【正文】 、500/5A（1A）等多種變比。電流數(shù)據(jù)采集（1）采用LZZBJ910A型高壓電流互感器對定子電流進行測量LZZBJ910A為戶內(nèi)、全封閉、全工礦、干式、支柱式電流互感器，采用環(huán)氧樹脂全封閉澆注成型，適用于額定頻率為50Hz或60Hz，額定電壓在10kV及以下的電力系統(tǒng)中作電流、電能測量和繼電保護用。6）外形圖、安裝尺寸和線圈圖： 圖45 （a）外形圖、安裝尺寸 圖45 （b）線圈圖7）性能參數(shù)：TYPT31D是一種電流型電壓變換器，典型應用如圖46（a）和圖46（b）所示，性能參數(shù)見表43。4）絕緣耐熱等級：B級（130）。2）使用環(huán)境條件：① 環(huán)境溫度：40~+85；② 相對濕度：溫度為40時不大于90%。1）產(chǎn)品型號及意義為：圖44 型號意義2）其基本技術(shù)參數(shù)如表42所示：表42 JDZ6型互感器技術(shù)參數(shù)型號額定電壓比（V）額定頻率（Hz）額定輸出（VA）極限輸出（VA）額定絕緣水平（kV）JDZ66000/1005030503003）工作環(huán)境及安裝：① 環(huán)境溫度：最高溫度40，最低溫度5，日平均溫度低于30；② 戶內(nèi)環(huán)境濕度：在室內(nèi)溫度條件下，最大相對濕度為90%；③ 安裝場所應無嚴重的震動和顛簸。電壓數(shù)據(jù)采集（1）采用JDZ6型電壓互感器對定子電壓進行測量JDZ6型電壓互感器為用環(huán)氧樹脂全真空澆注全絕緣結(jié)構(gòu)的半封閉式電壓互感器，適用于額定頻率50Hz，額定電壓為6kV電力系統(tǒng)中作電能計量、電壓監(jiān)控和繼電保護用。然后再將對電流進行電流電壓轉(zhuǎn)換，將電流量轉(zhuǎn)換成易于測量的電壓量。圖43 測溫電橋電路電路輸出電壓與PT100的電阻值的對應關(guān)系為： 因為ATmega16片內(nèi)A/。本裝置在電動機定子繞組端部安放PT100鉑熱電阻作為溫度傳感器，其測溫范圍可達﹣50~﹢600，并且熱響應時間短。表41 MAX4539真值表CALA2A1A0ENLATCH輸出0所有開關(guān)開路，輸出高阻，鎖存器置全111保持原狀態(tài)000010通道1（NO1）000110通道2（NO2）001010通道3（NO3）001110通道4（NO4）010010通道5（NO5）010110通道6（NO6）011010通道7（NO7）011110通道8（NO8）100010V+/2100110REFH1101010REFL01011105/8(V+V)110010GND1101104081/4096(VREFH1VREFL0)11101015/4096(VREFH1VREFL0)111110所有開關(guān)開路，輸出高阻MAX4539與ATmega16的連接電路圖如圖42所示：圖42 MAX4539連接圖 溫度采集系統(tǒng)三相異步電動機的銅耗、鐵耗、機械損耗及非穩(wěn)態(tài)運行都會導致其發(fā)熱。MAX4539可修正A/D轉(zhuǎn)換中的兩個主要誤差：失調(diào)誤差和增益誤差MAX4539具有測量、自檢和校準三種工作模式，不同工作模式可通過控制引腳CAL和地址引腳A0~A2進行選擇，另外還具有使能控制和狀態(tài)鎖存。作為數(shù)據(jù)采集通道的最后一個環(huán)節(jié)，A/D轉(zhuǎn)換器會在一定程度上給測量結(jié)果帶來誤差，而且該誤差會隨著溫度、時間而漂移。片上外設(shè)資源豐富，單片機內(nèi)部集成兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器，一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器，具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC，四通道PWM，8路10位ADC，具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，片內(nèi)模擬比較器。多達32個可編程的I/O口。