單片機在電動機保護中應(yīng)用概論

I摘要本文介紹了一種基于單片機的高壓大型(異步)電動機保護裝置。該保護等模擬量信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號后送入單片機系統(tǒng)中進行機差動保護電流保護IIAbstract LCD.III 3235------------------40----------44------------------451行，有2就力。傳統(tǒng)保護控制裝置不能實現(xiàn)的保護控制功能。如能迅速處理采集的電機各種故障信號，并將結(jié)果同各種設(shè)定參數(shù)進行比3國、日本、英國發(fā)展最快。TAD、智能控制器(SMC)等各種型號序列數(shù)十種規(guī)格[21]。4國電動機保護的發(fā)展趨勢大致有以下幾點[3]：；本論文研究的是基于單片機的電動機(異步電機)保護裝置，主要應(yīng)用據(jù)保護原理和該裝置的硬件平臺使用C語言開發(fā)了一套針對各種保護功能5第二章電動機保護原理后詳細介紹了電動機微機保護裝置所用到的保護原理和實現(xiàn)保護的邏輯關(guān)由于電動機的微機保護主要通過測量電量(電流、電壓以及開關(guān)狀態(tài)等)的主要是繞組故障。稱故障障置：6網(wǎng)電壓顯著下降，影響其它用電設(shè)備的正常運行。因此，對額定容量在2000kW以上，或小于2000kW但電流速斷保護靈敏度不夠的電動機應(yīng)裝設(shè)保護低電壓保護接地故障保護7單元相互獨立?？v聯(lián)差動保護的原理縱聯(lián)差動保護的動作原理是基于比較被保護單元始端和末端電流的大I1I′1dMIII=1，I=1，I=II(2.1)2n2nd2222d8I=II=0(2.2)d12I=II0(2.3)d12dIDZIIDZ.maxIABDZ.minABIDIDIDZSD護裝置的第二側(cè)二次電流，I為最小制動電流，一般取額定電流，I為ZDminZDI>IDZSD9ZDZDZDZD.min當(dāng)II時，I>IDZDZ.minI>K(II)+IDZZDZDZD.minDZ.min式中K為制動系數(shù)。ZDCT斷線判據(jù)：當(dāng)至少檢測到一相電流為零并且零序電流大于I時，發(fā)出斷線告警并閉鎖差動保護。只有在裝置檢測到高低壓側(cè)最大相電流在0.8I至6I之間才進行CT斷線判定，否則不進行CT斷線斷定。&&A相比率差動動作B相比率差動動作C率差動動作差動啟動元件差動保護動作信號AA相差動速斷動作B相差動速斷動作入&差動速斷保護動作故障故障類型三相短路對稱過載相間短路單相接地接地二相接地序電流無無無0.5IpIp有ba無無無無無無無有(值的大小取決于位置)其他故障特征I=I=II=I=II=I=II=0,I=IabcI=I=IIIII=I>II>I=III>I=I過電流pppp無無有有有設(shè)置保護類型正序定時限反時限零序定時限不對稱性故障轉(zhuǎn)保護電動機啟動時，保護判據(jù)為：I>I=KI電動機運行時，保護判據(jù)為：I>I=KIsdzdrelxjdI為電動機最大啟動電流，一般取9倍的額定電流I；I為電動機運行st.maxNxjdK8。relAA相電流大于整定值B相電流大于整定值C相電流大于整定值速斷保護投入≥&速斷保護動作(|I>I=KI|T(|I>I=KI|T>t(I>I=KIT>t電動機運行時〈11zdT>tI為電動機的正序電流；I為電動機最大啟動電流；K為電動機啟stmaxrelq動時可靠系數(shù)，依據(jù)不同保護類型取不同值；t為時間常數(shù)，依據(jù)不同保zxrel正序電流保護投正序電流保護投入A相正序電流大于整定值B相正序電流大于整定值C相正序電流大于整定值t堵轉(zhuǎn)保護動作&≥保護過負荷保護實際上是通過電流幅值模擬電機的發(fā)熱，電動機的熱慣性44tt(動作時間s)12345678I/IeeWI——過負荷時定子繞組流過電流(電動機運行中三相電流最大者)(A)；I——可整定的保護動作電流(A)；e而方程左邊Qdt為在時間間隔dt中，定子繞組由于過負荷而發(fā)出的熱9=QtstsIIθst1t2t9=(I2I2)ret=[(I/I)rt∵P=I2r——銅損為常數(shù)。CG數(shù)，設(shè)允許溫升為9。則得出反時限過負荷動作特性為：1eT允許溫升計算22(|I>I|T>t|T>t(|I>I|T>t|T>tIII電動機啟動時I段和II段負2qzd2qzdzd2zd(I>I(I>IzdI為電動機負序電流值；I為電動機運行時Ⅰ段負序電流整定值，大2zdzd2zd。