電子式過(guò)載保護(hù)繼電器

..目錄1緒論11.1電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的發(fā)展概況11.2本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容22電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理32.1電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理32.2過(guò)載故障的保護(hù)原理32.3起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)故障的保護(hù)原理62.4不平衡故障和斷相故障的保護(hù)原理62.5電壓故障的保護(hù)原理93電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件設(shè)計(jì)103.1電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件總體結(jié)構(gòu)103.2電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件電路設(shè)計(jì)114電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的軟件設(shè)計(jì)164.1采樣數(shù)據(jù)的處理方法164.2保護(hù)程序的設(shè)計(jì)175結(jié)論22參考文獻(xiàn)24致謝251緒論電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的發(fā)展概況二十一世紀(jì)以來(lái),微處理器技術(shù)、通信技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,促進(jìn)了智能化低壓電器產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)。低壓電器是機(jī)械工業(yè)的重要基礎(chǔ)元件,其品種繁多、量大面廣,幾乎應(yīng)用到所有用電領(lǐng)域,是國(guó)家安全用電的重要保證,是低壓配電系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)電能的需求和依賴不斷增大,承擔(dān)電能的傳輸與分配、用電設(shè)備保護(hù)與控制任務(wù)的低壓電器就顯得更為重要。世界各國(guó)十分重視低壓電器的發(fā)展,每年投入大量的資金進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的高度綜合化,二十一世紀(jì)科學(xué)技術(shù)將進(jìn)一步趨向整體化、交叉化及綜合化,這為低壓電器的發(fā)展提供了新思路；另一方面電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)及通信系統(tǒng)等自動(dòng)化程度的大幅度提高,對(duì)于擔(dān)負(fù)檢測(cè)、變換、控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)作用的低壓電器提出了更高的要求。因此,新技術(shù)突飛猛進(jìn)、工業(yè)用電系統(tǒng)復(fù)雜性不斷提高,促使低壓電器向電子化、智能化、組合化、模塊化、高性能和小型化方向發(fā)展。微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)、電力電子技術(shù)、人工智能技術(shù)、可靠性技術(shù)以及新材料、新工藝的發(fā)展和應(yīng)用,給傳統(tǒng)的低壓電器帶來(lái)了新的活力,使越來(lái)越多的新型電器以機(jī)電一體化的面貌出現(xiàn),為智能化低壓電器的開(kāi)發(fā)提供了良好的條件。低壓電器的智能化技術(shù)就是將上述有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)與低壓電器相結(jié)合,一方面使其具有智能化功能,即能夠根據(jù)運(yùn)行狀態(tài),通過(guò)感知、推理、學(xué)習(xí)、決策手段自動(dòng)地選擇最佳模式進(jìn)行控制與保護(hù)；另一方面使其能與中央控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向通信,提高配電控制系統(tǒng)的信息化、自動(dòng)化程度[1]。隨著智能化低壓電器的發(fā)展,一個(gè)系統(tǒng)中使用的低壓電器元件越來(lái)越多,只要一個(gè)電器元件出現(xiàn)故障,就可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障,從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,低壓電器的可靠性分析己成為了國(guó)內(nèi)外電器企業(yè)及研究部門(mén)的一項(xiàng)重要工作。過(guò)載保護(hù)繼電器屬于保護(hù)類(lèi)電器,一般與接觸器相配合,主要用于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。其工作特點(diǎn)是：當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí),過(guò)載保護(hù)繼電器能及時(shí)、可靠的動(dòng)作,達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的；當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),過(guò)載保護(hù)繼電器不動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置采用熱繼電器已有很長(zhǎng)的歷史。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的熱繼電器產(chǎn)品主要有JR9,JR10,JR15,JR16等。還有引進(jìn)生產(chǎn)的T系列和3UA系列熱繼電器產(chǎn)品等,其價(jià)格遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)的同規(guī)格產(chǎn)品。熱繼電器采用雙金屬片受熱彎曲而動(dòng)作的原理,受環(huán)境溫度的影響很大,而且反復(fù)加熱與冷卻使雙金屬片彎曲變形逐漸加大,從而使熱繼電器的準(zhǔn)確性、靈敏性和可靠性受到影響。隨著自動(dòng)化程度的不斷提高,使用電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合越來(lái)越多,對(duì)電動(dòng)機(jī)的可靠保護(hù)越來(lái)越被人們所重視。在某些場(chǎng)合,以雙金屬片為核心的傳統(tǒng)的熱繼電器已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)過(guò)載保護(hù)繼電器在精度、速度和通信等方面的要求。許多用戶都在盼望著能有一種性能好、可靠性高的過(guò)載保護(hù)繼電器來(lái)取代雙金屬片式熱過(guò)載保護(hù)繼電器,對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行可靠保護(hù)。