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电动机归纳珍爱器的计划

发布时间:2020-03-23 17:04编辑:应用领域浏览(200)

      电动机归纳珍惜器的打算_工学_上等教学_教学专区。电动机归纳珍惜器的打算 结业打算

      摘 要 换取电动机是一种操纵最渊博的动力配置□□□,正在邦民经济中起着举足轻重的作 用□□□□□,不过其高毛病率对工农业坐褥酿成强壮的经济失掉□□□□□,于是正在阐述守旧电动机 珍惜安装不尽完满的根源上□□□□□,研制功效完满、牢靠性高的电动机珍惜安装己经成 为需要。 近年来□□□□□,跟着微电子本事、盘算推算机本事的飞速进展□□□□,各品种型的微左右器、 数字信号统治器、以及其它嵌入式统治器正在电动机珍惜周围取得了渊博的操纵。 本文环绕基于微左右器的电动机归纳珍惜安装的琢磨这一职业而伸开□□□,开采了适 用于百般现场情况的换取电机衡量、监控、珍惜一体化安装。本文的要紧琢磨内 容概述如下。 1.阐述了电动机运转的根本道理、电动机毛病特色以及珍惜道理。 2.给出了电动机珍惜安装的竣工计划。本安装可竣工以下毛病珍惜□□□□□:短道保 护、堵转珍惜、过流珍惜、不均衡珍惜、断相珍惜、过压珍惜、欠压珍惜、走电 珍惜以及过热珍惜等功效。 3.以STC90C58AD单片机为重心左右器打算了电动机珍惜硬件单位□□□□,并配以液 晶显示器等外围配置组成电动机珍惜体例。 4.正在软件体例的打算上□□□□□,凭据STC90C58AD单片机的编程机闭特色□□□,采用模块 化编程思思□□□,将体例功效剖释成较小的功效模块□□□□□,然后用子函数和终了统治函数 等竣工了电动机珍惜功效。 末了□□□□□,通过实行对电动机珍惜器的牢靠性实行检查□□□,实行评释□□□,此电动机保 护器的衡量精度□□□,灵巧度以及珍惜本能均到达了打算条件。 要害词□□□:电动机珍惜□□□□□,单片机□□□□,毛病诊断□□□,数据收集。 1 目 录 第1章 绪论 ?????????????????????1 1.1 电机珍惜器琢磨的配景及意旨??????????????????1 1.2 电机珍惜器的史籍和近况 ????????????????????1 1.21 以熔断器、热继电器为主的呆板式珍惜方法????????????1 1.22 凡是电子式电动机珍惜器????????????????????2 1.23 智能型电动机珍惜器??????????????????????2 1.3 微统治器的进展特色??????????????????????3 1.4 电动机珍惜器打算的要紧职业和论文的各章节安顿?????????3 第2章 电动机珍惜道理???????????????????5 2.1 异步电动机的运转道理?????????????????????5 2.2 电动机毛病分类????????????????????????5 2.3 电动机珍惜道理阐述??????????????????????7 2.4 电动机毛病特色阐述及珍惜判据?????????????????7 2.41 短道毛病特色阐述及珍惜判据?????????????????7 2.42 堵转毛病特色阐述及珍惜判据?????????????????8 2.43 断相毛病特色阐述及珍惜判据?????????????????8 2.44 过载毛病特色阐述及珍惜判据?????????????????10 2.45 欠压和过压毛病特色阐述及珍惜判据??????????????13 2.5 本章小结???????????????????????????14 第3章 电动机珍惜器硬件电道打算??????????????16 3.1 概述?????????????????????????????16 3.11 电动机珍惜器硬件体例的本事条件????????????????16 3.12 珍惜安装硬件打算综述?????????????????????16 3.13 各模块琢磨??????????????????????????17 3.2 重心统治模块?????????????????????????17 3.21 STC90C58AD 单片机的要紧特色??????????????????18 3.22 统治模块电道打算???????????????????????18 3.3 键盘、 显示模块?????????????????????????19 3.31 键盘打算???????????????????????????19 3.32 显示打算???????????????????????????20 3.4 电源模块???????????????????????????22 3.5 数据收集模块?????????????????????????24 3.6 报警和珍惜作为施行模块????????????????????24 3.7 通讯模块???????????????????????????24 3.8 本章小结???????????????????????????25 第4章 电动机珍惜器体例软件打算??????????????26 4.1 步骤打算言语采取???????????????????????26 4.2 珍惜器软件体例全体打算????????????????????27 4.3 珍惜器主步骤打算???????????????????????27 4.4 键盘子步骤打算????????????????????????30 4.5 显示子步骤打算????????????????????????30 4.6 守时器及数据收集子步骤打算??????????????????31 4.7 参数调理子步骤打算??????????????????????32 4.8 毛病统治子步骤打算??????????????????????35 4.9 体例菜单式操作界面打算????????????????????36 第5章 电动机珍惜器实行及牢靠性验证????????????37 5.1 电动机珍惜器衡量精度测试实行?????????????????37 5.2 电动机珍惜器过流珍惜实行(分段珍惜)?????????????37 5.3 电动机珍惜器电压珍惜实行???????????????????38 5.4 电动机珍惜器轻载珍惜实行???????????????????38 5.5 电动机珍惜器实行总结?????????????????????39 第6章 总结及预测??????????????????????40 参考文献?????????????????????????????41 谢辞???????????????????????????????42 第一章 1.1 电动机珍惜器琢磨的配景及意旨 绪论 正在苛重的工矿企业中□□□□□,0.4kV换取电动机举动原动力和施行器□□□□,取得了渊博应 运。供电体例70%的电能是通过电动机花消的。因为换取电机具有机闭方便、制 制简单、运转牢靠以及价钱低廉等长处□□□□□,所以被渊博操纵。电动机所带的负载种 类繁众□□□,且往往是通盘配置中的要害个别□□□□□,所以□□□,电动机的安静、平稳运转具有 非常苛重的意旨。 正在本质的坐褥情况中□□□□□,因为电网震动□□□□,负载攻击以及外界情况高温、高湿、 粉尘等的影响□□□□,导致电动机的安静运转受到很大的挟制。电动机的毛病或不寻常 运转轻则影响配置功效重则酿成配置损坏和其它安静变乱□□□□□,惹起宏大的经济失掉□□□□□, 电动机珍惜器的琢磨就显得非常需要。据相闭方面统计□□□□,寰宇每年电动机损毁数 量正在300万台以上□□□□,仅电动机的维修用度就正在百亿元以上□□□,因电动机不寻常职业所 酿成的耗电量高达数十亿KWh□□□,间接经济失掉更是数目惊人。况且这一数字还正在不 断增加。 其余□□□□,因为今世电动机打算、坐褥本事的进步□□□,电动机的体积越来越小□□□□□,导 致电机内部电流密度明显扩大;再加上今世化的坐褥工艺往往条件电动机往往正在 屡次的启动、制动、正反转以及变负荷等众种形态下切换运转□□□□,电动机崭露毛病 的概率特别难以确定□□□,毛病后导致的后果也特别急急。 于是□□□□,无论从安静的角度仍是从经济的角度来看□□□□,电动机珍惜器的琢磨有着 深远的意旨。 