电动机运行状态监测系统
第5章 交流电动机状态监测与故障诊断(《电气设备状态监测与故障诊断技术》中国电力出版社2016年出版)课件
定子故障
交流电机故障
转子故障
定子转 子故障
定子绕 组故障
转子绕 组故障
转子铁 心故障
转
铁 芯 过 热
铁 芯 松 动
定
定
子
子
铁
槽
端
芯
部
部
短
线
线
路
圈
圈
故
故
障
障
主
集
绝
电
缘
环
损
故
伤
障
冷 却 水 路 阻 塞 过 热
股
匝
间
间
断
断
路
路
铁 芯 弯 曲
部 分 通 风 孔 阻 塞 过 热
子 裂 纹 造 成 套 件 失 去 紧
5.1.1 异步电动机的原理
异步电动机是目前应用最广的交流电动机，特别是三相 异 步 电 动 机 。 三相异步电动机的定子铁芯按一定的规律均匀 分别布置着三 相 绕组，接通三相交流电源时在电动机内产生 旋转磁场。
异步电动机产生旋转磁场后，转子绕组中即产生感应电流 和感应电动势。感应电流和感应电动势的方向符合右手定则 。感应电流在磁场中受到力的作用，该作用力由左手定则确 定。
5.1.3 同步电动机原理
同步电动机是一种交流电动机，其定子三相绕组中通入对称 三相交流电时，对称的三相绕组中产生旋转磁场，当转子的励 磁绕组加入励磁电流时，在定子旋转磁场的带动下转子旋转， 转子转速会与定子旋转磁场以同步转速旋转。由于同步电动机
电动机运行状态监测系统
兰州理工大学技术工程学院
微机原理及应用
课
程
设
计
班级：焊接工艺与控制工程2班
姓名：史鹏举
学号：09050227
时间：二〇一一年十二月
目录
引言 (3)
1硬件设计 (3)
1.1 信号采集单元 (4)
1.2 I/O单元 (5)
1.3 通讯单元 (8)
1.4 CPU单元 (9)
2 软件设计 (11)
3抗干扰措施 (12)
4结论 (12)
引言
随着电子技术的发展，电动机运行状态监测系统正向基于现场总线的智能型方向发展。电机参数的监测(特别是动态参数的实时监测)可为判别电机运行质量提供不可缺少的数据.我所设计的这种电机运行状态监测系统,是由一台单片机及电机外围电路组成,构成主从方式工作.输入的模拟信号首先送到前置处理部分,再送到差分放大器.采用双端输入单端输出,再经低通滤波器送入A/D转换器,而后进入单片机.单片机的数字量,在LED显示器实时显示。这样就大大提高了参数的监测精度而且加强抗干扰能力。
采用单片机，使外围电路减少，可靠性增强，性价比提高，并具有一下特点:采用空芯电流互感器，电路和分量程放大电路进行电流采样，可提高电流的采样范围，保证大范围的采样，且采样线性度高；根据热容情况判断电动机的过载引起的发热（温度）状态，最大发挥电动机的过载能力；用微处理器可实现实时监测，可在设定时间范围内跳闸保护。
1 硬件设计
电动机运行状态监测系统，用H8/3687FP单片机实现电动机的保护功能。在硬件方面主要由三相电流信号采样、电压信号采样、键盘接口、显示部分、控制输出、报警输出、通信接口等几部分构成，下面分别对其中的关键部分作简要介绍。
大型异步电动机状态监测与故障诊断系统的研制
必要 的信 息 以合 理 安排 、组织 预 防性 维 修 。从 而 避
免 恶 性 事 故 的 发 生 ， 因 此 具 有 重 要 意 义
ａ ）基 于 Ｓ ＡＤＡ 开 发 软 件 Ｗ ＩＣ Ｃ ｚ ｏＮ 的 良好 的 操作 界 面。 ｂ ）采 集 异 步 电 动 机 三 相 电 压 、 相 电 流 瞬 时 信 三 号 ， 计 算 正 序 电流 、 负 序 电 流 、 零 序 电 流 、 有 功 功 率 、 无 功 功 率 、功 率 因 数 等 运 行 参 数 对 于 转 子 转 速 ，根 据 异 步 电 动 机 电 压 、 电 流 及 功 率 因数 ． 通 过 Ｂ 神 经 网 络 估 计 得 出 ．无 需 安 装 转 速 传 感 器 Ｐ ｃ ）根 据 现 场 习惯 及 要 求 ，以 曲线 、图 表 等 形 式 直 观 形 象 地 显 示 、 打 印 异 步 电 动 机 运 行 参 数 。有 助
侯 志 勇 ， 和 明。许 伯 强。孙 丽玲 李 ， ，