|T>t|T>t|T>t負序電流保護投負序電流保護投入A相負序電流B相負序電流C相負序電流≥≥負序電流保護&0qzd0qzdzd0zd(I>I(I>IП段零序電流保護判據(jù)：〈>t0zd(2.20)zd0zdzd0zd(U>UT>tT>t0Uzd0zd投入A相零序電流B相零序電流大于定≥時限整定值斷&&≥AA相零序電壓大于整定值B相零序電壓大于整定值C相零序電壓大于整定值零序電壓保護投入接地保護&≥U為低壓保護整定值，對于不允許或不需要自起動的電動機其取值為eeeXshzdshzdabc電動機在長時間起動狀態(tài)下，起動電流可使電動機繞組溫升超過容許數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能是采集由被保護設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號，經(jīng)過預(yù)處理后轉(zhuǎn)化為所需數(shù)字量；計算機主系統(tǒng)以ATmega16L微鍵盤接口鍵盤接口光電隔離電路開關(guān)量輸入光電隔離電路開關(guān)量輸出時鐘模塊低通濾波低通濾波采樣保持采樣保持模數(shù)轉(zhuǎn)換通信接口二次電流電壓輸入形成形成溫度檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換經(jīng)低通濾波器(ALF)、采樣保持器(S/H)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC)轉(zhuǎn)變成CPU提出了過高的要求，因此，應(yīng)將采集來的模擬信號經(jīng)過低通濾k+741+741采樣保持器配合工作：利用多路開關(guān)將各路模擬信號輪流與A/D轉(zhuǎn)換器接500mW)；使用溫度范圍大(－25~＋85)等。本系統(tǒng)采用了兩片LF298集采樣保持器工作于采樣方式；當(dāng)V為低電平時，采樣保持器工作于保持方鎖存兩路模擬信號，兩個保持器共用一個邏輯控制信號[4]。+15V-15V+15V-15VR0R12VSS1414InputILF2985outputIInputULF2985InputI36687CH87CV1VSSVSS路模擬開關(guān)連接，通過分時復(fù)用的方式，能對來自端口A的8路單端輸入REF ININ20k20kRUiRRRR110kRR_A+2_A+1UkUoU=(U+U)oi01當(dāng)U>0時，U=2U，U=(2U+U)i01ioiii01oiU=Uoi 經(jīng)整流電路后，調(diào)整的交流電壓、電流變成ADC可以接受的單向脈動o轉(zhuǎn)換前電壓波形oo轉(zhuǎn)換后電壓波形單片機單片機系統(tǒng)采樣保持電路低通濾波波整流電路傳感器A/D轉(zhuǎn)換路RR11Vin2I1I234壓RLVIR22LLRV/I1in1IRIRVinIRI11Vin2RV/Iin1C0I2r－4＋V=IROU12r0f圖(b)圖(a)法圖(b)法II2輸出至A/D轉(zhuǎn)換LUN1JMZLUNUN1JMZLJMZLTV1TV3TV1TV3RV1RVRV1UCUAUCINUCRN12INUCRN1241UUcCW5CW151K/1W51K/1WRN5241CTRN5241CT81-103-3KVCT81-103-3KVOUTOUTININRD5RD1UDRD5RD1UD11N41481N4148ADINUC1N4148ADINUCNcNc1K1KCW1K1KCW2TV1013-1TVTV1013-1CT81-103-3KVUN6UNCT81-103-3KVUN6UN2JMZLTA1TATA1TA3GCT-211BGCT-211BINIAINIA241RN2241RN2UD21N4148RD2UDUD21N4148RD2ADINIA1N4148ADINIA1K11KUN3CPUVCUN3JMZLUBUUbRN3UUbRN3241CW33736353433323130202122232423736353433323130202122232425262928274041424344123948ADINUAADINIAADINUBADINIBADINUCADINICPB0(T)PB1(T)PB2(AIN0)PB3(AIN1)PBSSPB5(MOSI)PB6(MISO)PB7(SCK)CT81-103-3KVOUTINRD3UD31N4148ADINUBNb1KCW4TV1013-1CT81-103-3KVUN4(ADC1)PA1(ADC2)PA2(ADC3)PA3(ADC4)PA4(ADC5)PA5(ADC6)PA6(ADC7)PA7TA2TA2GCT-211BTOSCTOSCPCTOSCPCAREFLCDLCDLCDbKY4KY3KY2KY1INIB241RN4UD41N4148RD4C3ADINIBPD1(TXD)PD2(INT0)PD3(INT1)PD4(OC1B)PD5(OC1A)PD6(ICP)PD7(TOSC2)AVCCX1AVCCY18Y18M7X2ATMEGA16_TQFP44CY2CY20P0P(1)AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，流TT=1A/K(3.4)T式中：IT——流過器件(AD590)的電流，單位為μA；(2)AD590的基本應(yīng)用電路：+_VoVo=1mV/K進行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放11O2O+--置工作方式用的轉(zhuǎn)換開關(guān)等；另一類是從裝置外部經(jīng)端子排引入裝置的觸廣西大學(xué)畢業(yè)生論文23單片機在電動機保護中的應(yīng)用4R1R2R3R4KKKK5+RR-CPU輸出、信號線、晶閘管驅(qū)動等低壓有關(guān)的電路。