1.2 电动机珍惜器的史籍和近况 1.2.1 以熔断器、热继电器为主的呆板式珍惜方法 热继电器是开邦从此昔日苏联引进本事开采的金属片呆板式电动机过载珍惜 器□□□□,是永远以还我邦电动机珍惜器所采用的要紧本事格式。 这种电动机珍惜器由熔断器、接触器、断道器及热继电器构成□□□□□,左右方法主 要分为以下四种□□□□:(1)熔断器一换取接触器一热继电器;(2)断道器一换取接触器 一热继电器;(3)熔断器一断道器□□□:(4)熔断器一断道器一换取接触器一热继电器。 热继电器是用于珍惜电动机因过载惹起过电流的安装。热继电器正在电子本事尚不 1 繁荣的时间曾是电机过载珍惜的首选产物□□□□,诈欺的是双金属片热效应道理□□□: 双金属片是由两片差异膨胀系数的金属铆合而成□□□□,通过的电流使它们爆发热量□□□□□, 并向膨胀系数小的一边弯曲□□□□,弯曲的水平和电流的巨细成正比□□□□,当电流超出热继 电器整定电流的肯定时代就会启动个中的脱扣安装□□□,从而起到堵截主回道到达保 护基十单片机左右的电动机珍惜器打算的主意。 热继电用具有反时限个性和机闭方便、安设简单等长处;同时□□□,它也有肯定 的缺陷□□□,因为资料的热滞后效应导致热继电器有珍惜时滞和对细小堵转、过载保 护欠佳的坏处。因为上述坏处电动机容易永远运转正在细小过载形态□□□,使电动机绕 组爆发热积攒□□□,绕组温升超出额定值□□□□□,绕组绝缘老化□□□□□,影响电动机应用寿命。另 外□□□□,受创制工艺限定□□□□□,热继电器的本能有肯定的分开性□□□,作为弧线与电动机本质 珍惜弧线不调解□□□□□,使电动机有用功率降低□□□□□,急急时还会导致误作为。正由于云云□□□□, 这种守旧的电动机珍惜格式正正在被渐渐镌汰□□□,新配置上已根本看不到它的身影。 1.2.2 凡是电子式电动机珍惜器 从上个世纪七八十年代早先□□□,跟着半导体本事、电子本事的进展及渊博操纵□□□□, 一批的基于分立电子元件和中小周围集成电道的新型电动机珍惜产物应运而生。 此类珍惜器从珍惜取样方法上大致分为电压取样型和电流取样型。电压取样型电 动机珍惜器要紧针对电动机职业电压实行相应的检测来对电动机实行珍惜;电流 取样型电动机珍惜器通过对电动机的线电流的改观检测来对电动机实行珍惜。我 邦电子式珍惜器是由晶体管型进展至集成电道型□□□□,安装功效根本知足电动机珍惜 的条件。不过打算思绪的限定导致这些电动机珍惜器仍有极少难以制胜的缺陷□□□□, 这要紧出现正在□□□□□: a. 精度不高。因为通盘珍惜器是由浩瀚分立元件调集而成□□□□,任何一个元件 的本能都回对通盘体例爆发很大影响。各个元器件之间连线繁杂□□□□,正在丰富电磁环 境中极易受到骚扰□□□,对温度的敏锐性也很高□□□□,这时时导致珍惜器不行寻常职业。 b. 无法竣工参数存储、通讯等功效。受器件功效影响□□□□□,正在由分立元件组成的 电动机珍惜器上无法竣工像参数纪录□□□□,电动机保护器及时通讯如许的高端功效□□□,这也限定了这 类珍惜器的操纵鸿沟。 c. 其余□□□,通盘珍惜安装中的元件、节点浩瀚□□□,大大扩大了体例的毛病点□□□□,导 致珍惜器调试艰难。 2 时代鸿沟内□□□□□,对毛病信号做出反响□□□□□,实时确凿地施行珍惜。及时性是珍惜器 体例的要害本能□□□□□,它决议了对电动机毛病的检测灵巧度以及输出珍惜信号的准时 性□□□□□,直接影响了电动机的安静运转。 跟着微电子本事的深刻进展□□□□,大周围以至超大周围集成电道功劳同眉月异。 以微左右器、数字信号统治器、可编程逻辑左右器等为代外的智能型左右器不息 前进□□□□,正在邦民经济的各个周围都博得了宏大功劳。基于智能型左右器的电动机保 护器与前两种珍惜方法比拟具有天才的上风。这种智能化电动机珍惜安装具有处 理速率速、智能化水平上等长处□□□□□,能够施行百般出格丰富的算法和百般珍惜功效; 因为或许简单地竣工自检测试功效从而削减了安装的维修职业量□□□,避免了因安装 缺陷惹起的珍惜不确切作为□□□□□,进步了珍惜的牢靠性。它能够同时对电动机实行断 相、过载、短道、欠压、三相不均衡、堵转、走电等实行珍惜。它还具有显示、 通讯、毛病纪录等功效。智能型电动机珍惜器正以其优异的本能博得各大原始设 备坐褥商的青睐□□□□□,它将是电动机珍惜器的要紧进展偏向。 1.3 微统治器的进展特色 自第一个微统治器问世以还□□□,微统治器本事秤谌取得了非常神速的进步□□□□□,从 早期的四位机4004到七十年代末崭露的8位机8051、MC6800再到现正在32位机、16位 机、8位机众种统治器并举。现正在□□□□,跟着集成电道本事的不息前进□□□□□,百般由大周围 集成电道芯片组成的微统治器不息展现。当今微统治器商场上高端三十二位机与 低端的八位机正在各自的操纵周围大展武艺。它们灵活正在咱们生存的各个周围□□□,大 到大型配置、航空航天配置□□□,小至手机、家电等等都能够找到它们的身影。 本论文所先容的电动机珍惜器所采用的 STC90C58AD单片机是宏晶科技推出的 新一代超强抗骚扰/高速/低功耗的单片机□□□,指令代码全部兼容守旧 8051单片机。 该单片机片上尚有极其丰裕的外设资源□□□,这囊括 4道外部终了□□□□□,8道十位高速AD转 换器□□□□,集成MAX810专用复位电道□□□□□,于是非常适合于电机监控等联系操纵。 1.4 电动机珍惜器打算的要紧职业和论文的各章节安顿 本课题的要紧主意是研制基于STC90C58MCU的电动机敏能珍惜器□□□□,囊括安装硬 件体例的打算、软件体例的开采调试。针对电动机珍惜安装的进展偏向□□□□□,连接课 题的整体职业□□□□□,要紧做了以下几个方面的职业□□□: 凭据琢磨职业的需求□□□,各章节安顿如下□□□□□: 第一章综述课题的主意和意旨□□□,电动机珍惜安装的进展史籍和近况□□□,微统治 3 器的进展以及方便先容了本论文的要紧职业。 第二章要紧先容了电动机的根本运转道理□□□,电动机百般毛病的特色阐述以及 相应的毛病判决格式和珍惜方法。 第三章叙述了电动机珍惜器的硬件体例打算。以微左右器模块为重心□□□□,折柳 先容了珍惜安装的各硬件模块电道打算。 第四章以硬件打算为根源□□□,先容了电动机珍惜器的软件打算。 第五章通过试验检考试证了本论文打算的电动机珍惜器的衡量精度□□□□□,灵巧度 以及珍惜本能到达了打算条件。 第六章对电动机珍惜器的打算实行总结以及对其异日进展的预测。 4 第2章 2.1 异步电动机的运转道理 电动机珍惜道理 换取电机分为异步电动机和同步电动机□□□□□,个中异步电动机□□□,即觉得电机□□□□,由 于其机闭方便、创制简单、运转牢靠、价钱低廉□□□□□,是工农业坐褥交通运输等周围 的要紧动力配置。本论文以异步电动机为例阐明电动机珍惜器的打算。 异步电动机的根本运转道理是□□□□□:三相对称绕组通以三相对称电流就会爆发圆 形转动磁场□□□□□,该圆形转动磁场的转速为同步速□□□,转向取决于通电相序。转动磁场 正在闭合的转子绕组中爆发觉得电流□□□□□,转子即正在电磁力的效力下做转动运动□□□□□,转速 小于同步速。 凭据电道等效的道理□□□□□,将电动机的转子侧折算到定子侧□□□,并维持正在折算前后 磁势维持稳固□□□□,电磁功率及损耗维持稳固。折算后的电动机等效电道道理图如图 2.1所示。 图 2.1 电动机等效电道道理图 个中□□□□□:Ul是电动机定子侧线是电动机定子绕组电阻、电抗□□□□,Lm 为电动机的励磁电抗□□□□□,r2□□□,x2是电动机折算到定子侧的转子电阻、电抗。 2.2 电动机毛病分类 对电动机来说□□□,其毛病形态从呆板角度能够分为绕组损坏和轴承损坏两方面。 酿成绕组损坏的要紧起因有□□□□: (1)正在长时代的电、热、呆板和化学效力下□□□□,绕组的绝缘老化损坏□□□□□,定转子绕 组匝间短道或是对地短道。 (2) 电网供电质料差□□□□,电源电压三相不均衡、电压震动大、电网电压波形畸 5 变、高次基于单片机左右的电动机珍惜器打算谐波急急或者电动机断相运转。 (3) 电源电压过低使得电动机启动转矩不敷□□□,电动机不行成功启动或者是正在 短时代内反复启动□□□,电动机长时代承袭过大的启动电流导致电机过热。 酿成轴承损坏的起因有许众□□□□□: (1)呆板负荷太大 (2)润滑剂不适宜 (3)阴毒职业情况对轴承的损坏 因为本论文要紧琢磨的是通过电气衡量权术来检测电动机的运转处境□□□,并根 据及时收集到珍惜器的数据合时做出珍惜作为□□□□,于是要紧阐述管理绕组毛病。 从电气角度阐述□□□□□,惹起电动机绕组损坏的常睹毛病分为对称毛病和非对称故 障两大类。