电动机智能保护器 毕业论文答辩ppt
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图3.3 键盘设计电路图
三、电动机保护器硬件电路设计
b.显示设计。 综合考虑显示效果、显示信息量及价格等因素，并参考
了其它设计案例，最终决定选用LCD12864液晶显示器。 液晶显示模块接口电路如图3.4所示。
图 3.4 液晶显示模块接口电路
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.3电源模块。 本系统需四路供电电源，即+5V的单片机主电源和
主程序流程图如图4.1所示
主程序
系统初始化
N 参数调整？
Y 调用参数调整子程序
调用电压、电流以及温度保护 判断子程序
N 输出保护动作？ Y
调用保护动作子程序
扫描键盘、刷新显示
图4.1 主程序流程图
四、电动机保护器软件部分设计
4.2 键盘子程序
键盘中断服务程序
4.3 显示子程序
开始
关闭键盘中断
选择字符显示方式
同的电压电流模拟电动机运行的各种工况，对电动机保护器测量 的精度，以及过流保护、电压保护、轻载保护等性能进行检测。
由保护器精度测试实验可以看出保护器的测量精度比较高， 由保护器保护性能测试实验可以看出保护器保护动作正确率达到 100%。本电动机保护器的实际效果达到了本论文设计的要求。
六、总结
1.查阅大量的文献、数据以及其它资料，在掌握 0.4KV 电动机的工作原理、特性及有关理论的基础上，完 成了开题报告、文献综述；
记录区
将故障信息送 液晶显示器显 示
置短路 故障标 记
图4.12 故障处理子程序流程图
关软件定时器 中断，停止采 样
返回
wenku.baidu.com
短路故 障启动 计时
五、电动机保护器可靠性验证实验
电动机保护器整体设计制作完成之后，为验证其保护实际性 能是否达到设计要求，在实验室条件下对其进行了一系列的性能 测试。 5.1 电动机保护器测量精度测试实验
延时10ms去抖
设置字符显示区首地址
读P2口，确定是否有键按下 N
有键按下？ Y
逐行扫描进行按键识别，计算键值 根据键值和程序运行状态，调用相应键值处理程序
开键盘中断
中断返回
设置显示缓冲区首地址
取显示内容
输出控制信号 输出显示内容
N 完成显示？
Y 返回
四、电动机保护器软件部分设计
4.4参数调整子程序
意义
有效保护电动机，大大延长其使用寿命， 提高经济效 益，保证生产安全。
一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状
历史：
1、以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式。 2、普通电子式电动机保护器。 3、智能型电动机保护器。
现状：
以微控制器为核心的智能型电动机保护器已 经成为主流。它具有检测灵敏、处理速度快、输 出信号准确、保护特性优异、实时监测与智能控 制等优点！
图3.2
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.2键盘、显示模块。 a。键盘：键盘由选择键和功能键组成。
（1）1～2为左键（在定制输入确认键按下后作为数字的减小 键)和右键(在定制输入确认键按下后作为数字的增大键)；
（2）3～4为上下选择键，用于选择菜单以及在输入设定数据 时用于选择数据位的位置；
（3）5为返回键，6为确认键。
故障处理子程序流程图 如图4.2所示：
从预订RAM中取最近采样的三个 电流有效值
求电流最大值
Imax》短路
整定值？ N
清短路故障标记
短路故障计时器清 零
转下一保护模块
Y
N
短路故障 标
记为1？
Y N
时限已到？
Y
置P2.5=1，P3.7=1， 断电保护和报警
将本次运行参数、时
间信息、故障类型存 入EEPROM故障信息
试验通过标准电源给电动机保护装置输入不同的电压电流模 拟电动机运行的各种工况。然后测试电动机保护装置的测量精度 和灵敏度。实验数据如表5.1所示。
五、电动机保护器可靠性验证实验
5.2电动机保护器过流保护实验（分段保护） 电动机保护器整定值与整定时间设定： I段定值：4.500A ，I段延时：5.00s；II段定值：2.500A， II段延时：10.00s，（大电流小时间，小电流大时间）。 过流保护实验数据如表5.2所示。
一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状
背景：
电动机是一种应用最广泛的动力设备，在国民经济中 起着举足轻重的作用，但是其高故障率对工农业生产造 成巨大的经济损失，甚至造成重大的安全事故。
