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[導(dǎo)讀] 　　針對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，研究開發(fā)了電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器。該保護(hù)器以PIC18F4520單片枧為核心，結(jié)合相應(yīng)信號(hào)采集模塊、顯示模塊和執(zhí)行模塊，實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)在故障發(fā)生時(shí)保護(hù)器發(fā)出報(bào)警或跳閘動(dòng)作。

　　電動(dòng)機(jī)已成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中必不可少的重要能源，把電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，目前主要是利用電動(dòng)機(jī)。生產(chǎn)上大量應(yīng)用的三相電動(dòng)機(jī)功率從幾千瓦到幾百千瓦不等，這些電動(dòng)機(jī)功率大，電壓高，電流大，控制和保護(hù)系統(tǒng)較為復(fù)雜，單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展為電動(dòng)機(jī)保護(hù)提供了新的、更可靠和更有效的解決方案。

　　針對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，研究開發(fā)了電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器。該保護(hù)器以PIC18F4520單片枧為核心，結(jié)合相應(yīng)信號(hào)采集模塊、顯示模塊和執(zhí)行模塊，實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)在故障發(fā)生時(shí)保護(hù)器發(fā)出報(bào)警或跳閘動(dòng)作。

　　電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的硬件與軟件

　　1.電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器硬件設(shè)計(jì)

　　該保護(hù)器的硬件結(jié)構(gòu)，如下圖所示。主要包括信號(hào)采集模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊和執(zhí)行模塊等。采樣模塊首先對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流與電壓信號(hào)進(jìn)行采集，然后將采集到的模擬信號(hào)通過電平轉(zhuǎn)換電路和低通濾波器濾去高次諧波，最后進(jìn)入PIC18F4520的ADC進(jìn)行數(shù)字化處理得到電流和電壓離散值。鍵盤輸入模塊主要用于設(shè)定欠功率、過電壓、欠電壓和過電流等各項(xiàng)保護(hù)判據(jù)，涉及的報(bào)警整定值、跳閘整定值或其他設(shè)定參數(shù)，也是通過鍵盤來實(shí)現(xiàn)的。顯示模塊主要用于顯示電流和電壓等參數(shù)，采樣3排四位數(shù)碼管顯示模塊。執(zhí)行模塊主要是用于輸出各種控制信號(hào)來執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，執(zhí)行模塊就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作使繼電器有所動(dòng)作，達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。

　　2.電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器軟件設(shè)計(jì)

　　電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器的軟件設(shè)計(jì)是利用PIC18F4520的C語言來實(shí)現(xiàn)的，并在MPLAB里進(jìn)行編譯、調(diào)試與仿真。程序主要分為主程序、各故障中斷子程序、顯示程序和延時(shí)程序四部分。開始時(shí)從存儲(chǔ)器讀出采集到的數(shù)據(jù)，送到顯示模塊中顯示，比如三相電壓、三相電流和功率等參數(shù)。然后再判斷電動(dòng)機(jī)是否起動(dòng)，未起動(dòng)時(shí)，在顯示模塊顯示相應(yīng)的未起動(dòng)標(biāo)志代碼。此時(shí)，用戶可以設(shè)置各個(gè)參數(shù)，并將設(shè)定值存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器里。如已起動(dòng)則進(jìn)入各個(gè)故障的判斷(判斷電動(dòng)機(jī)是否進(jìn)入起動(dòng)階段，這是通過采集電流和電壓來完成的)，通過相應(yīng)判定參數(shù)值判斷各種故障，采樣電流和電壓分別監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和判斷電動(dòng)機(jī)是否過、欠電壓。如果有故障發(fā)生，則進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警與跳閘，并把數(shù)據(jù)與狀態(tài)顯示在相應(yīng)的顯示模塊。

　　電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理與保護(hù)判據(jù)

　　1.有效值計(jì)量

　　PIC18F4520采集到的是離散電流與離散電壓，因而要利用電流、電壓作為保護(hù)判據(jù)時(shí)，需要將信號(hào)離散化處理。利用方均根值的計(jì)算求出各相電流、電壓的有效值。本例一個(gè)周期采樣64個(gè)點(diǎn)。