对称毛病要紧有□□□:三相短道、堵转、对称过载等□□□□,这类毛病对电动机 的损坏要紧是呆板应力和电流增大惹起的热效应使绕组发烧以至废弃。过错称故 障要紧有断相、三相不均衡、单相连地、相问短道等□□□□,过错称毛病正在毛病早期没 有极度显著的过电流或过热出现□□□,但若不实时查找毛病起因消除毛病则或许酿成 急急后果。当爆发对称毛病或急急的相间短道毛病时□□□□,电动机的转子处于堵转状 态□□□□,绕组电流大□□□□,电机发烧急急极度容易废弃电机。这类毛病的要紧特色是三相 根本对称□□□□□,但同时崭露过电流□□□,毛病的急急水平根本响应正在过电流的水平上□□□□,因 此检测过电流的水平可举动这类毛病的判决依照。对称毛病的珍惜可通过向例的 过流珍惜权术来竣工对待急急的三相短道的珍惜应当采用敏捷跳闸;堵转毛病的 珍惜应当采用短时限跳闸;而对待对称过载应采用守时限跳闸或反时限跳闸□□□□□,反 时限个性与电动机的温升指数个性相配合。注意情状如外1所示。 外2.1 电动机对称毛病 毛病类型 对 称 故 障 过 载 堵 转 短 道 零 序 无 无 无 负 序 无 无 无 过电流 (1.2~6) In (6~8) In (8~10) In 其他特色 珍惜特 性 反时限 短时限 速断 Ia ? Ib ? IC Ia ? Ib ? IC Ia ? Ib ? IC 当电动机内部绕组爆发毛病如匝问短道□□□,接地短道等□□□□□,往往正在初期并不会引 6 起明显的电流增大、电机过热□□□□□,但若不实时统治就会导致变乱扩张□□□,进而引 起电机过热□□□□□,转自启动力矩消浸等一系列题目□□□□,急急时或许导致电动机急急损坏 以至报废。于是□□□□,必需及时检测电动机的运转处境□□□□,保障实时展现电动机的运转 特地□□□□,采用通盘有用的珍惜方法保障电动机的牢靠运转。 2.3 电动机珍惜道理阐述 电动机珍惜道理的琢磨是保障电动机敏能珍惜器本能崎岖的要害□□□□,正在参阅 了邦外里多量文献的根源上□□□□□,经历有劲地琢磨和比对展现对“称分量法”能够对 电动机的三相电流实行注意的描绘□□□□□,可认为毛病的诊断供给确凿的音信。 凭据三相对称分量法的外面□□□□□,三个过错称的向量能够独一剖释成三组对称 的向量□□□:正序分量□□□□,负序分量和零序分量。各序分量独立存正在□□□□□,正在差异分量的作 用下□□□, 体例的各个元件显示出差异的个性。 对称分量的盘算推算公式如下 (以A相为例) 。 (2.1) 式中□□□□□, I A1 □□□, I A 2 □□□□□, I A0 折柳是A相电流用对称分量法剖释所得的正序电流、 负序电流、零序电流;算子 a ? e J120 。 由式(2.1)可知□□□□,只要当三相电流之和不等于零时才有零序电流分量。 假设体例采用三角形接法或是中性点不引出的星型接法□□□□,三相电流之和总为零□□□□□, 没有零序电流分量。 凭据前面临毛病的阐述□□□,电动机正在爆发对称毛病和过错称毛病时□□□□,电动机 的三相电流都市爆发改观。凭据这一结论论文对发电机常睹毛病的珍惜方法实行 了阐述。 2.4 电动机毛病特色阐述及珍惜判据 2.4.1 短道毛病特色阐述及珍惜判据 电动机的短道毛病是较量急急的一种毛病□□□□,损害性很大.短道毛病囊括定予 绕组的相间短道和一相绕组匝间短道。定子绕组的相间短道是电动机最急急的故 障□□□,它会惹起电动机自己的急急损坏□□□,使供电收集的电压明显降低□□□,影响其它用 电配置的寻常职业。一相匝间短道是较常睹的短道毛病□□□,该毛病初期仅出现为三 7 相电流过错称□□□□□,使毛病相的相电流增大□□□□□,急急的情状会导致匝间线圈绝缘全 部废弃□□□□,使电动机的一相绕组统统短接.此时□□□,负载星形联接的非毛病相将承袭 线电压□□□,负载三角形联接的将爆发相间短道□□□□,这会使电动机遭遇急急损坏. 电动机相间短道毛病最显著的特色是三相供电线道的毛病相会崭露大电流□□□, 损害性很大□□□□□,应实行速断珍惜。短道珍惜的整定值应大于电动机最大平稳启动电 流□□□,大凡取电动机额定电流的8~lO倍。正在实行短道珍惜时□□□□,通过检测电动机A□□□□□,B□□□□, C三相线电流来竣工□□□,超出整定值后□□□□,直接实行断电珍惜. 设 I max 为检测到电动机三相电流 I a□□□,I b□□□□□,I c 的最大值□□□,即 I max ? max(I a□□□,I b□□□□□,I C) (2.2) 短道珍惜的规则是□□□□□,当正在很短的时限内检测到 I max ? I ZD ? kI e (k为短途经流 倍数□□□□,大凡取8~10□□□□, I e 为电动机额定线电流)时□□□□□,就以为电动机有短道毛病□□□,应 实行速断珍惜。 2.4.2 堵转毛病特色阐述及珍惜判据 电动机因呆板起因、负荷过大等转子被卡死或低速运转而进入堵转形态时□□□□□, 会酿成过热而烧坏。电动机堵转是最轻的对称短道毛病□□□□□,也是最急急的过载毛病。 堵转电流大凡能够到达电动机额定电流的4~7倍□□□□□,这么高的毛病电流极易把电动 机烧损。于是正在检测到电动机处于堵转毛病时□□□,珍惜体例应实时作为□□□,保障电动 机不因堵转而烧坏. 堵转珍惜信号可取自于电动机线电流□□□,当线电流超出堵转电流整定值□□□□□,并达 到整守时限时□□□,立刻实行断电珍惜。堵转珍惜的电流整定值大凡可取电动机的稳 定启动电流□□□□□,即额定电流的4~7倍。 因为电动机起动电流也能到达额定电流的 4~7倍□□□,为划分电动机的堵转毛病 与寻常启动□□□□,珍惜算法上要或许判别电动机是起动时代内仍是正在起动时代后□□□,一 般采用躲过电动机起动时代(8~16秒)的格式来竣工。从而可有用地躲过电动机的 起动电流□□□,免得误作为□□□□□,使电动机无法寻常启动。 2.4.3 断相毛病特色阐述及珍惜判据 电动机断相毛病是最常睹、最急急的一种过错称毛病。电动机对称运转时□□□□□, 其转轴所受到的转矩平定□□□,没有振动。当电动机绕组断相□□□□,启动电动机时就会有 嗡嗡声而不行启动。凭据对称分量法□□□,电动机断相运转时的三相过错称电流可分 解为正序、负序和零序电流。正序电流爆发正向转矩□□□,负序电流爆发反向制动转 8 爆发的反向制动转矩□□□,于是电动机负责加重□□□,电流剧增□□□□□,惹起损耗扩大□□□,导 致电动机烧损。 凭据电动机定子绕组的差异接法□□□□□, 断相毛病电流出现也差异□□□□, 详睹外2.2所示□□□□, 个中□□□□□: I S —电动机寻常启动电流; I A , I B , I C —电动机线电流; I e —电动机额定线电流; I e —电动机额定相电流; I A , I B , I C —电动机定予绕组相电流。 外 2.2 电动机断相毛病电流外值 。 。 。 。 由外2.2阐述能够看出□□□□□,电动机断相毛病要紧有三类情状□□□:①当电动机绕组以 Y形维系时□□□,无论断相爆发正在线道上或者绕组内部□□□,毛病相的线电流均为零;②对 于△形维系的电动机□□□,爆发外部线道断相时□□□□□,毛病相的线电流为零;③若△形连 接的电动机爆发绕组内部断相时□□□□□,电动机毛病相的相电流为零□□□□,但线电流不为零。 凭据以上阐述□□□,断相毛病崭露后□□□,电动机的线电流不均衡□□□□□,于是能够通过检 测线电流来举动断相毛病的信号源。因为断相毛病类型差异□□□□,线电流出现也各异□□□, 于是珍惜判据也纷歧律。平淡有以下格式□□□: (1)对待前两种情状能够通过正在肯定时限内检测电动机线电流是否为零的方 法来竣工□□□□,即对某相电流一个周波内陆续采样n点的瞬时值均为零□□□,或通过盘算推算某 相电流的有用值为零□□□□,则为断相毛病; (2)对待第③种断相毛病□□□□,能够通过检测过错称电流盘算推算出正序、负序、零序 电流。通过负序电流来响应断相称不均衡毛病。本质上对待第③类断相毛病能够 9 通过盘算推算得出A相的正、负序电流有如下联系□□□□□: 。 。 。 1 。 2 I A? ? ( I A ? ? I B ? ? 2 I C ) ? 3I e 3 3 。 。 。 1 。 1 I A? ? ( I A ? ? 2 I B ? ? I C ) ? 3I e 3 3 (2.3) (2.4)即 I A? / I A? ? 2 □□□□□,于是能够通过正、负序电流的这个比值来判决电动机的第③类断相 。 。 毛病。 