浅谈ARMLPC2136在电动机保护装置上的实现

1、浅谈ARMLPC2136在电动机保护装置上的实现摘要：电动机保护器以arlp2136芯片为主控核心，充分利用lp2136强大的功能，以采样电流及采样电压为判据，对电动机是否异常和故障类别进展正确的判断和处理。介绍该保护器总体设计方案、采用的保护逻辑、系统硬件电路的构成及特点，并给出软件工作流程。此保护装置经反复试验后投入实际应用，获得了预期效果，具有良好的市场前景。关键词：电动机保护器;lp2136;故障检测随着我国电力工业迅猛开展，电动机的使用几乎浸透到了各行各业，是工业、农业和国防建立及人民生活正常进展的重要保证。因此确保电动机的正常运行就显得非常重要。但是在实际使用过程中，由于电网、电动

2、机本身质量及工作环境等多种因素，电动时机出现过压、欠压、电流不平衡、欠载及过流等故障，并由此带来了宏大的经济损失。因此，智能型电动机保护装置的开发与研制势在必行。目前多数电动机保护装置仍在使用8/16位的单片机，由于此类单片机大局部缺少spi接口、i2总线及a/d转换口等功能模块。假如要进一步进步电动机保护装置的性能，那么需要通过添加相应的芯片进展扩展。这无形中增加了系统制造本钱，降低了系统的可靠性，同时产品的体积将随着芯片的增加而增加。与此相比，本文采用的ar单片机由于采用了新型的32位ar核处理器，使其在指令系统、总线构造、调试技术、功耗以及性价比等方面远远超过了传统的8/16位单片机。同

3、时ar单片机在芯片内部集成了大量的片内外设,使其功能和可靠性大大进步。一、系统功能特点本文设计的智能电动机保护器采用了飞利浦公司消费的嵌入式lp2136芯片为主控核心。lp2136属于ar7系列处理器，是一个支持实时仿真和跟踪的ar7tdi-s核微处理器，其体积孝功耗低，性价比高。它使用了0.9ips/hz的三级流水线构造，有效地进步了处理器的利用率；支持thub16位/ar32位双指令集，能很好的兼容8位/16位器件。而thub超精简指令集可以在芯片性能根本不受影响的情况下，使程序代码减少30%。加上其指令大局部在存放器中执行,从而进一步进步了系统运算速度。同时其丰富的片上资源，可以很好得满

4、足用户的使用要求。正是由于本保护器使用了lp2136芯片，使得本保护装置在完成传统保护功能的前提下，还具有以下特点：系统具有强大的数据处理才能，可以对电动机的电压和电流进展实时跟踪采样，快速计算出采样量的有效值。并根据有效值和保护值比拟结果，能迅速对电动机工作状态和故障类别进展正确的判断和区别处理。极大地进步了电动机保护系统的可靠性、速动性。先进的网络通讯功能。系统支持dbus-rtu总线协议，具有rs-485远程通讯接口。通过通讯接口可将保护器与上位机相连，既能实现各个保护单元的资源共享，又可以实现远程控制和集中控制，从而为电动机构筑了有效的保护测控网络。二、硬件设计本系统采用模块化设计，主

5、要分为六个局部：处理器lp2136、信号采集模块、显示模块、通讯模块、控制模块和按键模块。图1为电动机保护器硬件构造图。(一)信号采集模块一方面，为了及时监控电动机的运行状况，需实时对电动机的电压和电流进展采样。同时考虑到电动机多用于环境恶劣的现场，周围存在大量的干扰信号。因此，本系统在保护器前端采用了抗干扰性能较强的互感器对电流和电压信号进展采集。这样在不影响主回路的情况下即实现了强电与弱电的完全隔离，又进一步进步了系统的可靠性。对电流信号，本保护器采用了穿芯式三相电流互感器进展采集。电流互感器为定做产品，需根据所要保护的电动机额定功率的不同进展选择。本装置所选用的互感器比值分别为6.3a:

6、10a，25a:10a，100a:10a，400a:10a。电流采样电路如图2所示。其中ia为电流互感器输出的二次电流值，+1.65v为基值电压，iap为保护通道，ia为测量通道。因lp2136集成的a/d转换器电压工作范围为0-3.3v，所以必须对电流互感器输出的二次电流值进展一定的转换。为此，系统采用+1.65v的基准电压并结合运放将其转换为0-3.3v之间的电压信号，然后再将其送至a/d通道。b相电流、相电流采样构造与上图一样。对剩余电流的保护，本系统采用了两种方法。一种方法是直接将三相电流互感器输出的二次电流值连接到系统内部运放，计算电流矢量和。其构造如图3所示。其中ia、ib、i分别

7、为电流互感器输出的二次电流值，运放那么是作为加法器使用。这种方法本钱较低，但是准确性不高。另一种方法是需外接一个剩余电流互感器，此种方法检测的电流灵敏度较高，它是保护器增选功能。对电压信号，本保护器选用了电流型电压互感器对一道路电压进展采集。其中+1.65v为基值电压，电流型电压互感器配比为1:1，原电流值为2a，二次电流值为2a。信号经运放转换后送入lp2136的ad通道。基准电压选择的原因与电流采样一样。(二)通讯模块本系统具有rs485物理接口，遵循国际标准的dbus通讯协议，可以实现遥控、遥测等功能。通讯局部采用了周立功公司开发消费的通讯集成模块rs3485ht。该模块内部集成电源隔离

