單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中應(yīng)用概論

I摘要本文介紹了一種基于單片機(jī)的高壓大型(異步)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。該保護(hù)等模擬量信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)后送入單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行機(jī)差動(dòng)保護(hù)電流保護(hù)IIAbstract LCD.III 3235------------------40----------44------------------451行，有2就力。傳統(tǒng)保護(hù)控制裝置不能實(shí)現(xiàn)的保護(hù)控制功能。如能迅速處理采集的電機(jī)各種故障信號(hào)，并將結(jié)果同各種設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比3國(guó)、日本、英國(guó)發(fā)展最快。TAD、智能控制器(SMC)等各種型號(hào)序列數(shù)十種規(guī)格[21]。4國(guó)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)大致有以下幾點(diǎn)[3]：；本論文研究的是基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)(異步電機(jī))保護(hù)裝置，主要應(yīng)用據(jù)保護(hù)原理和該裝置的硬件平臺(tái)使用C語(yǔ)言開發(fā)了一套針對(duì)各種保護(hù)功能5第二章電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理后詳細(xì)介紹了電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置所用到的保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)保護(hù)的邏輯關(guān)由于電動(dòng)機(jī)的微機(jī)保護(hù)主要通過測(cè)量電量(電流、電壓以及開關(guān)狀態(tài)等)的主要是繞組故障。稱故障障置：6網(wǎng)電壓顯著下降，影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，對(duì)額定容量在2000kW以上，或小于2000kW但電流速斷保護(hù)靈敏度不夠的電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)低電壓保護(hù)接地故障保護(hù)7單元相互獨(dú)立?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理是基于比較被保護(hù)單元始端和末端電流的大I1I′1dMIII=1，I=1，I=II(2.1)2n2nd2222d8I=II=0(2.2)d12I=II0(2.3)d12dIDZIIDZ.maxIABDZ.minABIDIDIDZSD護(hù)裝置的第二側(cè)二次電流，I為最小制動(dòng)電流，一般取額定電流，I為ZDminZDI>IDZSD9ZDZDZDZD.min當(dāng)II時(shí)，I>IDZDZ.minI>K(II)+IDZZDZDZD.minDZ.min式中K為制動(dòng)系數(shù)。ZDCT斷線判據(jù)：當(dāng)至少檢測(cè)到一相電流為零并且零序電流大于I時(shí)，發(fā)出斷線告警并閉鎖差動(dòng)保護(hù)。只有在裝置檢測(cè)到高低壓側(cè)最大相電流在0.8I至6I之間才進(jìn)行CT斷線判定，否則不進(jìn)行CT斷線斷定。&&A相比率差動(dòng)動(dòng)作B相比率差動(dòng)動(dòng)作C率差動(dòng)動(dòng)作差動(dòng)啟動(dòng)元件差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)AA相差動(dòng)速斷動(dòng)作B相差動(dòng)速斷動(dòng)作入&差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作故障故障類型三相短路對(duì)稱過載相間短路單相接地接地二相接地序電流無無無0.5IpIp有ba無無無無無無無有(值的大小取決于位置)其他故障特征I=I=II=I=II=I=II=0,I=IabcI=I=IIIII=I>II>I=III>I=I過電流pppp無無有有有設(shè)置保護(hù)類型正序定時(shí)限反時(shí)限零序定時(shí)限不對(duì)稱性故障轉(zhuǎn)保護(hù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，保護(hù)判據(jù)為：I>I=KI電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，保護(hù)判據(jù)為：I>I=KIsdzdrelxjdI為電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流，一般取9倍的額定電流I；I為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行st.maxNxjdK8。