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,電子式過(guò)載保護(hù)繼電器應(yīng)運(yùn)而生。本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容研究電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理。本文對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、短路、堵轉(zhuǎn)、不平衡、斷相、過(guò)壓、欠壓、失壓等各種故障狀態(tài)進(jìn)行分析,采用電流幅值、電流負(fù)序分量、電流零序分量和電壓幅值的不同排列組合作為電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱物理過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,獲得與實(shí)際溫升過(guò)程更為吻合的累加定子電流的過(guò)載反時(shí)限保護(hù)特性方程,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力的充分利用;針對(duì)常見(jiàn)的不同類(lèi)型的斷相故障,分別進(jìn)行分析并建立不同類(lèi)型的斷相故障保護(hù)特性方程：對(duì)于其他不同故障所表現(xiàn)出的不同狀態(tài),建立各種故障相應(yīng)的保護(hù)特性方程。設(shè)計(jì)智能化電子式過(guò)載保護(hù)繼電器硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)以PIC16F877單片微型計(jì)算機(jī)為核心的智能化電子式過(guò)載保護(hù)繼電器,根據(jù)電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理,采用PIC匯編語(yǔ)言編寫(xiě)保護(hù)程序,利用PIC16F877單片微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力、記憶能力和分析能力,電子式過(guò)載保護(hù)繼電器能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)選擇最佳的保護(hù)模式進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的控制與保護(hù)。2電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理2.1電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理故障信息及故障特征的提取和處理是電子式過(guò)載保護(hù)繼電器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的關(guān)鍵所在。由于三相異步電動(dòng)機(jī)在三相對(duì)稱(chēng)狀態(tài)下的過(guò)流與在不對(duì)稱(chēng)狀態(tài)下的過(guò)流<存在反向旋轉(zhuǎn)的負(fù)序磁場(chǎng)>燒損電動(dòng)機(jī)存在不同的機(jī)理,從而造成不同程度的危害,因此傳統(tǒng)的以電流幅值作為故障判據(jù)的保護(hù)方式在原理上存在一定的缺陷,它只能反應(yīng)對(duì)稱(chēng)故障,對(duì)斷相、接地、不平衡運(yùn)行等不對(duì)稱(chēng)故障不能及時(shí)有效地進(jìn)行保護(hù)。因此,在研究電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的智能化技術(shù)的過(guò)程中,利用以單片機(jī)為核心的電子保護(hù)電路,采用的保護(hù)原理是基于對(duì)稱(chēng)分量法,以三相異步電動(dòng)機(jī)的電流幅值、電流負(fù)序分量、電流零序分量以及電壓幅值的不同排列組合作為電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理,除實(shí)現(xiàn)過(guò)載故障保護(hù)外,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)三相短路、起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、堵轉(zhuǎn)、不平衡運(yùn)行、斷相、接地和電壓故障等故障保護(hù)[2]。本章將分別討論上述各種故障的保護(hù)原理。三相異步電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)故障的主要特征是三相電流基本對(duì)稱(chēng)但同時(shí)出現(xiàn)過(guò)電流,因此可通過(guò)檢測(cè)電流幅值進(jìn)行故障判斷。根據(jù)對(duì)稱(chēng)分量法分析,負(fù)序分量和零序分量在三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)沒(méi)有或很小,一旦出現(xiàn)必然表示發(fā)生了不對(duì)稱(chēng)故障。不對(duì)稱(chēng)故障可分為非接地性不對(duì)稱(chēng)故障和接地性不對(duì)稱(chēng)故障[3]。非接地性不對(duì)稱(chēng)故障會(huì)引起三相電流不對(duì)稱(chēng),此時(shí)定子電流可分解為正序分量和負(fù)序分量<零序分量為零>,因此采用負(fù)序電流分量及各線電流的情況作為此類(lèi)故障的判據(jù)；接地性不對(duì)稱(chēng)故障會(huì)引發(fā)電流零序分量的出現(xiàn),因此接地性不對(duì)稱(chēng)故障可用零序電流分量反映。2.2過(guò)載故障的保護(hù)原理過(guò)載保護(hù)是指電流超過(guò)電氣設(shè)備限定范圍,而有一定燒毀危險(xiǎn)時(shí),保護(hù)裝置能在一定時(shí)間內(nèi)切斷線路,保護(hù)設(shè)備不受損壞。過(guò)載保護(hù)是最基本和最有效的事前保護(hù)。電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流大小與允許過(guò)電流時(shí)間之間的關(guān)系稱(chēng)為過(guò)載特性。電動(dòng)機(jī)的過(guò)載與輸電線路或其它設(shè)備的過(guò)載不同,電動(dòng)機(jī)過(guò)載將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱,但其低倍過(guò)載又允許定時(shí)限,所以電動(dòng)機(jī)的過(guò)載特性應(yīng)具有反時(shí)限特性[4]。另外,在電動(dòng)機(jī)多次重復(fù)短時(shí)間過(guò)載,而每次過(guò)載時(shí)間均小于容許時(shí)間時(shí),保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作,但由于電動(dòng)機(jī)自身的熱積累可能使電動(dòng)機(jī)燒毀,因此電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)還應(yīng)具有模擬和記憶電動(dòng)機(jī)熱積累的功能,當(dāng)熱量積累到使電動(dòng)機(jī)繞組的實(shí)際溫度達(dá)到會(huì)顯著降低絕緣壽命的程度時(shí),要求保護(hù)電器給予保護(hù)。