（ ．娘 干 关 发 电 厂 。 西 平 定 １ 山 ０ ５ ０ ； 华 北 电 力 大 学 电 力 工 程 乐， ４２０２ 河北 保 定 ０］０） ７ ０ ３
Hale Waihona Puke Baidu
摘要 ： 介绍 了大型异 步 电动 机状 态监 测 与故 障诊断 系统 的 主要功 能及 关键技 术 。 系统仅 需采 集异 该 步 电动 机 定子 三相 电压 、 三相 电流 瞬 时信 号 ． 无需 任何 热或机 械传 感 嚣 ， 用方便 ， 行 效果理 想 应 运 关键 词 ： 步 电动机 ； 态Ｊ ， 故 障诊 断 异 状 ￣ｍ ； ｌ
电动机状态监测、故障诊断分析
电动机状态监测、故障诊断分析
摘要：本文介绍了电动机电气故障、机械故障、绝缘故障特征、监测诊断分
析方法以及采取的防范措施。同时利用这些特征里对电机的故障进行监测和诊断。
关键词：电动机、轴承、定子绕组、转子笼条。
电动机是能原和机械能相互转换的工具，在生产、生活和科学研究中有着十
分重要的地位，随着科学的发展，电机在高铁、磁悬浮列车、飞机电磁弹射装置
等新设施上的应用越来越广泛，这些应用在提供舒适、快捷服务和有力保障的同时，如何确保电机安全可靠地运行，成为人们关注的重要问题。由于电机的工作
环境相对恶劣，电机出现故障难以完全避免，一旦发生不可预知的故障将可能造
成巨大的经济损失，甚至危及人身和造成不良社会影响。而电机的初期故障，往
往会通过如机器振动和电流信号变化等不同形式反映出一定的特征变化，利用这
些特征来对电机的故障进行检测和诊断就具有十分重要意义。
电机故障主要分为电气类故障、机器类故障、绝缘系统类故障等几种
类型，按故障部位又可分为定子故障、转子故障、气隙偏心故障和轴承故障等。
故障诊断技术涉及系统论、控制论、信息论、监测与估计理论、计算机科学等方
面的知识，它主要研究故障机理故障信息处理、故障源分离与定位等。不同类型
的故障诊断方法，在工业上已经被同时应用于精细监测已达到更好的效果。电动
机故障诊断的目的，是期望能够对于即将来临的失效提出预警，对于未来的预防
性定期检修提供诊断计划。
（一）轴承故障
（1）轴承故障占所有电动机故障地40%以上。在工业设施中大多数轴
承在非理想的条件下，常受到疲劳、环境机械振动、过载、轴中心错位、污染、
电机运行状态监测与故障预警系统设计
电机运行状态监测与故障预警系统设计
摘要：
电机作为现代工业中不可或缺的重要设备之一，其运行状态的稳定性对于整个
生产过程至关重要。然而，由于电机在长期运行过程中容易出现故障，如电流过载、温度升高等问题，因此需要一种可靠的监测和预警系统来提前识别潜在的故障，并采取相应措施。本文介绍了一种基于传感器技术的电机运行状态监测和故障预警系统的设计方案，并详细阐述了其工作原理和组成部分。实验结果表明，该系统能够准确地监测电机的运行状态，并及时预警故障的发生，从而提高电机的运行效率和可靠性。
1. 引言
电机是工业领域中广泛应用的一类设备，其稳定可靠的运行对于生产过程的顺
利进行至关重要。然而，由于长时间运行和工作环境的复杂性，电机容易出现各种故障，如过载、温度异常等，这些故障如果不能及时发现和解决，将导致设备停机、生产延误和安全事故等问题。因此，设计一种高效可靠的电机运行状态监测与故障预警系统显得至关重要。
2. 系统设计方案
2.1 传感器选择
在电机运行状态监测与故障预警系统中，传感器是获取电机运行状态信息的关
键部分。在本设计中，我们选择了温度传感器、电流传感器和振动传感器作为主要传感器。
温度传感器用于监测电机的温度变化，通过与预设温度范围进行比较，可以预
警温度过高的故障。
电流传感器用于监测电机的工作电流情况，当电流超过设定的阈值时，系统即
发出预警信号。
振动传感器用于监测电机的振动情况，异常的振动可能代表电机内部出现故障，因此能及时预警。
2.2 控制模块设计
控制模块是电机运行状态监测与故障预警系统的核心部分，负责数据采集、处
电动机运行监测技术方案
电动机运行监测技术方案
简介
该文档旨在提供一项电动机运行监测技术方案，以保障电动机的正常运行并提前预警可能出现的故障。
