簡易型電動機保護器的設(shè)計

時間：2022-06-20作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：158

一種ARM相關(guān)信號處理電路、顯示電路、I/O控制電路和通信電路編制了相關(guān)的電機故障保護算法軟件。市場應(yīng)用表明，電機保護器可以保證電機的可靠運行。

關(guān)鍵詞：簡單型；電機保護器；ARM

0、引言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電機保護器正朝著智能、數(shù)字、綜合的方向發(fā)展。目前，市場上傳統(tǒng)的綜合電機保護器大多具有相對完整的保護功能，但體積大，安裝不便，價格非常昂貴，較大地限制了綜合電機保護器的推廣。在采礦場所，由于現(xiàn)場空間的限制，只需要基本的電機保護功能。為了解決上述問題，有必要開發(fā)一種符合國家標準和成本效益高的電機保護器。ARM為處理器開發(fā)了一種經(jīng)濟實用的簡單低壓電機保護器。

1、設(shè)計依據(jù)及功能

簡易低壓電機保護器包括以下功能：

(1)基本保護功能:斷相、啟動**時、反時限過載、接地、三相不平衡、堵塞、堵塞、短路、過壓等。GB14048.4、GB14048.6等標準。

(2)選擇保護功能:可選擇外部故障、漏電、定期過載、欠載、欠壓等保護功能GB14048.4、GB14048.6等標準。

(3)測量和通信功能:三相電流、剩余電流余電流和三相電壓；RS485采用通信接口Modbus通信協(xié)議，通信符合要求GBZ19582.1、GBZ19582.2標準。

（4）DI/DO、支持二路輸出功能：DI、4路DO；支持1路4~20mA變送輸出。

(5)安裝方法：導軌安裝或螺釘固定安裝，三種額定電流規(guī)格分別為5A、25A、100A。

2、硬件方案

簡*處理單元、電源模塊、信號處理單元、按鍵模塊、顯示模塊、I/O系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由控制模塊、變送輸出模塊、通信模塊等組成。

圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1信號處理單元

信號處理單元電路如圖2所示，通過基準電壓信號Vref將傳感器檢測到的信號提升到限制0~3.3V在信號中，輸入*處理單元，實現(xiàn)交流采樣。為保證交流采樣的準確性，采用分級處理交流信號。輸入大信號時，信號提升過濾后直接進入CPU采樣處理；輸入小信號時，運算放大器信號放大并過濾信號升高后進入CPU采樣處理。

圖2信號處理單元電路

2.2控制模塊

控制模塊由開關(guān)量輸入和繼電器輸出組成。保護器內(nèi)部提供的開關(guān)量輸入15V電源供電，采用光耦合隔離，增強開關(guān)量輸入的抗干擾性，滿足保護器工作頻率和耐壓性的要求。開關(guān)量輸入用于監(jiān)測外部開關(guān)狀態(tài)。繼電器輸出采用性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長的繼電器。繼電器輸出電路示意圖如圖3所示。為了提高抗干擾要求，采用光耦合隔離，ULN2003A可以輸出500mA電流，可承受50V電壓和內(nèi)部集成的續(xù)流二極管為繼電器線圈斷電產(chǎn)生的高感應(yīng)電壓提供了續(xù)流電路。繼電器輸出用于輸出故障扣、故障報警和遠程啟動信號。

圖3繼電器輸出電路

3、軟件方案

保護器的主程序流程圖如圖4所示，主要包括A/D采樣、計算顯示、基本保護、按鍵處理I/O控制、輸出、通信等程序。主程序采用模塊化設(shè)計，可移植性強。

圖4主程序流程

主程序初始化后執(zhí)行A/D采樣程序A/D電機三相電流、三相電壓和剩余電流在采樣過程中進行采樣。采樣周期結(jié)束后，根據(jù)采樣獲得的電機三相電流值、三相電壓值和剩余電流值計算當前電機的電流值和電壓值，然后判斷當前電機的運行狀態(tài)。當電機處于運行狀態(tài)時，執(zhí)行電機保護子程序。在保護子程序中，根據(jù)采樣計算的電流值和電壓值，判斷電機是否有故障。如果沒有故障，返回主程序。如果發(fā)生故障，判斷哪種類型的電機故障，執(zhí)行相應(yīng)的故障處理，并在保護器界面上顯示故障類型。保護子程序執(zhí)行后，進入顯示值計算子程序，計算三相電流、平均電流、三相電壓和剩余電流。顯示值計算子程序執(zhí)行后，進入按鍵處理子程序，實現(xiàn)人機交互。按鍵處理子程序執(zhí)行后，進入顯示值計算子程序，計算三相電流、平均電流、三相電壓和剩余電流。進入I/O控制程序故障時，控制繼電器輸出常閉觸點斷開，切斷電機供電，使電機停止。I/O實施控制程序后，可選擇三相電流、平均電流、三相電壓、頻率等參數(shù)轉(zhuǎn)換為變送輸出子程序4~20mA模擬信號輸出。變送輸出子程序執(zhí)行后，進入通信子程序。首先，判斷是否收到上位機發(fā)送的命令數(shù)據(jù)。接收命令數(shù)據(jù)后，按標準執(zhí)行Modbus協(xié)議判斷命令中的地址代碼是否為保護器的地址，并將相應(yīng)的參數(shù)據(jù)返回到上位機。

4、應(yīng)用實例

由于水泥生產(chǎn)工藝復雜，電機設(shè)備數(shù)量多，水泥廠選用簡單的電機保護器有效保護現(xiàn)場電機設(shè)備，不僅可以充分發(fā)揮電機的過載能力，而且可以提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)過程的連續(xù)性。水泥廠采用電機保護控制電路保護器，取代熱繼電器作為電機過載保護和控制元件，利用通信技術(shù)實現(xiàn)水泥生產(chǎn)中電機設(shè)備控制的自動化，有效保護和控制水泥廠大型設(shè)備的電機。

5、結(jié)語

隨著電機保護器的應(yīng)用，市場對產(chǎn)品的需求不斷變化。根據(jù)市場對經(jīng)濟型電機保護器的需求，開發(fā)了經(jīng)濟實用的簡單電機保護器。簡單的保護器是ARM為**智能數(shù)字電機保護器，實時保護電機啟動**時、過載、斷相、欠載、不平衡、堵塞、堵塞、短路、過壓、欠壓等故障，確保工業(yè)設(shè)備安全可靠運行。





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