簡易型電動機保護器的設計

1、簡易型電動機保護器的設計江東流周敏杰趙波李萬忠江蘇安科瑞電器制造有限公司 山東安瀾電力科技有限公司收稿日期：2017-08-17received： 2017-08-17介紹了一種以arm為核心的智能電動機保護器，設計了相關信號處理電路、顯示 電路、i/o控制電路及通信電路，編寫了相關電動機故障保護算法軟件。市場應 用表明，該電動機保護器能夠保證電動機的可靠運行。隨著電子技術的不斷發(fā)展，電動機保護器正朝著智能化、數(shù)字化、綜合化的方向 發(fā)展。冃前，市場上常規(guī)的綜合型電動機保護器大都具備了比較齊全的保護功能, 但體積較大、安裝不便且價格十分昂貴，這使得綜合型電動機保護器的推廣受到 很大局限。在采礦場

2、所，受到現(xiàn)場空間限制，且只需要基本的電動機保護功能， 為解決上述問題，研制一種符合國家標準并且高性價比的電動機保護器很有必 要。本文以arm為處理器，開發(fā)了一款經濟實用的簡易型低壓電動機保護器。設計依據(jù)及功能簡易型低壓電動機保護器包括以下功能：1）基木保護功能:斷相、起動超時、反時限過載、接地、三相不平衡、堵轉、阻 塞、短路、過電壓等保護功能，符合gb14048.4、gb14048. 6等標準。2）選配保護功能:可選配外部故障、漏電、定時限過載、欠載、欠電壓等保護功 能，符合 gb14048.4、gb14048. 6 等標準。3）測量和通信功能:可測量三相電流、剩余電流、三相電壓;具有rs48

3、5通信接 口，采用modbus通信協(xié)議，通信符合gbz19582. 1> gbz19582. 2標準。4）di/d0、變送輸出功能:支持2路di、4路d0;支持1路420 m a變送輸出。5）安裝方式:采用導軌安裝或螺釘固定安裝，3種額定電流規(guī)格分別為5a、25a、100 ao硬件方案簡易型電動機保護器釆用低成木設計方案，整個系統(tǒng)由中央處理單元、電源模 塊、信號處理單元、按鍵模塊、顯示模塊、i/o控制模塊、變送輸出模塊、通信 模塊等構成，系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。重點介紹了信號處理單元和控制模塊。圖1系統(tǒng)硬件結構圖 下載原圖1.信號處理單元信號處理單元電路如圖2所示，經過基準電壓信號vrc

4、f將傳感器檢測的信號抬 升，限定在033 v信號內，輸入中央處理單元，實現(xiàn)交流采樣。為保證交流采 樣的精度，采用了分檔處理交流信號的方式，在輸入大信號時，信號經過抬升 并濾波后直接進入cpu進行采樣處理;在輸入小信號時，信號抬升后需經過運算 放大器信放大并濾波后進入cpu進行采樣處理。圖2信號處理單元電路下載原圖2.控制模塊控制模塊由開關量輸入和繼電器輸岀構成。開關量輸入采用保護器內部提供的 15 v電源供電，并采用光耦隔離來增強開關量輸入抗干擾性和滿足保護器工頻 耐壓的要求，開關量輸入用于外部開關狀態(tài)的監(jiān)測。繼電器輸出采用性能穩(wěn)定可 靠、使用壽命長的繼電器。繼電器輸出電路示意圖如圖3所示，為

5、了增強抗干擾 的要求，采用光耦進行隔離，uln2003a可以輸出500 m a電流，可承受50 v電 壓，內部集成的續(xù)流二極管為繼電器線圈斷電瞬間產生的較高感應電壓提供了 續(xù)流回路，繼電器輸出用于故障脫扣、故障報警和遠程起動等信號的輸出。圖3繼電器輸出電路下載原圖軟件方案保護器的主程序流程圖如圖4所示，主要包括a/d采樣、計算顯示、基本保護、 按鍵處理、1/0控制、變送輸岀及通信等程序。主程序采用模塊化設計，具有可 移植性強的特點。主程序經過初始化后，執(zhí)行a/d采樣程序。在a/d采樣程序中對電動機三和電流、 三相電壓、剩余電流進行采樣，采樣周期結束后，根據(jù)采樣得到的電動機三相電 流值、三相電壓

6、值、剩余電流值計算當前電動機的電流值和電壓值，隨后判斷當 前電動機的運行狀態(tài)，當電動機此時為運行狀態(tài)時，執(zhí)行電動機保護子程序。在保護子程序中，根據(jù)采樣計算得到的電流值電壓值判斷電動機是否有故障發(fā) 生，若沒有故障發(fā)生則返回主程序，若有故障發(fā)生時，判斷發(fā)生哪種類型電動 機故障，執(zhí)行相應的故障處理，并將故障類型在保護器界面上顯示。圖4主程序流程下載原圖保護子程序執(zhí)行后，進入顯示值計算子程序，計算三相電流、平均電流、三相電 壓及剩余電流等參數(shù)顯示值。顯示值計算子程序執(zhí)行后，進入按鍵處理子程序， 實現(xiàn)人機交互。按鍵處理子程序執(zhí)行后，進入顯示子程序。在沒有按鍵處理時，顯示電動機當前 平均電流值;在有按鍵處

7、理時，顯示與按鍵功能相對應的參數(shù)值。當電動機發(fā)生 故障時，顯示相應故障碼及故障報警脫扣指示燈。顯示子程序執(zhí)行后，進入i/o控制程序，在電動機發(fā)生故障時，控制繼電器輸 出常閉觸點脫扣斷開，切斷電動機供電，使電動機停車。i/o控制程序執(zhí)行后， 進入變送輸岀子程序，可選擇三相電流、平均電流、三相電壓、頻率中任一參數(shù) 轉換成420 m a模擬信號輸出。變送輸出子程序執(zhí)行結束后，進入通信子程序。首先判斷是否接收到上位機發(fā)送 的命令數(shù)據(jù)，接收到命令數(shù)據(jù)后，根據(jù)標準modbus協(xié)議判斷命令中地址碼是否 為保護器木機地址，若是木機地址，向上位機回送相應的參數(shù)數(shù)據(jù)。應用實例某水泥廠由于水泥生產流程復雜，電動機裝置數(shù)量較多，選用簡易型電動機保 護器來對現(xiàn)場電動機設備進行有效保護，既能使電動機充分發(fā)揮其過載能力， 又能提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和牛產過程的連續(xù)性。水泥廠采用保護器用于電 動機保護控制冋路，取代熱繼電器等作為電動機的過載保護和控制元件，并口 利用通信技術，實現(xiàn)了水泥生產屮電動機設備控制的自動化，使水泥廠大型設 備的電動機得到了有效保護和控制。結束語 隨著電動機保護器的應用，市場對產品的需求在不斷地變化。針對市場對經濟型 電動機保護器的需