电子与信息工程学院
本科毕业论文(设计)
论文题目：三相电动机智能保护器的研究
学生姓名： 朱彤 学 号： 080221030
专 业： 电气工程及其自动化
指导教师： 刘芳梅
2013年 12 月
绪论
摘要
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。
该文应用集成电路设计以及单片机控制的各种知识,根据电动机的工作特性对三相电动机智能保护器进行了比较深入的研究。利用功能强大的单片机技术,完成智能保护器的硬件电路设计,并编制完整的电动机保护程序,最终实现过载、过压、欠压等多种保护功能,弥补了传统保护器的许多缺陷。这种产品由于功能完善且可靠性高,必定会给配电控制系统带来好处,可以带来巨大的社会效益,另一方面也能为产品的制造厂家带来可观的经济效益。 关键词:单片机；智能保护器；过压；欠压
ABSTRACT
Motor is a kind of the most widely used power equipment, plays an important role in the national economy, but its high failure rate of industrial and agricultural production, cause huge economic loss and even cause major accidents.
In this paper, application of integrated circuit design and single-chip microcomputer control of all kinds of knowledge, according to the working characteristic of motor compares the three-phase motor intelligent protector of further research. Using
powerful single-chip microcomputer technology, complete intelligent protector of the hardware circuit design, and complete motor protection program, finally realizes the overload， overvoltage, undervoltage and other protection function, make up for the many defects of traditional protector. This kind of product with perfect functions and high reliability, is bound to benefit distribution control system, can bring huge social benefit, on the other hand can also manufacturer of a product to bring considerable economic benefits.
KEY WORDS: Microcontroller; Intelligent protector; overvoltage; Under voltage
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湖北科技学院学士论文
目录
摘要 ···························································1 1 绪论 ························································3
1.1 三相电动机智能保护器的研究的选题背景 ·····················3 1.2 三相电动机智能保护器的研究现实意义 ·······················3 1.3 国内外研究现状 ··········································4 2 三相电机智能保护器理论依据与动作原理 ···························6
2.1 异步电动机运行原理 ······································6 2.2 电机参数计算原理 ········································6 2.3 三相制的星型接法和三角形接法 ······························7 2.4电机常见故障分析 ·········································7 2.5 电动机保护原理分析 ·······································8 3 硬件电路设计 ································ 错误！未定义书签。
3.1 概述 ·················································· 10 3.2 数据采集电路 ············································ 13 3.3 继电器驱动电路 ········································· 14 3.4 键盘电路 ·············································· 15 4 三相电机智能保护器软件设计 ··················· 错误！未定义书签。
4.1 主程序的设计 ····························· 错误！未定义书签。 4.2 保护动作子程序设计 ······················· 错误！未定义书签。 4.3 故障判断流程图设计 ······················· 错误！未定义书签。 5 电机保护系统抗干扰分析 ······································ 21
