【正文】 ..............................43 致 謝 ...................................................................................................................45 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 1 第一章 緒論 課題背景及意義 電動機是最易于實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備 ，隨著工業(yè)的發(fā)展，高壓電動機越來越廣泛地應(yīng)用于電力、冶金、煉焦、化工 、 煤礦等各個行業(yè) ，推動了電力工業(yè)的發(fā)展 。 microputer protection。 考慮到電動機保護裝置 通常 安裝在較惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中， 為保證單片機系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地工作， 本文 還 對 其 進行了抗干擾設(shè)計。 該設(shè)計的硬件部分以 ATmega16 為系統(tǒng)的核心 ，通過對電壓、電流 和 溫度 數(shù)據(jù) 進 行 采集并進行數(shù)據(jù)處理，從而即時準(zhǔn)確 判斷并消除故障 。 近年來 隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 電 動 機保護 裝置的發(fā)展趨勢是 微型化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，并在性能上向 著 高精確度、高可靠性、高環(huán)境適應(yīng)性方向發(fā)展。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 I 摘 要 高壓 電動機作為拖動系統(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 。由于高壓電動機被大量應(yīng)用于極端惡劣的環(huán)境中其保護問題就顯得十分重要。 本文 以高壓異步電動機為例， 對 其 常見故障及相應(yīng)保護原理進行分析，并 在此基礎(chǔ)上 簡單設(shè)計 了 保護單元， 同時 配以 LED 數(shù)碼管等外圍設(shè)備構(gòu)成保護系統(tǒng) 。 該設(shè)計的軟件部分對系統(tǒng)的主要流程 做出 了說明，講述了單片機如何對處理得到的數(shù)字信號進行監(jiān)視 和 判斷處理，及時發(fā)出報警或跳閘信號， 從 而更好地提高 電動機 運行的安全性和可靠性 。 關(guān)鍵 詞 ： 高壓電 機 微機保護 單片機 故障診斷 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 II Design on HighTension Motor Protection Based on SCM Abstract As one of the important elements of in the drive system, the hightension motor is highly important in the national economy. Due to the hightension motor is widely used in the extreme environment the protection of the hightension motor has bee a concernment. With microelectronics technology being rapidly developed in recent years, microminiaturization, digitizing, intelligence and working are the development trend of motor protection devices, and which develop toward high accuracy, high reliability and high environment adaptability. Taking the hightension asynchronous motor for an example the paper analyses the mon faults and corresponding protection principle, and the protection unit is simply designed on this basis, the LED nixie tube and other peripheral devices are added to make up the protect system. The design of hardware takes ATmega16 SCM as the core, judges and eliminates faults promptly and accurately by collecting and processing the voltage, current and temperature. The design of software introduces the main flow of the system, telling how SCM monitor and judge the handled digital signals, and sends warning or trip signal timely, thus makes the motor running more safe and reliable. Considering that the protection device usually works in the extremely bad environment, the antiinterference design is also done in the paper to ensure the SCM system being able to work steadily and reliably. Keywords: hightension motor。 SCM。 高壓電動機一般都是用于工業(yè)生產(chǎn)中的重要場所 ， 它的可靠運行對于生產(chǎn)安全來說非常關(guān)鍵 。因此 ， 維持高壓電動機的安全穩(wěn)定運行顯得十分重要 。 高壓電 動 機的故障或不正常運行 不僅會損壞電動機，而且會破壞生產(chǎn)的連續(xù)性。 據(jù)原電力部的一份調(diào)查資料表明 ， 所 調(diào)查 34 個電廠，高壓異步電動機損壞率達 %，造成經(jīng)濟上的巨大損失。 因此，研究一種高壓電動機的綜合監(jiān)測和保護裝置迫在眉睫。這種電機保護器由熔斷器、接觸器、斷路器及熱繼電器組成 。但熱繼電器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、重復(fù)性差、誤差 大 等，已無法滿足越來越高的要求，因而也就無法避免被淘汰的命運。