基于DSP的智能電機保護器設(shè)計

基于 DSP的智能電機保護器設(shè)計 智能電機保護器 前言 由于生產(chǎn)自動化及各種自動控制、順序控制設(shè)備的出現(xiàn)，要求電機經(jīng)常運行在頻繁的起動、制動、正反傳、間歇以及變負荷等各種方式。電機的運行要求越來越高。同時，由于電機與配套機械連在一起，當電機發(fā)生故障時，經(jīng)常波及生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，對電機實行有效的保護是保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常工作的一項重要任務(wù)。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電機保護裝置中逐漸使用了電子保護裝置。在國外，目前電子保護裝置已在電力系統(tǒng)和電機保護裝置中獲得了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)也開始推廣 1。電子保護裝置的優(yōu)點是：基本上由靜止元件組成。它動作速度快，不存在機械位移和磨損，精度和壽命一般均比有觸點繼電器高，耐沖擊和振動，可靠性好。另外，電子電路動作功率小，靈敏度高。 數(shù)字信號處理器 (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)能實時進行頻譜分析。高速 14位 A/D轉(zhuǎn)換器 MAX126帶多路開關(guān)和采樣保持器，非常適用電機信號的采集。為了實現(xiàn)對電機的可靠保護，提出了以 TMS320LF2407的為核心，對過載、輕載、不平衡、斷相、過壓和欠壓等常見故障具有綜合檢測保護功能的智能電機保護器。 1 系統(tǒng)基本原理和設(shè)計思想 電機運行中常常會出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)。這些不正常的運行狀態(tài)包括：過載、堵轉(zhuǎn)、短路、輕載、不平衡、斷相、過壓、欠壓和漏電。電機保護是在檢測三相電壓UA、 UB、 UC，三相電流 IA、 IB、 IC基礎(chǔ)上做出的。 具體過程如下： (1)設(shè)置各個參數(shù)，由 PC機發(fā)出控制信號； (2)采樣三相電壓、三相電流和漏電流，得到實時值； (3)利用 FFT算法對數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到三相電壓、電流的有效值、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)； (4)判斷電機是否處于不正常的運行狀態(tài)； (5)通過 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)成了一個功能完善、簡便適用的系統(tǒng)。 2系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 TMS320LF2407 TMS320LF2407也稱為 DSP控制器，是TI公司專門針對電機、逆變器、機器人、數(shù)控機床等控制而設(shè)計的 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時控制能力。 它包括了 7兩個事件管理器模塊 EVA和EVB，能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反相器控制； PWM的對稱和非對稱波形； 3個捕獲單元； 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、無刷直流電機、開關(guān)磁阻電機、步進電機、多級電機和逆變器。 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，但只能同時采樣和轉(zhuǎn)換兩個輸入通道，不滿足電機監(jiān)控系統(tǒng)同時采樣多路的要求。 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 4個通道的信號同時采樣。 結(jié)束語 本系統(tǒng)采樣 7路信號，所以使用兩片MAX126芯片，且都工作于 A組多