电动机保护装置的研究.doc

1、摘 要电动机在工业及电力系统中被广泛应用，电机的运行状况直接影响到工业生产乃至电力系统的安全稳定。因此，研究性能优良、高可靠性的电机微机保护及故障装置对提高电机维护管理水平，保障其可靠运行具有重要意义。本文在总结电动机微机保护及故障诊断相关技术的发展现状及存在问题基础上，设计了以TMS320F2812 DSP为核心的电动机微机保护及故障诊断装置。采用DSP处理器取代传统的单片机，可快速完成微机保护算法、实现更完善的保护功能。文中首先全面分析了电动机的工作原理、故障特征及保护原理，结合DSP的功能特点，给出了微机保护及故障诊断方案及实现方法:主要有堵转保护、断相保护、过负荷保护、过载保护、低电压

2、保护、过电压保护等；其次完成了微机保护及故障诊断装置的硬件电路设计，主要包括模拟量采集模块、人机界面等模块；利用DSP芯片强大的数据处理能力和丰富的片内设资源以及高速的实时控制能力，大大提高了数据处理速度，不仅实现了微机保护功能，还能对电机异常或故障情况进行诊断。同时还可以完成数据通讯的功能。关键词:电动机；DSP；微机保护；故障诊断ABSTRACTThe motor has been widely used in electric power and corporate enterprises. The operation status of asychronous motor has di

3、rect impact upon the safe operation of industrial production and even of the power system. For this reason, it is significant to study and develop a microprocessor-based protection and default diagnogsis device with fine performances and high reliability,which would improve the level of maintenance

4、and management of motors,and guarantee the safety and reliability of motors. At the conclusion of development status and existent problems of microprocessor-based protection and default diagnosis devices of motor,the paper designs a protection and diagnogsis devices for motor based on TMS320F2812, U

5、sing DSP as the control center instead of conventional microcontroller, the protection algorithm can be completed faster, and the better protection function can be achieved easier. Firstly, the detailed analysis of basic operation principle, fault features and protective relaying principles of motor

6、 is presented in the thesis, combination of DSP features, gives computer protection and fault diagnostics solutions and implementation methods: a major stall protection, phase protection, overload protection, overload protection, low voltage protection, over voltage protection; finished second compu

7、ter protection and hardware design fault diagnosis device, including analog acquisition modules, interface modules; utilize DSP chip powerful data processing capability and rich piece offers resources and high-speed real-time control capability, greatly improving the speed of data processing , not o

8、nly the computer protection, but also on the motor abnormalities or faults diagnosis. But also can complete the data communication function. KEYWORDS: Motor；DSP；Microprocessor-based Protection；Fault Diagnosis目 录1 绪论11.1选题背景及意义11.2电机保护方式的发展11.3本课题研究内容22 电动机的故障特征及其保护42.1电动机故障特征42.2电动机综合保护方法52.2.1堵转保护5

9、2.2.2断相保护62.2.3过负荷保护62.2.4过载保护62.2.5低电压保护72.2.6过电压保护72.2.7过流保护73 电动机综合保护的算法93.1 傅氏算法93.1.1全傅氏算法93.1.2半波傅氏算法103.2采样值乘积算法113.3解微分方程算法113.3.1差分法113.3.2积分法124 电动机保护的硬件设计134.1硬件电路的基本简介134.1.1硬件电路设计原则144.1.2硬件电路设计基本工作原理144.2主系统部分144.2.1 DSP芯片的选择144.2.2TMS320F2812的硬件结构154.3模拟量输入部分174.3.1模拟量变换电路174.3.2滤波电路1

10、84.3.3采样及A/D转换电路194.4开关量的输入/输出回路204.4.1光电隔离器204.4.2开关量输入电路204.4.3开关量输出电路214.5人机接口部分224.5.1 LCD显示224.5.2实时时钟234.5.3键盘接口设计244.5.4看门狗电路254.6串行通讯接口部分264.6.1串行通讯介绍264.6.2 RS-485介绍274.7电源部分275 电动机综合保护装置软件设计295.1软件要实现的功能295.2电机故障保护程序设计295.3电机运行状态保护子程序305.4数据处理程序305.6 故障诊断程序315.7故障处理模块程序325.8键盘扫描响应程序336 保护装

