【正文】 action module mainly including interface LCD module, can will be measured parameters, protection information, fault code for realtime display information at the same time use the LED lights instructions the operation state motor, such as: the operation, fault, etc. Another humanputer interaction module and the keyboard parts, used to control the microcontroller. Key words： motor protection； single— chip microprocessor； microcontroller； fault diagnosis； data collection 第一章 引言 1 第 一 章 引言 課題的目的和意義 電動(dòng)機(jī)（ Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備 ， 隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代的電動(dòng)機(jī)性價(jià)比越來(lái)越高，因此，電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。無(wú)論是國(guó)防、交通還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，各行各業(yè)都能看到交流電動(dòng)機(jī)的影子?？梢哉f(shuō)電動(dòng)機(jī)在我們的生產(chǎn)生活中扮演的角色越來(lái)越重要，給我們帶來(lái)的福祉也越來(lái)越多。因此電動(dòng)非常容易產(chǎn)生各種故障，給我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了非常大的經(jīng)濟(jì)損失和不便，更重要的是他的故障非常容易引起安全事故，嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)。 而且電動(dòng)機(jī)要完成的功能操作越來(lái)越變態(tài)，非常容易是電動(dòng)機(jī)老化。所有這些，造成了現(xiàn)在的電機(jī)比過(guò)去更容易損壞，尤其是過(guò)載、短路、缺相、掃膛等故障出現(xiàn)頻率最高 。所以本設(shè)計(jì)的重要性可見一斑。總而言之電動(dòng)機(jī)的分類五花八門，各有千秋，例如根據(jù) 工作原理 和 按結(jié)構(gòu) 工作原理分類 電動(dòng)機(jī)可分為同步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī) 三大類 ； 如果 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和啟動(dòng)的方式 ， 可以把 電動(dòng)機(jī)分 為 分相式單相異步電動(dòng)機(jī) 以及 電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī) ，還有 電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī) 和 電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī) ；另外 根據(jù) 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu) 可以 給 電動(dòng)機(jī) 分類成 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 和 繞線第一章 引言 2 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 。 以下是一些分類示意圖： 圖 11 電動(dòng)機(jī)工作電源的 分類 圖 12 電動(dòng)機(jī) 用途 的 分類 電動(dòng)機(jī)保護(hù)的基本方式 一、 傳統(tǒng)的電機(jī)保護(hù)裝置以熱繼電器為主，但熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護(hù)不可靠。 正因?yàn)槿绱?，這種傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)方法正在被逐步淘汰。此類保護(hù)器從保護(hù)取樣方式上大致分為 ： 電壓取樣型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 ， 主要針對(duì)電動(dòng)機(jī)工作電壓進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)；電流取樣型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的線電流的變化檢測(cè)來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)第一章 引言 3 進(jìn)行保護(hù)。 三、智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。 智能型電機(jī)保護(hù)器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將主控制器與顯示操作模塊分開，并可根據(jù)實(shí)際需要選擇是否采用顯示操作模塊。 智能型電機(jī)保護(hù)器可取代傳統(tǒng)的塑殼斷路器（僅用刀熔開關(guān)即可）、熱繼電器、電流互感器、多種信號(hào)燈、電流表、大電流按鈕（僅需信號(hào)按鈕）、大量中間繼電器和時(shí)間繼電器、變送器、 PLC 等部件。 