2.4.4 过载毛病特色阐述及珍惜判据 电动机过载也称过负荷□□□□□,是指电动机寻常运转中因负荷过大所惹起的过热现 象。其非常特色是电动机的职业电流大于额定电流□□□,温升高于额定值□□□□,电动机保护器假设电动 机长时代过载运转会惹起电动机绕组过热而烧损。电动机过载运转要紧由以下几 种起因酿成□□□□: (1)负荷扩大□□□□□:(2)呆板配置毛病或未安设好;(3)电动机自己呆板毛病;(4) 电动机容量采取偏小;(5)电动机修缮时绕组线)双机拖动负荷分 配不均;(7)电动机端电压过低等。 a.电动机温升个性 电动机定子绕组温度跨过四周情况温度的值称为温升。电动机温升个性的数 学模子是推导电动机容许过载个性数学模子的根源性职业□□□□,是电动机反时限过载 珍惜的外面根源□□□□□,有利于阐述电动机定子绕组的发烧特色。 电动机正在运转经过中能量损耗要紧有铜损、铁损和呆板损耗□□□,它们会转换为 热量□□□□,一个别通过机体散失到四周氛围中□□□□,一个别积储正在机体中加热电动机□□□,使 其温度上升□□□□,最终超出情况温度。 电动机是由众种资料构成的非均质发烧体□□□,其发亲热况较量丰富。但本质测 定评释□□□□□,电动机的发烧弧线与均质发烧体的发烧弧线只要较小的不同。为了便于 盘算推算和阐述□□□□,大凡将电动机以为是一个均质发烧体□□□□,且无视电动机的铁损和呆板 损耗□□□,即电动机的温升要紧取决于其铜损。于是□□□,依照均质固体发烧外面□□□,异步 电动机定子绕组过负荷运转时的热均衡微分方程为□□□□□: Qdt ? (I 2 ? I e2)rdt ? CGd? ? ?S?dt 式中□□□□: 24 (2.5) ? C——定子物体资料的比热□□□□□,假使lkg物体温度升高1 C 所需的热量 ? (J/Kg· C ); G——定子物体的质料(kg); ? ——散热系数□□□,即每平方米轮廓.每度温差、每秒时代内所披发的热量焦 ? 2 耳数(W/ m · C ); S——散热轮廓积( m ); 2 ? ——定子绕组温升( ? C )。 式(2.5)左边是正在时代间隔dt中□□□□,定子绕组因为过负荷而发出的热量Qdt。右 边CGd ? 是电动机温度升高d ? 度所罗致的热量□□□□, ? S ? dt是dt时代内散失正在四周介 质中的热量。式(2.5)为一阶线性微分方程□□□,其通解为□□□□: ? t Q ?? ? Ae CG ?S ?S (2.6) 式中A——待定常数□□□□□,由初始条目 ? t ?0 ?0 确定□□□,即以为负荷稳固化时□□□,定子 绕组温度与四周介质的温度相称□□□□□,初始温升为零。将初始条目代入式(2.6)得出待 定常数A为: A?? ( I 2 ? I e2 )r Q ?? ?S ?S 将A代入式(2.6)可得 ?? t ( I 2 ? I e2 )r ( 1 ? e CG ) ?S ?S (2.7) 这便是异步电动机的温升数学模子□□□□□,其个性弧线电动机过负荷运转时温升个性 11 电动机的温升个性弧线能够用如下道理来外明□□□:当时代t=O时□□□,电动机的温度 与情况温度相像□□□□□,两者之间不存正在热传导□□□□,这时电动机爆发的统统损耗都用来提 高电机的温度□□□,是以电机温度上升很速。跟着电动机温度上升的扩大□□□□□,它与四周 介质的温度差越来越大□□□,披发到四周介质中的热量也渐渐扩大□□□□□,温升扩大变慢□□□□, 直到散热量等于发烧量时□□□□□,电动机的温度就不再升高□□□□□,它所爆发的统统热量披发 到四周介质中□□□,即到达平稳温升。 b.电动机反时限过载珍惜个性 ?S 对式(2.7)中的指数项实行泰勒级数伸开□□□□,取前两项可得□□□□□: t ?S e CG ? 1 ? t CG (2.8) 将式(2.8)代入式(2.7)并拾掇可得 T T t? ? 2 2 2 (I / I e ) ? 1 ? ? 1 (2.9) ? ? I / I e 称为电动机的过载倍数 式中□□□□□: ?CG T? 2 I e r 为一常数□□□□,若电动机的最大容许温升为 ? max □□□□,则式(2.9)为 ? CG 1 T t? 2 ? max2 · 2 ? ?1 Ie r ? ?1 (2.10) 式(2.10)响应了电动机过载倍数 ? 与电动机容许过载时代t的联系□□□□□,即 t ? f ?? ? □□□□□,咱们把这种联系称为电动机的容许过载个性□□□□,如图2.3弧线所示。从图 中能够看出□□□□□,电动机过载倍数越大□□□□□,其容许过载时代就越短□□□□,即显示反时限个性。 图2.2电动机过载珍惜个性弧线——电动机容许过载个性;2——守时限过载珍惜个性; 3——阶段式守时限过载珍惜个性;4——反时限过载珍惜个性; 电动机正在打算时往往留有肯定余量□□□,于是电动性能够容许有肯定的短时过载 才具。本来正在本质坐褥中□□□□,电动机负载往往会有肯定的震动□□□□□,这也条件电动机具 有肯定短时过载才具□□□□,不会因短时过载而停机□□□,影响寻常坐褥。 电动机过载珍惜作为时问t与过载倍数 ? 的联系称为电动机过载珍惜个性。设 计过载珍惜个性时□□□,要宽裕诈欺电动机自己的过载才具□□□,不要由于电动机一过载 就立刻实行珍惜□□□□□,屡次的断电珍惜将影响寻常坐褥□□□□,如许的珍惜也就落空意旨了。 图2.2中能够看出□□□□,守时限过载珍惜和阶段式守时限过载珍惜都不行像反时限过载 珍惜个性那样宽裕诈欺电动机的过载才具□□□,于是正在打算过载珍惜个性时应具有优 良的反时限个性。 c.电动机反时限过载珍惜的竣工 对待图2.4中弧线所吐露的陆续的反时限过载珍惜个性□□□,能够通过取有限个 有代外性的特色点来竣工□□□,即对电动机过载区间划分为若干个子过载区间□□□,对待 每一个子过载区间采用守时限的珍惜格式来竣工□□□,如外2.3所示。 外2.3 某电动机反时限过载珍惜的分段式竣工 ? ? I / Ie 过 流 反 时 限 保 护 ? 1 .2 ? 1.31 作为时代t/s(整体可设定为某一列) 60 48 36 24 8 6 0.4 120 96 72 60 20 10 7 180 144 120 96 30 20 14 120 192 168 120 40 30 20 300 220 200 180 60 40 25 ? 1.38 ? 1.44 ? 1.50 ? 2 .0 ? 3 .0 2.4.5 欠压和过压毛病特色阐述及珍惜判据 凭据三相异步电动机的电磁转矩公式□□□□: sR U 2 T ?K 2 2 1 2 R2 ? (sX 20 ) 式中:T——电磁转矩 K——常数 U 1 ——定子电压 R2□□□,X 20 ——电动机转子电阻和启动感抗 13 s——转差率 电动机的电磁转矩与电网供电电压相闭。当电网电压上下震动时□□□□□,电动机的 电磁转矩相应爆发改观□□□,进而影响到定子电流改观□□□□,从而影响到电动机寻常运转。 a.欠压珍惜 正在电动机负载和转子电阻肯定的条目下□□□,电网电压消浸时□□□□□,电磁转矩降低□□□□□, 电动机转速降低□□□□,转动磁场对转子的相对转速增大□□□□□,磁通切割转子导条的速率增 大□□□,于是转子绕组中觉得出的电动势和爆发的转子电流都将增大。和变压器的原 理一律□□□,转子电流增大□□□□□,定子电流必定相应增大乜”□□□□,温升增高。假设电动机长 时代正在低电压职业会使电动机过热以至烧坏□□□,急急时还会酿成堵转。低电压也会 使电动机起动转矩降低□□□□,当电压消浸到能使起动转矩小于负载转矩时□□□,电动机就 无法启动。 电动机要不要装设欠压珍惜有肯定规则。对电源电压短时消浸或短时终了后 又光复需求自愿起动的苛重电动机□□□,不装设低压珍惜。下列电动机大凡需装设欠 压珍惜□□□□:(1) 当电源电压短时消浸或短时终了后又光复时□□□,为保障苛重电动机自 启动而需求断开的次要电动机;(2)电源电压短时消浸或短时终了后□□□,凭据坐褥或 工艺的条件□□□,反对许或不需求自启动的电动机;(3)需求自启动□□□□□,但为保障人身和 配置的安静□□□□□,正在电源电压长时代没落后□□□,需从电网中自愿断开的电动机。 欠压珍惜的整定例则是□□□□□:若正在肯定时限内采样到的线电压有用值均低于珍惜 整定值□□□□,则以为有毛病爆发□□□,应实行断电珍惜. b.过压珍惜 过电压大凡是由电网电压震动酿成的□□□□□,当然也或许是陪伴其它毛病的爆发而 爆发的□□□,如对待负载星形维系且无中性线的电动机□□□□,假设定子绕组一相短道□□□□□,会 酿成其它两相负载的电压增大。 