為提高抗干擾能力，本設(shè)計采用了光電隔離電路，如圖3-121KPHOTOU1ARO1PA112K12J輸出43+12V100Ω表示光電隔離芯片的出口端已經(jīng)導(dǎo)通，此時繼電器便發(fā)生動作，使裝置的帶漢字字庫，能顯示8×4行漢字，有串行(3線/2線)和并行(8位/4位)RR1LCD_FYD86423456DCNCGVVCCR1C1LCD-FYDT34567CDDDDDPRN4511DNGR4C4CPUVCC8PBTPB2(AIN0)PB3(AIN1)PB5(MOSI)PB6(MISO)PB7(SCK)PD0(RXD)PD1(TXD)PD2(INT0)PD3(INT1)PD4(OC1B)PD5(OC1A)PD6(ICP)PDTOSCX1DDDNNNGG13O+VAK890112R2K4K3K2K112345*AREFAGNDAVCC012DDD1R2C21239487DATCKK4K3K2K1SCDSR323C3X276第四章電動機保護裝置的軟件設(shè)計l好，能讓人們在具有最完整的功能環(huán)境下，提升設(shè)計上的品質(zhì)和效率。對于AVR單片機，編程語言常用的有兩種，一種是匯編語言，一種是C輸出窗口輸出窗口文本編輯文本編輯區(qū)項目工作區(qū)線后，按程序上的操作，按擦除鍵即可實施擦除，編程鍵用于寫入程序，另軟件程序是設(shè)計的重要組成部分。圖4-4給出了系統(tǒng)的主程序流程框系統(tǒng)程序初始化初始化自檢工作方式選擇調(diào)試方式運行方式調(diào)試方式開中斷顯示準(zhǔn)備調(diào)試開中斷數(shù)據(jù)采集初始化檢測按鍵輸入數(shù)據(jù)采集初始化N硬件檢查N故障啟動？Y故Y故障處理程序循環(huán)自檢程序整組復(fù)歸系統(tǒng)初始化A/D轉(zhuǎn)換子程序功能選擇及液晶顯示三相電流憶NY三相電壓三相電流低溫設(shè)定設(shè)定憶憶憶憶開開始差動速斷投入YI>IDZSDYCT斷線？NN差動投入？告警N比率差動條件滿足？返回NNNYNNYUUYI>INTT=T+100msdzdsNTNTYI>IT=T+100msT>tYYI>IT=T+100mstNNNTNNTNNTTNNYI>IT=T+100msNNI>IT=T+100msNTtNNTNTI>IT=T+100msT>tUUT=T+100msT>t0UzdYNNW>WmNYYNYsNNTN啟動啟動AD轉(zhuǎn)換Y讀下一通道數(shù)據(jù)讀高2位數(shù)據(jù)將高2位數(shù)據(jù)左移8位讀低8位數(shù)據(jù)將高位與低位數(shù)據(jù)相加Y返回NNCD電壓有效值電流有效值故障保護編程沒有使用外部中斷觸發(fā)的形式，而使用程序查詢法，其設(shè)計流程如圖程序初始化程序初始化讀取EEPROM設(shè)定值NY執(zhí)行按鍵程序顯示按鍵對應(yīng)頁面返回主程序CPU正通過地CPU一系列非CPU護的任一CPU負極之間殼轉(zhuǎn)換采用數(shù)字濾波：平均法，比較平均法等；防止突發(fā)性干擾；行將捕獲的程序引向一個指定的地址在那里有一段專門對從程序出錯進行使硬件裝置具有超時自動復(fù)位能力。通常采用程序監(jiān)視技術(shù)，又稱“看門狗”序跑飛的情況下，自動重啟系統(tǒng)，這樣就避免了程序的誤動。結(jié)設(shè)[1]朱長安.電動機保護的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.繼電器.1993.01(02).[2]羅鈺玲.電力系統(tǒng)微機繼電保護.北京:人民郵電出版社.2005.[5]武予魯.電動機及其綜合保護裝置的工作原理與使用.煤炭工業(yè)出版設(shè).2004.9.[6]徐濤.基于DSP的異步電動機智能保護裝置的研究與設(shè)計.[碩士學(xué)位論文].南京:河海大學(xué).2006.[11]林軍.電力系統(tǒng)微機繼電保護.中國水利水電出版社.2006.5.致謝*****************************************************************//AD轉(zhuǎn)換初始化{ADC_L=ADCL;}{loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);//等待ADC完成,}//發(fā)出中斷//****************************************************************//*********************************