智能三相电机保护器的研制

第１２卷第３期　１　９９９年７月　漳州师范学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ，ｏｆ动ａｎｇ丑ｌ０ｕ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ（Ｎａｔ－Ｓｏｌ－）　ｖｏ１．１２　Ｎ０ｌ　３　Ｊｕｌｙ　１９９９　智能三相电机保护器的研制＠　周小方白炳良　鬲　漳　７／＇１　Ｔ　６ｇ　ｆ／　摘要　本文彳卜绍一种用ＰＩＣ单片机构成的智能三相电机保护器，通过对三相线电流的实时线　性取样，实现缺相、三相不平衡、超裁醇故障判断，并作相应的保护处理．　关键词。单片机，三相电机，电澎取样．超裁保护，不平衡保护，缺相保护．反时限　。　Ｉ引言　镑；～　　：相电棚荦扩恶，　原国家８部委签发的　机械科Ｅ￣９９６１７６８号”文，ＪＲ１５，ＪＲ１６，ＪＲ９，ＺＲ１　ｄ热继电器在１９９７　年１２月３ｌ　Ｅｌ淘汰使用．电机保护控制技术是当前发展迅速的高新技术之一，电机保护是一个　跨行业、量大面广、节能效果极其显著的机电产品，国家已将此类产品列为节能机电产品，并作　为替代热继电器和在基本建设、技术改造、更新设备时的优选产品．热继电器的淘汰为电子式　电机保护技术的推广与使用提供了广阔的前景，况且国内的电机保护控制装置的技术水平及　在品种和数量上远远满足不了国民经济发展的需要．目前国内使用的电子式电机保护器由于　价格高或产品质量低劣而未能普及，因此作者研制出的高性价比的智能三相电机保护器具有　十分广泛的社会意义并将拥有广阔的市场．　２系统硬件及其工作原理　美国Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司推出的ＰＩＣ单片机采用独特的Ｒ／ＳＣ（精简指令集）结构和啥佛流水总　线，具有内置看门狗电路、功耗低、体积小、单字节指令等特点：其指令总线和数据总线是分开　独立的．这意味着ＰＩＣ单片机每一个指令字节比采用ＣＩＳＣ结构的单片机如ＭＣＳ－－５１系列包　含更多的处理信息，况且ＣＩＳＣ结构的单片机指令有一部分为双字节指令；Ｐ【ｃ单片机也不会　象ＭＣＳ－－５１等单片机因总线暴露在外而易受干扰。所以ＰＩＣ具有很强的抗干扰能力．智能三　相电机保护器（以下简称系统）正是以ＰＩＣ单片机为横心研制而成的智能化装置，因此具有很　强的抗干抗能力及很高的性价比，是传统产品的理想替代品．　如图】所示，本系统主要由电源模块、三相线电流取样模块、Ｖ／Ｆ转换模块、校正显示模　块及ＰＩＣ单片机控制模块组成．　２．】电源模块　系统的工作电压为稳定的士６Ｖ，它取自三相电机工作电源的任意二相，经整流滤波后得　到的．考虑到即使三相电源在断相或由于三相电路中可能因故障引起电压较宽范围波动情况　下，提供给系统的士６Ｖ直流电压都应保持十分稳定可靠，才能保证系统的正常工作　所以本模　①本文１９９９—０５一Ｏ８收到　维普资讯 http://www.cqvip.com

４２・　漳州师范学院学报（自然科学版）　１９９９芷　块采用以ＴＬ４　９４为主器件构成的宽输入电压的开关电源来获得稳定可靠的土６ｖ电源　图１系统硬件框图　２．２电流取样模块　因为性能优越的保护器必须具备容量宽、适用范围广的特点，所以实现宽范围的电流线性　取样是本系统的技术关键之一．商品化的电流互感器由于存在磁饱和问题很难实现宽范围的　线性电流取样，因此作者采用自制的电流互感器克服了磁饱和，从而实现了宽范围的电流线性　取样．　２．３　Ｖ／Ｆ转换模块　该模块以廉价可靠的模／数转换器ＬＭ　３３１为主器件将来自电流取样模块的电信号实现电　压／额率转换后送ＰＩＣ单片机控制模块处理．　２．４校正显示模块　该模块用于系统产品化时对三相线电流的实时线性取样进行校正，利用该模块可对系统　进行自检，增加系统的可维护性和＾机交流的直观性．　２．５　ＰＩＣ单片机控制模块　该模块是本系统的核心．主要由一片ＰＩＣ１６Ｃ５４单片机构成，通过对ＰＩＣ１６（２５４编程实现　对整十系统的智能化控制．如控翻三相电流的分时取样，将来自Ｖ／Ｆ的数据进行处理比较后　作出断相、超载、不平衡的逻辑判断并发出相应的控舸信号等等．　３系统软件　系统调试时，首先必须检测ＰＩＣ１６Ｃ５４各１／Ｏ口、内部ＲＡＭ、三相线电流的取样通道是否　正常等等，所以软件结构中应包含自检程序．