因此，在分析传统电动机保护装置不尽完善的基础 上，研制功能完善、可靠性高的电动机保护装置己经成 为必要。
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.3.2 负序电流保护 电源电压不对称、断相、逆相等故障均会引起负序电流，这
将会在绕组上产生大量热量，使电动机严重发热，产生不对称故 障。本论文采用两段定时限负序电流保护作为电动机不对称故障 的主保护。 2.3.2 零序电流保护
零序电流保护即接地保护，当I大于保护动作电流时，经短路延 时t保护出口动作，依据用户要求执行保护动作。 2.3.4 电压保护 a.欠压保护：
4.5采集子程序流程图
开始 参数切换 显示当前参数值
修改
开始 清除中断标志 读取转换结果
确认
显示当前参数 Y
修改下一个？ N
结束
软件滤波处理 读取开关量输入信号
结束
四、电动机保护器软件部分设计
开始
4.6故障处理子程序
故障处理子程序主要任 务是根据最近采集到的 数据按下列顺序依次进 行故障判断。故障判断 顺序依次为短路、堵转 、断相、过压、欠压、 过载。
电机参数设置界面
IA=
UA=
IB=
UB=
IC=
UC=
监控信息显示界面
显示产品型号 显示软件版本号 显示制造商 显示出厂日期
产品信息显示界 面
故障X 故障类型： 动作值：
事件报告显示界面
四、电动机保护器软件部分设计
软件系统采用主循 环加中断处理程序的模 式。为达到设计要求并 充分利用单片机的资源 和性能，课题的软件设 计采用C语言与汇编语 言混合编程。 4.1主程序设计
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.7系统菜单式操作界面（部分） 保护参数设置 电机参数设置
短路倍数： 堵转倍数： 过压倍数： 欠压倍数：
参数设置 事件报告 产品信息
主菜单
参数设置菜单
故障1 故障2 故障3 故障4
过流反时限保护 过载倍数： 动作时限： 增加数据点
保护参数设置界面
额定电压： 额定电流： 额定功率： 绕组接法：
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.1 电动机故障的分类。
对称故障主要有：三相短路、堵转、对称过载等。 这类故障对电动机的损坏主要是机械应力和电流增大
引起的热效应使绕组发热甚至烧毁。
不对称故障主要有：断相、三相不平衡、单相接地、相问 短路等。 不对称故障在故障早期没有特别明显的过电流或过热 表现，但若不及时查找故障原因排除故障则可能造成严重 后果。
欠压保护的整定原则是：若在一定时限内采样到的线电压有 效值均低于保护整定值，则认为有故障产生，应进行断电保护。 b.过压保护
过压保护的整定原则是：若在一定时限内采样到的线电压有 效值均高于保护整定值，则认为有故障产生，应进行断电保护。
三、电动机保护器硬件电路设计
3.1概述： 本论文的硬件系统是以宏晶科技推出的STC90C58AD
2.建立0.4KV MCC系统的保护、测量的数学模型， 建立备投动作的各种理论判据；
3.熟悉相关制图软件及应用（CAD，Altuim Designer），绘制了0.4KV MCC综合保护器主板的详 细原理图和PCB板；
4.完成了三相电流、电压测量回路的设计、制作以及 电动机保护器的软件系统设计；
5.最后借助既有MCC实验系统完成保护、测量、控制 等试验，验证了设计的可靠性。
单片机为核心，并配以外围电路构成。采用模块化设计的方法 ，根据这一思想本装置主要分成六大模块，系统硬件模块结构 图如图3．1所示：
键盘显示模块
数据采集模块
处理模块
通信模块
电源
报警和保护动作执行模块
图3.1
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2电动机保护器各模块介绍。 3.2.1控制处理模块
控制处理器模块使用STC90C58AD单片机，利用片上 AD模块对三相电压以及电流进行检测，根据保护算法进行 保护决策。其电路设计如图3.2所示。
五、电动机保护器可靠性验证实验
5.3电动机保护器电压保护实验 电动机保护器电压保护整定值，整定时间设定：欠压整定定
值：85%，过压整定值：110%；电压延时：11.00s；额定 电压：220V。
实验数据如表5.3所示。
五、电动机保护器可靠性验证实验
5.4电动机保护器实验总结 本实验是在实验室，通过标准电源给电动机保护装置输入不
模拟参考电压以及相关芯片的电源电压、运算放大器 +15V和-15V直流电源。本装置都是通过三端集成稳 压器获得各路直流电源，如图3.5所示：