怎樣充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力,同時(shí)又可避免過(guò)熱使絕緣破壞而損壞電動(dòng)機(jī),最困難的就在于如何處理電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的熱積累問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱理論研究表明,電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行的容許負(fù)荷,主要取決于定子繞組的溫升,即定子電流的大小作為電動(dòng)機(jī)過(guò)載的主要依據(jù)。電動(dòng)機(jī)溫度會(huì)由最初的溫度<與周?chē)諝鉁囟认嗤?gt;開(kāi)始上升,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定溫度。合理模擬電動(dòng)機(jī)的溫度變化過(guò)程,才可以保護(hù)電動(dòng)機(jī)既不能過(guò)熱,又能充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。因此,對(duì)于過(guò)載故障,我們利用異步電動(dòng)機(jī)發(fā)熱物理過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)求解熱微分方程,獲得累加定子電流的熱過(guò)載保護(hù)動(dòng)作方程,從而實(shí)現(xiàn)過(guò)載故障的有效保護(hù)。根據(jù)能量守恒定律,電動(dòng)機(jī)定子繞組損耗和轉(zhuǎn)子繞組損耗產(chǎn)生的熱量應(yīng)當(dāng)?shù)扔诒浑妱?dòng)機(jī)吸收從而使電動(dòng)機(jī)溫度升高的熱量與電動(dòng)機(jī)向周?chē)橘|(zhì)散發(fā)的熱量之和。在考慮發(fā)熱的同時(shí),也考慮了熱量向周?chē)橘|(zhì)的散失,因此真實(shí)地反映了電動(dòng)機(jī)在過(guò)載狀態(tài)下實(shí)際的溫度變化過(guò)程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度變化時(shí),定子繞組的電阻和轉(zhuǎn)子繞組的電阻也隨溫度而變化。根據(jù)焦耳定律,當(dāng)每相繞組流過(guò)電流1℃時(shí),當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度增加時(shí),導(dǎo)體自身的比熱容需要吸收熱量,并且隨溫度的變化而變化。單位時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)向周?chē)諝馍l(fā)的熱量與下列因素有關(guān)：電動(dòng)機(jī)與周?chē)諝鉁囟戎?即電動(dòng)機(jī)的溫升：溫升越高,散到周?chē)諝庵械臒崃吭蕉啵浑妱?dòng)機(jī)的散熱面積越大,散到周?chē)諝庵械臒崃吭蕉?。在不?duì)稱(chēng)情況下,電流中會(huì)含有負(fù)序分量,幅值相同的正序電流和負(fù)序電流在電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的熱量并不相同。對(duì)定子繞組而言,正序電流和負(fù)序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為正、反同步轉(zhuǎn)速,定子繞組的正序電阻與負(fù)序電阻阻值相同,定子發(fā)熱損耗與其電阻成正比,故數(shù)值相同的正序電流和負(fù)序電流產(chǎn)生的定子發(fā)熱損耗相同。而對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組而言,轉(zhuǎn)子對(duì)正序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為s,額定轉(zhuǎn)速時(shí),s≈0,感生電流頻率很低,而轉(zhuǎn)子對(duì)負(fù)序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為2－s,所以電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí),<2－s>≈2,轉(zhuǎn)子感生電流的頻率近似為100Hz,對(duì)鼠籠型電動(dòng)機(jī)而言,轉(zhuǎn)子對(duì)負(fù)序電流和正序電流所表現(xiàn)出的電阻之比可達(dá)1.25～6倍,所以數(shù)值相同的負(fù)序電流產(chǎn)生的損耗接近于正序電流損耗的倍數(shù)。因此在設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)發(fā)熱模型時(shí),應(yīng)充分考慮負(fù)序電流的熱效應(yīng)。為了方便反映定子繞組的正序電流和負(fù)序電流的不同發(fā)熱效應(yīng),英國(guó)GEC公司提出了反映發(fā)熱效應(yīng)的"等效電流"。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在額定工況時(shí),繞組的溫度處于平衡狀態(tài),繞組電阻產(chǎn)生的熱量全部散失在周?chē)橘|(zhì)中。模擬的溫度變化曲線是一條類(lèi)似指數(shù)變化的上升曲線,與實(shí)際溫度變化過(guò)程相吻合。顯然該曲線若用集成電路型等模擬式保護(hù)很難實(shí)現(xiàn),而用微機(jī)數(shù)字式保護(hù)較易實(shí)施。通常情況下,電動(dòng)機(jī)的壽命取決于繞組絕緣材料的壽命,而絕緣材料的壽命取決于所受的最高溫度及其作用時(shí)間。根據(jù)GB755-81《電機(jī)基本技術(shù)要求》,表2-1列出了各種絕緣等級(jí)材料長(zhǎng)期使用的極限溫度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限溫度是在環(huán)境溫度為40℃表2-1各種絕緣等級(jí)材料的極限溫度絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)A級(jí)E級(jí)B級(jí)F級(jí)H級(jí)極限溫度〔℃105120130155180電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載及額定頻率下運(yùn)轉(zhuǎn),繞組溫度不會(huì)達(dá)到表2-1中規(guī)定的數(shù)值。絕緣材料在規(guī)定的極限溫度下工作能夠獲得合理的使用壽命。若絕緣材料的工作溫度超過(guò)極限溫度,一般認(rèn)為,溫度每上升7～10℃,絕緣材料的壽命將減少一半。過(guò)載故障保護(hù)的核心部分是累加值A(chǔ)k+1的計(jì)算,遞推基值為A0,為A0環(huán)境溫度θ0下電動(dòng)機(jī)所具有的熱常數(shù),的取值并不影響Ak+1的最終結(jié)果,但會(huì)因變化過(guò)程不同而可能影響保護(hù)性能,故不宜隨便更改。在Ak+1每個(gè)時(shí)間內(nèi)計(jì)算1次。累加值不會(huì)無(wú)限增大,當(dāng)時(shí),保護(hù)動(dòng)作跳閘,并且置位保護(hù)動(dòng)作標(biāo)志和起動(dòng)閉鎖；累加Ak+1值不會(huì)無(wú)限減小,當(dāng)Ak+1=A0時(shí),即當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度下降到與周?chē)h(huán)境溫度相同時(shí),將穩(wěn)定在A0上,此時(shí)清除起動(dòng)閉鎖,合閘后可重新起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。