监测设备
为了实施电动机的运行监测，我们建议使用以下设备：
1. 电流传感器：用于测量电动机的电流变化，可以监测电动机的负载情况以及电流异常。电流传感器：用于测量电动机的电流变化，可以监测电动机的负载情况以及电流异常。
2. 温度传感器：用于测量电动机的温度，可以监测电动机的过热情况。温度传感器：用于测量电动机的温度，可以监测电动机的过热情况。
3. 振动传感器：用于测量电动机的振动情况，可以监测电动机的振动异常。振动传感器：用于测量电动机的振动情况，可以监测电动机的振动异常。
数据采集与存储
监测设备采集到的数据将通过以下步骤进行处理和存储：
1. 数据采集：监测设备会定期采集电流、温度和振动数据。数据采集：监测设备会定期采集电流、温度和振动数据。
2. 数据处理：采集到的数据将经过处理，包括数据清洗和异常检测。数据处理：采集到的数据将经过处理，包括数据清洗和异常检测。
3. 数据存储：处理后的数据将存储在云端数据库中，以便进行进一步分析和查询。数据存储：处理后的数据将存储在云端数据库中，以便进行进一步分析和查询。
数据分析与预警
通过对采集到的数据进行分析，可以实现以下功能：
1. 异常检测：通过对电流、温度和振动等数据进行分析，可以检测到电动机的异常情况，如过负荷、过热和振动异常等。异常检测：通过对电流、温度和振动等数据进行分析，可以检测到电动机的异常情况，如过负荷、过热和振动异常等。
步进电机运行状态检测电路、方法及步进电机的调度方法
步进电机运行状态检测电路、方法及步进电机的调度方
法
全文共四篇示例，供读者参考
第一篇示例：
步进电机是一种常用的电机控制设备，广泛应用于各种自动化设
备和系统中。在实际应用中，步进电机的运行状态检测是非常重要的，可以通过检测步进电机的运行状态来确保设备正常运行，同时也可以
及时发现电机运行异常并进行处理。本文将介绍一种步进电机运行状
态检测电路及方法，以及一种步进电机的调度方法，希望能对步进电
机的控制和管理提供一定的帮助。
一、步进电机运行状态检测电路及方法
步进电机运行状态检测电路主要由传感器、比较器和控制器组成。传感器负责检测步进电机运行状态的信号，将检测到的信号传递给比
较器进行处理，比较器将传感器检测到的信号与设定的阈值进行比较，并输出相应的电平信号给控制器。控制器根据比较器输出的电平信号
对步进电机进行控制。
步进电机运行状态检测方法主要通过检测步进电机的转动速度、
位置和电流等参数来确定电机的运行状态。一般可以通过编码器或霍
尔传感器来获取电机的实际运行状态，并将这些数据传递给控制器进
行分析和处理。通过实时监测电机的运行状态，可以及时了解电机的工作情况，从而做出相应的调整和控制。
二、步进电机的调度方法
1.基于状态检测的调度方法
基于任务调度的调度方法是一种根据步进电机的任务需求来进行调度和控制的方法。通过事先设定电机的任务需求和优先级，可以合理地安排电机的工作任务，确保电机按照预定的计划进行工作，提高工作效率。基于任务调度的调度方法还可以根据任务的紧急程度和重要性来进行优先处理，确保设备运行的稳定性和可靠性。
变频器电机故障监视
变频器电机故障监视
变频器电机故障监视是一种用于监测和诊断电机故障的技术，广泛应用于各种工业领域。通过对电机运行状态的监测和分析，可以及时发现潜在的故障，并采取相应的措施进行修复，以确保设备的正常运行和生产效率的提高。
一、概述
随着工业自动化水平的不断提高，电机在各种设备和系统中的应用越来越广泛。而电机的故障往往会对生产过程产生严重的影响，甚至引发设备停机，导致生产损失。因此，进行电机故障监视和诊断显得尤为重要。
二、变频器电机故障监视的原理
变频器电机故障监视系统主要通过对电机绕组电流、电压、温度等参数进行连续监测，并通过各种算法和模型进行分析，识别可能存在的故障。其中，常用的监测参数包括：
1. 电机绕组电流：对电机的电流进行实时监测，可以判断电机的负载情况和运行状态，以及是否存在异常。
2. 电机绕组温度：通过传感器监测电机绕组的温度变化，判断电机的散热情况和可能的过载情况。