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率，高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。采樣精度高由于要對電動機進行實時監(jiān)控，電動機的狀態(tài)參量必須得到精確的測量。抗強電磁干擾能力強保護器的運行環(huán)境通常存在大量的電磁干擾，這會影響電子設(shè)備的正常運行甚至導致設(shè)備失效，因此設(shè)計硬件電路時應該盡可能地提高硬件的抗干擾性能。微機保護硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)字量輸入/輸出接口單元和人機接口單元四個部分，如圖41所示：圖41 微機保護裝置的硬件系統(tǒng)原理框圖微機保護裝置的軟件部分主要包括：初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障計算模塊、故障檢出模塊以及保護功能模塊等等。微機保護的特點微機型繼電保護裝置的普遍特點可歸納為：維護調(diào)試方便，具有自動檢測功能；可靠性高，具有極強的綜合分析和判斷能力，可實現(xiàn)常規(guī)模擬保護很難做到的自動糾錯，即自動識別和排除干擾，防止由于干擾而造成的誤動作，并具有自診斷能力，可自動檢測出保護裝置本身硬件系統(tǒng)的異常部分；保護裝置自身的經(jīng)濟性、可擴展性強，易于獲得附加功能；保護裝置的性能得到很好的改善，具有較高的運算和大容量的存儲能力等等。第四章 硬件電路設(shè)計 微機保護的基本原理及其特點微機保護的基本原理微機保護主要由計算機、輸入輸出接口、人機聯(lián)系、軟件等構(gòu)成。因此很有必要對電動機的繞組溫度進行監(jiān)控，采取一定措施保證電動機工作在正常的溫升范圍之內(nèi)。三相異步電動機損壞多因其過熱燒毀所致。（2）需要自啟動，但為保證人身和設(shè)備安全或由生產(chǎn)工藝等要求，在電源電壓長時間消失后不允許再啟動的電動機也應裝設(shè)低電壓保護，但其動作時限應足夠大，一般整定為5~10s，其動作電壓多整定為額定電壓的40%~50%。為此配置過電壓保護為：輕微過壓時延時跳閘將電動機從電網(wǎng)切除；嚴重過電壓時應立即跳閘以防止電動機繞組間絕緣材料擊穿，導致嚴重事故。對3kV、6kV、10kV電網(wǎng)中的少數(shù)變壓器中性點經(jīng)高阻接地的電網(wǎng)，保護動作于跳閘，其動作電流應躲過電動機在起動過程中由于三相電流不完全對稱而出現(xiàn)的3倍不平衡零序電流，以此延時來躲過相間短路對零序電流保護的影響。對我國3kV、6kV、10kV電網(wǎng)大多數(shù)是變壓器中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，保護通常只需發(fā)出接地信號，不跳閘。另外必須校驗的值大于的值，以確保在電動機起動過程中負序電流第一段可靠地不動作。兩相短路時，兩段定時限負序電流保護：為使負序電流保護第一段可靠地工作，整定為：定值=，延時t1固定為1s。這將會使電動機運行性能惡化，輸出轉(zhuǎn)矩、過載能力和效率降低，并且有局部過熱燒壞的危險。根據(jù)等效電流將過流保護分為3段： 大于8時，保護特性為速斷，針對的是短路故障；在5~8時，保護特性為反時限速斷，針對的是堵轉(zhuǎn)故障；~5時，保護特性為反時限過流，針對的是過負荷。過流保護所針對的故障是各類短路故障及熱過載，保護特性分別為短路速斷和過載反時限。高壓電動機常見故障的分析結(jié)果如表1所示：表1 高壓電動機故障分布故障類型零序負序過電流其他故障特征保護特性對稱故障過載無無(~5)IeIA≈IB≈IC反時限堵轉(zhuǎn)無無(5~7)IeIA≈IB≈IC短時限短路無無(8~10)IeIA≈IB≈IC速斷不對稱故障非接地斷相無IA=0，IB=﹣IC短時限逆相無IA無IA≈IB≈IC速斷不平衡無有無IA≠IB≠IC短時限相間短路無有有IB≈﹣IC速斷接地單相接地有取決于位置IAIB≈IC速斷兩相接地有取決于位置IB，IC IA=I0速斷注：單相故障設(shè)A相為故障相；兩相故障設(shè)B、C相為故障相；I0表示故障前電流幅值，∑I=IA+IB+IC 過流保護三相電流過大、三相負荷過大、啟動時間過長、堵轉(zhuǎn)以及定子繞組一相斷線、不對稱短路、不對稱負荷、三相電源電壓不對稱等均可造成電流過大，從而使電動機過熱燒毀。