【正文】 0 單片機的 介紹 第三章 硬件電路設計 13 本設計采用的 STCl2C5410單片機 是基于增強型 51內(nèi)核的單片機，對傳統(tǒng)的51單片機有向下兼容的能力。 處理器模塊 處理器模塊采用 STCl2C5410單片機。 (3)數(shù)據(jù)獲取電路模塊：從電動機電路獲取電壓電流信息，并通過濾波器后輸入到單片機的 AD轉(zhuǎn)換器，好讓處理器處 理。 (2)人機交互模塊：本模塊主要包括鍵盤和顯示器，用于操作人員和處理器的交互。 而電源模塊不作具體介紹， 系統(tǒng)硬件模塊結(jié)構圖如圖 31所示 。 保護裝置硬件設計綜述 系統(tǒng)的設計都必須考慮 低成本、高性能的原則， 這是建設資源節(jié)約型社會的必然要求，也是為了滿足廣大客戶受眾的需求。 概述 硬件系統(tǒng)技術要求 對于電動機來說，尤其是三相異步電動機，他們的工作環(huán)境一般是非常惡劣的，非常容易產(chǎn)生電磁干擾 ，尤其是在一些電氣設備的開啟和關閉的時候，更是容易產(chǎn)生電磁干擾，所以電動機保護器的抗干擾能力必須夠強。 本章全面具體的介紹基于單片機的電動機保護器的硬件電路的 整體 設計和單元設計。要想設計電動機智能保護系統(tǒng)首先必須清楚以上的相關知識，因此本章接 時整個系統(tǒng)設計過程中的一個關鍵點。 小結(jié) 本章首先介紹了電動機的運行原理，然后介紹了電動機常見故障，這樣我們就對電動機有了初步的了解，知道了關于電動機比較全面的知識，為下一步工作打下了堅實的基礎。 否則應立即采取保護措施保證電動機工作在正常的溫升范圍之內(nèi)。因此，可以說溫度是決定電動機的壽命的重要因素，絕對不能讓電動機的溫度超過額定溫度。 (2)其次就是過壓的情況 ， 與前壓的情況有所不同，過壓應該分為兩類情況來處理，根據(jù)檢測 到的電壓值，把過壓分為輕微過壓和嚴重過壓 ，嚴重過壓的時候 很明確， 應立即跳閘以防止 高壓擊穿；輕微過壓應該延時適當?shù)臅r間之后再跳閘。 零序電流保護 零序電流保護即接地保護，當neqII 大于保護動作電流時，經(jīng)短路延時 t保護出口動作，依據(jù)用戶要求執(zhí)行保護動作。 負序電流保護 電源電壓不對稱、斷相、逆相等故障均會引起負序電流，這將會在繞組上產(chǎn)生大量熱量，使電動機嚴重發(fā)熱，產(chǎn)生不對稱故障。 (2)neqII =5～ 8時設置定時限過流保護作為電動機運行過程中短路保護 的后備保護主要針對各類堵轉(zhuǎn)故障。英國 CEO公司提出了一個反應上述熱效應的等效電流，叼的概念，定義為： 222212eq IKII ?? (2． 3) 式中： K：為負序電流發(fā)熱等效系數(shù)，取值在 36； 21I 是電動機電流正序分量； 22I為電動機電流負序分量。所以當 三相電流不對稱時，就會有負序電流產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子損耗將顯著增加。一旦三相電流不對稱，則可將三相電流分解成正序電流、零序電流和負序電流，此時負序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以接近兩倍的同步相對于轉(zhuǎn)子運動。 由式 可以知道，當三相電電流之以及不等等于零的時候才有零序電流分量，如果系統(tǒng)采用 中性點不 引出的星形接法 或是 三角形接法 就沒有零序電流分量，因為 三相電電線電流之 和 總 是 為零， 論文對電動機常見故障的保護措施進行了分析，因為 根據(jù)前面對故障的分析，電動機在發(fā)生對稱故障以及不對稱故障的時候電動機的三相電電流會發(fā)生變化。 電動機保護原理分析 三個不對稱的向量可以分解成三組對稱的向量 :負序分量、正序分量以及零序分量，各序分量獨立存在，就是說是唯一的，在不同分量的作用下系統(tǒng)的各個與案件呈現(xiàn)出不同的特性，這是根據(jù)三項對稱分量法的理論得出的結(jié)論。