3. 电机振动：通过振动传感器监测电机的振动情况，判断电机的轴承和转子是否存在异常。
4. 电机轴承温度：通过温度传感器监测电机轴承的温度，判断轴承的润滑情况和可能的异常。
三、故障诊断与预测
变频器电机故障监视系统可以对电机进行故障诊断和预测，提前发现可能存在的故障，并采取相应的措施进行修复。常见的故障诊断和预测方法包括：
1. 地址诊断法：根据电机振动信号的频谱分析，可以判断电机是否存在轴承故障、不平衡等问题。
2. 绝缘诊断法：通过对电机绕组绝缘电阻的监测，可以判断电机是否存在绝缘击穿等问题。
3. 温度诊断法：通过对电机绕组温度的监测，可以判断电机是否存在过载、磁通过大等问题。
电动机的状态监测与诊断技术
电动机的状态监测与诊断技术随着工业化的加速和人口的增长，电机已经成为社会发展不可
或缺的一部分。电机作为电力设备中最基础且使用最广泛的一种
设备，其在轨道交通、航空、汽车工业、能源、环保等许多领域
中扮演着极其重要的角色。因此，为保障电机的安全与稳定运行，电机状态监测与诊断技术显得非常必要。
一、电机状态监测技术的重要性
为保障电机运行的稳定性和可靠性，对其进行状态监测是非常
重要的。电机状态监测技术可以全方位地监测到电机的运行情况，其中包括其电气性能、机械性能、环境影响等方面。通过对这些
指标的监测，我们可以及时发现电机问题，采取相应的修复措施，以避免事故的发生。
另一方面，电机状态监测技术在保护环境、节能减排方面也发
挥着不可替代的作用。电机在工作时，会因为一些原因而出现质
量问题，例如电阻增长、励磁失效等。这些问题不仅会影响电机
的运行稳定性，而且会导致电机能效的不断降低和污染的加重。
而通过电机状态监测技术，我们可以及时发现并解决这些问题，
有效提高电机的能效，减少环境污染。
因此，电机状态监测技术在电机运行管理以及环保节能方面都
起到了非常重要的作用，具有广泛的应用前景。
二、电机状态监测技术的现状
目前，电机状态监测技术综合了物理、数学、计算机科学和电
气工程等多学科的知识，发展出了很多可靠、精准的状态监测方法。常用的状态监测方法主要包括振动、声音、温度、电气、机
械位移、光学等多种方法。这些方法都有其独特的优缺点和适用
范围。
其中，振动监测技术被广泛用于电机状态监测，因为电机的振
动会随着其运转的变化而变化。通过振动测试可以得到电机在各
电机参数在线监测系统设计与实现
电机参数在线监测系统设计与实现
随着数字化时代的到来，越来越多的工业企业开始采用自动化设备来提高生产
效率，其中电机是最常用的设备之一。电机因其功率、效率等参数的优越特性，在自动化设备中解振着不可替代的重要作用。然而，电机存在着使用寿命限制和人为损坏的问题。一旦出现故障，不仅会影响到生产效率，还可能对员工工作和人身安全造成威胁。因此，建立一个电机参数在线监测系统对于工业企业来说显得尤为重要。
电机参数在线监测系统是将监控设施和计算机技术相结合的一种先进的电机监
测方式。通过分析电机的工作状态和运行参数，检测出电机是否存在问题，进而实现故障预测和诊断。针对电机参数在线监测系统的设计和实现，本文从以下几个方面进行探讨。
一、电机参数在线监测系统的基本原理
电机参数在线监测系统是基于传感器和数据采集技术，通过采集电机的工作参
数来实现对电机状态的监测以及故障的预测和诊断。电机的工作状态是通过检测电源电流、电机运行速度、电机温度、转矩等数据来实现，并将数据传输到监测中心进行分析和处理。因此，电机参数在线监测系统的核心是传感器和数据采集技术。
二、电机参数在线监测系统的设计流程
1. 电机参数选择和传感器安装
根据公司的实际情况，选定需要监测的电机的参数，常用的参数包括电流、电压、转矩、温度等。接下来，根据选定的监测参数，选取合适的传感器并进行安装。
2. 数据采集和传输方式
在数据采集方面，可采用有线或无线方式进行传输。有线传输采用实验室数据采集卡、IO增长板等进行传输；无线传输可以采用蓝牙、WiFi以及ZigBee等技术进行。
电动机的运行状态评估与优化
电动机的运行状态评估与优化电动机是一种将电能转换为机械能的装置，广泛应用于各个行业和