relAA相電流大于整定值B相電流大于整定值C相電流大于整定值速斷保護(hù)投入≥&速斷保護(hù)動(dòng)作(|I>I=KI|T(|I>I=KI|T>t(I>I=KIT>t電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)〈11zdT>tI為電動(dòng)機(jī)的正序電流；I為電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流；K為電動(dòng)機(jī)啟stmaxrelq動(dòng)時(shí)可靠系數(shù)，依據(jù)不同保護(hù)類型取不同值；t為時(shí)間常數(shù)，依據(jù)不同保zxrel正序電流保護(hù)投正序電流保護(hù)投入A相正序電流大于整定值B相正序電流大于整定值C相正序電流大于整定值t堵轉(zhuǎn)保護(hù)動(dòng)作&≥保護(hù)過負(fù)荷保護(hù)實(shí)際上是通過電流幅值模擬電機(jī)的發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)的熱慣性44tt(動(dòng)作時(shí)間s)12345678I/IeeWI——過負(fù)荷時(shí)定子繞組流過電流(電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中三相電流最大者)(A)；I——可整定的保護(hù)動(dòng)作電流(A)；e而方程左邊Qdt為在時(shí)間間隔dt中，定子繞組由于過負(fù)荷而發(fā)出的熱9=QtstsIIθst1t2t9=(I2I2)ret=[(I/I)rt∵P=I2r——銅損為常數(shù)。CG數(shù)，設(shè)允許溫升為9。則得出反時(shí)限過負(fù)荷動(dòng)作特性為：1eT允許溫升計(jì)算22(|I>I|T>t|T>t(|I>I|T>t|T>tIII電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)I段和II段負(fù)2qzd2qzdzd2zd(I>I(I>IzdI為電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流值；I為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)Ⅰ段負(fù)序電流整定值，大2zdzd2zd。|T>t|T>t|T>t負(fù)序電流保護(hù)投負(fù)序電流保護(hù)投入A相負(fù)序電流B相負(fù)序電流C相負(fù)序電流≥≥負(fù)序電流保護(hù)&0qzd0qzdzd0zd(I>I(I>IП段零序電流保護(hù)判據(jù)：〈>t0zd(2.20)zd0zdzd0zd(U>UT>tT>t0Uzd0zd投入A相零序電流B相零序電流大于定≥時(shí)限整定值斷&&≥AA相零序電壓大于整定值B相零序電壓大于整定值C相零序電壓大于整定值零序電壓保護(hù)投入接地保護(hù)&≥U為低壓保護(hù)整定值，對(duì)于不允許或不需要自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其取值為eeeXshzdshzdabc電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間起動(dòng)狀態(tài)下，起動(dòng)電流可使電動(dòng)機(jī)繞組溫升超過容許數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能是采集由被保護(hù)設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號(hào)，經(jīng)過預(yù)處理后轉(zhuǎn)化為所需數(shù)字量；計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)以ATmega16L微鍵盤接口鍵盤接口光電隔離電路開關(guān)量輸入光電隔離電路開關(guān)量輸出時(shí)鐘模塊低通濾波低通濾波采樣保持采樣保持模數(shù)轉(zhuǎn)換通信接口二次電流電壓輸入形成形成溫度檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換經(jīng)低通濾波器(ALF)、采樣保持器(S/H)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC)轉(zhuǎn)變成CPU提出了過高的要求，因此，應(yīng)將采集來的模擬信號(hào)經(jīng)過低通濾k+741+741采樣保持器配合工作：利用多路開關(guān)將各路模擬信號(hào)輪流與A/D轉(zhuǎn)換器接500mW)；使用溫度范圍大(－25~＋85)等。