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[導讀] 　　針對電動(dòng)機運行的特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了電動(dòng)機智能保護器。該保護器以PIC18F4520單片枧為核心，結合相應信號采集模塊、顯示模塊和執行模塊，實(shí)時(shí)檢測電動(dòng)機的各項運行參數，以實(shí)現在故障發(fā)生時(shí)保護器發(fā)出報警或跳閘動(dòng)作。

　　電動(dòng)機已成為工農業(yè)生產(chǎn)和日常生活中必不可少的重要能源，把電能轉化為動(dòng)力，目前主要是利用電動(dòng)機。生產(chǎn)上大量應用的三相電動(dòng)機功率從幾千瓦到幾百千瓦不等，這些電動(dòng)機功率大，電壓高，電流大，控制和保護系統較為復雜，單片機和數字信號處理技術(shù)的發(fā)展為電動(dòng)機保護提供了新的、更可靠和更有效的解決方案。

　　針對電動(dòng)機運行的特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了電動(dòng)機智能保護器。該保護器以PIC18F4520單片枧為核心，結合相應信號采集模塊、顯示模塊和執行模塊，實(shí)時(shí)檢測電動(dòng)機的各項運行參數，以實(shí)現在故障發(fā)生時(shí)保護器發(fā)出報警或跳閘動(dòng)作。

　　電動(dòng)機智能保護器的硬件與軟件

　　1.電動(dòng)機智能保護器硬件設計

　　該保護器的硬件結構，如下圖所示。主要包括信號采集模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、顯示模塊和執行模塊等。采樣模塊首先對電動(dòng)機的電流與電壓信號進(jìn)行采集，然后將采集到的模擬信號通過(guò)電平轉換電路和低通濾波器濾去高次諧波，最后進(jìn)入PIC18F4520的ADC進(jìn)行數字化處理得到電流和電壓離散值。鍵盤(pán)輸入模塊主要用于設定欠功率、過(guò)電壓、欠電壓和過(guò)電流等各項保護判據，涉及的報警整定值、跳閘整定值或其他設定參數，也是通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現的。顯示模塊主要用于顯示電流和電壓等參數，采樣3排四位數碼管顯示模塊。執行模塊主要是用于輸出各種控制信號來(lái)執行相應的動(dòng)作，當發(fā)生故障時(shí)，執行模塊就會(huì )執行相應的動(dòng)作使繼電器有所動(dòng)作，達到對電動(dòng)機的保護。

　　2.電動(dòng)機智能保護器軟件設計

　　電動(dòng)機智能保護器的軟件設計是利用PIC18F4520的C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現的，并在MPLAB里進(jìn)行編譯、調試與仿真。程序主要分為主程序、各故障中斷子程序、顯示程序和延時(shí)程序四部分。開(kāi)始時(shí)從存儲器讀出采集到的數據，送到顯示模塊中顯示，比如三相電壓、三相電流和功率等參數。然后再判斷電動(dòng)機是否起動(dòng)，未起動(dòng)時(shí)，在顯示模塊顯示相應的未起動(dòng)標志代碼。此時(shí)，用戶(hù)可以設置各個(gè)參數，并將設定值存儲到存儲器里。如已起動(dòng)則進(jìn)入各個(gè)故障的判斷(判斷電動(dòng)機是否進(jìn)入起動(dòng)階段，這是通過(guò)采集電流和電壓來(lái)完成的)，通過(guò)相應判定參數值判斷各種故障，采樣電流和電壓分別監控電動(dòng)機的運行狀態(tài)和判斷電動(dòng)機是否過(guò)、欠電壓。如果有故障發(fā)生，則進(jìn)行相應的報警與跳閘，并把數據與狀態(tài)顯示在相應的顯示模塊。

　　電動(dòng)機保護原理與保護判據

　　1.有效值計量

　　PIC18F4520采集到的是離散電流與離散電壓，因而要利用電流、電壓作為保護判據時(shí)，需要將信號離散化處理。利用方均根值的計算求出各相電流、電壓的有效值。本例一個(gè)周期采樣64個(gè)點(diǎn)。