电动机正在过电压形态下运转□□□,容易对电动机的绝缘酿成败坏□□□□,进而缩短电动 机应用寿命□□□□□,于是电动机应装设过电压珍惜。 过压珍惜的整定例则是□□□□:若正在肯定时限内采样到的线电压有用值均高于珍惜 整定值□□□□□,则以为有毛病爆发□□□□□,应实行断电珍惜。 2.5 本章小结 本章从异步电动机的模子入手□□□□□,先容异步电动机的根本运转道理。 15 第 3 章 电动机珍惜器硬件电道打算 本章将注意斟酌电动机敏能珍惜器的硬件电道打算□□□,本论文的硬件体例以 STC90C58AD单片机为重心□□□,并配以外围电道组成。研究到电动机敏能珍惜器的应 用情况及牢靠性条件□□□□,正在整体的电道打算和芯片选型方面宽裕研究了该珍惜器的 本质需求及抗骚扰本能。 硬件电道的打算是通盘体例打算的根源硬件□□□□□,打算的诟谇不光直接影响硬件 体例自己功效的竣工□□□□,况且对从此的软件体例打算与竣工有很大的影响。是以硬 件电道的打算不光要研究安装体例功效的条件□□□□□,还要研究到使体例软件打算竣工 时更方便简单。 3.1 概述 3.1.1 电动机珍惜器硬件体例的本事条件 电动机敏能珍惜器的职业情况中平淡存正在多量的机电配置□□□□□,这些机电配置正在 启动、运转、罢手时都市爆发多量的电磁骚扰。这导致电动机敏能珍惜器的职业 情况丰富□□□,抗衡骚扰本能条件较高。况且正在电动机爆发毛病时或许实时确凿地发 出珍惜号召□□□□□,这就对珍惜器的硬件电道打算提出如下的条件。 (1) 抗高温、低温才具强。珍惜器体例电道中元件的本能会随温度改观而变 化□□□□,正在较高温度或较低温度时有或许爆发误作为□□□□□,故珍惜器体例全体的元器件都 应选用工业级器件。 (2) 抗强电磁骚扰才具强。继电器的闭合与断开□□□□□,电动机的运转等都市正在空 间胀励高频电磁场□□□,爆发多量的强电磁骚扰□□□□□,电动机保护器影响电子配置寻常运转以至导致设 备失效□□□□,于是正在实行硬件电道打算时应当尽或许地进步硬件的抗骚扰本能。 (3) 统治器运算速率速。因为安装需求实行多量的数据输入输出以及数据运 算□□□,为保障珍惜器作为的敏捷性和确凿性必需采用运算速率速的微统治器。 (4) 采样精度高。电动机珍惜器需求及时检测电动机的运转数据□□□□,外征电动 机形态的参量必需取得准确的衡量。 3.1.2 珍惜安装硬件打算综述 电动机珍惜的功效最终是通过硬件来竣工的□□□,硬件体例本能的优劣直接影响 到珍惜器的本能目标。而本质的电动机珍惜器还不得不研究本钱要素□□□□,本文本着 低本钱、高本能的规则□□□□□,查阅了多量微左右器原料□□□□,通过有劲论证较量最终决议 以邦内宏晶科技推出的基于新一代加强型8051内核的STC90系列单片机举动重心 16 左右器。 电动机敏能珍惜器的硬件体例以STC90C58单片机为重心左右器□□□□,采用模块化 打算格式□□□□,凭据这一思思本安装要紧分成六大模块□□□:统治器模块□□□,通讯模块□□□□□,电 源模块□□□□□,键盘、显示模块□□□□□,数据收集模块和开闭量输出模块□□□□,体例硬件模块机闭 图如图3.1所示□□□□: 键盘显示模块 数据收集模块 统治模块 通讯模块 电源 报警和珍惜作为施行模块 图3.1 体例框图 3.1.3 各模块琢磨 (1)统治器模块。统治器模块应用STC90C58AD单片机□□□,诈欺片上AD模块对三相 电压电流以及电动机温度实行检测□□□□□,凭据珍惜算法实行珍惜决议。 (2)键盘、显示模块。该模块是本珍惜器的人机交互接口□□□,键盘要紧用来设定 电动机的参数、额定值。显示器则用来显示电动机的运转形态和报警音信。 (3)电源模块。 给微统治器供给法式5V电源□□□□, 给其它模块供给适宜电平的电源。 (4)数据收集模块。将电动机的运转参数经历信号统治和电平变换之右逡入处 理器的AD转换模块。 (5) 报警和珍惜作为施行模块。电动机敏能珍惜器毛病报警和珍惜作为的执 行通道□□□□□,能够将微统治器的珍惜决议送至继电器、断道器等电气配置实现低电压 左右高电压的职业。 (6)通讯模块。将电动机及电动机珍惜器的形态音信送到PC机上□□□□,便于本事人 员及时监控和实行史籍数据阐述。 17 3.2 重心统治模块 统治器模块采用STC90C58AD单片机。STC90C58AD单片机是宏晶科技坐褥的高 速/低功耗/超强抗骚扰的新一代8051单片机□□□□□,指令代码全部兼容守旧8051单片 机□□□,但速率速8~12倍□□□□,内部集成MAX810专用复位电道。4道PWM□□□,8道高速十位AD 转换器□□□,针对电机左右□□□,强骚扰场面。 3.2.1 STC90C58AD 单片机的要紧特色 (1)加强型8051内核□□□□,指令代码全部兼容守旧8051; (2)职业电压鸿沟□□□□□:5.5V-3.3V(5V单片机)/3.6V-2.0V(3V单片机); (3)职业频率鸿沟□□□□:0-40MHz□□□,相当于凡是8051的0~80MHz□□□,本质职业频率 可达48MHz; (4)片上集成256+4096字节RAM; (5)通用I/O(35/39个)□□□,复位后为□□□□□:P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉;P0口 是开漏输出□□□□,举动总线扩展用时□□□□□,不必加上拉电阻□□□,举动I/O口用时□□□□,需加上拉电 阻; (6)ISP(正在体例可编程)/IAP(正在操纵可编程)□□□□□,无需专用编程器□□□□,无需专 用仿真器可通过串口(RXD/P3.0□□□□□,TXD/P3.1)直接下载用户步骤□□□□□,数秒即可实现; (7)内部集成MAX810专用复位电道□□□□□,加强体例抗骚扰本能; (8)共3个16位守时器/计数器. (9)8道10位A/D转换; ? ? (10)职业温度鸿沟□□□□:-40~+85 C (工业级)/0~75 C (贸易级); 3.2.2 统治模块电道打算 凭据前面的阐述□□□□□,左右器统治模块电道图打算如图3.2所示。 18 3.3 键盘、显示模块 人机接口是本电动机珍惜器的苛重构成个别□□□□□,通过它能够竣工人机交互□□□□□,进 行电动机参数设定□□□,显示电动机运转形态以及报警等功效。 3.3.1 键盘打算 键盘是榜样的输入配置□□□□,其功效是为了输入数据、号召以及盘查体例的职业 形态□□□,竣工方便的人机通讯。键盘由采取键和功效键构成。 本安装键盘采用2 x 3矩阵式非编码键盘□□□□□,共6键□□□□,折柳为□□□: (1)1~2为左键(正在定制输入确认键按下后举动数字的减小键)和右键(正在定 制输入确认键按下后举动数字的增大键); (2)3~4为上下采取键□□□□,用于采取菜单以及正在输入设天命据时用于采取数据 位的职位; (3)5为功效采取(返回)键□□□□,6为确认键。 P2口的低3位举动输入口□□□,P2.4□□□□,P2.5口举动输出口。 确定矩阵式键盘上何键被按下使用“行扫描法”。行扫描法又称为逐行(或 列)扫描盘查法□□□□□,是一种最常用的按键识别格式□□□□, 1、判决键盘中有无键按下将统统行线置低电平□□□□,然后检测 列线的形态。只消有一列的电平为低□□□□,则吐露键盘中有键被按下□□□,况且闭合的键 位于低电平线个按键之中。若全体列线均为高电平□□□,则键盘 中无键按下。 2、判决闭合键所正在的职位□□□:正在确认有键按下后□□□□□,即可进入确定整体闭合键的过 程。其格式是□□□□□:按序将行线置为低电平□□□□,即正在置某根行线为低电泛泛□□□□□,其它线为 高电平。正在确定某根行线职位为低电平后□□□,再逐行检测各列线的电平形态。若某 列为低□□□□,则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键便是闭合的按键。键盘的设 计电道如图 3.3 所示□□□□□: 19 3.3.2 显示打算 本安装中人机接口的显示采用点阵式液晶显示模块□□□□□,带中文字库图形液晶模 块 12864 左右器7920□□□□□,带中文字库的图形点阵液晶模块制胜了以往安装采用数码 管显示器存正在的显示功效少□□□,欠好看和功耗上等坏处。 3.3.2.1 液晶显示道理 液晶显示器(LCD)是一种新型的低功耗显示器□□□□□, 其根本道理是□□□: 正在寻常情状下□□□□, 液晶对光具有旋光效力□□□,使光的偏振偏向转动90。