系统处于自检状态时，除了对Ｉ／Ｏ口、内部　ＲＡＭ、电流通道的检测外，还应对三相线电流取样电路进行实时校正．系统软件如图２所示．４　系统的主要技术参数　Ａ．安装方式：主回路为穿孔式，不存在接触发热，减少故障机会，现场安装方便．　Ｂ．平衡故障保护：平衡故障表现为电机堵转、扫堂、过负旖等，本系统电流整定采用ＢＣＤ　数码开关由用户设定，其反时限动作特性可满足各种电机的保护．　Ｃ．不平衡故障保护　不平衡表现为缺相、三相不平衡等，不平衡故障响应时间小于２秒．　Ｄ．启动保护特性：在电机启动时间内屏蔽电流整定通道，但缺相启动则不屏蔽，启动时问　的设定采用ＢＣＤ数码开关由用户设定．　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　周小方等：智能三相电机保护器的研制　图２程序观程图　Ｅ．控制电霭ｆ：外接工作电源１３０－－４２０ＶＡＣ，缺相情况下不影响本系统工作且控制电源功　耗极小．　Ｆ．触点配置：设置两组独立触点，其中一组具有反时限动作特性，可用于故障保护，另一　组为立即动作特性，可用于故障预警．　５结果讨论　本系统经反复测试和实际使用证明其工作稳定可靠、实用性强、性价比高、抗干扰能力强、　适用范围宽，是一品质优良的通用型智能电机保护器－　参考文献　１李东星、障小牧、周立功．ＰＩＣＩ￣ＣＳＸ系列单片机应用设计．北京　电子工业出版社，１９９６・　２周小方．一种宽输入范围的开关稳压电源．漳卅『师院学报，１９９７年２期．　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｎ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ　ｆｏｒ　Ｔｈｒｅｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｍｏｔｏｒ　２１￣ｏｕ　Ｘｉａｏｆａｎｇ　Ｂａｉ　Ｂｉｎｇｌｉａｎｇ　（Ｄｅｐｔ．Ｏｆ　Ｐｈｙｓ　Ｚｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　ｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈａｎｇｚｈｏｕ　３Ｓ３０００）　Ａｂｓｌｒａ　ｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｎｏｔｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａｎ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ　ｆｏｒ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ　ｍｏｔｏｒ・Ｔｈｅ　ｄｅ—　ｖｉｃｅ　ｃａｎ　ＪＩｌｄｇｅ　ｔｈｅ　ｅｒｒ￣＇ｓ　ｏｆ　ｌｏｓｉｎｇ　ｐｈａｓｅ，ｎｏｎ—ｂａｌａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ，ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｂｙ　ｍｅｓｓｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅ　ｃｕｒｒｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ・ａｎｄ　ｃａｎ　ｄｅａ｜ｗｉｔｈ　ｔｈｅｓｅ　ｅｒｒｏｒｓ・　Ｋｅｙ　ＷＯｒｄｓ　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，Ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ　ｍｏｔｏｒ，Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｖｅｒｌｏａｄ．Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　０ｆ　ｎｏｎ－ｂａｌ￣ｃｅ，ＰｒｏｔｅＣｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌ￣ｉａｇ　ｐｈａｓｅ’Ａｎｔｉ—ｔｉｍｅ　ｌ￣ｎｉｔ・