智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù) 智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是基于單片機(jī)以及其他嵌入式芯片的電動(dòng)機(jī)保護(hù)方式，這種電動(dòng)機(jī)保護(hù)器用著天然的優(yōu)勢(shì)，那就是可以快速處理數(shù)據(jù)，快速作出反應(yīng)，而且是靠程序驅(qū)動(dòng) ，通過(guò)程序的算法編寫快速方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高難度的邏輯判斷，從而做出相應(yīng)的操作 ，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。單片機(jī)可以對(duì)輸入的多路信號(hào)進(jìn)行循環(huán)遍歷，快速查詢不同的信號(hào)，例如欠壓信號(hào)、短路信號(hào)、過(guò)壓信號(hào)、高溫信號(hào)、漏電信號(hào)等等，這樣就可以達(dá)到同時(shí)同時(shí)檢測(cè)多種情況的功 能 。 微處理器的發(fā)展與特點(diǎn) 在當(dāng)今社會(huì)里，微處理器已經(jīng)是無(wú)處不在無(wú)處不有，小到一些個(gè)家用電器，比如電視電話洗衣機(jī)以及空調(diào)機(jī)等等，大到一些高精尖科學(xué)儀器或者國(guó)防科技的產(chǎn)品，例如用于經(jīng)濟(jì)和氣象的大型計(jì)算機(jī)天河，還有航天火箭的芯片。 自從 1947年半導(dǎo)體晶體被發(fā)明以來(lái)，已經(jīng)有六十多年了， 半 導(dǎo)體技術(shù) 在這六十多年里由 硅晶體管 到 集成電路 到 超大規(guī)模集成電路 再到 甚大規(guī)模集成電路 等等 幾代， 半導(dǎo)體技術(shù) 被稱為 “ 產(chǎn)業(yè)的種子 ” ， 就是因?yàn)樗?發(fā)展速度之快 就是 其第一章 引言 4 他產(chǎn)業(yè)所沒(méi)有的 ， 半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生了廣泛的影響， 微處理器就是 伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展 而產(chǎn)生的 ， 因?yàn)?芯片集成密度越來(lái)越高， 所以CPU可以集成在 很小的 半導(dǎo)體芯片上， 所以微處理器就是 具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的目的和意義，主要了解一些電動(dòng)機(jī)保護(hù)的歷史與現(xiàn)狀，為了順應(yīng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，本論文的設(shè)計(jì)主要采用了STCl2C5410單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心的智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。 交流電機(jī)分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)，其中 異步 電動(dòng)機(jī) (asynchronous motor) 又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與 轉(zhuǎn)子 繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 ,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種 交流電機(jī) 。 作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的異步電機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)是各類電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣、需要量最大的一種。 本論文以異步電動(dòng)機(jī)為例闡述電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)。而三相繞組是怎么產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的呢？ 三相異步電動(dòng)機(jī)定子 把一個(gè)圓形空間平均分成三份，三相電源的三個(gè)相把 360度的相位平均分成了三份，這樣當(dāng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入的是三相電源后就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn) 生的原理。由于實(shí)際的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能趕上旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，也就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，所以三相電動(dòng)機(jī)的別名“異步電動(dòng)機(jī)”由此而生。 電動(dòng)機(jī)故障分析 一般的從 電動(dòng)機(jī) 的 機(jī)械角度可以 把電動(dòng)機(jī)的故障形式 分為繞組損壞 以及 軸承損壞。 因此論文主要分析解決繞組故障。然而繞組是非常容易因?yàn)?受潮、受熱、 侵蝕、外力的沖擊 等等外部物理因素而老化損壞 ,而一些電路的故障例如 過(guò)載 、欠壓、過(guò) 壓 、 缺相 等等也會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組的故障 。 第一種 繞組故障是 繞組接地 。 該電動(dòng)機(jī)的繞組 故障 產(chǎn)生 的主要 原因 是鐵心或者電機(jī)殼與繞組之間的絕緣層受到了損壞 ，造成了繞組接地。 