三相電動機(jī)智能保護(hù)器的研究

王永國

（吉林化工學(xué)院，吉林吉林 132022）

三相電動機(jī)智能保護(hù)器的研究

王永國

（吉林化工學(xué)院，吉林吉林 132022）

通過對稱分量法分析三相電動機(jī)不對稱故障，并把其用在三相電動機(jī)智能保護(hù)器設(shè)計(jì)中。保護(hù)器通過檢測計(jì)算電機(jī)運(yùn)行時(shí)的負(fù)序和零序分量，進(jìn)行電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)、短路保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、三相不平衡保護(hù)過電壓保護(hù)、接地保護(hù)、欠電壓保護(hù)。

電動機(jī)保護(hù)；AT89C51；對稱分量法

主要介紹如何實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確檢測三相電機(jī)故障的產(chǎn)生，并對故障進(jìn)行快速分析并保護(hù)的裝置，對保證三相電機(jī)有效使用，保證各種生產(chǎn)工況安全有序進(jìn)行顯得非常重要。

1 電機(jī)保護(hù)器原理

重點(diǎn)是及時(shí)地發(fā)現(xiàn)三相電機(jī)出現(xiàn)的故障，并做出反應(yīng)，在設(shè)計(jì)的時(shí)間內(nèi)，如果沒有及時(shí)的排除故障，則三相電機(jī)斷電停車。通過對三相電流、電壓監(jiān)測，對電機(jī)的工作狀態(tài)做出準(zhǔn)確及時(shí)的判斷，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的智能化管理。為電機(jī)提供完善的保護(hù)，避免因熱過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、相不平衡、欠載、漏電短路等故障引起的重大事故，盡最大可能保證電機(jī)設(shè)備有效運(yùn)行。

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

通過互感器對三相電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集到的數(shù)據(jù)，首先送入模擬多路開關(guān)中，在分別把數(shù)據(jù)送出。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可讀的信號，最后送入到單片機(jī)中。

1.1.1 三相電壓采集

因?yàn)椴杉降哪M信號無法直接輸送到單片機(jī)中，首先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再把經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸送到單片機(jī)中，這個(gè)過程中是需要一定的時(shí)間，為了保持采集到的信號保持不變，所以需要由LM324的一組運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)采樣保持電路，來確保在A/D轉(zhuǎn)換的過程中信號保持不變。

1.1.2 電流采集模塊

OP07與兩個(gè)二極管組成的電流與電壓轉(zhuǎn)換的電路，把采集到的三相電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。

1.2 單片機(jī)的選擇

單片機(jī)AT89C51是高性能8位微處理器。內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個(gè)專用寄存器單元，有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)中斷，內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路。

1.3 LCD顯示電路

顯示電路的作用是把采集到的電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)及時(shí)的顯示出來，方便工作人員對電機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行了解。

2 系統(tǒng)軟件構(gòu)建

按照模塊化程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件程序包括主程序以及各個(gè)功能子程序，通過主程序調(diào)用功能子程序，即各個(gè)故障條件發(fā)生后，使用中斷指針強(qiáng)制執(zhí)行其相應(yīng)的子程序。為了防止程序跑飛還設(shè)計(jì)了軟件狗程序。

程序上電后，程序開始執(zhí)行，先關(guān)閉出口，再執(zhí)行初始化程序以防止保護(hù)誤動作。初始化包括：

AT89C51單片機(jī)寄存器的設(shè)置、通信設(shè)置、輸入輸出引腳定義、選擇工作方式設(shè)置、堆棧地址設(shè)置等，還有最小系統(tǒng)鍵盤、顯示的初始化以及智能保護(hù)器參數(shù)變量的初始化。

首先要初始化程序主要執(zhí)行單片機(jī)和外設(shè)的初始化：

1）上電復(fù)位后，先執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和單片機(jī)的初始化；

2）初始化系統(tǒng)基本信息；

3）設(shè)定信號的采樣頻率，即使電流電壓為每周采樣；

4）比較數(shù)據(jù)初始化，即開始采樣。

3 結(jié)束語

論述了一種三相電動機(jī)智能保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)的研制。三相電動機(jī)智能保護(hù)器以AT89C51高速單片機(jī)為核心，通過電流互感器，電壓放大回路采樣所接電動機(jī)的電流和電壓，程序計(jì)算正負(fù)序電流以及零序電流綜合判斷出電動機(jī)的工作狀態(tài)。到現(xiàn)在為止，市面上出現(xiàn)的各個(gè)品牌的電機(jī)保護(hù)器要么價(jià)格過高、附加功能太多；要么價(jià)格便宜卻缺少對稱分量計(jì)算分析進(jìn)而影響到使用效果。所以未來要加強(qiáng)對保護(hù)器的研究，改變不足，降低成本與減小體積的同時(shí)，增強(qiáng)智能化程度，以滿足人們的需求。

[1] THE 16TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON NOISE CONTROL ENGINEERING[J].Chinese Journal of Acoustics，1987，（3）：187-293.

[2] 高強(qiáng)，徐殿國.異步電動機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].傳動與控制，2004，（1）：58-60.

[3] 陳西發(fā).智能型電動機(jī)保護(hù)裝置的研發(fā)[D].西安：西安工大學(xué)，2007.

Research on Intelligent Protector of Three-phase Motor

Wang Yong-guo

Asymmetric fault of three-phase motor is analyzed by symmetrical component method and used in the design of threephase motor intelligent protector.The protection protects the motor against overload，phase failure，short circuit，stall protection，three-phase unbalance protection，overvoltage protection，earth fault protection and under voltage protection by detecting and calculating the negative sequence and zero sequence components during motor running.

motor protection；AT89C51；symmetrical component method

TM307

A

1003–6490（2016）10–0126–01

2016–09–09

王永國（1980—），男，河南修武人，助教，主要從事電氣工程及其自動化教學(xué)工作。