领域。对于电动机的运行状态进行评估与优化，可以提高其效率和稳
定性，延长使用寿命，降低维修成本。本文将介绍电动机的运行状态
评估与优化的方法和技术。
一、电动机运行状态评估
电动机运行状态评估是指通过收集和分析电动机的运行数据，判断
其运行状态是否正常、性能是否良好。评估电动机运行状态的方法主
要包括以下几种：
1. 故障检测与诊断：通过监测电动机的振动、温度、电流、电压等
参数，结合故障数据库和专家系统，实现对电动机故障的检测与诊断。例如，当电动机振动频率明显高于正常范围时，可能存在轴承故障或
不平衡问题。
2. 功率分析：通过测量电动机的输入功率、输出功率和转速等参数，计算电动机的能效指标，评估电动机的能耗和效率。通过比较不同条
件下的能效指标，找出影响电动机能效的因素，并采取相应的优化措施。
3. 温度监测：电动机的温度是判断其运行状态的重要指标之一。通
过安装温度传感器在电动机的关键位置，实时监测电机温度变化。当
温度异常升高时，可能存在过载、散热不良等问题，需要及时采取措
施进行处理。
4. 振动分析：电动机的振动可以反映其内部零部件的运动状态和性能。通过安装振动传感器，监测电动机振动情况，利用振动信号分析
技术，识别并评估电动机的运行状态。例如，当振动幅值明显增大时，可能存在轴承磨损或不平衡问题。
二、电动机运行状态优化
电动机运行状态优化是指通过调整电动机的工作条件、改善其运行
环境、优化控制策略等方式，提高电动机的性能和效率。以下是几种
高压电动机微机保护装置与轴温测控系统的介绍及应用
高压电动机微机保护装置与轴温测控系统的介绍及应用【摘要】
本文介绍了高压电动机微机保护装置与轴温测控系统的功能、分类、作用、工作原理以及结合应用。高压电动机微机保护装置通过对
电动机运行状态进行监测和保护，有效防止电动机过载、短路等故障，并提高系统的安全性和稳定性。轴温测控系统则能够实时监测电机轴
的温度，有效防止电机过热导致的损坏。两者结合应用能够提高系统
的性能和可靠性。未来发展方向包括对保护装置和测控系统进行更多
的智能化和自动化改进，以适应工业生产的不断发展需求。高压电动
机微机保护装置与轴温测控系统在工业生产中有着重要的应用前景，
有望在未来发展中获得更广泛的应用。
【关键词】
高压电动机、微机保护装置、轴温测控系统、功能、原理、分类、作用、工作原理、结合应用、发展、总结
1. 引言
1.1 高压电动机微机保护装置与轴温测控系统的介绍及应用
高压电动机微机保护装置与轴温测控系统是电力系统中非常重要
的部分，它们的引入和应用能够有效保护设备和提高系统的安全性和
稳定性。高压电动机微机保护装置通过监测电动机的运行状态和各种
参数，及时发现异常情况并采取相应的保护措施，避免设备损坏和事
故发生。而轴温测控系统则可以实时监测电机轴承的温度，预防轴承
过热引起的故障，延长电机的使用寿命。
结合两者的应用，可以更全面地保护高压电动机，提高设备的可
靠性和运行效率。在实际工程中，高压电动机微机保护装置与轴温测
控系统的结合应用已经得到广泛应用，并取得了显著的效果。未来，
随着技术的不断发展和完善，这两种系统将会更加智能化和自适应，
电机故障监测成功案例分享1
唐山冀东机电设备有限公司电机故障监测（EMPATH）电机转子断条诊断成功案例分享
刘建强
电机故障监测（EMPA TH）系统
电动机是机械设备的动力源泉，它的可靠性非常重要。电机状态监测系统比常规的巡检更能准确监测电机健康状态，能为电动机建立全生命周期表。电动机状态监测系统能做到维修的预知性，降低故障率，提升运行指标。
电动机和机械系统不可避免地劣化并发生故障，导致代价昂贵的维修和停机损失。我公司EMPATH电动机性能分析和故障诊断系统可方便的测量和分析电动机电流和电压，从而获得关键生产过程设备的信息。可帮助工厂早期监测电机存在的问题，完成及时的维修，从而避免严重的损失。
EMPATH可检测电机如下故障：
1. 转子笼条劣化；
2.转子及定子偏心；
3.定子相不平衡；
4.电动机转速和滑差；
5.齿轮和皮带不正常；