图3.5 电源模块
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.4数据采集模块 本系统故障检测信号取自于电动机三相线电压和线电流，
共六路模拟输入信号，其中三路用于线电流检测，三路用于线 电压检测。 a.电流采样及其调理电路如图3.6所示。
毕业论文答辩
论文题目：0.4kV电动机综合 保护器的设计
班级： 学生： 学号：
指导教师：
LOGO
论文的结构
第一部分：电动机保护器研究的背景，意义， 发展历史和现状；
第二部分：电动机的各种故障分析及保护原理和措施； 第三部分：电动机保护器硬件电路设计； 第四部分：电动机保护器软件部分设计； 第五部分：电动机保护器可靠性验证实验； 第六部分：总结；
图3.6 电流采样及其调理电路
三、电动机保护器硬件电路设计
b.电压采样及其调理电路如图3.7所示。
图3.7 电压采样及其调理电路
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.5报警和保护动作执行模块。
图 3.8 报警电路
3.2.6 通信模块（RS232串行接口）
图3.9 保护动作执行电路
图3.10 通信模块电路
I A1
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.2 电动机保护原理分析 对称分量法
对称分量的计算公式如下（以A相为例）。
式中 IA1,IA2 ,IA0 ，分别是A相电流用对称分量法分解所得的正序电 流、负序电流、零序电流；
根据对故障的分析，电动机在发生对称故障和不对称故障时，电动 机的三相电流都会发生变化。根据这一结论我们对发电机常见故障的保护 措施进行了分析。
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.3.1 过流保护 根据电流的大小，将过流保护分为三段：
故障类型 短路 堵转 过载
过电流Ieq/Ie 8倍
6~8倍 1.2~6倍
保护特性 电流速断保护
定时限保护 反时限保护
反时限保护: 由公式可以看出，电动机过载倍数越大，其允许过载的时
间越短，即呈反时限特性。
致谢
在这即将毕业的时候，我的心情无比激动。在这里，我 特别感谢悉心指导我的xxx老师！感谢所有帮助过我同学朋 友！感谢评阅论文和参加答辩的各位老师!
谢谢您！
三、电动机保护器硬件电路设计
b.显示设计。 综合考虑显示效果、显示信息量及价格等因素，并参考
了其它设计案例，最终决定选用LCD12864液晶显示器。 液晶显示模块接口电路如图3.4所示。
图 3.4 液晶显示模块接口电路
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.3电源模块。 本系统需四路供电电源，即+5V的单片机主电源和
主程序流程图如图4.1所示
主程序
系统初始化
N 参数调整？
Y 调用参数调整子程序
调用电压、电流以及温度保护 判断子程序
N 输出保护动作？ Y
调用保护动作子程序
扫描键盘、刷新显示
图4.1 主程序流程图
四、电动机保护器软件部分设计
4.2 键盘子程序
键盘中断服务程序
4.3 显示子程序
开始
关闭键盘中断
选择字符显示方式
同的电压电流模拟电动机运行的各种工况，对电动机保护器测量 的精度，以及过流保护、电压保护、轻载保护等性能进行检测。
由保护器精度测试实验可以看出保护器的测量精度比较高， 由保护器保护性能测试实验可以看出保护器保护动作正确率达到 100%。本电动机保护器的实际效果达到了本论文设计的要求。
六、总结
1.查阅大量的文献、数据以及其它资料，在掌握 0.4KV 电动机的工作原理、特性及有关理论的基础上，完 成了开题报告、文献综述；
记录区
将故障信息送 液晶显示器显 示
置短路 故障标 记
图4.12 故障处理子程序流程图
关软件定时器 中断，停止采 样
返回
wenku.baidu.com
短路故 障启动 计时
五、电动机保护器可靠性验证实验
电动机保护器整体设计制作完成之后，为验证其保护实际性 能是否达到设计要求，在实验室条件下对其进行了一系列的性能 测试。 5.1 电动机保护器测量精度测试实验
延时10ms去抖
设置字符显示区首地址
读P2口，确定是否有键按下 N
有键按下？ Y
逐行扫描进行按键识别，计算键值 根据键值和程序运行状态，调用相应键值处理程序
开键盘中断
中断返回
设置显示缓冲区首地址
取显示内容
输出控制信号 输出显示内容
N 完成显示？
Y 返回
四、电动机保护器软件部分设计