□□□□□,当光彩通过两个偏振片和液 晶盒后□□□,能沿原道经反射极返回□□□,此时液晶盒呈透后形态;当液晶盒的电极上加 肯定的电压后□□□□,电极维系个别的液晶就落空旋光性□□□□□,导致不行通过两个偏振片□□□□□, 从而显示玄色。按差异需求组合液晶电极通电方法或把液晶电极做成百般需求的 样子□□□□,就能竣工功效众样、形式各异的显示。 3.3.2.2 液晶显示器的特色 LCD举动电子音信产物的要紧显示器件□□□□□,相对待其它类型的显示部件来说□□□□□,有 其自己的特色□□□□□: (1)低电压微功耗□□□□:LCD的职业电压大凡是3~5V□□□,每平方厘米的液晶显示屏 的职业电流为微安级□□□□,是以液晶显示器件是条件低功耗配置的首选显示器件。 (2)平板型机闭□□□□□:LCD的根本机闭便是由两片玻璃构成的很薄的盒子。这种结 构具有应用简单□□□□□,坐褥工艺方便等长处□□□,极度是正在坐褥上□□□,适宜采用集成化坐褥 工艺□□□□,通过自愿坐褥流水线能够敏捷大宗量坐褥。 (3)应用寿命长□□□□□:LCD器件自己简直没有劣化题目。若小心器件防潮、防压、 防范划伤、防范紫外线照耀、防静电等□□□,同时小心应用温度□□□□,LCD能够应用很长一 段时代。 (4)被动显示□□□□□:对LCD来说□□□□□,情况光彩越强显示实质越明了。人眼所感染的外 部音信的90%以上是外部物体对光的反射□□□□,而不是物体自己发光□□□□□,是以被动显示 更适合人的视觉风俗□□□□□,更阻挠易惹起疲顿。这正在音信量大、显示密度高、观望时 间长的场面更显得苛重。 (5)显示音信量大且易于彩色化□□□:LCD和CRT比拟□□□,因为LCD没有荫罩限定□□□□,像 素能够做的很小□□□□□,这对待高了解电视是一种理思的管理计划。同时□□□□,因为液晶易 于彩色化□□□□□,于是格式也许众□□□,极度是液晶电视的颜色能够做的非常逼线 电源模块 本体例需四道供电电源□□□□□,即+5V的单片机主电源和模仿参考电压以及联系芯片 的电源电压、运算放大器+15V和-15V直流电源。本安装都是通过三端集成稳压器 得到各道直流电源□□□□,如图3.5所示□□□: 图3.5电源电道 3.5 数据收集模块 本体例毛病检测信号取自于电动机三相线电压和线电流□□□,共六道模仿输入信 号□□□□,个中三道用于线电流检测□□□,三道用于线AD单片机内 置A/D转换器的模仿输入通道条件输入信号为O~5V的单极性电压信号□□□□□,于是压/ 电散播感器采样的换取信号必要转换为O~5V的单极性电压信号。图3.6为个中一 道电流采样及其颐养电道图□□□,其余两道相像。 图 3.6 电流采样及颐养电道 图3.7中R1为采样电阻□□□□□,其要紧效力是将电流互感器CT2的觉得换取电流转 换为换取电压。诈欺运放1的高输入阻抗□□□□□,来禁止负载对采样精度的影响。电组R2、 R4、Rf和运放ARl构成加法器□□□□□,电阻R7、Ro和运放AR2构成反向器□□□□,电阻R9和电容 26 Cl构成方便低通滤波器。VMF为STC90C58AD内置A/D转换器的模仿输入参考电压□□□□□, V D 2 折柳为Dl、 二级管D1和D2要紧起嵌位效力□□□, 可保障 VO 2 正在- V D 2 ~(VMF+ V D1 )( V D1 、 D2的正向压降)之间震动。 Rf 凭据运算放大器联系道理□□□□,可列出如下方程□□□□: VO1 V R ? ? O2 ? VO1 ? 1 V1 ? Vf R7 RO R2 R4 R f R4 Ra R7 Ro Rb V ? Ve ? V f V = = , = = ,则可得 O2 。若取 f =2.5V,当 Ve 正在区 间-2.5V~+2.5V取值时□□□□□,则 VO 2 为0~5V的单极性电压信号□□□□,知足STC90C58AD单片 令 R2 = 机内置A/D转换器对模仿输入信号的条件。当单片机模仿输入通道输入电压 VO 2 为 0~5V时□□□,A/D转换器的输出结果为□□□: V ? ANGND ADO ? 1024? O 2 VREF ? ANGND 电压采样是通过电压互感器来竣工的□□□□,其颐养道理同电流信号颐养道理□□□□,电 道图如图3.7所示。 图 3.7 电压采样及其颐养电道 3.6 报警和珍惜作为施行模块 本安装为电动机毛病供给蜂呜器发声报警□□□□□,报警电道如图3.8所示。其职业原 理是□□□:电动机处于寻常运转形态时□□□□□,置P3.7为低电平□□□□,三极管Q2基极无电流处于 截止形态□□□,蜂鸣器也处于截止形态□□□,报警失效;当电动机崭露毛病时□□□□□,置P3.7为 高电平□□□□,因为三极管Q2的导通而导致蜂鸣器导通发声□□□□□,从而竣工珍惜安装的毛病 自愿报警功效。 当电动机爆发毛病时需求一个急停的珍惜作为□□□,图3.9为珍惜安装的作为施行 珍惜电道。当电动机爆发毛病时□□□□□,置P2.5为高电平□□□□□,三极管Q1导通□□□□□,继电器K5断 开□□□,进而换取接触器K7断开□□□□□,电动机失电停转□□□,从而竣工电动机毛病自愿掉电保 护。 24 图 图 3.9 3.8 3.7 通讯模块 目前RS-232是PC机与通讯工业中操纵最渊博的一种串行接口。RS-232被界说 为一种正在低速度串行通信中扩大通信间隔的单端法式。榜样的RS-232信号正在正负 电平之间摆动□□□,正在发送数据时□□□□□,发送端驱动器输出正电平允在+5~+15V□□□□□,负电平允在 -5~-15V电平。当众数据传输时□□□□□,线上为TTL□□□,从早先传送数据到收场□□□□,线上电平 再返回TTL电平。授与器榜样的职业电平允在+3~+12V与-3~-12V。RS-232是为点对点 (即只用一对收、 发配置) 通信而打算的□□□□, 其驱动器负载为3kΩ ~7kΩ 。 是以RS-232 适合当地配置之间的通讯。 3.8 本章小结 本章要紧先容了应用STC90C58AD单片机竣工电动机敏能珍惜器的硬件电道设 计格式□□□□□,通盘打算以宏晶科技推出的高本能基于8051内核的STC单片机为打算核 心。 论文最先从总体上先容了珍惜安装的硬件打算□□□,然后从体例的六大模块开赴□□□□□, 最先先容了体例的重心MCU芯片STC90C58AD单片机□□□□,注意描绘了该统治器的的根本 本能、编程机闭□□□□□,给出了该单片机体例的硬件道理图以及单片机步骤下载电道; 然后先容了人机接口模块□□□□□,个中重心注意描绘了液晶显示模块的机闭、显示格式 以及显示号召等;先容了珍惜安装的电源模块、通讯模块的硬件打算;特意打算 了与片上AD模块相配合的信号统治电道来收集外部模仿信号量□□□□□,打算了体例的报 警和珍惜作为电道。 24 第4章 电动机珍惜器体例软件打算 软件的功效是以硬件为根源实现百般珍惜算法及计划□□□□,并供给丰裕伶俐的手 段对安装实行整定、看守和保护□□□□□,是整套安装的魂魄。电动机敏能珍惜安装的软 件打算要紧职业是□□□□: (1)供给确凿、及时的珍惜算法。 (2)为用户供给爽快、简单、了解的人机对线)供给简单敏捷的整定值设定格式□□□□□,时代校准格式。 (4)实时、牢靠地实现对百般毛病的珍惜。 因为珍惜安装担负着保障电动机安静平稳运转的宏大职责□□□,它光阴处于职业 形态□□□□□,且必需或许确凿地实现珍惜作为□□□□,是以微机珍惜的软件牢靠性是对软件开 发的最要紧的条件。为保障通盘体例的牢靠性□□□□,正在实行软件打算时应永远以以下 几个规则为根源□□□□: (1)确保A/D转换不受骚扰□□□,保障外部数据或许及时且确凿地输入四处理器。 (2)确保统治各个终了统治步骤的优先级□□□□□,确保及时性条件高的终了或许取得 最速的统治;对临界代码段实行需要的珍惜□□□,确保数据的J下确性。 (3)珍视步骤的模块化打算□□□□□,进步通盘步骤的牢靠性和可读性。 (4)确切统治慢速外设的数据传输题目。 (5)本珍惜安装的软件打算采用模块化步骤打算格式□□□□,将通盘操纵步骤以硬件 模块为根源划分为若干个独立的步骤模块□□□,各个模块孤单打算、编写代码和调试□□□□□, 然后将全体模块安装维系成一个全体实行归纳调试□□□,最终成为一个实现统统功效□□□, 具有适用价格的步骤。 4.1 步骤打算言语采取 电动机敏能珍惜器的软件是一种及时功效统治软件。软件是微机操纵的要害□□□, 是数据统治、运算、逻辑判决的整体竣工。