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 2 因為首先受其規(guī)格限制無法按電機額定電流進行準(zhǔn)確設(shè)定，況且如果熔斷器規(guī)格選得太小容易造成斷路，使電機單相運行，如果熔斷器規(guī)格選得太大，則達不到過載保護的效果。 模擬電子式電動機保護器 在上個世紀(jì)七八十年代，隨著半導(dǎo)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機保護器，為電機的可靠運行提供了較可靠的保障 。 我國電子式保護器是由晶體管型發(fā)展至集成電路型，裝置功能基本滿足電動機保護的要求。 鑒于以上原因，純粹模擬線路的電機保護器正逐漸被其它一些更先進的技術(shù)產(chǎn)品所代替。智能型 電動機保護器主要以單片機作為控制器， 具有處理速度快、智能化程度高等優(yōu)點，可以實施各種非常復(fù)雜的算法和各種保護功能 可實現(xiàn)電 動 機的智能化綜合保護，有的還具有遠程通訊功能 ， 在采樣和整定精度方面有質(zhì)的飛躍，可對采樣信號進行軟件非線性校正，并可實現(xiàn)真有效值計算，從而極大地降低了被測信號波形畸變的影響，真正實現(xiàn)了高精度采樣，在整定方面采用數(shù)字設(shè)定 ， 通過鍵盤由用戶自行現(xiàn)場設(shè)定，不存在誤差，還可為過載保護設(shè)置多條更科學(xué)的反時限曲線。 （ 2） 運算速度快 ， 掃描周期僅幾百毫秒 ， 可開發(fā)功能多 。 （ 4） 可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸 ， 這對將來企業(yè)的遠程監(jiān)控、無人值守是至關(guān)重要的 。 微處理器的發(fā)展與特點 從 1971 年第一代微處理器 誕生開始，微處理器技術(shù)得到了飛速發(fā)展，經(jīng)過六代的發(fā)展，從最初的 4 位機再到 8 位機、 16 位機、 32 位機到現(xiàn)在的64 位機、多核機。 今天，微處理器已經(jīng)無處不在，無論是錄像機、智能 洗衣機 、移動電話等家電產(chǎn)品，還是汽車引擎控制，以及數(shù)控機床 、航空 航天 等都要嵌入各類不同的微處理器。 通過將8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 論文的主要工作 論文 全面闡述了高壓電動機保護的各種故障和不正常工作狀態(tài)，高壓電動機保護的基本要求和配置情況；論述了高壓電動機保護的基本原理。接下來在第二章對 高壓電動機 的故障進行了簡要的分析，并列出根據(jù)要求所應(yīng)裝設(shè)的保護配置。在了解了 高壓電動機 保護的各種基本知識以后，開始對保護裝置進行硬件及軟件設(shè)計。 對于保護裝置的軟件設(shè)計，本論文介紹了一種 AVR 單片機基于 C 語言的編譯器和集成環(huán)境，在此環(huán)境下對 ATmega16 進行編譯、開發(fā)，實現(xiàn)對保護裝置狀態(tài)的顯示及對其的控制。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 5 第二章 高壓電動機故障分析 異步電動機的運行原理 交流電機分為異步電動機和同步電動機，其中異步電動機由于 其 結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護方便，運行可靠，成本 低廉 ， 是 各類電動機中應(yīng)用最廣 、 需要量最大的一種 。 三相 異步電動機的基本運行原理是：當(dāng)向三相 對稱 定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的 圓形旋轉(zhuǎn)磁場 。 異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 異步電動機的基本結(jié)構(gòu)，包括定子 和 轉(zhuǎn)子 兩部分 。 電動機的定子部分 包括定子鐵芯、定子繞組和機座，轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組， 其他附件為端蓋、軸承、軸承端蓋、風(fēng)扇 等部件 。 定子鐵芯是電 動 機磁路的一部分，其上放置定子繞組。 定子繞組主要有對地絕緣、相間絕緣、匝間絕緣三個絕緣項目。 轉(zhuǎn)子鐵芯 是 電機磁路的一部分 ， 在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。 端蓋安裝于電動機端部與轉(zhuǎn)子相交，轉(zhuǎn)子通過軸承和 軸承端蓋與電動機端蓋連為一體。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 6 高壓電動機故障類型及不正常運行狀態(tài) 高壓電動機的 故障類型和不正常運行狀態(tài)如下： 電動機故障： 電動機故障可分為 機械 故障 和 電氣故障 兩類。 電動機振動會加速電動機軸承磨損，使軸承的正常使用壽命大大縮短，同時繞組絕緣 將下降 。 運轉(zhuǎn)聲音異常 的原因可能是轉(zhuǎn)子損壞、定轉(zhuǎn)子相擦、潤滑油嚴(yán)重缺少等。 （ 2） 電氣故障 電動機的 電氣 故障 又 可分為對稱和不對稱 兩 大類。 電動機的不對稱故障 有 斷相、 三相 不平衡、匝間短路、相間短路、接地短路等 。 不對稱故障的明顯特征是電動機電流出現(xiàn)負序電流和零序電流。 （ 2） 異常升溫。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 7 第三章 高壓電動機保護原理分析 高壓電動機保護的基本要求 為保證系統(tǒng)能安全、可靠的運行， 對繼電保護 提出了四個基本要求： 選擇性 、 速動性 、 靈敏性 、 可靠性。 高壓電動機是工業(yè)生產(chǎn)的一個關(guān)鍵設(shè)備，它的可靠運 行對工廠的 生產(chǎn)安全、經(jīng)濟效益具有重大意義。 高速度 電流速斷保護要求繼電保護具有高速度。 高壓電動機保護原理分析 電動機保護原理的研究決定了電動機智能保護器性能的高低，在查閱大量文獻之并經(jīng)過認真仔細的分析對比后發(fā)現(xiàn)對稱分量法可以對交流電動機的三相電流進行詳細的描述，非常適用于故障診斷。這類故障的主要特征是三相基本對稱，但同時出現(xiàn)過電流，故障的嚴(yán)重程度基本反應(yīng)在過電流的程度上，因此檢測過電流的程度可作為這類故障的判斷依據(jù)。以 A 相為例，對稱分量的計算公式如下： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 基于單片機的高壓電動機保護 8 ? ?? ?? ? ??????????????????CBAA0CB2AA2C2BAA131αα31αα31IIIIIIIIIIII???????????? （ 31） 式 （ 31） 中， A1I? ， A2I? ， A0I? 分別是 A 相電流用對稱分量法分解所得的正序電流、負序電流、零序電流； 復(fù)數(shù) 算子 α=ej120176。 在電動機正常運行時，三相基本對稱，負序和零序電流分量基本為零，而一旦發(fā)生不對稱故障，則出現(xiàn)很大的幅值，以此鑒定不對稱故障有很高的靈敏度和可靠性。隨著過電 流倍數(shù)的變化，定子繞組導(dǎo)體的溫升具有反時限特性。 對異步電動