　　2.短路和堵轉(zhuǎn)保護(hù)與報(bào)警

　　短路保護(hù)是為電動(dòng)機(jī)的相間及電動(dòng)機(jī)繞組匝間短路保護(hù)而設(shè)置的，通過該保護(hù)的功能，可以避免諸如：小到電動(dòng)機(jī)燒毀，大到引起進(jìn)線跳閘，甚至越級(jí)跳閘，引起控制中心失電等嚴(yán)重事故;如三相電流任意一相電流出現(xiàn)短路電流時(shí)，即可按設(shè)定的要求進(jìn)行保護(hù)。

　　堵轉(zhuǎn)保護(hù)是電動(dòng)機(jī)特有的一種保護(hù)，適用于傳動(dòng)裝備、泵、風(fēng)扇、切割機(jī)及壓縮機(jī)等設(shè)備由于負(fù)荷過大或自身機(jī)械原因，造成電動(dòng)機(jī)繞組過熱，絕緣降低而燒毀電動(dòng)機(jī)，因此堵轉(zhuǎn)保護(hù)是避免該類型故障的發(fā)生。如果三相電流平均值出現(xiàn)4～8倍額定電流的過負(fù)荷現(xiàn)象時(shí)，即可按設(shè)定的堵轉(zhuǎn)保護(hù)定值和時(shí)限，迅速跳閘，避免電動(dòng)機(jī)燒毀。

　　短路保護(hù)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)的動(dòng)作定值必須小于交流接觸器的允許分?jǐn)嚯娏?。在任何短路和堵轉(zhuǎn)高于接觸器允許分?jǐn)嚯娏鞯膽?yīng)用中，必須使用一個(gè)熔斷器或智能型斷路器來切斷電流，防止損壞接觸器和擴(kuò)大故障。

　　堵轉(zhuǎn)電流的動(dòng)作定值應(yīng)該依據(jù)電動(dòng)機(jī)制造廠提供的最大允許堵轉(zhuǎn)電流值，可按允許堵轉(zhuǎn)電流的一半設(shè)定，堵轉(zhuǎn)延時(shí)時(shí)間可參考電動(dòng)機(jī)的允許堵轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定，一般設(shè)定時(shí)間為允許時(shí)間的9/10。

　　當(dāng)堵轉(zhuǎn)電流或短路電流大于設(shè)定的允許分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，保護(hù)不跳閘，只輸出故障信息;直到電流跌落到接觸器允許分?jǐn)嚯娏饕韵?，跳閘動(dòng)作才會(huì)發(fā)生。這時(shí)由斷路器完成保護(hù)。

　　3.過載保護(hù)與報(bào)警

　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)在過載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大電流，長時(shí)間會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱損壞，此時(shí)普遍使用熱繼電器進(jìn)行熱保護(hù)，但熱繼電器與電動(dòng)機(jī)的散熱特性不一致，故不能正確反映電動(dòng)機(jī)的過載運(yùn)行狀況?？刂破鞲鶕?jù)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱特性，計(jì)算電動(dòng)機(jī)的熱容量I2t，模擬電動(dòng)機(jī)發(fā)熱特性和散熱特性對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。由于控制器是根據(jù)電流模擬計(jì)算而進(jìn)行保護(hù)的，因此保護(hù)范圍更廣，可實(shí)現(xiàn)熱繼電器所不能保護(hù)的嚴(yán)重過負(fù)載保護(hù)。

　　反時(shí)限過載保護(hù)一般包括：短路+堵轉(zhuǎn)+定時(shí)限過載三種保護(hù)功能，此電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器使用反時(shí)限(符合IEC255-3標(biāo)準(zhǔn))作為特征曲線，其過載保護(hù)有12條特性曲線可選，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇不同曲線。

　　4.電流不平衡保護(hù)

　　不平衡的三相供給電壓也是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)熱損壞的一個(gè)主要原因。不平衡率表示平均電流和各相電流的最大差值與平均電流和電動(dòng)機(jī)滿負(fù)載電流最大值的比值。當(dāng)不平衡率超過整定值且整定時(shí)間到后，報(bào)警或跳閘。

　　5.過電壓與欠電壓定時(shí)保護(hù)與報(bào)警

　　電壓有效值小于整定電壓值且整定時(shí)間到后，欠電壓報(bào)警或跳閘;電壓有效值大于整定電壓值且整定時(shí)間到后，過電壓報(bào)警或跳閘。

　　結(jié)束語

　　通過市場(chǎng)的實(shí)際使用證明，電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)器故障判定準(zhǔn)確、可靠。本產(chǎn)品是應(yīng)用了多種保護(hù)方式相結(jié)合的綜合型保護(hù)器。

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