5.1 概述 ··················································· 21 5.2 硬件抗干扰设计 ·········································· 21 5.3 软件抗干扰设计 ·········································· 22 6 总结 ······················································· 23 致谢 ·························································· 23 参考文献 ······················································ 24 附录 系统程序 ·················································· 25
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绪论
1 绪论
1.1 三相电动机智能保护器的研究的选题背景
电机因其结构简单、成本低、良好的机械性能和操作方便维护,广泛用于国民经济的各个行业。总装机容量电动机在中国约占所有电气设备的总容量的75%,而能耗约占总发电量的70%以上。0.55 ~ 100千瓦的中小型异步电动机能耗占总发电量的40%。然而,电动机的故障率也在高居各种电气设备。日本电气协会研讨会对超过1000千瓦的电力供应工厂中异步电机、特种电机,变压器和其他14种电气设备故障率进行了调查和分析,结果表明,电机故障率最高,达38.1%。国家每年烧毁电动机的数量在200000人以下,总容量约4000万千瓦,直接损失16亿元,间接损失高达一百亿元。由于修理电动机每年消耗电磁线5000万蜓。生产1公斤的铜线要33.4千瓦时电能,因此每年需要消耗16.7亿千瓦时的电力。因此,对于生产系统,电动机不仅电力设备中最广泛应用的,还是最薄弱环节。
近年来,使用了新材料、新技术,电动机正朝着的功率与体积比值越来越大的发展。大型电机的单价可以高达百万元,由于保护技术落后,其破坏非常严重。这种情况是很常见的在国内外的各行各业,直接经济损失是巨大的。而大型电机往往是重要的驱动力和生产过程的重要辅助设备,如果损坏将中断重要的生产过程,影响安全生产和产品质量,间接损失是很难估计的。大型电动机故障诊断和保护,长期以来一直是学术界和工程的研究热点和难题。
1.2 三相电动机智能保护器的研究现实意义
由于出现的各种自动控制过程的自动化生产设备,通常需要电动机运行时频繁起动,制动和换向及在不同的负载条件下工作。由于电动机的使用条件恶化，所以有效的电动机保护方法,并使其可以实现可靠的发动机的各种故障保护，并能充分发挥电机过载能力,是减少经济损失、提高经济效益必须解决一个问题。在某种程度上,保护电机和电机的设计、制造和控制同样重要。
在传统电动机保护器中,由电磁元件完成检测和保护功能。在动作时误差大,保护精度低、整定困难。电动机保护的可靠性的要求越来越高,电磁式电动机保护器很难满足要求。在1997年国家机械部等八部委联合发布:1997年12月31日起停止生产热继电器等落后的机电产品,逐渐替换原来的热继电器用新的电子马达保护器。因此,为了实现可靠的电机保护,用PIC单片机为中心,开发一套电机断相、不平衡、轻载、过电流、堵转转、短路、过压、欠压常见故障具有保护功能的智能电动机保护器迫在眉睫。
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1.3 国内外研究现状
1.3.1 以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式
热继电器是新中国成立后从前苏联引进技术开发的金属机械电机过载保护器,是电动机保护器的主要技术方法。这种电动机保护器由熔断器,接触器,断路器、热继电器构成，其控制方式主要分为以下四个：(1)熔断器一交流接触器一热继电器；(2)断路器一交流接触器一热继电器；(3)熔断器一断路器：(4)熔断器一断路器一交流接触器一热继电器。热继电器是保护电动机由于过载引起过电流的装置。热继电器在电子技术不发达的时代是首选电机过载保护产品,利用双金属片热效果原则:双金属片由两块不同膨胀系数的金属通过铆钉铆合,通过电流来产生热量，并向膨胀系数小的一边弯曲，金属片弯曲的程度和电流的大小成正比，当电流超过一定时间的热继电器设置电流将开始脱扣装置,切断主电路来达到保护的目的。由于材料的热滞后效应导致热继电器有保护时滞和对轻微堵转、过载保护欠佳的缺点。
由于上述缺点电动机运行很长一段时间在轻微的超载状态,使电机绕组热积聚,绕组温升超过评级,绕组绝缘老化,影响电动机的使用寿命。此外,受制造工艺,热继电器的性能有一定的分散,实际运动曲线和电机保护曲线并不和谐,使电机功率降低,严重时还会引起误动作。因此,电动机保护的传统方法正在被淘汰,新装置已经基本上看不到它。
1.3.2 普通电子式电机保护器
上个世纪七八十年代，随着半导体技术的发展,电子技术和广泛应用,一批新的基于分立电子元件和中小规模集成电路保护产品应运而生的新发动机保护产品。大致按照保护器保护采样方式分为电压和电流采样。电压采样类型电机保护器主要针对电机工作电压测试相应的电动机保护;电流采样式电动机保护线路在电流的变化的基础上保护电动机马达测试。中国电子保护器由晶体管集成电路、电动机保护装置功能上基本满足要求。但导致电动机保护器设计思想的限制,一些不可克服的缺陷,这主要表现在:
(1)精度不高。由于保护装置由许多离散的组件集合成,任何组件的性能对整个系统产生巨大的影响。附件五花八门、所有组件之间是很容易被干扰的复杂电磁环境,也敏感的温度非常高,往往导致保护器不能正常工作。
(2)无法实现参数存储、通信等功能,由分立元件的电动机保护器记录作为参数,无法实现实时通信等高端功能,这限制了这种保护器的应用范围。
(3)此外,元素的保护,节点众多,大大增加了系统故障点,导致保护器调试困难。
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