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1、电动机综合保护器设计摘要交流电动机是一种应用最广泛的动力设备，在公民经济中起着举足轻重的作用，但是其高故障率对工农业生产造成巨大的经济损失，所以在解析传统电动机保护装置不尽完满的基础上，研制功能完满、可靠性高的电动机保护装置己经成为必要。近来几年来，随着微电子技术、计算机技术的飞速发展，各种种类的微控制器、数字信号办理器、以及其他嵌入式办理器在电动机保护领域获取了广泛的应用。本文围绕基于微控制器的电动机综合保护装置的研究这一任务而张开，开发了适用于各种现场环境的交流电机测量、监控、保护一体化妆置。本文的主要研究内容归纳以下。1解析了电动机运转的基根源理、电动机故障特点以及保护原理。2给出了电动
2、机保护装置的实现方案。本装置可实现以下故障保护：短路保护、堵转保护、过流保护、不平衡保护、断相保护、过压保护、欠压保护、漏电保护以及过热保护等功能。3以STC90C58AD单片机为核心控制器设计了电动机保护硬件单元，并配以液晶显示器等外面设备组成电动机保护系统。4在软件系统的设计上，依照STC90C58AD单片机的编程结构特点，采用模块化编程思想，将系统功能分解成较小的功能模块，尔后用子函数和中断办理函数等实现了电动机保护功能。最后，经过实验对电动机保护器的可靠性进行检验，实验表示，此电动机保护器的测量精度，矫捷度以及保护性能均达到了设计要求。重点词：电动机保护，单片机，故障诊断，数据采集。/
3、1目录111.111.211.2111.2221.2321.331.43252.152.252.372.472.4172.4282.4382.44102.45132.5143163.1163.11163.12163.13173.2173.21STC90C58AD183.22183.3193.31193.32203.4223.5243.6243.7243.825第4章电动机保护器系统软件设计264.1264.2274.3274.4304.5304.6314.7324.8354.936第5章电动机保护器实验及可靠性考据375.1375.2375.3385.4385.539第6章总结及展望40参照文
4、件41谢辞42第一章绪论1.1电动机保护器研究的背景及意义在重要的工矿企业中，0.4kV交流电动机作为原动力和执行器，获取了广泛应运。供电系统70的电能是经过电动机耗资的。由于交流电机拥有结构简单、制造方便、运转可靠以及价格廉价等优点，所以被广泛应用。电动机所带的负载种类众多，且经常是整个设备中的重点部分，所以，电动机的安全、牢固运转拥有十分重要的意义。在实质的生产环境中，由于电网颠簸，负载冲击以及外界环境高温、高湿、粉尘等的影响，以致电动机的安全运转碰到很大的威胁。电动机的故障或不正常运转轻则影响设备功能重则造成设备损坏和其他安全事故，引起重要的经济损失，电动机保护器的研究就显得十分必要。占
5、相关方面统计，全国每年电动机损毁数量在300万台以上，仅电动机的维修开销就在百亿元以上，因电动机不正常工作所造成的耗电量高达数十亿KWh，间接经济损失更是数量惊人。而且这一数字还在不断增加。别的，由于现代电动机设计、生产技术的提高，电动机的体积越来越小，以致电机内部电流密度明显增加；再加上现代化的生产工艺经常要求电动机经常在频频的启动、制动、正反转以及变负荷等多种状态下切换运转，电动机出现故障的概率更犯难以确定，故障后以致的结果也更加严重。所以，无论从安全的角度还是从经济的角度来看，电动机保护器的研究有着深远的意义。1.2电动机保护器的历史和现状以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式热继电器是
6、建国今后从前苏联引进技术开发的金属片机械式电动机过载保护器，是长远以来我国电动机保护器所采用的主要技术方法。这类电动机保护器由熔断器、接触器、断路器及热继电器组成，控制方式主要分为以下四种：(1)熔断器一交流接触器一热继电器；(2)断路器一交流接触器一热继电器；(3)熔断器一断路器：(4)熔断器一断路器一交流接触器一热继电器。热继电器是用于保护电动机因过载引起过电流的装置。热继电器在电子技术尚不1发达的时代曾是电机过载保护的首选产品，利用的是双金属片热效应原理：双金属片是由两片不一样膨胀系数的金属铆合而成，经过的电流使它们产生热量，并向膨胀系数小的一边波折，波折的程度和电流的大小成正比，当电流
7、高出热继电器整定电流的一准时间就会启动其中的脱扣装置，进而起到切断主回路达到保护基十单片机控制的电动机保护器设计的目的。热继电器拥有反时限特点和结构简单、安装方便等优点；同时，它也有必然的弊端，由于资料的热滞后效应以致热继电器有保护时滞和对略微堵转、过载保护欠佳的弊端。由于上述弊端电动机简单长远运转在略微过载状态，使电动机绕组产生热积累，绕组温升高出额定值，绕组绝缘老化，影响电动机使用寿命。别的，受制造工艺限制，热继电器的性能有必然的分别性，动作曲线与电动机实质保护曲线不协调，使电动机有效功率下降，严重时还会以致误动作。正由于这样，这类传统的电动机保护方法正在被逐渐裁汰，新设备上已基本看不到它
