第三课：三相异步电机保护器设计.doc

目 录 1 绪 论 2 1.1 三相异步电动机保护发展现状 2 1.2 电动机保护的发展趋势 2 1.3 微机保护装置的特点 3 1.3.1 性能优越 3 1.3.2 可靠性高 3 1.3.3 灵活性强 3 1.3.4 调试维护工作量小 3 1.3.5 经济性好 4 1.3.6 多功能化和综合应用 4 2 硬件总体设计及各部分说明 5 2.1 方案论证 5 2.2 电机保护原理 5 2.1.1 电动机故障情况分析 5 2.2.2电动机综合保护分析 6 3 硬件设计 7 3.1 装置硬件的总体结构 7 3.2 硬件电路设计 8 3.2.1 80C196MC单片机 8 3.2.2 系统时钟的选择 9 3.2.3 传统的反时限过负荷保护 10 3.2.4 存储器的扩展 10 3.2.5 数据采集 10 3.3 硬件电路各模块的分析 12 3.3.2通讯模块 13 3.3.4负序反时限保护模块 14 4 软件系统设计 15 4.1 系统软件设计 15 4.2 感应电动机微机保护方案 16 4.2.1 起动时间过长保护 16 4.2.2 堵转保护 16 4.2.3 短路保护 16 4.2.4 低电压保护 16 4.3 采样数据的处理 16 4.3.1 有效值的计算 17 4.3.2 正序电流和负序电流的获取及计算 17 4.4 参数设定模块 19 4.5 程序代码 21 4.6 系统软件抗干扰设计 22 结 论 23 结束语 24 参考文献 25 致 谢 26 附 录 27 1 绪 论 1.1 三相异步电动机保护发展现状 随着我国电力工业迅猛发展，电动机的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证。因而确保电动机的正常运行就显得十分重要。由于电网、电动机本身质量及工作环境等多种因素，电动机会出现过压、欠压、电流不平衡、欠载及过流等故障，并由此带来了巨大的经济损失。因此,电动机保护装置的开发与研制势在必行。目前多数电动机保护装置仍在使用8/16位的单片机，由于此类单片机大部分缺少SPI接口、I2C总线及A/D转换口等功能模块。如果要进一步提高电动机保护装置的性能，则需要通过添加相应的芯片进行扩展。这无形中增加了系统制造成本，降低了系统的可靠性，同时产品的体积将随着芯片的增加而增加。与此相比，本文采用的ARM单片机由于采用了新型的32 位ARM核处理器，使其在指令系统、总线结构、调试技术、功耗以及性价比等方面远远超过了传统的8/16位单片机。同时ARM单片机在芯片内部集成了大量的片内外设, 使其功能和可靠性大大提高。 完善的电动机保护器是对电动机运行过程中的各种运行信息数据进行采集、运算、分析、监控、报警、控制的综合性装置。装置通过对故障报警，保护动（保护脱扣）以及利用动作延时时间的设定来实现及时准确的保护，保证生产的安全。本保护器还可以通过数据信息通讯，实现电动机运行状况的详细信息在上位机上进行实时监测，并经计算机数据处理提供管理信息。在设备可能产生重大故障前，越限报警可及时提醒管理人员进行处理，避免了不必要的停机而对正常生产造成影响，最大限度地保证设备运行和控制的有效性。当电动机运行参数达到预置的预警值时，保护装置仅进行预警，不触发脱扣；但当越限值达到预置的脱扣值时，保护装置进入脱扣触发延时。在预置脱扣延时时间内若设备恢复正常运行，则取消脱扣执行；而如果超过延时时限，则保护装置发出脱扣信号，驱动执行元件动作，断开电源停止电动机运行。在电动机控制装置实现各项保护功能的同时，各种保护信息也由装置生成并经通信接口上送至计算机管理系统。 1.2 电动机保护的发展趋势 我国电动机保护的发展趋势大致有以下几点: 1)研制在线监控系统; 2)追寻理论上的突破，逐步由定性描述到定量分析; 3)应具有较宽的连续可调整范围、方便、准确; 4)应有完善的保护特性和互换性; 5)发展小型、质优价廉的保护装置; 6)应具有高速的可靠性和稳定性; 7)应具有很强的抗干扰能力、环境适应能力、电压使用能力和长时间连续工作 能力; 1.3 微机保护装置的特点 1.3.1 性能优越 微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护无法实现的新功能。微机保护还具有故障参数记忆、故障录波等功能，可以自动打印记录故障前后各电气参数的数值、波形以及各种保护的动作情况等，供故障分析用。此外，微机保护的软件不受电源波动、周围环境温度变化及元件老化的影响，因此微机保护的性能比较稳定。 1.3.2 可靠性高 微机保护具有自诊断功能，能不断地对装置各部位进行自