11、置的抗干扰346.1 系统硬件抗干扰设计356.1.1 供电系统干扰的抑制356.1.2 信号滤波356.1.3 开关量输出的隔离356.2 系统的软件抗干扰设计356.2.1 整定值自检366.2.2 程序陷阱法367 总论37参考文献38附录40翻译部分42英文原文：42中文译文：53致 谢631 绪论1.1选题背景及意义在当今的社会发展中，电能的生产、输送、以及应用已经成为了当下社会的主要发展对象，也是现代社会的主要标志之一。电动机现在已经是机电领域最广泛应用的设备之一，很多的领域都在应用它，比如说在机械制造方面、电子制造方面、军工方面等，它已经成为了现代工业的动力源泉。电动机是把电能变

12、换成机械能的一种设备。它的功率范围会非常的大，最多能达到十几万千瓦。它还有许多的优点，就是它的结构很简单、而且价格也很实惠、它的机械性能良好，加速、减速、和它的制动性能很好，正是因为它有这么多的优点所以它在国民经济各个行业中获得了很广泛的应用。我国目前来说电动机占电器设备的百分之七十以上，而且它消耗的电量也非常的高。对于传统的电动机保护来说，它的检测和保护功能大多由电磁元件或者模拟电子保护器来实现保护功能。但是它有很大的缺陷，功能比较单一，保护的精度也不高、而且稳定性还特差，动作的时间误差很大，这些缺点使得它不能满足人们对它的保护越来越高的要求。电动机保护很长一段时间都困扰了继电保护的研究人员

13、和运行电动机的人员，目前来说抓好电动机保护的研究与推广，对国民经济的发展有着相当大的意义，对电动机进行有效并且可靠的保护是相当重要的。随着科学的发展，近些年来，新型材料、新型工艺的大量引进和使用，电动机的功率以及它的稳定性都有了很大的发展。但是一些大型的电动机由于保护技术还不成熟，导致烧损情况很严重，这种情况在国内外都普遍发生，这些情况的发生对经济造成了很大的损失。而且大型的电动机是生产过程的动力，若将其损坏直接影响了到了生产过程，影响到了产品的质量问题，这样的问题间接的损失了难以预测的价格。电动机的故障诊断和保护长期以来都是学术界和工程界的研究重点，也是研究难题。此外，对自动化生产过程越来越

14、高的要求，经常需要电动机长时间频繁的启动、制动等，这样给电动机带来了相当恶劣环境。 因此，我们研究有效的能够保护电动机的方法，使得电动机在出现故障前实施可靠的保护，并且还能够充分的发挥电动机的过载能力。这样的保护会在生产过程中大大减少经济损失，提高经济效益。研究智能电机保护器的开发、生产、让它的性能优越是电动机保护装置势在必行的。1.2电机保护方式的发展随着科学技术的发展，电动机的保护方式也在不断的发生着变化，它的发展过程也是由低到高的，我国的电动机保护装置大概分以下几个阶段。第一阶段、它们主要是以传统的热继电器为主的电动机保护器，其中包括熔断器、热继电器、电磁式电流继电器等。熔断器是最早的保

15、护电器，它简单而且便宜，适用于故障短路也适用于严重的过载故障，但是熔断器它对一般的过载保护不适应。如果其中某一相熔断，就会造成三相异步电动机的断相，导致电动机烧毁。热继电器主要是由两种不同的金属材料组成，它是通过两种金属片热膨胀系数不同来实现电动机保护的。热继电器的结构也是比较简单、价格相对低廉、安装方便、而且有反时限特性的一种保护装置。它主要适应于恒定负载还有连续运行时的过载保护。它的缺点之处是，只能针对电动机的过载实现保护，它不具备短路保护，而且对于过于重载的保护及太过频繁的保护它的保护效果相当的欠佳。它对断相保护的可靠性也不好而且还不稳定，误差相对还很大、它的抗干扰能力也差，自身的消耗还相当的高。电磁式电流继电器，它主要适用于运行中电动机的过载，还有赌转以及缺相等保护，不足之处主要是它的机械制造精度相对较高，而且要求也高，结构比前俩个来说复杂了许多，而且体积也很大。第二阶段、电动机保护器主要是由半导体电子式组成的保护器。在20世纪70年代，随着科学的发展，半导体技术引入社会，第一批电子式的电子式保护器随之产生，它主要由电子元件组成的，可以实现