和非對稱故障一樣，我們依然要對這種故障進行實時的檢測，一邊快速及時的排除電動機的故障，減少經(jīng)濟損失 。因此非常有必要對電動機進行實時的不間斷的檢測，一旦電動機發(fā)生異常，就可以及時的采取措施對電動機進行保護 。 當電動機發(fā)生匝問短 路 、 接地短路等 情況時就是 電動機內(nèi)部繞組發(fā)生非對稱故障 了。因此本論文主要 從電氣角度分析 電動機的故障，從而對其進行檢測和做出相應的保護動作。產(chǎn)生這一繞組故障的主要原因是繞組的鏈接方法錯誤，例如經(jīng)常會有人把 “△” 型 電路 接成 “Y” 型 電路，還有就是在維修或者安裝的時候把三相繞組的首尾接反，總而言之，產(chǎn)生這種故障的只要原因就是人為因素導致的。這種故障的外在表現(xiàn)主要有電氣特性不平衡，致使電動機轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，會有轉(zhuǎn)動時的震動，還有噪聲的產(chǎn)生。 解決這些問題的根源在于生產(chǎn)質(zhì)量，如果質(zhì)量好了，其他問題就迎刃而解了。人為因素主要有電動機的轉(zhuǎn)載和維修過程中無意損壞，還有就是電動機的生產(chǎn)質(zhì)量太差。還有可能使電動機溫度過高而有冒煙的現(xiàn)象，有時甚至無法啟動電動機。 第三種繞組故障當然就是繞組的斷路。另外還會第二章 電動機保護原理介紹 7 有線圈迅速發(fā)熱的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是線圈中有短路大電流。繞組的短路有很多種，比如說繞組與繞組之間可以產(chǎn)生短路、 繞組匝與繞組匝之間可以產(chǎn)生短路、繞組的相間可以產(chǎn)生短路短路以及繞組的各極間也可以短路。如果追溯繞組的絕緣擊穿的原因，那就涉及到電動機的工作環(huán)境的問題，比如潮濕，高溫，腐蝕，等等，而且還不排除人為因素導致的絕緣損壞。該電動機 故障 的 現(xiàn)象 為 繞組短路發(fā)熱 ，還有 機殼帶電 以及 控制線路失控 ,在這種情況下電動機是無法征程運行的 。 以下是有關電動機繞組 的常見故障的詳細介紹，介紹的主要內(nèi)容為故障外在現(xiàn)象，故障的產(chǎn)生原因兩個方面 。 由前面的電動機轉(zhuǎn)動基本原理中所介紹的知識可以知道 繞組是電動機 的重要組成部分。由于本論文主要研究的是通過電氣測量手段來檢測電動機的運行狀 況，并根據(jù)實時采集到保護器的數(shù)據(jù)適時做出保護動作， 實現(xiàn)對電動機的 短路、缺相、過載、欠壓、過壓保護。 第二章 電動機保護原理介紹 6 圖 21 電機轉(zhuǎn)動原理圖 圖 22 三相異步電動機等效原理圖 以上是三相異步電動機的等效原理圖，其中代表電動機的定子側(cè)線電壓 的是U1， r x1分別代表電動機定子繞組電阻和電抗 ， r x2分別代表電動機折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻以及電抗， 代表電動機的勵磁電抗 的是 Lm。有了旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子導體就會切割旋轉(zhuǎn)磁場線，感應電流因此而生，該感應電流和旋轉(zhuǎn)磁場相互作用就會產(chǎn)生電磁力，有了電磁力就會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩用來驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)起來，這就是旋轉(zhuǎn)磁讓電動機旋轉(zhuǎn)起來的原理。 