4.4参数调整子程序
意义
有效保护电动机，大大延长其使用寿命， 提高经济效 益，保证生产安全。
一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状
历史：
1、以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式。 2、普通电子式电动机保护器。 3、智能型电动机保护器。
现状：
以微控制器为核心的智能型电动机保护器已 经成为主流。它具有检测灵敏、处理速度快、输 出信号准确、保护特性优异、实时监测与智能控 制等优点！
图3.2
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.2键盘、显示模块。 a。键盘：键盘由选择键和功能键组成。
（1）1～2为左键（在定制输入确认键按下后作为数字的减小 键)和右键(在定制输入确认键按下后作为数字的增大键)；
（2）3～4为上下选择键，用于选择菜单以及在输入设定数据 时用于选择数据位的位置；
（3）5为返回键，6为确认键。
故障处理子程序流程图 如图4.2所示：
从预订RAM中取最近采样的三个 电流有效值
求电流最大值
Imax》短路
整定值？ N
清短路故障标记
短路故障计时器清 零
转下一保护模块
Y
N
短路故障 标
记为1？
Y N
时限已到？
Y
置P2.5=1，P3.7=1， 断电保护和报警
将本次运行参数、时
间信息、故障类型存 入EEPROM故障信息
试验通过标准电源给电动机保护装置输入不同的电压电流模 拟电动机运行的各种工况。然后测试电动机保护装置的测量精度 和灵敏度。实验数据如表5.1所示。
五、电动机保护器可靠性验证实验
5.2电动机保护器过流保护实验（分段保护） 电动机保护器整定值与整定时间设定： I段定值：4.500A ，I段延时：5.00s；II段定值：2.500A， II段延时：10.00s，（大电流小时间，小电流大时间）。 过流保护实验数据如表5.2所示。
一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状
背景：
电动机是一种应用最广泛的动力设备，在国民经济中 起着举足轻重的作用，但是其高故障率对工农业生产造 成巨大的经济损失，甚至造成重大的安全事故。
因此，在分析传统电动机保护装置不尽完善的基础 上，研制功能完善、可靠性高的电动机保护装置己经成 为必要。
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.3.2 负序电流保护 电源电压不对称、断相、逆相等故障均会引起负序电流，这
将会在绕组上产生大量热量，使电动机严重发热，产生不对称故 障。本论文采用两段定时限负序电流保护作为电动机不对称故障 的主保护。 2.3.2 零序电流保护
零序电流保护即接地保护，当I大于保护动作电流时，经短路延 时t保护出口动作，依据用户要求执行保护动作。 2.3.4 电压保护 a.欠压保护：
4.5采集子程序流程图
开始 参数切换 显示当前参数值
修改
开始 清除中断标志 读取转换结果
确认
显示当前参数 Y
修改下一个？ N
结束
软件滤波处理 读取开关量输入信号
结束
四、电动机保护器软件部分设计
开始
4.6故障处理子程序
故障处理子程序主要任 务是根据最近采集到的 数据按下列顺序依次进 行故障判断。故障判断 顺序依次为短路、堵转 、断相、过压、欠压、 过载。
电机参数设置界面
IA=
UA=
IB=
UB=
IC=
UC=
监控信息显示界面
显示产品型号 显示软件版本号 显示制造商 显示出厂日期
产品信息显示界 面
故障X 故障类型： 动作值：
事件报告显示界面
四、电动机保护器软件部分设计
软件系统采用主循 环加中断处理程序的模 式。为达到设计要求并 充分利用单片机的资源 和性能，课题的软件设 计采用C语言与汇编语 言混合编程。 4.1主程序设计
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.7系统菜单式操作界面（部分） 保护参数设置 电机参数设置
短路倍数： 堵转倍数： 过压倍数： 欠压倍数：
参数设置 事件报告 产品信息
主菜单
参数设置菜单
故障1 故障2 故障3 故障4
过流反时限保护 过载倍数： 动作时限： 增加数据点
保护参数设置界面
额定电压： 额定电流： 额定功率： 绕组接法：
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.1 电动机故障的分类。
对称故障主要有：三相短路、堵转、对称过载等。 这类故障对电动机的损坏主要是机械应力和电流增大