电动机敏能珍惜安装与守旧的珍惜方 式的要紧区别是可通过软件编程去左右硬件施行来竣工珍惜功效。电动机的珍惜 软件竣工的功效较众、职业艰难□□□□,是以必需采用合理、高效的言语和方法编写。 应用C言语实行软件打算具有编程速率速、牢靠性高、步骤机闭了解、可读性 和可移植性好、调试与保护简单、开采周期短等长处。C言语要紧特色如下□□□□□:言语 爽快、紧凑、应用简单、伶俐;运算符、数据机闭丰裕;具有机闭化的左右语句; 准许直接拜访物理地方□□□□,能实行位操作□□□□□,能够直接对硬件实行操作。采用高级语 24 言C言语编程可使编程职员有更众的时代研究功效的竣工、软件机闭的打算□□□,而减 少编程自己花费的时代。不过□□□□□,采用C言语编写的步骤天生的指令代码会较长□□□□,因 24 此C言语编写的步骤施行起来会较汇编步骤花费的时代长。 汇编言语具有步骤代码短小干练□□□□,步骤效劳上等长处。不过□□□□,汇编言语与高 级言语比拟存正在诸众倒霉要素□□□:职业量大、变量结构艰难、地方安顿丰富、容易 堕落、调试艰难、开采周期长、通用性差、可读性差□□□□□,倒霉于软件的升级和珍惜 功效的改革。 为到达打算条件并宽裕诈欺单片机的资源和本能□□□,课题的软件打算采用C言语 与汇编言语搀和编程。对待多量的数据运算□□□,比如数据收集、软件滤波、步骤逻 辑判决等的竣工采用C言语□□□:对待打算硬件、端口操作以及其它及时性条件较高的 操作采用汇编言语编程;软件全体机闭采用C言语编写□□□□□,如许就统筹了步骤的效劳 和可读性。 4.2 珍惜器软件体例全体打算 软件体例采用主轮回加终了统治步骤的形式。主步骤轮回实现键盘扫描和显 示改进职业□□□,响操纵户输入的键盘号召并及时显示毛病统治步骤输出音信;终了 统治步骤要紧有守时器定经常间到终了、A/D转换实现终了、串行口授与发送完 成终了等。正在主轮回施行经过中一朝崭露终了申请□□□□,体例正在运转完临界代码后立 即暂停施行主轮回步骤□□□□,转而施行终了供职步骤。终了施行实现后□□□,回到主轮回 步骤的断点处不断施行主轮回步骤。体例步骤凭据终了统治职业的苛重性□□□□□,给中 断统治步骤授予差异的优先级□□□□,高优先级的终了能够暂停低优先级的终了统治程 序□□□□□,使CPU转而施行高优先级的终了统治步骤。 凭据模块化的思思□□□,软件体例遵循功效能够划分为如下几个模块□□□□□: (1)人机接口模块□□□□:囊括液晶显示子模块和键盘检测子模块。液晶显示模块负 责电量显示、安装音信显示、整定值和左右值显示;键盘检测子步骤要紧检测按 键形态与键值统治子步骤相配合实现体例运转参数的设备。 (2)通讯子步骤模块□□□:通过串行口将电动机以及电动机珍惜安装自己的运转参 数传输到上位机PC中。 (3)数据收集步骤模块□□□□:通过数据收集通道将外界的模仿量、开闭量统统转换 成数字量送入单片机□□□,然后诈欺软件滤波步骤对收集到的数据实行软件滤波。 (4)数据统治、珍惜决议步骤模块□□□□□:对收集到的数据实行肯定的运算□□□□,并凭据 数据实行珍惜决议。 (5)体例抗骚扰步骤打算□□□:囊括数据滤波以及看门狗步骤等。 27 4.3 珍惜器主步骤打算 主步骤的要紧功效是对体例各个外设模块实行初始化、挪用各个子步骤实现 24 各项功效和开终了等。上电复位后□□□□□,单片机将复位向量装载到步骤地方寄存 器□□□,然后CPU就从复位向量处早先施行步骤。主步骤先辈行初始化□□□□,为各个子步骤 的挪用和体例各个模块的应用做好打定□□□□,然后盘查按键□□□,判决是否需求实行百般 左右参数的调理。假设需求调理参数则进入参数调理子步骤□□□□□,实行百般参数的设 置;末了步骤进入主轮回。 主步骤的主体机闭为一个无穷轮回□□□□□,单片机不息反复挪用电压、电流、温度 的判决步骤□□□□,一朝崭露毛病便输出珍惜作为并报警。同时实行按键的扫描和显示 改进。 主步骤并不列入整体的职业□□□□□,而是去统制各子步骤□□□□□,百般职业均由差异的子 步骤折柳实现。这种方法能够竣工步骤的模块化打算。使主步骤和子步骤的点窜 及调试职业都变得非常简单。 主步骤流程图如图4.1所示□□□□: 28 主步骤 体例初始化 N 参数调理□□□? Y 挪用参数调理子程 序 挪用电压、电流以及温度珍惜 判决子步骤 N 输出珍惜作为□□□□□? Y 挪用珍惜作为子步骤 扫描键盘、改进显示 图4.1 主流程图 29 4.4 键盘子步骤打算 键盘终了供职步骤由外部终了输入引脚EXINT触发□□□□,当有按键按下时□□□□,CPU响 应EXINT外部终了□□□,转入键盘终了供职步骤。 键盘终了供职步骤 封闭键盘终了 延时 10ms 去抖 读 P2 口□□□, 确定是否有键按下 N 有键按下□□□□? Y 逐行扫描实行按键识别□□□□,盘算推算键值 凭据键值和步骤运转形态□□□,挪用相应键值统治步骤 开键盘终了 终了返回 图4.2 键盘终了供职步骤流程图 4.5 显示子步骤打算 电动机敏能珍惜器所带的液晶显示模块需求及时显示电动机和珍惜器的运转 音信。于是□□□,需求正在主轮回内不息改进显示。 显示子步骤流程图如图4.3所示□□□: 30 早先 采取字符显示方法 电动机敏能珍惜器所 带的液晶显示模块需 要及时显示电动机和 设备字符显示区首地方 珍惜器的运转音信。 于是□□□,需求正在主轮回 内不息改进显示。 设备显示缓冲区首地方 取显示实质 输出左右信号 输出显示实质 N 实现显示□□□□? Y 返回 图4.3 显示子步骤流程图 4.6 守时器及数据收集子步骤打算 STC90C58AD单片机有两个与8051相兼容的守时器□□□□:守时器0、守时器l。正在本 安装中守时器0举动凡是守时器□□□□□,爆发周期性守时终了以启动AD转换;守时器1作 为串行通讯的波特率爆发器应用。 模仿量的数据收集由AD模块实现□□□□,AD转换正在守时器0的终了统治步骤中启动□□□, 采用终了方法□□□□,正在AD转换实现后读取转换结果□□□,然后对转换结果实行软件滤波。 开闭量的数据收集直接从FO口读取逻辑电平值即可。 步骤流程图如图4.4所示。 31 早先 清扫终了标识 读取转换结果 软件滤波统治 读取开闭量输入信号 收场 图4.4收集子步骤流程图 4.7 参数调理子步骤打算 本电动机敏能珍惜器的珍惜功效面向的是换取电机□□□□□,对待差异型号的换取电 机□□□□,各自的职业电压、电流、额定功率、额定温升都有差异□□□□□,为使珍惜器或许适 用于百般差异的情状正在步骤打算时增添了参数调理子步骤□□□□,正在珍惜器加入应用之 前凭据差异的电动机型号及类型实行需要的参数设备□□□□,如许就能够使珍惜器的使 用特别伶俐□□□,扩张了合用鸿沟。 参数调理模块的子步骤流程图如图4.5所示。 32 早先 参数切换 显示目前参数值 点窜 确认 显示目前参数 Y 点窜下一个□□□□□? N 收场 图4.5 参数调理子步骤流程图 34 早先 从预订 RAM 中取近来采样的三个电流 有用值 求电流最大值 I max Y N 短道毛病标 记为 1□□□? Y N 清短道毛病符号 时限已到□□□? Y 短道毛病计时器清零 置 P2.5=1□□□□,P3.7=1□□□□, 断电珍惜和报警 转下一珍惜模块 将本次运转参数、 时代信 息、毛病类型存入 EEPROM 毛病音信纪录 区 将毛病音信送液 晶显示器显示 置短道 毛病标 记 I max ? 短道整定值□□□□□? N 闭软件守时器中 断□□□□,罢手采样 短道故 障启动 计时 返回 图4.6 毛病统治子步骤 34 珍惜参数设备 电机参数设备 短道倍数□□□□: 堵转倍数□□□□: 过压倍数□□□□: 欠压倍数□□□□: 参数设备菜单 参数设备 事项申报 产物音信 毛病 1 毛病 2 毛病 3 毛病 4 过流反时限珍惜 过载倍数□□□: 作为时限□□□: 扩大数据点 珍惜参数设备界面 额定电压□□□□□: 额定电流□□□: 额定功率□□□: 绕组接法□□□□: 电机参数设备界面 主菜单 Ia ? Ib ? Ic ? U ab ? U bc ? U ca ? 显示产物型号 显示软件版本号 显示创制商 显示出厂日期 产物音信显示界 面 图4.7 体例菜单式操作界面 毛病 X 毛病类型□□□: 作为值□□□: 监控音信显示界面 事项申报显示界面 4.8 毛病统治子步骤打算 毛病统治子步骤要紧职业是凭据近来收集到的数据按下列序次按序实行毛病 判决。毛病判决序次按序为短道、堵转、断相、过压、欠压、过载。 