基于单片机控制的三相电保护器的设计.doc

基于单片机控制的三相电机保护器的设计摘要：详细介绍了利用一种单片机控制的三相电机保护器，其最大特点是分析了对常见电机损害情况，制作了综合的保护电路，比较理想地解决了目前电机保护器功能单一的问题。一引言电机保护器是最近十多年才发展起来的一种新型电子式多功能电动机综合保护装置。它集过（轻）载保护、缺相、过（欠）压、堵转、漏电、接地及三相不平衡保护等低压保护于一身，具有保护精度高、节电、动作灵敏、工作安全可靠等优点，是传统热继电器的理想替代产品。它通常是由电流互感器、比较电路、单片机及出口继电器等几个部分组成。电流互感器将电动机的电流变化线性地反映至保护器的采样端口，经过整流、滤波等环节后，转换成与电动机电流成正比的直流电压信号，送到相应部分与给定的保护参数进行比较处理，再经单片机回路处理，推动功率回路，使继电器动作。当电机由于驱动部分过载导致电流增大时，从电流传感器取得的电压信号将增大，此电压值大于保护器的整定值时，过载回路工作，RC延时电路经过一定的（可调）延时，驱动出口继电器动作，使接触器切断主回路。欠压及缺相保护等功能部分，工作原理基本相同。三相电机由于电网，负载及电机本身的种种原因，经常发生电机损坏现象。因此，电机的保护就成了人们长期以来一直关注的问题，目前电机综合保护设备种类很多。我们是以单片机为核心研制开发了一种具有对电机反转 ，缺相，漏电，过载，短路等故障的综合检测保护功能的控制电机保护器。二硬件设计保护系统框图如图1所示。单片机是系统的核心。从降低成本和容易开发的角度来讲，本系统采用AT89S52单片机。图1：保护系统框图图2：系统电路图21相序检测图2中C5，R3，R11，R12输出组成电压取样及相序检测器，L1，L2，L3三端与三相交流电源相连。在正负相序两种情况下，R12两端电压关系为V+=V-/3.7,其中V+,V-分别表示正负相序时R12两端的电压，正负相序是相对于保护器输出端所标相序而言的。R11与R12组成分压电路，其目的是使正相序时整流器无电流输出，而负相序时有电流输出。因为光电耦合元件是有电流输入时输出低电平；无电路输入则为高电平，所以电路就是通过识别输出电平的高低来鉴定相序的。当检测出相序错误时通过单片机输出由高电平转换为低电平来控制光耦使KM1关断，使KM2打开，从而电机由反转变为正转。另外，电源接通后，当电源缺少L1相或者L2相时，其测出也为低电平，所以，该电路除了能够产生相序控制信号外还能产生缺相控制信号。22电流取样 首先从互感器T1,T2,T3，T4感应出与三相主电流及漏电流成比例的交流电压，然后经线型检波器U0输出相对应的直流电压VL1,VL2,VL3及VL4.（1）过载检测 过载检测电路由图2中电压比较器U2的A,B,C及外围元件组成，调整电位器R2的滑动触电给定一阈值电压，它的调整外围时根据互感器T1T3的磁化特性设置的。这里取磁化曲线的线型部分，即给定电流的最大值是最小值的2倍，这就确定了该系列产品的整定制调整范围，如 510A,1020A.。当三相交流电路中任一相电流超过给定值时，U2：A输出由高电平降低为低电平。（2）短路检测 U2:D为短路检测电路，有R8,R9设置一电压阈值。该电压是这样设定的：当三相交流电主电流任一相超过该产品最大值的8倍，认为是短路，一旦由有短路现象产生，输出端高电平降为低电平。(3)缺相检测前面提到的利用相序检测电路检出的缺相信号，只能在开机前起作用，开机后就不再有有作用，开机后就不再有作用。因为开机以后L1,L2,L3缺任一相时，该相电压并不为零，其值取决于另外两相负载阻抗分压及感应电动势，经过实际测量，其值及相位与原来的相近，所以，此时用电压法已不能测出是否缺相。该系统采用的是开机前由电压法检测是否缺相，开机以后由U1的A,B,C及外围元件组成，其中电阻R4,R5给出一阈值电压，开机前U1的A,B,C输出三个逻辑低电平，开机后输出三个逻辑低电平。若电机缺相运行，一般缺相的那一线电流为零或着很小，相对应的一定是逻辑低电平，单片机就可以利用这三个逻辑电平，判断出缺少的那一相。23漏电检测漏电检测电路由U1:D组成，电阻R6,R7的电压值决定了漏电值电流，为了保护设备既能正常运行又能起保护漏电流保护作用，一般电机可设定漏电流大于或等于50MA时输出保护信号。24显示电路显示部分电路有LED发光二极管，直接由I/O端口驱动。当出现故障时，显示屏显示故障所在。 三：软件设计 系统软件由主程序和延时程序组成。这样使程序简单，而且控制方便。下图是系统主程序流程图。单片机采用巡回查询方式，开机复位后先进入程序初始化。下面是其主流程图： 31现场数据采集：数据采集是直接引到P1口，因为只是简单的高低电平，所以选用P1口。P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4分别表示相序，缺相，漏电，过载，短路。32逐位查询分别对P1口的低高位进行查询。当遇到错误信号时，延时4.8秒后，再查询该位，若还是错误信号，则时相应P2口置位，显示灯亮。33 延时程序系统为减少使用单片机的寄存器，从机器周期出发，采用多级循环达到延时目的。主程序：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 300HMAIN: MOV P1,#0FFHYS: MOV R6,#0F0HTM1: MOV R5,#0F0HTM0: DJNZ R5,TM0 DJNZ R6,XIA XIA: JNB P1.0,K0 JB P1.1,F1 JNB P1.2,F2 JNB P1.3,F3 JNB P1.4,F4 SJMP MAINK0: AJMP DELAY JNB P1.0,F00 RETF1: LCALL DELAY JB P1.1,F11 RETF2: LCALL DELAY JNB P1.2,F22 RETF3: LCALL DELAY JNB P1.3,F33 RETF4: LCALL DELAY JNB P1.4,F44 RETF00: CLR P2.0 SJMP JtF11: CLR P2.1 SJMP JSF22: CLR P2.2 SJMP JSF33: CLR P2.3 SJMP JSF44: CLR P2.4 SJMP JSDELAY: MOV R0,#60DDEL3: MOV R1,#200DDEL1: MOV R2,#200DDEL2: DJNZ R2,DEL2 DJNZ R1,DEL1 DJNZ R0,DEL3 RETJt: CLR P2.7 DJNZ JKJS: CLR P2.8 DJNZ JKJK: SJ