8、的身影。一般电子式电动机保护器从上个世纪七八十年代开始，随着半导体技术、电子技术的发展及广泛应用，一批的基于分立电子元件和中小规模集成电路的新式电动机保护产品应运而生。此类保护器从保护取样方式上大体分为电压取样型和电流取样型。电压取样型电动机保护器主要针对电动机工作电压进行相应的检测来对电动机进行保护；电流取样型电动机保护器经过对电动机的线电流的变化检测来对电动机进行保护。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求。但是设计思路的限制以致这些电动机保护器仍有一些难以战胜的弊端，这主要表现在：a. 精度不高。由于整个保护器是由众多分立元件会集而成，任何一个元件
9、的性能都回对整个系统产生很大影响。各个元器件之间连线繁琐，在复杂电磁环境中极易碰到搅乱，对温度的敏感性也很高，这经常以致保护器不能够正常工作。b. 无法实现参数储藏、通讯等功能。受器件功能影响，在由分立元件组成的电动机保护器上无法实现像参数记录，实时通讯这样的高端功能，这也限制了这类保护器的应用范围。c. 别的，整个保护装置中的元件、节点众多，大大增加了系统的故障点，以致保护器调试困难。2时间范围内，对故障信号做出响应，实时正确地推行保护。实时性是保护器系统的重点性能，它决定了对电动机故障的检测矫捷度以及输出保护信号的准时性，直接影响了电动机的安全运转。随着微电子技术的深入发展，大规模以致超大
10、规模集成电路成就同新月异。以微控制器、数字信号办理器、可编程逻辑控制器等为代表的智能型控制器不断进步，在公民经济的各个领域都获取了重要成就。基于智能型控制器的电动机保护器与前两种保护方式对照拥有天生的优势。这类智能化电动机保护装置拥有办理速度快、智能化程度高等优点，能够推行各种特别复杂的算法和各种保护功能；由于能够方便地实现自检测试功能进而减少了装置的维修工作量，防范了因装置弊端引起的保护不正确动作，提高了保护的可靠性。它能够同时对电动机进行断相、过载、短路、欠压、三相不平衡、堵转、漏电等进行保护。它还拥有显示、通讯、故障记录等功能。智能型电动机保护器正以其优异的性能获取各大原始设备生产商的喜
11、欢，它将是电动机保护器的主要发展方向。1.3微办理器的发展特点自第一个微办理器问世以来，微办理器技术水平获取了十分迅速的提高，从初期的四位机4004到七十年代末出现的8位机8051、MC6800再到现在32位机、16位机、8位机多种办理器并举。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组成的微办理器不断涌现。现在微办理器市场上高端三十二位机与低端的八位机在各自的应用领域大展身手。它们活跃在我们生活的各个领域，大到大型设备、航空航天设备，小至手机、家电等等都能够找到它们的身影。本论文所介绍的电动机保护器所采用的STC90C58AD单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗搅乱/高速/低功
12、耗的单片机，指令代码完满兼容传统8051单片机。该单片机片上还有极其丰富的外设资源，这包括4路外面中断，8路十位高速AD转换器，集成MAX810专用复位电路，所以十分合适于电机监控等相关应用。1.4电动机保护器设计的主要工作和论文的各章节安排本课题的主要目的是研制基于STC90C58MCU的电动机智能保护器，包括装置硬件系统的设计、软件系统的开发调试。针对电动机保护装置的发展方向，结合课题的详细任务，主要做了以下几个方面的工作：依照研究工作的需要，各章节安排以下：第一章综述课题的目的和意义，电动机保护装置的发展历史和现状，微办理3器的发展以及简单介绍了本论文的主要工作。第二章主要介绍了电动机的
13、基本运转原理，电动机各种故障的特点解析以及相应的故障判断方法和保护措施。第三章阐述了电动机保护器的硬件系统设计。以微控制器模块为核心，分别介绍了保护装置的各硬件模块电路设计。第四章以硬件设计为基础，介绍了电动机保护器的软件设计。第五章经过试验检测考据了本论文设计的电动机保护器的测量精度，矫捷度以及保护性能达到了设计要求。第六章对电动机保护器的设计进行总结以及对其未来发展的展望。4第2章电动机保护原理2.1异步电动机的运转原理交流电机分为异步电动机和同步电动机，其中异步电动机，即感觉电机，由于其结构简单、制造方便、运转可靠、价格廉价，是工农业生产交通运输等领域的主要动力设备。本论文以异步电动机为例阐述电动机保护器的设计。异步电动机的基本运转原理是：三相对称绕组通以三相对称电流就会产生圆形旋转磁场，该圆形旋转磁场的转速为同步速，转向取决于通电相序。旋转磁场