三相異步電動機都有一個定子繞組，這個定子繞組用來產(chǎn)生產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而旋轉(zhuǎn)磁場的作用就是用來使三相異步電動機旋轉(zhuǎn)起來，可以說旋轉(zhuǎn)磁場是使三相異步電動機轉(zhuǎn)起來的先決條件。在 中國 ，異步電動機的用電量約占總負荷的 60%多。因其轉(zhuǎn)子繞組電流是感應產(chǎn)生的，又稱感應電動機。 異步電動機按照轉(zhuǎn)子結(jié)構分為兩種形式：有鼠籠式、繞線式異步電動機。 第二章 電動機保護原理介紹 5 第二章 電動機保護原理介紹 本章節(jié)主要為電動機的保護系統(tǒng)設計做理論準備，要想設計出合理有用的電動機保護系統(tǒng)首先要清楚電動機的運行原理，以及常見的故障，然后深入分析電動機的保護原理，為后續(xù)工作做好理論指導作用。 為了兼容經(jīng)濟以及功能的兩大要求，本論文設計的電動機保護系統(tǒng)主要采用了 STCl2C5410單片機作為控制系統(tǒng)的核心，這就是一款 高性價比的處理器，完全能夠勝任本設計的相關功能?？傊⑻幚砥髡谝砸环N非?？斓乃俣仍谌澜缟掀占?，極大地推動了人的生產(chǎn)生活科技的向前發(fā)展。 由于智能型電動機保護器有著以上的與前兩種保護器相比的天然優(yōu)點，所以越來越受人們的歡迎，因此也應該是今后電動機保護器發(fā)展的一大趨勢。 另外單片機和其他嵌入式芯片都可進行系統(tǒng)電路的自檢功能，所以保護器的可靠性健壯性提高了，維修系統(tǒng)的工作也大大減少了。是石油、化工、煤炭、電力、冶金、市政等行業(yè)電機保護的理想產(chǎn)品。產(chǎn)品體積小、結(jié)構緊湊、安裝方便，在各種低壓控制柜中、 1/4 模數(shù)及以上的各種抽屜柜中可直接安裝使用。 此類 電機保護器集測量、保護、控制、網(wǎng)絡通訊（遙測、遙訊、遙調(diào)、遙控）等功能于一體，可對三相異步 電動機進行全面的保護控制。但是精度不 低 、無 存儲和同性 等功能， 而且調(diào)試困難 。 二、普通電子式電動機保護器。事實也是這 樣，盡管許多設備安裝了熱繼電器，但電機損壞而影響正常生產(chǎn)的現(xiàn)象仍普遍存在。 本文主要使用三相電動機進行基于單片機的電動機保護系統(tǒng)的設計。 電動機保護的 基本知識 電機的分類 電動機 的分類有很多種分類方式，根據(jù)不同的分類依據(jù)進行分類能夠得出不同的分類結(jié)果，有根據(jù)電動機工作電壓的不 同進行分類的，也有根據(jù)電動機用途進行分類的，還有根據(jù)電動機工作原理分類的，也有根據(jù)啟動與運行方式分類的。 因此無論是從安全還是經(jīng)濟角度都應該把電動機的保護放在重要的地位。 另外，電機的應用面更廣， 常工作 于環(huán)境極為惡劣的場合，如潮濕、高溫、多塵、腐蝕等場合。 近年來電動機的設計和生產(chǎn)提出了越來越多的要求，功率越來越大，而電動機的大小是越小越好，這樣一來，電動機非常 容易是絕緣層擊穿漏電。 但是，在實際的生產(chǎn)生活過程中，我們所處的環(huán)境是非常復雜的，電動機每時每刻都在承受著電網(wǎng)波動、高溫、高濕、高粉塵和負載沖擊帶來的各種威脅。就 連我們的辦公場所和家用電器也都離不開交流電機。尤其是交流電動機，他的低價格，簡單的結(jié)構和方便維修的特點，使它越來越受到歡迎。 人機交互模塊主要包括 界面液晶顯示模塊 ，能將被測參數(shù)、保護信息、故障代碼信息進行實時顯示同時用 LED 燈指示電動機的運行狀態(tài)，如：運行、故障等；另外人機交互模塊還有鍵盤部分，用于控制單片機。 整個系統(tǒng)的工作過程是： 數(shù)據(jù)采集模塊完成三相電流檢測