　　2.短路和堵轉保護與報警

　　短路保護是為電動(dòng)機的相間及電動(dòng)機繞組匝間短路保護而設置的，通過(guò)該保護的功能，可以避免諸如：小到電動(dòng)機燒毀，大到引起進(jìn)線(xiàn)跳閘，甚至越級跳閘，引起控制中心失電等嚴重事故;如三相電流任意一相電流出現短路電流時(shí)，即可按設定的要求進(jìn)行保護。

　　堵轉保護是電動(dòng)機特有的一種保護，適用于傳動(dòng)裝備、泵、風(fēng)扇、切割機及壓縮機等設備由于負荷過(guò)大或自身機械原因，造成電動(dòng)機繞組過(guò)熱，絕緣降低而燒毀電動(dòng)機，因此堵轉保護是避免該類(lèi)型故障的發(fā)生。如果三相電流平均值出現4～8倍額定電流的過(guò)負荷現象時(shí)，即可按設定的堵轉保護定值和時(shí)限，迅速跳閘，避免電動(dòng)機燒毀。

　　短路保護和堵轉保護的動(dòng)作定值必須小于交流接觸器的允許分斷電流。在任何短路和堵轉高于接觸器允許分斷電流的應用中，必須使用一個(gè)熔斷器或智能型斷路器來(lái)切斷電流，防止損壞接觸器和擴大故障。

　　堵轉電流的動(dòng)作定值應該依據電動(dòng)機制造廠(chǎng)提供的最大允許堵轉電流值，可按允許堵轉電流的一半設定，堵轉延時(shí)時(shí)間可參考電動(dòng)機的允許堵轉時(shí)間設定，一般設定時(shí)間為允許時(shí)間的9/10。

　　當堵轉電流或短路電流大于設定的允許分斷電流時(shí)，保護不跳閘，只輸出故障信息;直到電流跌落到接觸器允許分斷電流以下，跳閘動(dòng)作才會(huì )發(fā)生。這時(shí)由斷路器完成保護。

　　3.過(guò)載保護與報警

　　當電動(dòng)機在過(guò)載狀態(tài)下運行時(shí)，會(huì )產(chǎn)生大電流，長(cháng)時(shí)間會(huì )導致電動(dòng)機發(fā)熱損壞，此時(shí)普遍使用熱繼電器進(jìn)行熱保護，但熱繼電器與電動(dòng)機的散熱特性不一致，故不能正確反映電動(dòng)機的過(guò)載運行狀況?？刂破鞲鶕妱?dòng)機的發(fā)熱特性，計算電動(dòng)機的熱容量I2t，模擬電動(dòng)機發(fā)熱特性和散熱特性對電動(dòng)機進(jìn)行保護。由于控制器是根據電流模擬計算而進(jìn)行保護的，因此保護范圍更廣，可實(shí)現熱繼電器所不能保護的嚴重過(guò)負載保護。

　　反時(shí)限過(guò)載保護一般包括：短路+堵轉+定時(shí)限過(guò)載三種保護功能，此電動(dòng)機保護控制器使用反時(shí)限(符合IEC255-3標準)作為特征曲線(xiàn)，其過(guò)載保護有12條特性曲線(xiàn)可選，用戶(hù)可以根據實(shí)際需要選擇不同曲線(xiàn)。

　　4.電流不平衡保護

　　不平衡的三相供給電壓也是導致電動(dòng)機熱損壞的一個(gè)主要原因。不平衡率表示平均電流和各相電流的最大差值與平均電流和電動(dòng)機滿(mǎn)負載電流最大值的比值。當不平衡率超過(guò)整定值且整定時(shí)間到后，報警或跳閘。

　　5.過(guò)電壓與欠電壓定時(shí)保護與報警

　　電壓有效值小于整定電壓值且整定時(shí)間到后，欠電壓報警或跳閘;電壓有效值大于整定電壓值且整定時(shí)間到后，過(guò)電壓報警或跳閘。

　　結束語(yǔ)

　　通過(guò)市場(chǎng)的實(shí)際使用證明，電動(dòng)機智能保護器故障判定準確、可靠。本產(chǎn)品是應用了多種保護方式相結合的綜合型保護器。

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