8、、电气隔离、rs-485收发器及总线保护器件于一身，具有很好的抗干扰性能。lp2136具有两个符合16550工业标准的通用异步收发器接口，图中应用了p0.0管脚及p0.1管脚分别与rs3485ht模块的txd及rxd相连。模块的a管脚和b管脚分别与外部装置相连。(三)按键模块按键模块分为参数设置键和复位键。其中参数设置键由上翻、下翻、返回和确认四个键组成，通过这些按键可以进展面板菜单操作，实现参数设定。复位键用于故障解除后的复位或者在紧急停车时使用。图5为复位电路图。智能保护器中，电动机数据如电动机型号、额定电压、额定电流、历史故障、从站地址、主站地址、识别号等，在断电的情况下应保持。因此系统

9、中采用了at1025芯片。它将2k位的串行e2pr和用于掉电保护的系统电源监控电路集于一体，具有i2串行接口，支持串行总线协议。其串行口sl、sda分别于lp2136的p0.2、p0.3相连接。同时，它还兼有复位功能，其reset管脚或者独立的复位输入管脚r都可以用作手动按键复位输入。本系统采用了手动复位。三、保护逻辑条件本装置通过对电动机正序电流、负序电流、零序电流，及电压进展检测，使其与相应的设定值进展比拟，根据比拟结果对电动机施行保护动作。系统详细保护逻辑条件如下：(一)电流速断保护对电动机严重短路故障包括相间短路和三相短路采用电流速断保护。假如任一相电流大于速断电流定值至整定时间，保护

10、就报警或动作。其中，iax为相电流最大值，isd为速断电流定值，t1为速断时间定值。(二)堵转保护电动机发生堵转时，电流呈上升趋势，且要求发生时间很短，为此本系统采用正序短时限保护。当任一相电流大于堵转电流定值至整定时限，保护就报警或动作。其中，iax为相电流最大值，idz为堵转电流定值，为堵转时间定值。(三)过负荷保护主要防止由过负荷、不对称过负荷引起、定值断线等引起的电动机过热。过负荷保护是在各种运行情况下，建立电动机发热模型，为电动机提供保护。可根据正、负序电动机对电动机热效应的不同，采用正序和负序电流的等效电流来模拟电动机的发热效应其中，i1为负序电流，i2为正序电流，k1为正序电流发

11、热序数，在起动时间内为0.5，起动完毕后为1；k2为负序电流发热序数，一般取为6。其中，t为过热保护动作时间，为电动机热积累常数，ieq为热等效电流，is为保护整定动作电流。(四)负序反时限保护负序反时限保护主要针对各类非接地性不对称故障，包括断相、匝间短路、相间短路、转子开焊等。其故障主要特征就是会出现较大的负序电流，负序电流在转子中产生2倍工频的电流，使转子发热大大增加，危及电动机的平安运行。负序反时限保护具有和过负荷保护相似的特性，其运行时间电流曲线数学模型其中t为动作时间，i2为负序电流，is2为保护整定电流。本装置采用两段式定时限负序电流保护作为电动机断相、定子绕组或引出线不对称相间

12、短路、定子绕组匝间短路的主保护：第一段具有高整定值i21负序电流段电流定值，短延时t21负序电流i段时间定值。第二段具有低定值负序电流段电流定值，长延时t22负序时间n段时间定值。其动作条件为：，且(五)起动时间过长保护电动机假设正常起动，超过起动时间后电动机的电流将在额定值附近，低于电流整定值，那么起动过长保护自动退出。假如超过起动整定时间，电动机电流仍在电流整定值以上，那么启动时间过长保护跳闸。其中，iax为相电流最大值，i4为起动时间过长电流整定值，t3为起动时间整定值。(六)接地保护针对各种接地故障。电动机接地故障取决于供电系统接地方式。对于中性点不接地的系统，故障电流较小；中性点直接

13、接地的系统中，故障电流数值将很大。本系统接地保护主要针对后者。其中i0为零序电流，i0dz为保护电流整定值，t0为接地保护动作时间。(七)过压及欠压保护过压保护动作条件：其中uy1为过压保护定值。欠压保护动作条件：其中uy2为欠压保护定值。四、软件设计软件局部的设计主要采用语言，在ads1.2编译环境中进展，构造简洁紧凑，程序执行效率高，大幅度缩短开发时间，方便晋级和移植。其主程序较简单，主要由装置状态和按键状态循环程序构成。系统初始化后，通过装置状态标志位判断装置是否发生变化。假如发生变化就启动相应保护动作子程序，然后再进入按键判断循环；假如装置状态标志位没有发生变化，那么直接进入按键判断循

14、环。此时假设系统检测有按键按下，就进入按键处理子程序，并进展相应操作。主要完成定值读写、保护投退、模拟量上送、接收或发送与面板的通讯数据等多项功能。同时，装置还具有与上位主站通讯功能，可完成对本装置各种调试、测试功能，实现无人值守。五、结语本文介绍的智能电动机保护器，充分利用了lp2136内部资源，其构造紧凑，功能强大，具有很高的性价比，搭配简单的外围电路就能对电动机进展较为全面的保护。同时，本保护装置灵敏性强，便于推广。对于不同的电动机，系统只需采用不同的电流互感器，并在保护器中设定相应的负载功率即可。本保护装置经过反复试验后投入到实际应用中，获得了预期效果，具有很好的市场应用价值。参考文献：1周立功.ar微控制器根底与实战.北京:北京航