毛病统治子步骤流程图如图4.6所示□□□□: 35 4.9 体例菜单式操作界面打算 本体例的显示接口采用128X64点阵的液晶显示模块□□□□,满屏共可显示4X8个汉字 (16×16点阵)或4X16个ASCII字符(16X8)□□□□,为体例的打算菜单式操作界面供给了硬 件根源。 本体例菜单式操作界面打算如图4.7所示(图中仅列个别界面)。当体例开机稳 定后显示主菜单□□□,当按下“确定”键后□□□,体例进入监控珍惜形态□□□□,显示界面以“监 控音信显示界面”花样显示;当体例崭露毛病后以“事项申报显示界面”花样报 告毛病。菜单项的识别要紧是通过菜单页面符号以及该菜单的子菜单符号和扫描 到的键值这三个因素来确定。 36 第 5 章 电动机珍惜器实行及牢靠性验证 电动机珍惜器全体打算制制实现之后□□□,为验证其珍惜本质本能是否到达打算 条件□□□,正在实行室条目下对其实行了一系列的本能测试。 5.1 电动机珍惜器衡量精度测试实行 试验通过法式电源给电动机珍惜安装输入差异的电压电流模仿电动机运转的 百般工况。 然后测试电动机珍惜安装的衡量精度和灵巧度。 实行数据如外5.1所示。 外5.1电动机珍惜器衡量精度测试实行数据 法式源设定参 量 本质衡量值 A 0 . 2 0 . 8 0 . 8 0 . 2 5 差错 ? /% B 0 . 4 2 0 . 0 3 0 . 1 0 . 1 5 0 . 1 4 C 0 . 3 0 . 0 6 0 I A = I B = IC 00A =5.0 I A =5.010A□□□□□, I B =5.021A□□□□□, I C =5.015A I A = I B = IC 00A =3.0 I A =3.024A□□□□, I B =3.001A□□□□, I C =3.018A I A = I B = IC 00A =1.0 I A =1.008A□□□□□, I B =1.001A□□□□□, I C =1.000A U A =U B =UC = 220V UA =220.54V □□□□, UB =220.32V □□□□□, U C =220.25V 5.2 电动机珍惜器过流珍惜实行(分段珍惜) 电动机珍惜器整定值与整守时代设定□□□□:I段定值□□□□□:4.500A □□□□,I段延时□□□□□:5.00s; II段定值□□□□□:2.500A□□□□□,II段延时□□□□:10.00s□□□□,过流珍惜实行数据如外5.2所示。 37 外 5.2 电动机过流珍惜实行数据 设定参量 过流保 护 ON/OFF ON 延经常 间 5.00s 10.00s OFF ON 5.00s 10.00s 5.00s 10.00s OFF ON 5.00s 10.00s 5.00s 10.00s OFF 5.00s 10.00s 局面 I A = I B = I C =1A I 段□□□□,II 段珍惜都不 作为。 无作为。 I 段□□□□,II 段珍惜都不 作为。 II 段珍惜继电器动 作□□□□,显示并报警。 无作为。 I 段珍惜继电器动 作□□□□,显示并报警。 II 段珍惜继电器动 作□□□□,显示并报警。 无作为。 I A = I B = I C =3.000A I A = I B = I C =4.500A 5.3 电动机珍惜器电压珍惜实行 电动机珍惜器电压珍惜整定值□□□□□,整守时代设定□□□□□:欠压定值□□□□□: ? 85%□□□,过压定值□□□: ? 110%; 电压延时□□□□:11.00s;额定电压□□□□:220V。 外 5.3 电动机珍惜器电压珍惜实行数据 设定参量 电 压 保 护 ON/OFF 延 时 时 间 局面 U A = U B = U C =220V U A = U B = U C =242V ON OFF ON OFF 11s 无作为。 过压显示报警□□□□,继电器 作为。 无作为。 欠压显示报警□□□□□,继电器 作为 无作为。 U A = U B = U C =198V ON OFF 5.4 电动机珍惜器轻载珍惜实行 38 设定额定电流□□□□□:5A;设定整定电流□□□:I A / I B / I C ? 48%=2.4V。实行数据如外 5.4 所示。 外 5.4 电动机珍惜器轻载珍惜实行数据 设定参量 轻载珍惜 ON/OFF ON OFF ON OFF 10s 轻载显示报警□□□□□,珍惜继 电器作为 无作为 作为 时代 局面 无作为 I A / I B / I C =2.5A I A / I B / I C =2.0A 5.5 电动机珍惜器实行总结 本实行是正在实行室□□□□□,通过法式电源给电动机珍惜安装输入差异的电压电流模 拟电动机运转的百般工况□□□,对电动机珍惜器衡量的精度□□□,以及过流珍惜、电压保 护、轻载珍惜等本能实行检测。 由珍惜器精度测试实行能够看出珍惜器的衡量精度较量高□□□□,差错鸿沟出格小□□□□, 灵巧度较量高。由珍惜器珍惜本能测试实行能够看出珍惜器珍惜作为确切率到达 100%。本电动机珍惜器的本质恶果到达了本论文打算的条件。 39 34 第 6 章 总结及预测 电动机正在工农业坐褥中被渊博操纵□□□□□,不过其高毛病率对工农业坐褥酿成强壮 的经济失掉□□□□□,于是正在阐述守旧电动机珍惜安装不尽完满的根源上□□□□,研制功效完满、 牢靠性高的电动机珍惜安装己经成为需要。 本论文以微左右器为重心的电动机敏能珍惜器为琢磨对象□□□,正在查阅了多量数 据原料的根源上对电动机敏能珍惜器的软件、硬件体例做了注意的打算□□□□□,做了大 量的职业□□□,要紧博得以下功劳□□□□□: (1)查阅多量的文献、数据以及其它原料□□□□□,正在此根源上对邦外里电动机敏能保 护器的发映现状作出了合理的阐述□□□□□,提出了以 STC90C58AD单片机为重心统治器的 电动机敏能珍惜器管理计划。 (2) 通过对电动机根本运转道理的深刻阐述□□□,取得三相异步电动机的等效电 道□□□□,从等效电道入手阐述了电动机的常睹毛病及其判决格式。 (3)连接STC90C58AD单片机的特色□□□,对体例的采样计划及其竣工格式实行了反 复的琢磨。 (4) 正在以上功劳的根源上□□□,打算了以STC90C58AD单片机为左右重心的电动机 珍惜安装硬件电道。 (5)给出了基于STC90C58AD单片机的体例软件的无缺竣工计划。 本文所打算的电动机敏能珍惜安装尚有很众需求改革之处□□□□,以进一步进步性 能。整体有以下几个方面□□□□□: (1)深刻发现STC90C58AD单片机的本能□□□□□,电动机保护器宽裕诈欺单片机的片上资源□□□,进步数 据收集、统治速率□□□,尽量缩短作为延迟。 (2)正在现有珍惜器安装的根源上改革珍惜算法□□□,使珍惜器能特别确凿的判决出 电动机的毛病。 (3)对电动机敏能珍惜器的软硬件体例做进一步的改革□□□,以期进步其抗骚扰性 能。 当今社会已通盘进入音信化时间□□□□,电动机敏能珍惜器的打算将会伴跟着电子 音信物业的飞速进展博得长足的前进。 40 参考文献 [1]顾绳谷.电机及拖动根源[M].北京□□□:呆板工业出书社,2011.6 [2]华成英□□□,童诗白.模仿电子本事根源[M].北京□□□□□:上等教学出书社 2006.5 [3]张开邦□□□□,张素琴□□□,杨春平□□□□□,朱小娟.数字电子本事根源[M].北京□□□□□:上等教学出书社 2007.6 [4]郭天祥□□□□,新观点51单片机C言语教程[M].北京□□□:电子工业出书社2009.1 [5]王晓明.电动机的单片机左右[M].北京□□□□:北京航空航天出书社□□□,2007 [6]张毅坤□□□□, 曹锰□□□□□, 张亚玲等编著.C言语步骤打算教程[M].陕西□□□□□: 西安交通大学出书社□□□□, 2009.7 41 谢 辞 正在教练们有劲的诱导下□□□□□,我终归实现了专科阶段的学业□□□,并依时实现了我的 论文。正在此□□□□□,我对那些一经或正正在助助我□□□,援救我的教练、同窗和同伴吐露衷心 的谢谢! 谢谢我的讲师贾文民教练□□□□□,他以苛谨的治学立场不厌其烦的对我的论文提出 许众珍奇私睹□□□,并针对我论文中的亏欠之处逐条做出点评□□□,使我或许成功实现毕 业论文。 谢谢武清教学点的诸位教练赐与我的闭切与助助□□□□□,谢谢我的同窗们正在我遭遇 艰难时对我的援救。 正在此我对教练和同窗们外达我由衷的感动之情□□□□! 42

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    关键词: 电动机保护器