基于AT89C51保護(hù)的多臺電動機(jī)過載監(jiān)測獲獎科研報告

基于AT89C51保護(hù)的多臺電動機(jī)過載監(jiān)測獲獎科研報告摘要：異步電動機(jī)長時間過載會造成電動機(jī)損壞，本文研究的是基于AT89C51單片機(jī)的一種可同時監(jiān)控、保護(hù)八臺異步電動機(jī)的保護(hù)方案。該方案通過傳感器、單片機(jī)等器件可實施實時監(jiān)控、實時保護(hù)，且可根據(jù)需要實現(xiàn)多臺同時控制。

關(guān)鍵詞：電動機(jī)發(fā)熱;單片機(jī);多臺控制

異步電動機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低，運(yùn)行維護(hù)方便和較好的機(jī)械特性而在工業(yè)控制與各電氣傳動系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。但其運(yùn)行情況直接影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個部門及整個經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于工作環(huán)境和條件的不同，容易發(fā)生機(jī)械和電氣故障，燒毀電動機(jī)繞組的事故時有發(fā)生。因此，如何針對易發(fā)的過載故障建立全面有效地保護(hù)，一直是人們關(guān)注、研討和開發(fā)的課題。

過載是一種非正常運(yùn)行狀態(tài)，一定范圍或一定時間內(nèi)的過載是允許的，但長時間過載是不允許的。長時間過載會導(dǎo)致電機(jī)的熱量積聚，其電氣絕緣水平會逐漸下降，最終導(dǎo)致絕緣擊穿，設(shè)備損壞。由于過載原因而造成電動機(jī)損壞，在電動機(jī)故障總數(shù)中占相當(dāng)大的比例，因此必須裝設(shè)過載保護(hù)。要做好該保護(hù)，首先要明確電動機(jī)的發(fā)熱情況。

1、發(fā)熱機(jī)理

電動機(jī)在實際運(yùn)行時，電流是隨負(fù)載和電網(wǎng)電壓變化而變化的。因此，穩(wěn)定溫升也是變化的，用上面二式都無法精確計算電動機(jī)繞組的溫升。電動機(jī)在負(fù)載變化時繞組內(nèi)的溫

升變化示意圖如圖2所示：

由圖2看出，隨著負(fù)載的變化，穩(wěn)定溫升發(fā)生變化，電動機(jī)繞組的溫升發(fā)生相應(yīng)的升溫和降溫過程，在整個運(yùn)行時間范圍內(nèi)，無法用一個函數(shù)表達(dá)式計算電動機(jī)的溫升。因此，本文把電動機(jī)的發(fā)熱過程離散為一個個小區(qū)間，在每一個小區(qū)間上，電流可看作一個定值，在此區(qū)間上利用（6）式即可求解電動機(jī)的升溫和降溫過程。

實踐證明，絕緣結(jié)構(gòu)的使用壽命與溫度之間呈指數(shù)關(guān)系。因此，它對溫度十分敏感，若工作溫度每超過A級絕緣8℃（B級10℃，F(xiàn)級12℃，H級14℃）其使用壽命就要平均縮短一半。傳統(tǒng)的熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)使觸頭系統(tǒng)動作的，由于熱繼電器是由雙金屬片構(gòu)成其敏感元件，在動作值附近不能可靠分離，且熱繼電器通過了大的短路電流或經(jīng)受機(jī)械碰撞后，雙金屬片易產(chǎn)生永久性變形。熱繼電器的動作還與周圍環(huán)境有關(guān)，當(dāng)環(huán)境變化時，雙金屬片會發(fā)生零點(diǎn)漂移，因而在一定動作電流下動作時間會發(fā)生誤差。且熱繼電器的時間常數(shù)比電動機(jī)小得多，對電動機(jī)的頻繁啟動、過載不能準(zhǔn)確可靠地保護(hù)。

3、系統(tǒng)設(shè)計

（1）設(shè)計思路

本保護(hù)采用數(shù)字化技術(shù)，把微型計算機(jī)技術(shù)引入到電動機(jī)的過載保護(hù)中，采用有別于傳統(tǒng)的電流監(jiān)控保護(hù)技術(shù)，從監(jiān)測電動機(jī)的溫升入手，當(dāng)電動機(jī)過載時，電動機(jī)的溫升達(dá)到極限溫度時即采取動作，切斷電動機(jī)的電源，對其進(jìn)行保護(hù)。

例如環(huán)境溫度為10℃，電動機(jī)采用B級絕緣時，過熱保護(hù)的溫升動作值為：

=130-10=120℃

這樣避免了環(huán)境溫度對動作時間的影響;同時還比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電動機(jī)B級絕緣正常工作時極限允許溫升80℃高出40℃。當(dāng)環(huán)境溫度降低時，電動機(jī)正常工作時的允許溫升就可提高。因此，電動機(jī)的過載能力由于環(huán)境的改善而得到了提高。

常用的熱繼電器僅能保護(hù)一臺電動機(jī)，而本方案可一次性監(jiān)控、保護(hù)八臺電動機(jī)。為機(jī)電產(chǎn)品的電氣設(shè)計帶來了極大的方便。

（2）硬件設(shè)計

單片機(jī)保護(hù)采用的是基于AT89C51單片機(jī)的電子式過載保護(hù)繼電器，主要包括傳感器、信號調(diào)理電路、輸入鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換器、地址鎖存器、單片機(jī)、溫度顯示、報警控制等。

3.2.1

傳感器AD590

溫度傳感器的作用是將電動機(jī)的溫度轉(zhuǎn)變成電流信號，再將信號傳送給信號調(diào)整電路。其技術(shù)參數(shù)為：線性電流輸出，測溫范圍為-55℃～+150℃，線性度好、整個測溫范圍內(nèi)非線性誤差小于±0.3℃。

3.2.2

信號調(diào)理電路

信號調(diào)理電路的作用是將傳感器獲得的電流轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器所能識別的工作電壓。

3.2.3

輸入鍵盤

輸入鍵盤采用數(shù)字式鍵盤，所有設(shè)定值和其他參數(shù)均可用鍵盤直接輸入，檢測和試驗可用功能鍵直接進(jìn)行。

3.2.4

A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

A/D轉(zhuǎn)換器用以實現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，ADC0809把信號調(diào)理電路輸出的信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能工作的數(shù)字信號。

3.2.5

AT89C51單片機(jī)

AT89C51單片機(jī)在整個系統(tǒng)中是一個智能型器件，它把前面的信號處理后跟設(shè)定溫度相比較，若超過允許溫升值則產(chǎn)生報警控制，同時顯示溫度。

3.2.6

報警控制

報警控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由光電耦合器、場效應(yīng)管、橋式整流二極管等組成，通過控制交流接觸器線圈的通斷實現(xiàn)電動機(jī)的啟動與停止。光電耦合器的延遲時間在10之內(nèi)，場效應(yīng)管的接通與斷開時間為級，因此