6.平均运行电流(电动机扭矩指标) ；
7.具有起停点定义的启动时间；
8.变化的摩擦力；
9.扭振和动态负荷；
10.轴承劣化。
案例分享：鼠笼型电机转子断条故障诊断
金隅冀东某公司原料磨循环风机电机鼠笼式三相异步电动机，电机铭牌：2500KW, 993RPM, 6KV, 280.36A。2016年10月份我公司对电机进行电机故障在线监测，给出诊断报告：
电机解体后，检查发现电机转子多处笼条断裂该公司根据报告决定大修期间对电动机检查保养。用户事后总结说，“多亏这次电机故障监测服务，我公司及时安排这台电机进行维修保养。避免电动机烧毁。如果没有这次测试检测，我公司的这台高压电机只是通过常规的巡检就不可能发现设备存在的安全隐患，任其
基于无线传输的电机状态监测系统设计
第31卷第4期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）
2012年8月V ol.31No.4
Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ）Aug.2012
收稿日期：3基金项目：中央高校基本科研业务费资助项目（DX 5B ）作者简介：王辉俊（），男，江苏丹阳人，硕士，讲师，主要从事控制理论与控制工程方面研究本文编校：朱艳华
文章编号：1008-0562(2012)04-0560-04
基于无线传输的电机状态监测系统设计
王辉俊1，尤文强1，刘永涛1，彭
亮2
（1.华北科技学院电子信息工程学院,北京东燕郊101601;2.辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛125105）
摘要：为了减少三相异步电动机在运行过程中的损坏次数及设备故障率，降低维修费用，提高电动机运行的可靠性，设计了一种以SPMC75F2413A 单片机为控制核心的电机状态监测系统.采用理论分析和实验的方法，提出了基于对称分量法的电动机保护算法，实现了监测系统的软硬件设计.研究结果表明：该系统可在线监测三相电动机的各种运行状态，如过载、堵转、三相短路、漏电等，通过无线方式与监控系统主机通信，进行保护和控制.该监测系统可广泛应用于电厂、油田、煤矿等领域.
关键词：电机状态；对称分量法；保护算法；无线传输；故障；反时限；nRF401；SPMC75F2413A 中图分类号：TM 307文献标志码：B
Design of motor conditions monitor system based on wireless transmission
电力设备运行状态在线监测系统的设计和实现
电力设备运行状态在线监测系统的设计
和实现
摘要：在线监测是一种监测设备运行特性的技术或过程。通过提取故障特征信号，分析判断被监测特征的变化或趋势，可以及时准确地掌握设备运行状态，保证设备安全、可靠、经济运行。本文主要分析电力设备运行状态在线监测系统的设计与实现
关键词：电力设备；运行状态；监测系统；设计
引言：随着中国经济社会的重大发展，电力需求的不断增长，以及信息技术和自动化技术在中国的应用，电力设备的运行状况在安全稳定的框架内运行，大大提高了电网的稳定性和可靠性。电气设备运行在线监测系统灵敏度高，敏感传感器监测和收集电气设备异常信息，利用计算机信息技术识别和处理故障信息，在线量化故障信息，引进新设备特性，在线监测和诊断。
一、电力系统变电运行安全管理与#设备维护存在的问题
（一）对设备维护不够重视
电力系统的设备一般运行较长时间，必然存在一定的安全隐患问题，并且只要有一台设备产生问题，就会对整个变电系统产生严重影响。因此，电力企业需要制定有效的管理制度，定期对设备进行维护工作。很多企业为了节约成本，单纯追求经济效益的提升，而忽视这方面的工作，没有及时更换旧设备，不想花费大量资金在设备维护上面，而导致设备不符合国家制定的标准要求，最终使得电力设备受到更加严重的损坏。对此，电力企业应积极开展电力设备维护工作,及时更换旧设备，有效保障变电工作的稳定运行，以免发生电力安全事故。
（二）检修模式不完善，检修过于频繁
