基于单片机的电机保护系统的设计

第8卷　第2期漯河职业技术学院学报

Vol .8No 12　2009年3月

Journal of Luohe Vocati onal Technol ogy College

M ar 12009

收稿日期:2008-12-10

作者简介:万　琰(1971-),男,河南信阳人,漯河职业技术学院实验师,主要从事应用电子技术的教学和研究。基于单片机的电机保护系统的设计

万　琰

(漯河职业技术学院,河南漯河462002)

摘要:分析电机运行过程中的常见故障,提出电机保护措施,利用微机快速诊断处理的能力设计出智能化的电机保护系统。该系统除具有控制与保护作用外,还具有参数、故障代码显示等扩展功能。

关键词:电机;系统保护;LPC2132中图分类号:TP307;TP368.1 文献标识码:A 文章编号:1671-7864(2009)02-0047-02

电动机广泛应用于工农业生产中,电动机运行时会出

现短路、断相、过压、欠压、过载等故障。为保证电动机正常

工作,需要对电动机运行系统进行电气保护,目前传统的8/16单片机已广泛应用于电气保护中,但是它们仅仅具有基本的测量控制功能,在人机对话、数据查询、实时监控、故障显示等方面能力有限,缺少必要的网络通讯功能。采用以LPC2132微处理器为运算核心,系统外接通讯接口及必要的功能模块,可构建智能化电动机保护系统。

1　系统硬件设计

该电动机保护系统的整体结构如图1所示。主要由主处理器LPC2132、数据采集模块、网络通讯模块、界面显示模块、按键控制模块以及继电保护模块等部分组成

。

图1　系统硬件整体结构框图

该保护系统采用高性价比的32位AR M7T DM I -S 核的

LPC2132单片机组成CP U 主系统。支持实时仿真与跟踪,并带64K B 的高速F LASH 程序存储器、四个通讯接口、两个32位定时器、一个10位8路ADC 、47个GP I O 以及9个边沿或电平触发的外部中断。利用外围芯片的功能模块就能完成数据采集、人机对话、通讯协议和继电保护控制等一系列具体任务。

1.1　数据采集模块

数据采集模块有交流采样、低通滤波等环节组成。数据采集采用同时采样方式,主要完成三相电流检测、电压检测、漏电检测以及短路检测。即在每一个采样周期内,对所有需要采样的各个通道的量在同一时刻一起采样,然后经多路电子开关,将采样后的信号送至系统对应的各通道端口,然后再依次对各个通道进行转换处理。1.2　界面液晶显示模块

图2为液晶显示控制电路。显示驱动芯片采用HT1612,所有被测参数、保护信息、故障代码信息通过HT1612传输控制在显示器上实时显示。同时LE D 指示灯指示所处状态,如运行、故障、通讯等。而且通过按键可以进行面板菜单操作,键盘采用触摸键盘以提高系统对环境的可靠性。1.3　继电控制保护模块

继电控制保护模块设有光电隔离电路,当系统发生运行故障,在达到动作值或动作时限时,由保护装置向动作响应电路输出高电平,经过光电隔离去驱动中间继电器,最后作用于断路器使之跳闸,从而切断故障支路电源

。

图2　液晶显示控制电路

2　系统软件设计

在软件设计中充分采用模块化设计方法,使用嵌入式C

语言,在ADS 编译环境中进行。这不仅给程序的调试、修改

48　漯河职业技术学院学报2009年

提供了很大方便,而且为今后功能的进一步扩展创造了有利条件。程序框架以主程序为核心,子程序包括系统初始化、自检、中断子程序、数据处理子程序、故障处理子程序等。同时为了提高系统的可靠性和抗干扰能力,软件设计中采取了相应的措施,如冗余设计、动态自检等。2.1　系统程序设计

系统主程序是整个系统软件的核心,它通过调用各子程序便可实现系统功能,其流程如图3所示

。

图3　系统程序流程图

2.2　采样中断程序设计

本系统的保护功能主要在此中断程序中完成。具体思路如下:工频50Hz 时,采样中断程序每1.667m s (12点/周期)执行一次。在这个程序中启动A /D 转换,读取A /D 转换结果存放于RAM 中,三个周期的采样值循环存放。当所有通道转换完成之后,将数据更新排队,接着读取外部开关状态,然后程序进入故障检测启动程序,计算电流突变量,如果电流突变量超过门限值则进入故障处理程序。电流的差异是通过将电流瞬时采样值与12点和24点前的采样值进行比较而得到的(即与第1和第2个周期前的采样值相比)。为了提高抗干扰能力,保证故障检测的准确性,故障检测启动子程序只有在检测到任一相电流连续三次超过门限值的突变量时才启动故障处理程序。每个采样周期采样中断程序只执行一次,因而所有的活动都由这个程序来控制。采样中断的流程如图4所示

。

图4　采样中断程序流程图

2.3　故障检测启动程序

故障检测启动程序位于采样中断程序中,因此是每1.667m s 执行一次。本程序能够可靠地反映低压电网的过流现象,并启动进一步的故障处理子程序。2.4　故障处理子程序

故障处理子程序是采样中断程序中调用的子程序,需要故障检测程序启动,因此并不是每次采样中断都要进行。故障处理程序计算出相电流有效值、功率因数值及负序电流有效值,从而完成相敏保护、负序保护和过负荷保护工作。

3　结束语

该单片机综合保护系统除具有基本的人机对话、数据查询、实时监控、故障显示等功能外,还增设了网络通讯功能口,在数据采集方面,采用比相算法获得相位角信号法和相敏保护法,大大提高提高了系统运行速度和精度。同时系统以单片机控制为中心,构建了智能化电动机保护系统。

参考文献:

[1]孔德星.高压异步电动机综合保护器的研究[J ].焦作工学院学报(自然科学版),2002,(9).

[2]白凤山.单片机在高压异步电机综合保护中的应用[J ].内蒙古大学学报,2003,(9).

[3]李宁.异步电动机的综合保护[J ].天津轻工业学院学报,2002,(9).

[4]李华.微机型继电保护装置软硬件技术探讨[J ].电力建设,2001,(5).

The Protecti on System for M otor Ba sed on S i n gle 2ch i p M i croco m puter

WAN Yan

(Luohe Vocati onal Technol ogy College,Luohe 462002,China )

Abstract:Thr ough the analysis of co mmon fault of electric mot or,Find out the p r otecti on methods f or electric mot or .Then make use of the high 2s peed data dis posal capability of si m p le 2chi p m icr ocomputer t o design integrated p r otecti on device .This syste m can not only p r otect,but als o has the functi on of data dis p lay and fault dis p lay,It intr oduces the work p rinci p le and hard ware designs,als o p r otecti on alg orith m and s oft w are designs in detail in this article .Key words:The electric mot or,Syste m p r otecti on,LPC2132

[责任编辑　吴保奎]