简易型电动机保护器的设计

时间：2022-06-20

一种ARM相关信号处理电路、显示电路、I/O控制电路和通信电路编制了相关的电机故障保护算法软件。市场应用表明，电机保护器可以保证电机的可靠运行。

关键词：简单型；电机保护器；ARM

0、引言

随着电子技术的不断发展，电机保护器正朝着智能、数字、综合的方向发展。目前，市场上传统的综合电机保护器大多具有相对完整的保护功能，但体积大，安装不便，价格非常昂贵，较大地限制了综合电机保护器的推广。在采矿场所，由于现场空间的限制，只需要基本的电机保护功能。为了解决上述问题，有必要开发一种符合国家标准和成本效益高的电机保护器。ARM为处理器开发了一种经济实用的简单低压电机保护器。

1、设计依据及功能

简易低压电机保护器包括以下功能：

(1)基本保护功能:断相、启动**时、反时限过载、接地、三相不平衡、堵塞、堵塞、短路、过压等。GB14048.4、GB14048.6等标准。

(2)选择保护功能:可选择外部故障、漏电、定期过载、欠载、欠压等保护功能GB14048.4、GB14048.6等标准。

(3)测量和通信功能:三相电流、剩余电流余电流和三相电压；RS485采用通信接口Modbus通信协议，通信符合要求GBZ19582.1、GBZ19582.2标准。

（4）DI/DO、支持二路输出功能：DI、4路DO；支持1路4~20mA变送输出。

(5)安装方法：导轨安装或螺钉固定安装，三种额定电流规格分别为5A、25A、100A。

2、硬件方案

简*处理单元、电源模块、信号处理单元、按键模块、显示模块、I/O系统硬件结构如图1所示，由控制模块、变送输出模块、通信模块等组成。

图1系统硬件结构图

2.1信号处理单元

信号处理单元电路如图2所示，通过基准电压信号Vref将传感器检测到的信号提升到限制0~3.3V在信号中，输入*处理单元，实现交流采样。为保证交流采样的准确性，采用分级处理交流信号。输入大信号时，信号提升过滤后直接进入CPU采样处理；输入小信号时，运算放大器信号放大并过滤信号升高后进入CPU采样处理。

图2信号处理单元电路

2.2控制模块

控制模块由开关量输入和继电器输出组成。保护器内部提供的开关量输入15V电源供电，采用光耦合隔离，增强开关量输入的抗干扰性，满足保护器工作频率和耐压性的要求。开关量输入用于监测外部开关状态。继电器输出采用性能稳定可靠、使用寿命长的继电器。继电器输出电路示意图如图3所示。为了提高抗干扰要求，采用光耦合隔离，ULN2003A可以输出500mA电流，可承受50V电压和内部集成的续流二极管为继电器线圈断电产生的高感应电压提供了续流电路。继电器输出用于输出故障扣、故障报警和远程启动信号。

图3继电器输出电路

3、软件方案

保护器的主程序流程图如图4所示，主要包括A/D采样、计算显示、基本保护、按键处理I/O控制、输出、通信等程序。主程序采用模块化设计，可移植性强。

图4主程序流程

主程序初始化后执行A/D采样程序A/D电机三相电流、三相电压和剩余电流在采样过程中进行采样。采样周期结束后，根据采样获得的电机三相电流值、三相电压值和剩余电流值计算当前电机的电流值和电压值，然后判断当前电机的运行状态。当电机处于运行状态时，执行电机保护子程序。在保护子程序中，根据采样计算的电流值和电压值，判断电机是否有故障。如果没有故障，返回主程序。如果发生故障，判断哪种类型的电机故障，执行相应的故障处理，并在保护器界面上显示故障类型。保护子程序执行后，进入显示值计算子程序，计算三相电流、平均电流、三相电压和剩余电流。显示值计算子程序执行后，进入按键处理子程序，实现人机交互。按键处理子程序执行后，进入显示值计算子程序，计算三相电流、平均电流、三相电压和剩余电流。进入I/O控制程序故障时，控制继电器输出常闭触点断开，切断电机供电，使电机停止。I/O实施控制程序后，可选择三相电流、平均电流、三相电压、频率等参数转换为变送输出子程序4~20mA模拟信号输出。变送输出子程序执行后，进入通信子程序。首先，判断是否收到上位机发送的命令数据。接收命令数据后，按标准执行Modbus协议判断命令中的地址代码是否为保护器的地址，并将相应的参数据返回到上位机。

4、应用实例

由于水泥生产工艺复杂，电机设备数量多，水泥厂选用简单的电机保护器有效保护现场电机设备，不仅可以充分发挥电机的过载能力，而且可以提高电力拖动系统的可靠性和生产过程的连续性。水泥厂采用电机保护控制电路保护器，取代热继电器作为电机过载保护和控制元件，利用通信技术实现水泥生产中电机设备控制的自动化，有效保护和控制水泥厂大型设备的电机。

5、结语

随着电机保护器的应用，市场对产品的需求不断变化。根据市场对经济型电机保护器的需求，开发了经济实用的简单电机保护器。简单的保护器是ARM为核心智能数字电机保护器，实时保护电机启动**时、过载、断相、欠载、不平衡、堵塞、堵塞、短路、过压、欠压等故障，确保工业设备安全可靠运行。

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