本系統(tǒng)采用了兩片LF298集采樣保持器工作于采樣方式；當(dāng)V為低電平時(shí)，采樣保持器工作于保持方鎖存兩路模擬信號(hào)，兩個(gè)保持器共用一個(gè)邏輯控制信號(hào)[4]。+15V-15V+15V-15VR0R12VSS1414InputILF2985outputIInputULF2985InputI36687CH87CV1VSSVSS路模擬開關(guān)連接，通過分時(shí)復(fù)用的方式，能對(duì)來自端口A的8路單端輸入REF ININ20k20kRUiRRRR110kRR_A+2_A+1UkUoU=(U+U)oi01當(dāng)U>0時(shí)，U=2U，U=(2U+U)i01ioiii01oiU=Uoi 經(jīng)整流電路后，調(diào)整的交流電壓、電流變成ADC可以接受的單向脈動(dòng)o轉(zhuǎn)換前電壓波形oo轉(zhuǎn)換后電壓波形單片機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)采樣保持電路低通濾波波整流電路傳感器A/D轉(zhuǎn)換路RR11Vin2I1I234壓RLVIR22LLRV/I1in1IRIRVinIRI11Vin2RV/Iin1C0I2r－4＋V=IROU12r0f圖(b)圖(a)法圖(b)法II2輸出至A/D轉(zhuǎn)換LUN1JMZLUNUN1JMZLJMZLTV1TV3TV1TV3RV1RVRV1UCUAUCINUCRN12INUCRN1241UUcCW5CW151K/1W51K/1WRN5241CTRN5241CT81-103-3KVCT81-103-3KVOUTOUTININRD5RD1UDRD5RD1UD11N41481N4148ADINUC1N4148ADINUCNcNc1K1KCW1K1KCW2TV1013-1TVTV1013-1CT81-103-3KVUN6UNCT81-103-3KVUN6UN2JMZLTA1TATA1TA3GCT-211BGCT-211BINIAINIA241RN2241RN2UD21N4148RD2UDUD21N4148RD2ADINIA1N4148ADINIA1K11KUN3CPUVCUN3JMZLUBUUbRN3UUbRN3241CW33736353433323130202122232423736353433323130202122232425262928274041424344123948ADINUAADINIAADINUBADINIBADINUCADINICPB0(T)PB1(T)PB2(AIN0)PB3(AIN1)PBSSPB5(MOSI)PB6(MISO)PB7(SCK)CT81-103-3KVOUTINRD3UD31N4148ADINUBNb1KCW4TV1013-1CT81-103-3KVUN4(ADC1)PA1(ADC2)PA2(ADC3)PA3(ADC4)PA4(ADC5)PA5(ADC6)PA6(ADC7)PA7TA2TA2GCT-211BTOSCTOSCPCTOSCPCAREFLCDLCDLCDbKY4KY3KY2KY1INIB241RN4UD41N4148RD4C3ADINIBPD1(TXD)PD2(INT0)PD3(INT1)PD4(OC1B)PD5(OC1A)PD6(ICP)PD7(TOSC2)AVCCX1AVCCY18Y18M7X2ATMEGA16_TQFP44CY2CY20P0P(1)AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，流TT=1A/K(3.4)T式中：IT——流過器件(AD590)的電流，單位為μA；(2)AD590的基本應(yīng)用電路：+_VoVo=1mV/K進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放11O2O+--置工作方式用的轉(zhuǎn)換開關(guān)等；另一類是從裝置外部經(jīng)端子排引入裝置的觸廣西大學(xué)畢業(yè)生論文23單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用4R1R2R3R4KKKK5+RR-CPU輸出、信號(hào)線、晶閘管驅(qū)動(dòng)等低壓有關(guān)的電路。