由以上分析可知,過(guò)載故障保護(hù)采用的是反時(shí)限保護(hù)原理,即實(shí)現(xiàn)了在不同過(guò)電流情況下的不同的時(shí)間延時(shí),因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的溫度變化是一個(gè)持續(xù)過(guò)程,脈沖干擾不會(huì)再使保護(hù)器出現(xiàn)誤動(dòng)作,從而可提高保護(hù)器的抗干擾能力。2.3起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)故障的保護(hù)原理電動(dòng)機(jī)作為一種單獨(dú)的電器元件,有其特殊的運(yùn)行情況,即存在起動(dòng)問(wèn)題。準(zhǔn)確而可靠地對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行判斷,直接關(guān)系到電動(dòng)機(jī)保護(hù)的性能。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬同,轉(zhuǎn)于轉(zhuǎn)速n=0,轉(zhuǎn)差率s=1,因向電動(dòng)機(jī)的等效阻抗很小,此時(shí)起動(dòng)電流很大,一般電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流可達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的4～7倍。但隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大,電流逐步減小,在額定負(fù)荷下,轉(zhuǎn)差率、很小<一般約為0.01～0.05>,從而限制了定子和轉(zhuǎn)子的電流。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)會(huì)從停運(yùn)狀態(tài)的小電流突增到起動(dòng)時(shí)的大電流,然后再下降至穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的工作電流[5],因此利用微機(jī)的記憶功能,根據(jù)電動(dòng)機(jī)電流的初始狀態(tài),可判斷電動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)過(guò)程還是正常運(yùn)行過(guò)程。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中若發(fā)生短路故障,短路電流將大于起動(dòng)電流,速斷保護(hù)動(dòng)作,從而使電動(dòng)機(jī)得到保護(hù)。當(dāng)檢測(cè)到線電流從0A增加到0.起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)故障的保護(hù)特性方程為：<2-1>式中：—起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)故障保護(hù)的整定電流A—起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)故障保護(hù)的整定時(shí)間s2.4不平衡故障和斷相故障的保護(hù)原理三相異步電動(dòng)機(jī)燒壞以不平衡故障率最高,占整個(gè)電動(dòng)機(jī)燒壞故障的70%以上。根據(jù)對(duì)稱(chēng)分量法,當(dāng)不平衡故障發(fā)生時(shí),將使三相電流和三相電壓的大小、相位不再對(duì)稱(chēng),電流、電壓中會(huì)出現(xiàn)負(fù)序分量,不會(huì)出現(xiàn)零序分量。三相異步電動(dòng)機(jī)的正序等效電路和負(fù)序等效電路如圖2-1所示。<a>正序等效電路<b>負(fù)序等效電路圖2-1正序等效電路和負(fù)序等效電路圖中：—每相定子電壓正序分量,單位為V—每相定子電壓負(fù)序分量,單位為V電動(dòng)機(jī)正序阻抗和負(fù)序阻抗與轉(zhuǎn)差率有關(guān),忽略勵(lì)磁阻抗,正序阻抗為<2-2>負(fù)序阻抗為<2-3>正序電流為<2-4>負(fù)序電流為<2-5>三相異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在兩個(gè)主要力矩：一個(gè)是使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁力矩,由電動(dòng)機(jī)定子繞組中流過(guò)的電流產(chǎn)生；另一個(gè)是阻礙電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力力矩,由電動(dòng)機(jī)所帶的機(jī)械負(fù)荷產(chǎn)生。當(dāng)三相電動(dòng)機(jī)發(fā)生不平衡故障時(shí),轉(zhuǎn)子上將作用兩個(gè)電磁力矩：一個(gè)是在正序電壓、正序電流作用下產(chǎn)生的正序電磁力矩,使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),另外一個(gè)是在負(fù)序電壓、負(fù)序電流作用下產(chǎn)生的負(fù)序電磁力矩,起制動(dòng)作用。正序電磁力矩和負(fù)序電磁力矩可分別表示為：<2-6><2-7>式中：p—極對(duì)數(shù)—角速度合成電磁力矩可表示為<2-8>從式<2-9>可以看出,當(dāng)不平衡故障發(fā)生時(shí),減小,為了克服,電動(dòng)機(jī)吸收的功率將變?yōu)閾p耗,從而使電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱,嚴(yán)重程度不隨平衡度的增加而增加。因此設(shè)置不平衡故障的保護(hù)特性方程為：當(dāng)且時(shí),〔2-9式中：—三個(gè)線電流中的最大值A(chǔ)—三個(gè)線電流中的平均值A(chǔ)—不平衡度的整定值—不平衡故障保護(hù)的整定時(shí)間,單位為s在不平衡故障中,斷相故障是危害性最大的故障。因此斷相故障的保護(hù)特別重要。常見(jiàn)的斷相故障有：<1>供電電源線一線斷開(kāi)：供電電源線一線直接斷開(kāi)是電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行中最為常見(jiàn)的故障；<2>一相定子繞組斷開(kāi)：電動(dòng)機(jī)繞組接法有Y型和△型兩種,其定子繞組為一相斷相的表現(xiàn)有所不同。無(wú)論何種斷相故障形式,斷相運(yùn)行時(shí),由于負(fù)序轉(zhuǎn)矩的存在,合成轉(zhuǎn)矩都會(huì)減小,從而使銅耗增加,電流增大,例如Y型連接的電動(dòng)機(jī)在供電電源一線斷開(kāi)或電源一線繞組斷相的情況下,斷相后電流約增大到斷相前電流的萬(wàn)倍以上,三角型連接的電動(dòng)機(jī)在供電電源一線斷開(kāi)的情況下,斷相后電流約增大到斷相前電流的2倍以上。電流的增大將使電動(dòng)機(jī)溫升加劇,嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。因此必須建立有效的斷相保護(hù)特性方程,以保證斷相時(shí)及時(shí)切斷電源[6]。