，并且完善了通信功能。 其工作原理有兩方面：一是通過檢測電流值來反映過載、短路和堵轉等以過流為特征的故 障；二是通過檢測電動機的電流是否缺相來反映斷相故障。 124 電子式保護方式 上個世紀七八十年代，隨著半導體模擬器件的興起及普及，涌現(xiàn)出了一批性能比較可靠、功能多樣化的電子式電動機保護器 ，它 主要以單片機作為 主 控制器 。但是這樣就會產(chǎn)生一個不好解決的問題，傳感器是固定不可移動的，當遠離它的地方發(fā)生故障時，傳感器有可 能動作延誤或是根本監(jiān)測不到，這樣會造成更大的危險。溫度保護不僅對電動機實現(xiàn)可靠保護，而且對發(fā)電機、變壓器和電焊機等均能實現(xiàn)可靠保護 [2]。 123 溫度保護 方式 溫度保護是利用安裝在電動機內(nèi)部的溫度傳感器來實現(xiàn)的。這些保護的定值都要盡量避開電動機的起動電流，而且是要比額定電流大很多倍，這會使電動機匝間故障、堵轉、轉子鼠籠斷條等故障的動作靈敏度降低，加重電動機的損壞程度。 對于斷相、不平衡運行等不對稱故障不能及時、有效地保護， 容易出現(xiàn)拒動和誤動 ， 使熱繼電器的準確性、靈敏性和可靠性受到影響 ，難以滿足電動機保護的要求 。這種產(chǎn)品在三十年代就開始大量使用 , 因其在過載保護方面具有結構簡單、安裝方便等優(yōu)點， 一直是電動機保護的主要元件。 它 主要采用雙金屬片式保護技術，利用雙金屬片 熱效應 原理。其工作特點是 :當電動機發(fā)生故障時，過載保護繼電器能及時、可靠的動作，達到保護電動機的目的；當電動機正常工作時，過載保護繼電器不動作。 167。這些故障的發(fā)生會引起電動機的電流、電壓和相位的變化 ， 其中以過流和過熱為顯著特征。 所以， 確保電動機的正常運行就顯得十分重要。 截至 2020年，全國使用的中型電動機大約有 2020萬臺，每年燒毀的電 動 機大約有 320萬臺， 占到總量的 16%， 按平均每臺 1000元 的維修費用 計算，總費用約為 32億元 [1]。 據(jù)統(tǒng)計，電網(wǎng)的總負荷中有 60%以上是電動機；以電力作為原動力的負荷中有 90%左右是電動機。 11 電動機保護的意義 電 動機作為 動 力 系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟中占有舉足輕 重的地位 。4 4 時鐘單元程序 ................................................................................................................. 34 167。4 2 主程序 ............................................................................................................................ 30 167。3 7 串行通信單元 ................................................................................................................. 27 第四章 電動機過載保護裝置的軟件研究與設計 ........................................................ 29 167。3 5 鍵盤顯示單元的設計 ....................................................................................................... 25 167。3 3 信號采集單元的設計 .......................................................................................................20 331 采樣芯片的選型 ...................