单片机控制电动机综合保护

精品文档-下载后可编辑单片机控制电动机综合保护【摘要】利用单片机系统来实现电动机的过载、短路、断相等常见故障的综合保护。保护范围比较宽，可对大小不同的电机进行保护，被保护的电机额定电流可自行设计，并可实时显示工作电流和各种故障状态。

【关键词】单片机；保护；过载；断相

0概述

在电气时代的今天，电动机一直在现代化生产和生活起着十分重要的作用。由于生产自动化及各种自动控制、顺序控制设备的出现，要求电动机经常运行在频繁的起动、制动、正反转、间歇以及变负荷等多种方式。在不同运行状态下，电动机的发热情况及其所受到的电动机和热力的冲击相差悬殊。而电动机的经济使用期限正与它所受到的起动次数和持续时间密切相关。因此，除要求使用人员了解所有有关电动机的运行知识并合理使用外，还应装设相应的保护装置，以确保电动机正常运行。电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制。用单片机进行控制的电动机操作方便，整定值精确（可数字显示），保护效果好，但价格较模拟控制的电动机价格高。

1用可编程器件GAL进行保护

采用可编程器件GAL取代断相检测中的三个三极管串联。利用GAL内部编制一个三与门，利用一个电压比较器比较过载电压。输出信号接到GAL中，利用GAL内部的贴触发器，在GAL内部编制一个十进制计数器。通过把交流电进行整形，变成一个50Hz的方波。通过记录电网的频率，来达到过载延时的目的。通过不同信号的输入，GAL器件可以相应地指示出电机的运行状态：过载、断相、正常运行，但GAL的抗过电压能力差，如果信号采样的输入过大，将会烧掉GAL，不能满足不同的电机的要求。

2采用CPU为主器件进行保护

随着工业自动化的发展，人们对电动机综合保护的要求也越来越严格，以CPU为核心的智能化产品，已经是取代模拟产品的必然趋势。现在生产电动机综合保护的厂家都在发展单片机为核心的智能化电动机综合保护。采用传统的电流互感器，把电流互感器采样到的电流信号，经过整流桥整定成直流信号。利用电容进行滤波，通过负载电阻把电流信号转化成电压信号送给A/D转换器。在负载电阻的选择上，由于负载电阻是固定的，当输入电流增大很多时，A/D的输入将会溢出转换范围；输入电流太小，会影响采样的精度，经CPU内部各种运算之后，会使数据失真。采用电位器调节负载电阻来解决上述问题。把电阻的额定电流整定到二个固定的电压，因为三相采样可以判断出电机是否断相，这样CPU就可以把额定电流固定到一个基准的数值，然后通过计算电机的采样电流与额定电流之比，可以确定出电机的运行状态，即过载、断相、不平衡度、过流、欠电流等，经过一段时间的综合，来达到保护电机的目的。

2.1硬件电路设计

硬件电路可分为电流采集、A/D转换、CPU、键盘、显示、掉电保护等6个部分。

（1）电流采集。用电流互感器将电机三项定子电流转化为小电流，再由整流桥把交流电流信号转换为直流电流信号，经电阻产生直流电压信号，送入A/D。为保护大小不同的电机，在输入电阻的选取上，采用一个带数字电位器的电阻网络，数字电位器可自动减小电阻，拓宽保护范围。

（2）A/D转换器。将四路模拟输入信号转换为数字信号传送给CPU。

（3）CPU。一般采用由片内存储器的AT89C_31，免去了采用8031外扩程序存储器的麻烦。

（4）键盘。键盘采用四个的编码键盘，按键时，键值为零。采用中断方式，如果四个键中有任意键按下，则产生键盘中断，CPU查询是哪一键按下，并执行相应的程序。

（5）显示。显示电路采用MX7219串行显示芯片。四位LED。可显示实时电流和各种故障状态及故障电流。

（6）掉电方式。由于事系统可保护不同的电机，在开机时，经常需要设定新的参数，这样在系统断电时，这些存在片内RAM中的数据变会丢失。采用一片24C08芯片来完成掉电保护功能。当系统断电时CPU片内M朋中数据便会存到24C08中保存起来，断电也不会丢失，当再次开机时，CPU就会从24C08中取出这些数据，从而完成掉电保护功能。

系统的硬件原理图如图1所示。

2.2经济分析

目前市场上出售的电动机保护器大致可分为两种：一种是模拟电路的，这种产品结构较为简单，价格便宜，但操作不直观，整定值不精确，保护效果不是很理想；另一种是智能型的，也就是用单片机进行控制的，这种产品操作方便，整定值精确（可数字显示），保护效果好，但价格较前