基于DSP的智能電機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì)

基于 DSP的智能電機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì) 智能電機(jī)保護(hù)器 前言 由于生產(chǎn)自動(dòng)化及各種自動(dòng)控制、順序控制設(shè)備的出現(xiàn)，要求電機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)、正反傳、間歇以及變負(fù)荷等各種方式。電機(jī)的運(yùn)行要求越來(lái)越高。同時(shí)，由于電機(jī)與配套機(jī)械連在一起，當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)常波及生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，對(duì)電機(jī)實(shí)行有效的保護(hù)是保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)保護(hù)裝置中逐漸使用了電子保護(hù)裝置。在國(guó)外，目前電子保護(hù)裝置已在電力系統(tǒng)和電機(jī)保護(hù)裝置中獲得了廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始推廣 1。電子保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)是：基本上由靜止元件組成。它動(dòng)作速度快，不存在機(jī)械位移和磨損，精度和壽命一般均比有觸點(diǎn)繼電器高，耐沖擊和振動(dòng)，可靠性好。另外，電子電路動(dòng)作功率小，靈敏度高。 數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)具有流線型操作功能和單周期完成乘法的結(jié)構(gòu)，由其組成的系統(tǒng)能實(shí)時(shí)進(jìn)行頻譜分析。高速 14位 A/D轉(zhuǎn)換器 MAX126帶多路開(kāi)關(guān)和采樣保持器，非常適用電機(jī)信號(hào)的采集。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的可靠保護(hù)，提出了以 TMS320LF2407的為核心，對(duì)過(guò)載、輕載、不平衡、斷相、過(guò)壓和欠壓等常見(jiàn)故障具有綜合檢測(cè)保護(hù)功能的智能電機(jī)保護(hù)器。 1 系統(tǒng)基本原理和設(shè)計(jì)思想 電機(jī)運(yùn)行中常常會(huì)出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)。這些不正常的運(yùn)行狀態(tài)包括：過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、短路、輕載、不平衡、斷相、過(guò)壓、欠壓和漏電。電機(jī)保護(hù)是在檢測(cè)三相電壓UA、 UB、 UC，三相電流 IA、 IB、 IC基礎(chǔ)上做出的。 具體過(guò)程如下： (1)設(shè)置各個(gè)參數(shù)，由 PC機(jī)發(fā)出控制信號(hào)； (2)采樣三相電壓、三相電流和漏電流，得到實(shí)時(shí)值； (3)利用 FFT算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，得到三相電壓、電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率以及功率因數(shù)； (4)判斷電機(jī)是否處于不正常的運(yùn)行狀態(tài)； (5)通過(guò) RS-485接口把數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示部分，顯示在 LCD上。 系統(tǒng)的硬件框圖。 CPU選用 TI公司的TMS320LF2407，其豐富的硬件資源在系統(tǒng)中得到了充分的應(yīng)用，加上少量的外圍器件，就構(gòu)成了一個(gè)功能完善、簡(jiǎn)便適用的系統(tǒng)。 2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 TMS320LF2407 TMS320LF2407也稱為 DSP控制器，是TI公司專門針對(duì)電機(jī)、逆變器、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等控制而設(shè)計(jì)的 2-4。TMS320LF2407采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為 3.3V，減小了控制器的功耗； 30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 33ns (30MHZ)，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。 它包括了 7兩個(gè)事件管理器模塊 EVA和EVB，能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反相器控制； PWM的對(duì)稱和非對(duì)稱波形； 3個(gè)捕獲單元； 16通道 A/D轉(zhuǎn)換器。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、多級(jí)電機(jī)和逆變器。 3.2 TMS320LF2407和 MAX126的接口電路 TMS320LF2407芯片內(nèi)部雖然包含雙 10位的 A/D轉(zhuǎn)換模塊，但只能同時(shí)采樣和轉(zhuǎn)換兩個(gè)輸入通道，不滿足電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)采樣多路的要求。 MAX126是 MAXIM公司生產(chǎn)的高速 14位逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換芯片， 4路同步采樣保持器可以對(duì) 4個(gè)通道的信號(hào)同時(shí)采樣。 結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)采樣 7路信號(hào)，所以使用兩片MAX126芯片，且都工作于 A組多