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[導讀] 針對電動機運行的特點，研究開發了電動機智能保護器。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，實時檢測電動機的各項運行參數，以實現在故障發生時保護器發出報警或跳閘動作。
電動機已成為工農業生產和日常生活中必不可少的重要能源，把電能轉化為動力，目前主要是利用電動機。生產上大量應用的三相電動機功率從幾千瓦到幾百千瓦不等，這些電動機功率大，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的發展為電動機保護提供了新的、更可靠和更有效的解決方案。
針對電動機運行的特點，研究開發了電動機智能保護器。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，實時檢測電動機的各項運行參數，以實現在故障發生時保護器發出報警或跳閘動作。
電動機智能保護器的硬件與軟件
1.電動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、鍵盤輸入模塊、顯示模塊和執行模塊等。采樣模塊首先對電動機的電流與電壓信號進行采集，然后將采集到的模擬信號通過電平轉換電路和低通濾波器濾去高次諧波，最后進入PIC18F4520的ADC進行數字化處理得到電流和電壓離散值。鍵盤輸入模塊主要用于設定欠功率、過電壓、欠電壓和過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，也是通過鍵盤來實現的。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執行相應的動作，當發生故障時，執行模塊就會執行相應的動作使繼電器有所動作，達到對電動機的保護。
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2.電動機智能保護器軟件設計
電動機智能保護器的軟件設計是利用PIC18F4520的C語言來實現的，并在MPLAB里進行編譯、調試與仿真。程序主要分為主程序、各故障中斷子程序、顯示程序和延時程序四部分。開始時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。然后再判斷電動機是否起動，未起動時，在顯示模塊顯示相應的未起動標志代碼。此時，用戶可以設置各個參數，并將設定值存儲到存儲器里。如已起動則進入各個故障的判斷(判斷電動機是否進入起動階段，這是通過采集電流和電壓來完成的)，通過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機的運行狀態和判斷電動機是否過、欠電壓。如果有故障發生，則進行相應的報警與跳閘，并把數據與狀態顯示在相應的顯示模塊。
電動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，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。本例一個周期采樣64個點。
2.短路和堵轉保護與報警
短路保護是為電動機的相間及電動機繞組匝間短路保護而設置的，通過該保護的功能，可以避免諸如：小到電動機燒毀，大到引起進線跳閘，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，即可按設定的要求進行保護。
堵轉保護是電動機特有的一種保護，適用于傳動裝備、泵、風扇、切割機及壓縮機等設備由于負荷過大或自身機械原因，造成電動機繞組過熱，絕緣降低而燒毀電動機，因此堵轉保護是避免該類型故障的發生。如果三相電流平均值出現4～8倍額定電流的過負荷現象時，即可按設定的堵轉保護定值和時限，迅速跳閘，避免電動機燒毀。
短路保護和堵轉保護的動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，必須使用一個熔斷器或智能型斷路器來切斷電流，防止損壞接觸器和擴大故障。
堵轉電流的動作定值應該依據電動機制造廠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，堵轉延時時間可參考電動機的允許堵轉時間設定，一般設定時間為允許時間的9/10。
當堵轉電流或短路電流大于設定的允許分斷電流時，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，跳閘動作才會發生。這時由斷路器完成保護。
3.過載保護與報警
當電動機在過載狀態下運行時，會產生大電流，長時間會導致電動機發熱損壞，此時普遍使用熱繼電器進行熱保護，但熱繼電器與電動機的散熱特性不一致，故不能正確反映電動機的過載運行狀況。控制器根據電動機的發熱特性，計算電動機的熱容量I2t，模擬電動機發熱特性和散熱特性對電動機進行保護。由于控制器是根據電流模擬計算而進行保護的，因此保護范圍更廣，可實現熱繼電器所不能保護的嚴重過負載保護。
反時限過載保護一般包括：短路+堵轉+定時限過載三種保護功能，此電動機保護控制器使用反時限(符合IEC255-3標準)作為特征曲線，其過載保護有12條特性曲線可選，用戶可以根據實際需要選擇不同曲線。
4.電流不平衡保護
不平衡的三相供給電壓也是導致電動機熱損壞的一個主要原因。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機滿負載電流最大值的比值。當不平衡率超過整定值且整定時間到后，報警或跳閘。
5.過電壓與欠電壓定時保護與報警
電壓有效值小于整定電壓值且整定時間到后，欠電壓報警或跳閘;電壓有效值大于整定電壓值且整定時間到后，過電壓報警或跳閘。
結束語
通過市場的實際使用證明，電動機智能保護器故障判定準確、可靠。本產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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