引起的热效应使绕组发热甚至烧毁。
不对称故障主要有：断相、三相不平衡、单相接地、相问 短路等。 不对称故障在故障早期没有特别明显的过电流或过热 表现，但若不及时查找故障原因排除故障则可能造成严重 后果。
欠压保护的整定原则是：若在一定时限内采样到的线电压有 效值均低于保护整定值，则认为有故障产生，应进行断电保护。 b.过压保护
过压保护的整定原则是：若在一定时限内采样到的线电压有 效值均高于保护整定值，则认为有故障产生，应进行断电保护。
三、电动机保护器硬件电路设计
3.1概述： 本论文的硬件系统是以宏晶科技推出的STC90C58AD
2.建立0.4KV MCC系统的保护、测量的数学模型， 建立备投动作的各种理论判据；
3.熟悉相关制图软件及应用（CAD，Altuim Designer），绘制了0.4KV MCC综合保护器主板的详 细原理图和PCB板；
4.完成了三相电流、电压测量回路的设计、制作以及 电动机保护器的软件系统设计；
5.最后借助既有MCC实验系统完成保护、测量、控制 等试验，验证了设计的可靠性。
单片机为核心，并配以外围电路构成。采用模块化设计的方法 ，根据这一思想本装置主要分成六大模块，系统硬件模块结构 图如图3．1所示：
键盘显示模块
数据采集模块
处理模块
通信模块
电源
报警和保护动作执行模块
图3.1
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2电动机保护器各模块介绍。 3.2.1控制处理模块
控制处理器模块使用STC90C58AD单片机，利用片上 AD模块对三相电压以及电流进行检测，根据保护算法进行 保护决策。其电路设计如图3.2所示。
五、电动机保护器可靠性验证实验
5.3电动机保护器电压保护实验 电动机保护器电压保护整定值，整定时间设定：欠压整定定
值：85%，过压整定值：110%；电压延时：11.00s；额定 电压：220V。
实验数据如表5.3所示。
五、电动机保护器可靠性验证实验
5.4电动机保护器实验总结 本实验是在实验室，通过标准电源给电动机保护装置输入不
模拟参考电压以及相关芯片的电源电压、运算放大器 +15V和-15V直流电源。本装置都是通过三端集成稳 压器获得各路直流电源，如图3.5所示：
图3.5 电源模块
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.4数据采集模块 本系统故障检测信号取自于电动机三相线电压和线电流，
共六路模拟输入信号，其中三路用于线电流检测，三路用于线 电压检测。 a.电流采样及其调理电路如图3.6所示。
毕业论文答辩
论文题目：0.4kV电动机综合 保护器的设计
班级： 学生： 学号：
指导教师：
LOGO
论文的结构
第一部分：电动机保护器研究的背景，意义， 发展历史和现状；
第二部分：电动机的各种故障分析及保护原理和措施； 第三部分：电动机保护器硬件电路设计； 第四部分：电动机保护器软件部分设计； 第五部分：电动机保护器可靠性验证实验； 第六部分：总结；
图3.6 电流采样及其调理电路
三、电动机保护器硬件电路设计
b.电压采样及其调理电路如图3.7所示。
图3.7 电压采样及其调理电路
三、电动机保护器硬件电路设计
3.2.5报警和保护动作执行模块。
图 3.8 报警电路
3.2.6 通信模块（RS232串行接口）
图3.9 保护动作执行电路
图3.10 通信模块电路
I A1
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.2 电动机保护原理分析 对称分量法
对称分量的计算公式如下（以A相为例）。
式中 IA1,IA2 ,IA0 ，分别是A相电流用对称分量法分解所得的正序电 流、负序电流、零序电流；
根据对故障的分析，电动机在发生对称故障和不对称故障时，电动 机的三相电流都会发生变化。根据这一结论我们对发电机常见故障的保护 措施进行了分析。
二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施
2.3.1 过流保护 根据电流的大小，将过流保护分为三段：
故障类型 短路 堵转 过载
过电流Ieq/Ie 8倍
6~8倍 1.2~6倍
保护特性 电流速断保护
定时限保护 反时限保护
反时限保护: 由公式可以看出，电动机过载倍数越大，其允许过载的时
间越短，即呈反时限特性。
致谢
在这即将毕业的时候，我的心情无比激动。在这里，我 特别感谢悉心指导我的xxx老师！感谢所有帮助过我同学朋 友！感谢评阅论文和参加答辩的各位老师!
谢谢您！