第二種繞組故障是繞組的短路。這種故障的主要外在表現(xiàn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，還有噪聲產(chǎn)生，這些都是由三相電流不能平衡導(dǎo)致的。有的時(shí)候電動(dòng)機(jī)甚至不能啟動(dòng)，這些短路產(chǎn)生的原因是絕緣損壞造成的，而造成絕緣損壞的原因就和繞組接地時(shí)的絕緣損壞產(chǎn)生的原因基本相同。和繞組的短路相似，這種故障可以使電動(dòng)機(jī)的三線電流不能平衡，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)而產(chǎn)生振 動(dòng)和噪聲。產(chǎn)生這種故障的主要原因也應(yīng)該包括兩種方面，即人為因素和環(huán)境因素。 而環(huán)境因素主要就是高溫高壓高潮濕使電動(dòng)機(jī)的接線接觸不良。 第三種繞組故障就是繞組接錯(cuò)故障。另外，有時(shí)候還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的溫度迅速升高， 甚至導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)等等現(xiàn)象。 從以上的對(duì)電動(dòng)機(jī)的故障的分析可以知道電動(dòng)機(jī)的故障現(xiàn)象基本相同，但是產(chǎn)生故障的原因各不相同，因此要想檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的故障原因是非常困難的。 非對(duì)稱故障和 對(duì)稱故障 是從電氣角度劃分的兩大類故障 。這種非對(duì)稱故障在初期的時(shí)候并不會(huì)出現(xiàn)一些個(gè)明顯的外在現(xiàn)象 ，但是如果不能及時(shí)作出相應(yīng)的保護(hù)措施的話就會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的溫度過(guò)熱，出力變小，從而影響電動(dòng)機(jī)的正常工作，甚至?xí)率闺妱?dòng)機(jī)的永久性的損壞。 表 21 電動(dòng)機(jī)對(duì)稱故障 第二章 電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理介紹 8 對(duì)于電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱故障，顧名思義，這類故障時(shí)電動(dòng)機(jī)的三相電氣特征基本平衡，他的故障表現(xiàn)形式主要有電流過(guò)流，過(guò)流的程度不同電動(dòng)機(jī)的溫 度和性能的異常程度也不同。 有關(guān)電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱故障的 詳細(xì)情況如表 2l所示。對(duì)稱分量的計(jì)算公式如下（以 A項(xiàng)為例）： （ ） 式中 1AI 2AI 0AI 分別是 A相電流用對(duì)稱分量法分解所得的正序電流，負(fù)序電流和零序電流，算子： 120jea? 。 過(guò)流保護(hù) 電動(dòng)機(jī)損壞的一些個(gè)主要的外在變現(xiàn)就是過(guò)熱燒毀，其原因就是堵轉(zhuǎn)、三相電電流過(guò)大、三相電電負(fù)荷過(guò)大以及啟動(dòng)的時(shí)候間過(guò)長(zhǎng)等等，而不對(duì)稱負(fù)荷、定子繞組一相斷線、三相電電源電壓不對(duì)稱、不對(duì)稱短路等等均可造成電流過(guò)大的現(xiàn)象，因此電動(dòng)機(jī)就是故障率較高的一種設(shè)備 定子繞組通過(guò)三項(xiàng)對(duì)稱電 流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子本身來(lái)說(shuō)為同步，對(duì)于正常運(yùn)行的電機(jī)的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，二者轉(zhuǎn)速相差不大。 假設(shè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子正序電流近似為直流電阻 R1，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子負(fù)序電阻為交流第二章 電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理介紹 9 電阻 R2，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)有： )6~(1 ??RKRR () 與正序電流相同的負(fù)序 電流產(chǎn)生的損耗為正序電流損耗的 RK 倍。特別是在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流流過(guò)轉(zhuǎn)子表面，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱而燒毀。根據(jù)等效電流，叼將過(guò)流保護(hù)分為三段： (1)neqII 8時(shí)設(shè)置電流速斷保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)的主保護(hù)用于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定子繞組以及進(jìn)線所發(fā)生的相間短路故障。 (3)neqII =1． 15～ 5時(shí)設(shè)置反時(shí)限過(guò)流保護(hù)來(lái)防止電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷運(yùn)行定子部 分過(guò)熱而引起的損壞。本論文采用兩段定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)不對(duì)稱故障的主保護(hù)。