许多电力企业对设备检修并没有一套完整规章制度。在电力系统中，许多刚投入使用运行良好的设备，若检修人员频繁对其进行检修的话，不仅无法提升+电力设备的运行效率，反而会因为频繁的检修导致设备存在新的安全隐患。盲目的检修计划不仅会严重影响设备的运行，同时也可能增加设备的安全隐患，导致重大的变电事故。检修人员根据错误的检修进行检修，会严重影响电力系统备运行，对电力系统变电运行安全管理产生严重的影响。
电机的在线监测与诊断
展望未来：电机在线监测与诊断技术将不断发展和完善，为工业设备的可靠运行和预防 性维护提供更加有效的保障。
案例一：某电机厂的在线监测系统应用
电机厂简介：某电机厂是国内知名的电机生产厂家，产品广泛应用于 工业领域。
在线监测系统应用背景：随着电机市场的竞争加剧，提高产品质量 和降低维护成本成为电机厂的重要需求。
在线监测系统的实施：某电机厂引入了一套在线监测系统，用于实时 监测电机的运行状态和故障预警。
应用效果：在线监测系统的应用提高了电机的运行稳定性和可靠性， 减少了故障停机时间，为电机厂带来了显著的经济效益。
监测与诊断的准确性问题
特征提取：准确提取故障特 征，为诊断提供可靠依据
诊断算法：优化算法，提高 故障识别的准确性和可靠性
信号处理技术：提高信号采 集和处理的质量，降低噪声 干扰
智能化技术：利用人工智能 和机器学习等技术，提高监
测与诊断的智能化水平
监测与诊断的实时性问题
监测与诊断的实时性问题：由于电机运行过程中产生的信号复杂多变， 实时监测和诊断的难度较大，需要高精度的传感器和数据处理技术。
监测与诊断的智能化程度问题
添加项标题
监测与诊断的智能化程度问题：目前电机在线监测与诊断的智能 化程度较低，需要进一步提高算法的准确性和实时性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
兰州理工大学技术工程学院
微机原理及应用
课
程
设
计
班级：焊接工艺与控制工程2班
**：***
学号：********
时间：二〇一一年十二月
目录
引言 (3)
1硬件设计 (3)
信号采集单元 (4)
I/O单元 (5)
通讯单元 (8)
CPU单元 (9)
2 软件设计 (11)
3抗干扰措施 (12)
4结论 (12)
引言
随着电子技术的发展，电动机运行状态监测系统正向基于现场总线的智能型方向发展。电机参数的监测(特别是动态参数的实时监测)可为判别电机运行质量提供不可缺少的数据.我所设计的这种电机运行状态监测系统,是由一台单片机及电机外围电路组成,构成主从方式工作.输入的模拟信号首先送到前置处理部分,再送到差分放大器.采用双端输入单端输出,再经低通滤波器送入A/D转换器,而后进入单片机.单片机的数字量,在LED显示器实时显示。这样就大大提高了参数的监测精度而且加强抗干扰能力。
采用单片机，使外围电路减少，可靠性增强，性价比提高，并具有一下特点:采用空芯电流互感器，电路和分量程放大电路进行电流采样，可提高电流的采样范围，保证大范围的采样，且采样线性度高；根据热容情况判断电动机的过载引起的发热（温度）状态，最大发挥电动机的过载能力；用微处理器可实现实时监测，可在设定时间范围内跳闸保护。
1 硬件设计
电动机运行状态监测系统，用H8/3687FP单片机实现电动机的保护功能。在硬件方面主要由三相电流信号采样、电压信号采样、键盘接口、显示部分、控制输出、报警输出、通信接口等几部分构成，下面分别对其中的关键部分作简要介绍。
信号采集单元
电动机运行状态监测系统采用交流采样算法计算被测信号。采样方式是按一定周期（称为采样周期）连续循环实时采样被测信号一个完整的波形（对于正弦波只需采样半个周期即可），然后将采样得到的离散信号进行真有效值运算，从而得到被测信号的真有效值，这样就避免了被测信号波形畸变对采样值的影响。
信号采集单元的功能取样、整流、放大互感器二次测的输出信号，将这些信号转换为单片机可处理的信号。电动机运行状态监测系统中处理三相电流信号、电压信号的信号采集放大电路原理都相同，现以一路电流信号采集放大电路为例说明电路工作原理。
图1 信号采集放大电路
