單片機控制電動機綜合保護(hù)

精品文檔-下載后可編輯單片機控制電動機綜合保護(hù)【摘要】利用單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)電動機的過載、短路、斷相等常見故障的綜合保護(hù)。保護(hù)范圍比較寬，可對大小不同的電機進(jìn)行保護(hù)，被保護(hù)的電機額定電流可自行設(shè)計，并可實時顯示工作電流和各種故障狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】單片機；保護(hù)；過載；斷相

0概述

在電氣時代的今天，電動機一直在現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活起著十分重要的作用。由于生產(chǎn)自動化及各種自動控制、順序控制設(shè)備的出現(xiàn)，要求電動機經(jīng)常運行在頻繁的起動、制動、正反轉(zhuǎn)、間歇以及變負(fù)荷等多種方式。在不同運行狀態(tài)下，電動機的發(fā)熱情況及其所受到的電動機和熱力的沖擊相差懸殊。而電動機的經(jīng)濟使用期限正與它所受到的起動次數(shù)和持續(xù)時間密切相關(guān)。因此，除要求使用人員了解所有有關(guān)電動機的運行知識并合理使用外，還應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置，以確保電動機正常運行。電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制。用單片機進(jìn)行控制的電動機操作方便，整定值精確（可數(shù)字顯示），保護(hù)效果好，但價格較模擬控制的電動機價格高。

1用可編程器件GAL進(jìn)行保護(hù)

采用可編程器件GAL取代斷相檢測中的三個三極管串聯(lián)。利用GAL內(nèi)部編制一個三與門，利用一個電壓比較器比較過載電壓。輸出信號接到GAL中，利用GAL內(nèi)部的貼觸發(fā)器，在GAL內(nèi)部編制一個十進(jìn)制計數(shù)器。通過把交流電進(jìn)行整形，變成一個50Hz的方波。通過記錄電網(wǎng)的頻率，來達(dá)到過載延時的目的。通過不同信號的輸入，GAL器件可以相應(yīng)地指示出電機的運行狀態(tài)：過載、斷相、正常運行，但GAL的抗過電壓能力差，如果信號采樣的輸入過大，將會燒掉GAL，不能滿足不同的電機的要求。

2采用CPU為主器件進(jìn)行保護(hù)

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，人們對電動機綜合保護(hù)的要求也越來越嚴(yán)格，以CPU為核心的智能化產(chǎn)品，已經(jīng)是取代模擬產(chǎn)品的必然趨勢?，F(xiàn)在生產(chǎn)電動機綜合保護(hù)的廠家都在發(fā)展單片機為核心的智能化電動機綜合保護(hù)。采用傳統(tǒng)的電流互感器，把電流互感器采樣到的電流信號，經(jīng)過整流橋整定成直流信號。利用電容進(jìn)行濾波，通過負(fù)載電阻把電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號送給A/D轉(zhuǎn)換器。在負(fù)載電阻的選擇上，由于負(fù)載電阻是固定的，當(dāng)輸入電流增大很多時，A/D的輸入將會溢出轉(zhuǎn)換范圍；輸入電流太小，會影響采樣的精度，經(jīng)CPU內(nèi)部各種運算之后，會使數(shù)據(jù)失真。采用電位器調(diào)節(jié)負(fù)載電阻來解決上述問題。把電阻的額定電流整定到二個固定的電壓，因為三相采樣可以判斷出電機是否斷相，這樣CPU就可以把額定電流固定到一個基準(zhǔn)的數(shù)值，然后通過計算電機的采樣電流與額定電流之比，可以確定出電機的運行狀態(tài)，即過載、斷相、不平衡度、過流、欠電流等，經(jīng)過一段時間的綜合，來達(dá)到保護(hù)電機的目的。

2.1硬件電路設(shè)計

硬件電路可分為電流采集、A/D轉(zhuǎn)換、CPU、鍵盤、顯示、掉電保護(hù)等6個部分。

（1）電流采集。用電流互感器將電機三項定子電流轉(zhuǎn)化為小電流，再由整流橋把交流電流信號轉(zhuǎn)換為直流電流信號，經(jīng)電阻產(chǎn)生直流電壓信號，送入A/D。為保護(hù)大小不同的電機，在輸入電阻的選取上，采用一個帶數(shù)字電位器的電阻網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字電位器可自動減小電阻，拓寬保護(hù)范圍。

（2）A/D轉(zhuǎn)換器。將四路模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給CPU。

（3）CPU。一般采用由片內(nèi)存儲器的AT89C_31，免去了采用8031外擴程序存儲器的麻煩。

（4）鍵盤。鍵盤采用四個的編碼鍵盤，按鍵時，鍵值為零。采用中斷方式，如果四個鍵中有任意鍵按下，則產(chǎn)生鍵盤中斷，CPU查詢是哪一鍵按下，并執(zhí)行相應(yīng)的程序。

（5）顯示。顯示電路采用MX7219串行顯示芯片。四位LED?？娠@示實時電流和各種故障狀態(tài)及故障電流。

（6）掉電方式。由于事系統(tǒng)可保護(hù)不同的電機，在開機時，經(jīng)常需要設(shè)定新的參數(shù)，這樣在系統(tǒng)斷電時，這些存在片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)變會丟失。采用一片24C08芯片來完成掉電保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)斷電時CPU片內(nèi)M朋中數(shù)據(jù)便會存到24C08中保存起來，斷電也不會丟失，當(dāng)再次開機時，CPU就會從24C08中取出這些數(shù)據(jù)，從而完成掉電保護(hù)功能。

系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。

2.2經(jīng)濟分析

目前市場上出售的電動機保護(hù)器大致可分為兩種：一種是模擬電路的，這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為簡單，價格便宜，但操作不直觀，整定值不精確，保護(hù)效果不是很理想；另一種是智能型的，也就是用單片機進(jìn)行控制的，這種產(chǎn)品操作方便，整定值精確（可數(shù)字顯示），保護(hù)效果好，但價格較前