各序分量獨立存在，在不同分量的作用下，系統(tǒng)的各元件呈現(xiàn)出不同的特性。根據(jù)對稱分量法的分析，當發(fā)生不對稱故障時電動機電流可以分解為正序、負序和零序電流分量。當發(fā)生對稱故障時，電動機繞組電流大，電機發(fā)熱嚴重特別容易燒毀電機。下面就高壓電動機的各種保護進行簡單的介紹。為保證系統(tǒng)和高壓電動機安全運行，減少事故損失，繼電保護還應滿足如下要求：高靈敏度要求能靈敏動作于過流、短路、接地、斷相故障。除此此外，對繼電保護裝置還要求具有經(jīng)濟性和適用性，便于調(diào)試和運行維護。（3）異常振動。電動機不正常運行狀態(tài)：交流電動機不正常運行狀態(tài)主要表現(xiàn)為：（1）異常聲響。不對稱故障不僅使電流增加，引起發(fā)熱而損害電動機，更重要的是不對稱引起的負序效應會給電動機運行帶來隱患，這類故障易形成事故擴大，造成電動機的嚴重損壞。對稱故障有對稱過載、堵轉(zhuǎn)、三相短路等，這類故障對電動機的損害主要是由于電流增大引起的熱效應，可通過流程度來反映。這些機械故障一般是由一些潛在危害因素積累發(fā)展而導致的，所以要在故障發(fā)生前對其監(jiān)測并排除。軸承發(fā)熱，輕則使?jié)櫥♂屄┏?，重則將軸承損壞，引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路，嚴重時會使定子鐵心倒槽、錯位、轉(zhuǎn)軸磨損、端蓋報廢等。（1）機械故障機械方面的主要故障是振動、軸承過熱、運轉(zhuǎn)聲音異常等。電動機在運行過程中，各種損耗最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，熱量積累到一定程度就會使絕緣損壞甚至使電機燒毀，所以電動機通常都裝有散熱風扇。定子通電后，轉(zhuǎn)子繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機旋轉(zhuǎn)。機座用于固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護、散熱等作用。定子繞組是電動機的電路部分，通入三相交流電，將在其間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。定子、轉(zhuǎn)子中間是空氣隙。下面以三相異步電動機為例說明異步電動機的基本結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)磁場在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電流，轉(zhuǎn)子即在電磁力的作用下做旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)速小于同步速。本論文以三相異步電動機為例闡述電動機保護器的設(shè)計。最后對論文作一個全文總結(jié)。在第四章，講述了采用ATmega16單片機為核心所設(shè)計的高壓電動機保護裝置及其硬件構(gòu)成，并介紹了對溫度、電壓及電流這三個判斷量的數(shù)據(jù)采集以及相應的信號處理電路。在此基礎(chǔ)上，在第三章闡述了高壓電動機的各種保護原理，包含其主保護和后備保護。本論文在第一章先概述了高壓電動機保護的背景及意義，明確了本論文的主要工作。該單片機片上還有極其豐富的外設(shè)資源，這包括4通道PWM，8路十位AD轉(zhuǎn)換器，上電復位以及可編程的掉電檢測，因此十分適合于電機監(jiān)控等相關(guān)應用。本論文所介紹的電動機保護器所采用的ATmega16單片機是ATMEL公司的基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器?，F(xiàn)在，隨著集成電路技術(shù)的不斷進步，各種由大規(guī)模集成電路芯片構(gòu)成的微處理器不斷涌現(xiàn)。智能型電動機保護器正以其優(yōu)異的性能取得各大原始設(shè)備生產(chǎn)商的青睞，它將是電動機保護器的主要發(fā)展方向。（3）具有較強的通用性，我們可通過操作面板調(diào)節(jié)各項設(shè)定值，完成控制過程的設(shè)置，同時可利用單片