為提高抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用了光電隔離電路，如圖3-121KPHOTOU1ARO1PA112K12J輸出43+12V100Ω表示光電隔離芯片的出口端已經(jīng)導(dǎo)通，此時(shí)繼電器便發(fā)生動(dòng)作，使裝置的帶漢字字庫(kù)，能顯示8×4行漢字，有串行(3線/2線)和并行(8位/4位)RR1LCD_FYD86423456DCNCGVVCCR1C1LCD-FYDT34567CDDDDDPRN4511DNGR4C4CPUVCC8PBTPB2(AIN0)PB3(AIN1)PB5(MOSI)PB6(MISO)PB7(SCK)PD0(RXD)PD1(TXD)PD2(INT0)PD3(INT1)PD4(OC1B)PD5(OC1A)PD6(ICP)PDTOSCX1DDDNNNGG13O+VAK890112R2K4K3K2K112345*AREFAGNDAVCC012DDD1R2C21239487DATCKK4K3K2K1SCDSR323C3X276第四章電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的軟件設(shè)計(jì)l好，能讓人們?cè)诰哂凶钔暾墓δ墉h(huán)境下，提升設(shè)計(jì)上的品質(zhì)和效率。對(duì)于AVR單片機(jī)，編程語(yǔ)言常用的有兩種，一種是匯編語(yǔ)言，一種是C輸出窗口輸出窗口文本編輯文本編輯區(qū)項(xiàng)目工作區(qū)線后，按程序上的操作，按擦除鍵即可實(shí)施擦除，編程鍵用于寫入程序，另軟件程序是設(shè)計(jì)的重要組成部分。圖4-4給出了系統(tǒng)的主程序流程框系統(tǒng)程序初始化初始化自檢工作方式選擇調(diào)試方式運(yùn)行方式調(diào)試方式開中斷顯示準(zhǔn)備調(diào)試開中斷數(shù)據(jù)采集初始化檢測(cè)按鍵輸入數(shù)據(jù)采集初始化N硬件檢查N故障啟動(dòng)？Y故Y故障處理程序循環(huán)自檢程序整組復(fù)歸系統(tǒng)初始化A/D轉(zhuǎn)換子程序功能選擇及液晶顯示三相電流憶NY三相電壓三相電流低溫設(shè)定設(shè)定憶憶憶憶開開始差動(dòng)速斷投入YI>IDZSDYCT斷線？NN差動(dòng)投入？告警N比率差動(dòng)條件滿足？返回NNNYNNYUUYI>INTT=T+100msdzdsNTNTYI>IT=T+100msT>tYYI>IT=T+100mstNNNTNNTNNTTNNYI>IT=T+100msNNI>IT=T+100msNTtNNTNTI>IT=T+100msT>tUUT=T+100msT>t0UzdYNNW>WmNYYNYsNNTN啟動(dòng)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換Y讀下一通道數(shù)據(jù)讀高2位數(shù)據(jù)將高2位數(shù)據(jù)左移8位讀低8位數(shù)據(jù)將高位與低位數(shù)據(jù)相加Y返回NNCD電壓有效值電流有效值故障保護(hù)編程沒有使用外部中斷觸發(fā)的形式，而使用程序查詢法，其設(shè)計(jì)流程如圖程序初始化程序初始化讀取EEPROM設(shè)定值NY執(zhí)行按鍵程序顯示按鍵對(duì)應(yīng)頁(yè)面返回主程序CPU正通過地CPU一系列非CPU護(hù)的任一CPU負(fù)極之間殼轉(zhuǎn)換采用數(shù)字濾波：平均法，比較平均法等；防止突發(fā)性干擾；行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址在那里有一段專門對(duì)從程序出錯(cuò)進(jìn)行使硬件裝置具有超時(shí)自動(dòng)復(fù)位能力。通常采用程序監(jiān)視技術(shù)，又稱“看門狗”序跑飛的情況下，自動(dòng)重啟系統(tǒng)，這樣就避免了程序的誤動(dòng)。結(jié)設(shè)[1]朱長(zhǎng)安.電動(dòng)機(jī)保護(hù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).繼電器.1993.01(02).[2]羅鈺玲.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù).北京:人民郵電出版社.2005.[5]武予魯.電動(dòng)機(jī)及其綜合保護(hù)裝置的工作原理與使用.煤炭工業(yè)出版設(shè).2004.9.[6]徐濤.基于DSP的異步電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)裝置的研究與設(shè)計(jì).[碩士學(xué)位論文].南京:河海大學(xué).2006.[11]林軍.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù).中國(guó)水利水電出版社.2006.5.致謝*****************************************************************//AD轉(zhuǎn)換初始化{ADC_L=ADCL;}{loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);//等待ADC完成,}//發(fā)出中斷//****************************************************************//*********************************