2.5電壓故障的保護(hù)原理電壓故障包括過(guò)壓故障與欠壓故障、失壓故障。過(guò)壓故障有兩種：系統(tǒng)的操作與某些不正常運(yùn)行狀態(tài)使電動(dòng)機(jī)發(fā)生電磁能量的轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的內(nèi)部過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓。無(wú)論何種過(guò)壓,電壓的增加都將造成電動(dòng)機(jī)的電流增大,從而破壞絕緣而損壞電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比,即與外加電壓的平方成正比。當(dāng)電動(dòng)機(jī)端電壓降低時(shí),若電動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)過(guò)程,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)成平方倍數(shù)的減少,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng),使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間承受相當(dāng)大的起動(dòng)電流作用,從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)絕緣過(guò)熱甚至損壞；若電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的下降會(huì)使電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力降低,機(jī)械特性變軟,運(yùn)行的穩(wěn)定性變差,若負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)將被迫停車(chē),鐵心損耗的減少小于銅耗的增加,從而也會(huì)使電流增大而燒壞電動(dòng)機(jī)。因此,有必要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的電壓故障保護(hù)。電動(dòng)機(jī)的過(guò)壓、欠壓保護(hù)是通過(guò)電壓幅值來(lái)進(jìn)行判斷的。在阻力轉(zhuǎn)矩一定的情況下,當(dāng)電壓降低到足以引起電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的電壓U時(shí),欠壓保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)并將電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)；若電壓下降得過(guò)低時(shí),欠壓保護(hù)應(yīng)能迅速切斷電動(dòng)機(jī)。為了保證不因短時(shí)出現(xiàn)低電壓而停轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)一般具有一定的轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)一般為1.8～2.2,由此可確定欠壓保護(hù)的動(dòng)作相電壓。由于采樣電壓為線電壓,根據(jù)不同連接型式電動(dòng)機(jī)的線電壓與相電壓的關(guān)系,可以獲得額定線電壓值,電動(dòng)機(jī)欠壓保護(hù)的動(dòng)作線電壓一般取0.5倍額定線電壓值。過(guò)壓、欠壓保護(hù)采用定時(shí)限保護(hù),欠壓保護(hù)采用速斷保護(hù),故障保護(hù)特性方程分別為：過(guò)壓保護(hù)特性方程：<2-10>欠壓保護(hù)特性方程：<2-11>失壓保護(hù)特性方程：<2-12>式中：—過(guò)壓保護(hù)的整定電壓,單位為V,一般取1.2UN—過(guò)壓保護(hù)的整定時(shí)間,單位為s—失壓保護(hù)的整定電壓,單位為V,一般取0.35UN—欠壓保護(hù)的整定時(shí)間,單位為s3電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件設(shè)計(jì)以微處理器為核心的電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。硬件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)電子式過(guò)載保護(hù)繼電器預(yù)定功能的基礎(chǔ),是電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的"肢體"；軟件設(shè)計(jì)是完成電子式過(guò)載保護(hù)繼電器設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)鍵,是電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的"靈魂"。結(jié)合前章所述的保護(hù)原理,本章將設(shè)計(jì)電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件部分,實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)故障的有效保護(hù)。3.1電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件總體結(jié)構(gòu)電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)采集變換單元、信號(hào)預(yù)處理單元、單片機(jī)系統(tǒng)單元、鍵盤(pán)顯示單元、輸出控制單元等[7]。電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)系統(tǒng)以一定的時(shí)間間隔通過(guò)電流互感器和電壓互感器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電流和電壓采樣,采樣信號(hào)經(jīng)處理后,送入單片機(jī)端口,經(jīng)片內(nèi)A/D變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),由單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算、分析和判斷后,再輸出相應(yīng)的信號(hào)顯示在顯示器上,并通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制與保護(hù)。3.2電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)是硬件電路的核心部件,在設(shè)計(jì)時(shí)選用了低功耗、高性能、性價(jià)比較高的PiC16F877單片機(jī)。此單片機(jī)由美國(guó)Microchip公司推出,采用RISC結(jié)構(gòu),具有高驅(qū)動(dòng)能力I/O端口<可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管LED顯示>,片內(nèi)含4K字節(jié)程序存儲(chǔ)器FLASH3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,8通道10位高速A/D變換器；另外PIC16F8T7單片機(jī)還具有片內(nèi)WDT和掉電保護(hù)功能,因而PIC16F877單片機(jī)具有很好的抗干擾能力,非常適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。