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1、广西大学毕业设计论文 基于单片机的高压电动机保护摘 要高压电动机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位。由于高压电动机被大量应用于极端恶劣的环境中其保护问题就显得十分重要。近年来随着微电子技术的飞速发展，电动机保护装置的发展趋势是微型化、数字化、智能化和网络化，并在性能上向着高精确度、高可靠性、高环境适应性方向发展。本文以高压异步电动机为例，对其常见故障及相应保护原理进行分析，并在此基础上简单设计了保护单元，同时配以LED数码管等外围设备构成保护系统。该设计的硬件部分以ATmega16为系统的核心，通过对电压、电流和温度数据进行采集并进行数据处理，从而即时准确判断并消除故障
2、。该设计的软件部分对系统的主要流程做出了说明，讲述了单片机如何对处理得到的数字信号进行监视和判断处理，及时发出报警或跳闸信号，从而更好地提高电动机运行的安全性和可靠性。考虑到电动机保护装置通常安装在较恶劣的现场环境中，为保证单片机系统能够稳定、可靠地工作，本文还对其进行了抗干扰设计。关键词：高压电机 微机保护 单片机 故障诊断Design on High-Tension Motor Protection Based on SCMAbstractAs one of the important elements of in the drive system, the high-tension mo
3、tor is highly important in the national economy. Due to the high-tension motor is widely used in the extreme environment the protection of the high-tension motor has become a concernment. With microelectronics technology being rapidly developed in recent years, microminiaturization, digitizing, inte
4、lligence and networking are the development trend of motor protection devices, and which develop toward high accuracy, high reliability and high environment adaptability.Taking the high-tension asynchronous motor for an example the paper analyses the common faults and corresponding protection princi
5、ple, and the protection unit is simply designed on this basis, the LED nixie tube and other peripheral devices are added to make up the protect system. The design of hardware takes ATmega16 SCM as the core, judges and eliminates faults promptly and accurately by collecting and processing the voltage
6、, current and temperature.The design of software introduces the main flow of the system, telling how SCM monitor and judge the handled digital signals, and sends warning or trip signal timely, thus makes the motor running more safe and reliable.Considering that the protection device usually works in
7、 the extremely bad environment, the anti-interference design is also done in the paper to ensure the SCM system being able to work steadily and reliably.Keywords: high-tension motor; microcomputer protection; SCM; fault diagnosis目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景及意义11.2 高压电动机保护的历史及现状11.3 微处理器的发展与特点31.
8、4 论文的主要工作3第二章 高压电动机故障分析52.1 异步电动机的运行原理52.2 异步电动机的基本结构52.3 高压电动机故障类型及不正常运行状态6第三章 高压电动机保护原理分析73.1 高压电动机保护的基本要求73.2 高压电动机保护原理分析73.2.1 过流保护93.2.2 负序电流保护93.2.3 零序电流保护103.2.4 电压保护103.2.5 过热保护11第四章 硬件电路设计124.1 微机保护的基本原理及其特点124.2 微机保护装置的构成124.3 硬件设计概述134.4 主系统硬件设计144.4.1 ATmega16微处理器144.4.2 多路模拟开关144.4.3 温度