信号采集放大电路如图1所示。在图中二极管A1、A7是双向二极管，对后级电路起到过压保护作用。当输入的信号在正常范围内，A1、A7不起作用，当输入信号超出正常范围（或有脉冲干扰信号出现）时，A1、A7导通，防止超出后级电路端口范围的信号进入后级电路，破坏后级A/D电路。CR1为取样电阻，将从CT1输出的电流信号转变为电压信号。LM324和CR4，CR7，CR10，CR13组成同相放大电路将电压信号放大后输入A/D转换电路。
图1中LM324采用双电源供电，这样可以保证LM324输出电压达到5V充分利用A/D转换提高显示精度。图1中通过运放将输入信号进行分档处理，小信号从输出大信号从输出。这样处理是因为：电动
机保护器要处理的电流范围很宽（要从电动机1倍额定电流到10倍额定电流），分档处理可以提高测量精度。
I/O单元
开关量输入处理电路如图2所示。电路开关量由IN1～IN7输入，通过光藕后产生IS1～IS7，并行信号IS1～IS7输入到74HC165，通过74HC165将并行信号转换为串行信号传送给CPU。电阻R11～R18起到限流作用保护光耦中的二极管不被损坏。RS1～RS8是上拉电阻与电容CS～CS8配合使用既可以稳定光耦输出电平又可以在上电时对光耦起到保护作用。
图2 开关量输入电路
继电器控制电路如图3所示。JDQ1～JDQ4与CPU连接，三极管QJ11～QJ14的供电电压是+5V，三极管QJ1～QJ4的供电电压是+24V。现以QJ11，QJ1这路控制电路来说明电路工作原理，当CPU输出高电平时三极管QJ11不导通，OUT11不会输出电流光藕不会导通，JT1也输出高电平，QJ1不会导通继电器不会动作。当CPU输出低电平时三极管QJ11导通，OUT1输出高电平使光耦导通， JT1变为低电平，三极管QJ1导通OUT1输出低电平使继电器发生动作。图3中二极管DJ1～DJ4作为继电器续流二极管。
图3 继电器控制电路
控制输出部分可采用机电式继电器或固体继电器。前者价格便宜，市场产品丰富，驱动线路也比较简单，但可靠性和使用寿命有限，且在触点动作时会产生“火花”，严重时可影响系统的正常工作。因此，在PCB板布局时应将继电器尽量远离单片机并靠近仪表的输出端口。另外，在继电器线圈两端应并联续流二极管，否则在继电器线圈断电瞬间会产生较高的感应电压，从而破坏电路。固态继电器具有寿命长、性能稳定，无火花等特点，本设计考虑到产品的可靠性要求采用固态继电器。
通讯单元
通讯电路如图4所示。通讯电路实现将CPU串口输出电平转换到RS485电平。本电路的巧妙之处在于数据收发直接由硬件来控制，不用CPU参与控制，这样可以节省CPU资源简化程序设计。
图4 通讯电路
CPU单元
CPU单元是电机保护器的核心单元。信号采集，各种报警处理，通信功能，显示功能……都是由它来完成的。本产品采用的CPU芯片是瑞萨公司的H8/3687芯片，该芯片功能如下：62条基本指令；RTC（片上实时时钟，可作为自由运算计数器使用），SCI（异步或者
时钟同步串行通信接口）2路，1路IIC接口，8路10位A/D，８位定时器２个（Timer B1,TimerV），16位定时器１个（TimerZ），看门狗定时器，14位PWM，45个I/O引脚（H8/3687N有43个I/O引脚），包括8个可直接驱动LED的大电流引脚（IOL=20mA,@VOL=），片上复位电源POR电路，片上低电压检测电路（LVD）。该芯片有两种封装形式：LQFP-64（10mm×10mm）FP-64(14mm×14mm) 。CPU单元电路如图5所示。
图5 CPU电路
因为A/D功能，IIC功能，RTC，定时器，看门狗等功能都已经集成到芯片内部，所以CPU单元的外围电路十分简洁，各引脚只需外接增加端口驱动能力的上拉电阻和稳定信号的滤波电容即可。
2 软件设计
系统软件要完成三相电流、1路剩余电流、三路电压A/D，各种保护量计算，保护功能判断处理，显示电压、电流，故障记录，按键处理，通讯，变送等功能。只有合理安排程序流程来完成这些功能，保护器才能可靠工作。程序流程图如图6所示：
图6 程序流程