單片機(jī)的復(fù)位電路是易受噪聲干擾的敏感部位,當(dāng)復(fù)位端口串入干擾時(shí),一般不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤復(fù)位,但會(huì)引起CPU內(nèi)部的某些寄存器和接口電路的狀態(tài)發(fā)生變化,造成系統(tǒng)工作失常。復(fù)位電路具有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種形式。復(fù)位電路中的二極管能在電源掉電時(shí)使電容迅速放電,待電源恢復(fù)正常時(shí)實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位,避免了由于電源瞬時(shí)掉電而電容不能迅速放電而引起單片機(jī)不能可靠復(fù)位,導(dǎo)致程序運(yùn)行失控,造成"程序亂飛"和"死循環(huán)"[8]。在控制系統(tǒng)中,時(shí)鐘電路非常關(guān)鍵。外時(shí)鐘是高頻噪聲源,除能引起對(duì)系統(tǒng)的干擾,還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾,因此選用時(shí)鐘頻率低的單片機(jī)可以降低系統(tǒng)噪聲,在本設(shè)計(jì)中,選擇的外時(shí)鐘頻率為4MHz,PIC16F877單片機(jī)的最短指令周期可達(dá)到1us,可以滿足系統(tǒng)的要求,此外,設(shè)計(jì)了雙余度時(shí)鐘來(lái)提高系統(tǒng)時(shí)鐘電路的可靠性。74LS123芯片為雙單穩(wěn)觸發(fā)器,在此作為故障診斷電路。74LS123芯片的兩個(gè)輸出端1Q,2Q的脈沖波由1B端和2B端輸入時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)。1Q和2Q獲得的脈沖寬度分別由時(shí)間常數(shù)和。決定。如果正確地選擇時(shí)間常數(shù),使脈寬T,稍大于時(shí)鐘周期T,那么將可得到一個(gè)恒定的高電平輸出。在本設(shè)計(jì)中,振蕩脈沖周期T約為250ns,選擇電阻,電容,約為300ns,大于T,滿足需要。當(dāng)113,2B端輸入4MHz的振蕩脈沖時(shí),1Q端、2Q端輸出高電平；1B,2B端無(wú)振蕩信號(hào)輸入時(shí),1Q端、2Q端輸出低電平：113,2B端輸入不規(guī)則信號(hào)時(shí),1Q,2Q端輸出的信號(hào)亦不規(guī)則,并會(huì)有下降沿和低電平出現(xiàn)。根據(jù)這些信息可對(duì)時(shí)鐘電路的控制邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)。74LS74芯片是雙D觸發(fā)器,在本設(shè)計(jì)中,只用到其中的1個(gè)D觸發(fā)器。74LS125芯片是四總線緩沖器,在此作為開(kāi)關(guān)使用。當(dāng)選通端為低電平時(shí),輸出與輸入相同；當(dāng)選通端為高電平時(shí),輸出為高阻態(tài)。當(dāng)時(shí)鐘1和時(shí)鐘2均正常工作時(shí),74LS123的IQ端和2Q端均輸出高電平,即74LS74芯片的CLR1端和PRl端均為高電平,此時(shí)74LS74芯片的和的電平保持初始的電平狀態(tài),從而選定晶振1或晶振2接至單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端XTALl和XTAL2；當(dāng)晶振1出現(xiàn)故障時(shí),74LS123芯片的端輸出低電平,從而使74LS74芯片的端輸出高電平,輸出的低電平,從而選通74LS125芯片的3和4緩沖器,將晶振2接至單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端XTALl和XTAL2；同理,當(dāng)晶振2出現(xiàn)故障時(shí),74LS123芯片的2Q端輸出低電平,從而使74LS74芯片的端輸出低電平,輸出高電平,從而選通74LS125芯片的1和2緩沖器,將晶振1接至單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端XTAL1和XTAL2。由以上分析可知,兩個(gè)時(shí)鐘互為備份,即一個(gè)工作,另一個(gè)則作為工作時(shí)鐘的備份時(shí)鐘。因此,雙余度時(shí)鐘能容忍一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生故障,從而可提高系統(tǒng)的可靠性。信號(hào)預(yù)處理電路包括三路電流信號(hào)預(yù)處理電路和三路電壓信號(hào)預(yù)處理電路,共用一個(gè)調(diào)壓電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)前章所述的電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理,涉及計(jì)算線電流各分量時(shí)同時(shí)采集三相線電流的問(wèn)題。由于采集三相線電流的采樣通道只有三個(gè),而且PIC16F877單片機(jī)的命令執(zhí)行速度比較快,依次分時(shí)選通進(jìn)行采樣所需總時(shí)間較少,因此采樣保持器LF398基本能滿足電流同時(shí)采樣的要求,LF398的捕捉時(shí)間約為6us。設(shè)計(jì)時(shí)選擇的互感器的輸出電壓限定在－5～5V,而PIC16F877單片機(jī)內(nèi)部A/D端口的輸入電壓為0～5V,因此需要將電壓進(jìn)行變換。根據(jù)運(yùn)算放大器原理可得〔3-1為將－5～5V變?yōu)?～5V,令〔3-2根據(jù)上式可得V=1.67V,其中V由調(diào)壓電路獲得,并選用。在采樣期間,采樣順序?yàn)橄炔杉齻€(gè)線電流,再采集三個(gè)線電壓。單片機(jī)輸出高電平使三個(gè)電流通道的采樣保持器閉合進(jìn)行采樣,輸入信號(hào)通過(guò)采樣保持器內(nèi)部高增益放大器對(duì)電容充電,經(jīng)1延時(shí)后,單片機(jī)輸出低電平,使三個(gè)采樣保持器進(jìn)入保持狀態(tài),輸入信號(hào)可以保持到下一次采樣開(kāi)始,單片機(jī)依次選通三相線電流的A/D通路,讀入線電流采樣值。在完成線電流10us采樣后,按照與線電流采樣同樣的過(guò)程進(jìn)行線電壓采樣。根據(jù)互感器的衰減倍數(shù)及提升電路的數(shù)值,通過(guò)軟件可得出實(shí)際的異步電動(dòng)機(jī)的線電流和線電壓采樣值。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,鍵盤(pán)顯示接口電路一般是必備的人機(jī)交互的主要設(shè)備。LED數(shù)碼管顯示器具有成本低、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)易等特點(diǎn),因此在本設(shè)計(jì)中采用LED數(shù)碼管作為顯示裝置。鍵盤(pán)的接口有兩種方式：并行方式和串行方式。并行方式以單片機(jī)的并行口通過(guò)一定的驅(qū)動(dòng)裝置連接LED數(shù)碼管的段、位驅(qū)動(dòng)器和矩陣式鍵盤(pán),進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示和掃描鍵盤(pán)。