9、采集系统164.4.4 电压电流采集系统174.4.5 采样保持电路224.4.6 滤波调理电路234.6.7 AD转换电路234.6.8 输入输出通道234.5 键盘与显示设计254.5.1 键盘设计254.5.2 显示设计264.6 系统外围电路274.6.1 电源274.6.2 通信接口274.6.3 其他外围电路28第五章 系统软件设计295.1 软件系统整体设计295.2 保护装置软件设计305.2.1 键盘控制设计305.2.2 LED显示设计315.2.3 数据转换设计325.2.4 数据处理设计335.3 软件开发环境34第六章 系统抗干扰技术376.1 干扰的分类及其危害37
10、6.2 硬件抗干扰技术386.3 软件抗干扰技术39总 结42参考文献43致 谢4529第一章 绪论1.1 课题背景及意义电动机是最易于实现能量转换的设备，随着工业的发展，高压电动机越来越广泛地应用于电力、冶金、炼焦、化工、煤矿等各个行业，推动了电力工业的发展。高压电动机一般都是用于工业生产中的重要场所，它的可靠运行对于生产安全来说非常关键。另一方面，大中型高压电动机其自身价格昂贵，在运行过程中不允许出现故障，如果停机将会带来巨大的经济损失。因此，维持高压电动机的安全稳定运行显得十分重要。在实际生产环境中，外界环境的高温、潮湿、粉尘等恶劣状况和电网波动、负载冲击的影响，对高压电动机的安全运行构
11、成很大威胁。高压电动机的故障或不正常运行不仅会损坏电动机，而且会破坏生产的连续性。由于高压电动机容量大，故障修复比较困难，费用也大。据原电力部的一份调查资料表明，所调查34个电厂，高压异步电动机损坏率达15.1%，造成经济上的巨大损失。由于电动机的故障、损坏所造成的间接经济损失更为巨大。因此，研究一种高压电动机的综合监测和保护装置迫在眉睫。1.2 高压电动机保护的历史及现状1、热继电器、熔断器和电磁式电流继电器作电动机保护器在50年代，我国引进了苏联的JR系列热继电器，据其开发的电机过载保护器在中国的电机保护行业中使用了半个世纪。这种电机保护器由熔断器、接触器、断路器及热继电器组成。热继电器是
12、利用双金属片热效应工作的，双金属片是由不同膨胀系数的两片金属铆合而成，当电流通过时它将产生热量，并向膨胀系数小的一边弯曲，电流的大小和弯曲的程度成正比，当电流超过热继电器整定电流的一定倍数时就会启动其中的脱扣装置从而切断主回路达到保护的目的。但热继电器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、重复性差、误差大等，已无法满足越来越高的要求，因而也就无法避免被淘汰的命运。很多人把熔断器作为电机的过载保护，其实这是一种不科学的做法。因为首先受其规格限制无法按电机额定电流进行准确设定，况且如果熔断器规格选得太小容易造成断路，使电机单相运行，如果熔断器规格选得太大，则达不到过载保护的效果。电磁式电流继电器具有过载、
13、堵转保护功能，有的还有缺相保护，其过载保护具有反时限特性，但其结构复杂，机械制造精度高，价格高且体积庞大，因而目前已被基本淘汰。2、模拟电子式电动机保护器在上个世纪七八十年代，随着半导体模拟器件的兴起及普及，涌现出了一批性能比较可靠、功能多样化的电子式电机保护器，为电机的可靠运行提供了较可靠的保障。其中得到公众认可且具有自己品牌特色的以韩国三和技研株式会社的产品为代表，在国内市场具有一定影响，他们的产品品种多样，规格齐全，主要功能包括：缺相、过载、欠流、相失衡、相序、接地、短路、过欠压、电流显示、声光报警及变送输出等。我国电子式保护器是由晶体管型发展至集成电路型，装置功能基本满足电动机保护的要
14、求。但这类产品仍存在一些无法克服的缺陷，包括整定精度不高、采样精度不高以及无法实现具有多种保护功能于一体的全保护。鉴于以上原因，纯粹模拟线路的电机保护器正逐渐被其它一些更先进的技术产品所代替。3、智能型电动机保护器近年来随着微电子技术的深入发展，以微控制器为代表的智能控制器不断进步。智能型电动机保护器主要以单片机作为控制器，具有处理速度快、智能化程度高等优点，可以实施各种非常复杂的算法和各种保护功能可实现电动机的智能化综合保护，有的还具有远程通讯功能，在采样和整定精度方面有质的飞跃，可对采样信号进行软件非线性校正，并可实现真有效值计算，从而极大地降低了被测信号波形畸变的影响，真正实现了高精度采
15、样，在整定方面采用数字设定，通过键盘由用户自行现场设定，不存在误差，还可为过载保护设置多条更科学的反时限曲线。与传统继电保护方式相比，引入单片机实现自动控制继电保护具有很多优点：（1）可靠性高，性能稳定，价格低廉，体积小，外围电路简单，无需大量的连线。（2）运算速度快，扫描周期仅几百毫秒，可开发功能多。（3）具有较强的通用性，我们可通过操作面板调节各项设定值，完成控制过程的设置，同时可利用单片机串口和外部计算机进行连接实现程序修改,做到无需修改外部连线。（4）可实现数据的远程传输，这对将来企业的远程监控、无人值守是至关重要的。智能型电动机保护器正以其优异的性能取得各大原始设备生产商的青睐，它将是电动机保护器的主要发展方向。1.3 微处理器的发展与特点从1971年第一代微处理器诞生开始，微处理器技术得到了飞速发展，经过六代的发展，从最初的4位机再到8位机、16位机、32位机到现在的64位机、多核机。现在，随着集成电路技术的不断进步，各种由大规模集成电路芯片构成的微处理器不断涌现。今天，微处理器已经无处不在，无论是录