其電路簡(jiǎn)單,但占用的I/O口位較多。串行方式采用單片機(jī)的串行口連接移位寄存器,再驅(qū)動(dòng)LED的段、位和矩陣式鍵盤(pán)。這種電路雖然所占的I/O口位較少,但接口芯片的數(shù)量將隨LED數(shù)碼管數(shù)量的增加而增加,電路比較復(fù)雜。因此在設(shè)計(jì)時(shí),采用了并行方式鍵盤(pán)接口電路,并選用了合適的芯片進(jìn)行硬件譯碼和驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)接口電路中,所有整定參數(shù)和控制參數(shù)均可用鍵盤(pán)直接輸入。鍵盤(pán)采用矩陣式,鍵盤(pán)中的鍵接在矩陣的行線和列線上。在本設(shè)計(jì)中,以3-8譯碼驅(qū)動(dòng)器74LS138的輸出作為鍵盤(pán)矩陣的行線驅(qū)動(dòng),而單片機(jī)的RD1-RD3作為鍵盤(pán)矩陣的列線驅(qū)動(dòng)。鍵盤(pán)接口電路最多可連接4×8=32個(gè)鍵,而在本設(shè)計(jì)中,只用到16個(gè)鍵,從左到右、從上到下排列的鍵值功能表如表3-1所示。表3-1健值功能表參數(shù)整定退位一次鍵入完成完成0123456789啟動(dòng)停止在進(jìn)行參數(shù)整定時(shí),可以根據(jù)需要對(duì)默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行修改,標(biāo)號(hào)與整定參數(shù)類(lèi)型對(duì)應(yīng)表如表3-2所示。表3-2標(biāo)號(hào)與整定參數(shù)類(lèi)型對(duì)應(yīng)表標(biāo)號(hào)參數(shù)整定類(lèi)型標(biāo)號(hào)參數(shù)整定類(lèi)型1Y型接法122△接法133額定電流144額定電壓1551661771881992010211122按"參數(shù)整定"鍵后,首先輸入密碼,在密碼正確的情況下,根據(jù)表3-2進(jìn)行整定參數(shù)類(lèi)型的選擇,即鍵入代表整定參數(shù)類(lèi)型的標(biāo)號(hào),標(biāo)號(hào)鍵入完成,按"一次鍵入完成"鍵,隨后鍵入修改值,再按"一次鍵入完成"鍵：若還需要修改其它參數(shù),則繼續(xù)鍵入代表整定參數(shù)類(lèi)型的標(biāo)號(hào),按上述步驟依次完成；若鍵入?yún)?shù)修改過(guò)程中,鍵入錯(cuò)誤,則按"退格"鍵進(jìn)行修正：當(dāng)所有需要修改的參數(shù)完成整定后,按"完成"鍵。在鍵入所有數(shù)字時(shí),最低位均為小數(shù)位。LED顯示器的字段驅(qū)動(dòng)以及故障顯示采用硬件譯碼驅(qū)動(dòng)。CD4511芯片是BCD七段鎖存和譯碼驅(qū)動(dòng)芯片,WAD11只能輸出0-9這9個(gè)數(shù)碼,故該接口電路也只能顯示0～9,而不能顯示A,B,C,D,E,F等字符。CD4511芯片的4位BCD輸入端<A,B,C,D>接至單片機(jī)的RD0～RD3端,鎖存控制端LE接至單片機(jī)的RD7,當(dāng)RD7輸出低電平時(shí),芯片CD4511輸出七段碼a,b,C,d,e,f,g,最大輸出電流為25mA,可直接驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管而無(wú)需再加接驅(qū)動(dòng)電路。共陰LED顯示器共由4個(gè)LED數(shù)碼管組成,第一個(gè)74LS138譯碼驅(qū)動(dòng)器的4位輸出分別作為4個(gè)LED數(shù)碼管的片選。兩個(gè)74LS138譯碼器的三個(gè)輸入端A,B,C分別接至單片機(jī)的RD4-VRD6引腳,兩個(gè)74LS138譯碼器E3端分別接至單片機(jī)的RB1和RB2引腳,通過(guò)RB1和RB2引腳的輸出來(lái)進(jìn)行譯碼器的選擇,當(dāng)RB1輸出高電平時(shí),選中第一個(gè)74LS138譯碼驅(qū)動(dòng)器,進(jìn)行鍵值輸入或LED顯示,四個(gè)LED數(shù)碼管從左到右依次顯示的內(nèi)容為：線電壓或線電流的標(biāo)號(hào)、線電壓或線電流有效值的百位、線電壓或線電流有效值的十位、線電壓或線電流有效值的個(gè)位,標(biāo)號(hào)與電壓有效值或電流有效值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-3所示；當(dāng)RB2輸出高電平時(shí),選中第二個(gè)74LS138譯碼驅(qū)動(dòng)器,進(jìn)行故障顯示,從上到下6個(gè)小燈所表示的故障類(lèi)型如表3-4所示。表3-3標(biāo)號(hào)與線電壓有效值或線電流有效值的對(duì)應(yīng)表標(biāo)號(hào)電壓有效值或電流有效值1A相線電流有效值2B相線電流有效值3C相線電流有效值4A相線電壓有效值5B相線電壓有效值6C相線電壓有效值表3-46個(gè)小燈表示的故障類(lèi)型表順序號(hào)故障顯示類(lèi)型1系統(tǒng)出錯(cuò)<LED顯示全8>或鍵入錯(cuò)誤<LED顯示全9>2過(guò)載故障3三相短路故障4起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)故障5堵轉(zhuǎn)故障6不平衡故障4電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的軟件設(shè)計(jì)PIC匯編語(yǔ)言是針對(duì)PIC系列單片機(jī)的程序語(yǔ)言,采用精簡(jiǎn)RISC指令系統(tǒng),對(duì)于頻率為4MHz的振蕩器,一般指令的執(zhí)行時(shí)間為1us,個(gè)別其他指令的執(zhí)行時(shí)間為2us或3us,因此指令執(zhí)行速度比較快,適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制。所以在編寫(xiě)電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的軟件時(shí),采用了PIC匯編語(yǔ)言。在進(jìn)行電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的軟件設(shè)計(jì)時(shí),采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法,中心思想是把一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序按整體功能劃分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的程序模塊,各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試和查錯(cuò),然后裝配起來(lái)聯(lián)調(diào),最終成為一個(gè)能完成規(guī)定功能、具有實(shí)用價(jià)值的程序。4.1采樣數(shù)據(jù)的處理方法目前,對(duì)于交流電流和交流電壓有效值的計(jì)算己經(jīng)出現(xiàn)多種算法,如峰值采樣法、傅立葉算法、積分法、導(dǎo)數(shù)算法、均方根值算法等等。在本軟件設(shè)計(jì)中,采用了均方根值算法來(lái)計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)電壓與電流的有效值。均方根值算法不僅適用于正弦電量的測(cè)量,而且可準(zhǔn)確測(cè)量波形畸變的電量。根據(jù)采樣的線電流與線電壓,利用均方根值算法進(jìn)行線電流有效值I與線電壓有效值U的計(jì)算公式為〔4-1〔4-2將式<4-1>和式<4-2>進(jìn)行離散化處理,可得<4-3><4-4>式中：N—每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù),在本設(shè)計(jì)中,N=12—第K個(gè)采樣點(diǎn)線電流的采樣值為A—第K個(gè)采樣點(diǎn)線電壓的采樣值為V設(shè)置單片機(jī)在每個(gè)周期采樣線電流12個(gè)點(diǎn),即每隔300采樣一次,完成和即要求移相和,移相。就是取后4個(gè)采樣點(diǎn),移相就是取后8個(gè)采樣點(diǎn)。離散化可得第K個(gè)采樣點(diǎn)的正序電流、負(fù)序電流和零序電流的表達(dá)式。單片機(jī)可以很方便地計(jì)算出一個(gè)電流周期內(nèi)各個(gè)采樣點(diǎn)的正序電流、負(fù)序電流和零序電流。4.2保護(hù)程序的設(shè)計(jì)主程序是電子式過(guò)載保護(hù)繼電器完成其功能的核心程序。主程序流程圖如圖4-1所示：圖4-1主程序流程圖采樣數(shù)據(jù)的處理結(jié)果是判別三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常與否的依據(jù)。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí),根據(jù)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果,分別調(diào)用各故障處理子程序,可以及時(shí)輸出正確的控制信號(hào),以達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的[9]。在本設(shè)計(jì)中,鍵盤(pán)采用的是機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用,在閉合和斷開(kāi)的瞬間會(huì)發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定,一般在5ms～l0ms,為了確保按鍵不產(chǎn)生誤動(dòng)作,在本設(shè)計(jì)中采用了防抖動(dòng)措施。防抖動(dòng)措施有硬件和軟件兩種方法。硬件防抖動(dòng)措施一般采用RS觸發(fā)器,構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)消抖電路,采用硬件防抖動(dòng)電路將導(dǎo)致硬件電路的復(fù)雜化,因此在本設(shè)計(jì)中我們采用了軟件消抖動(dòng)方法,工作原理是：當(dāng)軟件檢測(cè)到第一次按鍵按下時(shí),執(zhí)行一個(gè)10ms的軟件延時(shí)程序,之后再檢測(cè)該鍵是否仍保持閉合狀態(tài),若仍然處于閉合狀態(tài),則確認(rèn)此鍵真正按下,從而消除了抖動(dòng)的影響。為了避免使用人員由于誤操作的原因?qū)е露啻芜B擊同一個(gè)按鍵,即出現(xiàn)重鍵現(xiàn)象,在軟件編寫(xiě)過(guò)程中,設(shè)置了以鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束標(biāo)志,即在執(zhí)行完相應(yīng)的按鍵功能程序后,等待鍵的釋放,當(dāng)鍵釋放后,再繼續(xù)其它程序,若等待時(shí)間超過(guò)規(guī)定時(shí)間,則認(rèn)為該鍵出現(xiàn)故障,進(jìn)行鍵入錯(cuò)誤顯示。鍵處理子程序流程圖如圖4-2所示[10]：圖4-2鍵處理子程序流程圖參數(shù)整定子程序流程圖如圖4-3所示[11]：圖4-3參數(shù)整定子程序流程圖起動(dòng)鍵處理子程序流程圖如圖4-4所示[12]：圖4-4起動(dòng)鍵處理子程序流程圖停止鍵處理子程序流程圖如圖4-5所示[13]：圖4-5停止鍵處理子程序流程圖LED顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示。正常工作時(shí),設(shè)置RD0～RD7為輸出,RB1設(shè)置為高電平,RB2設(shè)置為低電平,RD4～RD6依次輸出"0～3”所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼,經(jīng)第一個(gè)74LS138譯碼器譯碼后,從左到右依次驅(qū)動(dòng)每個(gè)LED數(shù)碼管；設(shè)置RD7為低電平,選中UM11芯片,RD1～RD4依次輸出線電壓或線電流的標(biāo)號(hào)和有效值,經(jīng)LAND11譯碼后,得到各個(gè)字段的驅(qū)動(dòng)碼,驅(qū)動(dòng)LED的字段進(jìn)行顯示。當(dāng)工作狀態(tài)出現(xiàn)故障時(shí),依次將RB1和RB2設(shè)置為高電平,使第一個(gè)74LS138譯碼器與第二個(gè)74L3138譯碼器分時(shí)被選中,進(jìn)行故障的顯示。為使顯示清晰,每個(gè)LED數(shù)碼管的顯示需有一定的時(shí)間[14]顯示子程序流程圖如圖4-6所示[15]：圖4-6顯示子程序流程圖5結(jié)論電子式過(guò)載保護(hù)繼電器作為實(shí)現(xiàn)異步交流電動(dòng)機(jī)保護(hù)的一類(lèi)重要的低壓電器產(chǎn)品備受關(guān)注。隨著各種先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的智能化己成為當(dāng)今電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的重要發(fā)展方向,此外,工業(yè)自動(dòng)化程度的提高也越來(lái)越需要電子式過(guò)載保護(hù)繼電器具有較高的可靠性來(lái)保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行,因此研究電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的智能化技術(shù)并對(duì)其進(jìn)行可靠性分析具有重要的意義。本文參考了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),在深入了解了當(dāng)前低壓電器智能化技術(shù)與可靠性研究的發(fā)展概況的情況下,對(duì)電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的智能化技術(shù)與可靠性分析進(jìn)行了研究。本文的研究符合國(guó)內(nèi)外低壓電器的發(fā)展趨勢(shì),具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理,對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、短路、堵轉(zhuǎn)、不平衡、斷相、過(guò)壓、欠壓、失壓等各種故障狀態(tài)進(jìn)行分析,采用電流幅值、電流負(fù)序分量、電流零序分量和電壓幅值的不同排列組合作為電子式過(guò)載保護(hù)繼電器的保護(hù)原理。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱物理過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,獲得了與實(shí)際溫升過(guò)程更為