單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)

宋長青

(黑龍江龍煤礦業(yè)股份有限公司 七臺(tái)河分公司電力部，黑龍江 七臺(tái)河154600)

0 概述

在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活起著十分重要的作用。由于生產(chǎn)自動(dòng)化及各種自動(dòng)控制、順序控制設(shè)備的出現(xiàn)，要求電動(dòng)機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、間歇以及變負(fù)荷等多種方式。 在不同運(yùn)行狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況及其所受到的電動(dòng)機(jī)和熱力的沖擊相差懸殊。而電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)使用期限正與它所受到的起動(dòng)次數(shù)和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)。 因此，除要求使用人員了解所有有關(guān)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行知識(shí)并合理使用外，還應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置，以確保電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機(jī)為主的微處理器控制。 用單片機(jī)進(jìn)行控制的電動(dòng)機(jī)操作方便，整定值精確(可數(shù)字顯示)，保護(hù)效果好，但價(jià)格較模擬控制的電動(dòng)機(jī)價(jià)格高。

1 用可編程器件GAL 進(jìn)行保護(hù)

采用可編程器件GAL 取代斷相檢測中的三個(gè)三極管串聯(lián)。 利用GAL 內(nèi)部編制一個(gè)三與門，利用一個(gè)電壓比較器比較過載電壓。 輸出信號(hào)接到GAL 中，利用GAL 內(nèi)部的貼觸發(fā)器，在GAL 內(nèi)部編制一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 通過把交流電進(jìn)行整形，變成一個(gè)50Hz 的方波。 通過記錄電網(wǎng)的頻率，來達(dá)到過載延時(shí)的目的。 通過不同信號(hào)的輸入，GAL器件可以相應(yīng)地指示出電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)： 過載、 斷相、 正常運(yùn)行，但GAL 的抗過電壓能力差，如果信號(hào)采樣的輸入過大，將會(huì)燒掉GAL，不能滿足不同的電機(jī)的要求。

2 采用CPU 為主器件進(jìn)行保護(hù)

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，人們對(duì)電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)的要求也越來越嚴(yán)格， 以CPU 為核心的智能化產(chǎn)品， 已經(jīng)是取代模擬產(chǎn)品的必然趨勢。現(xiàn)在生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)的廠家都在發(fā)展單片機(jī)為核心的智能化電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)。 采用傳統(tǒng)的電流互感器，把電流互感器采樣到的電流信號(hào)，經(jīng)過整流橋整定成直流信號(hào)。利用電容進(jìn)行濾波，通過負(fù)載電阻把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)送給A／D 轉(zhuǎn)換器。 在負(fù)載電阻的選擇上，由于負(fù)載電阻是固定的，當(dāng)輸入電流增大很多時(shí)，A／D 的輸入將會(huì)溢出轉(zhuǎn)換范圍；輸入電流太小，會(huì)影響采樣的精度，經(jīng)CPU 內(nèi)部各種運(yùn)算之后，會(huì)使數(shù)據(jù)失真。采用電位器調(diào)節(jié)負(fù)載電阻來解決上述問題。把電阻的額定電流整定到二個(gè)固定的電壓，因?yàn)槿嗖蓸涌梢耘袛喑鲭姍C(jī)是否斷相，這樣CPU 就可以把額定電流固定到一個(gè)基準(zhǔn)的數(shù)值，然后通過計(jì)算電機(jī)的采樣電流與額定電流之比，可以確定出電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，即過載、斷相、不平衡度、過流、欠電流等，經(jīng)過一段時(shí)間的綜合，來達(dá)到保護(hù)電機(jī)的目的。

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路可分為電流采集、A／D 轉(zhuǎn)換、CPU、鍵盤、顯示、掉電保護(hù)等6 個(gè)部分。

（1）電流采集。用電流互感器將電機(jī)三項(xiàng)定子電流轉(zhuǎn)化為小電流，再由整流橋把交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電流信號(hào)，經(jīng)電阻產(chǎn)生直流電壓信號(hào)，送入A／D。 為保護(hù)大小不同的電機(jī)，在輸入電阻的選取上，采用一個(gè)帶數(shù)字電位器的電阻網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字電位器可自動(dòng)減小電阻，拓寬保護(hù)范圍。

（2）A／D 轉(zhuǎn)換器。 將四路模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給CPU。

（3）CPU。 一般采用由片內(nèi)存儲(chǔ)器的AT89C_31，免去了采用8031外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器的麻煩。

（4）鍵盤。鍵盤采用四個(gè)的編碼鍵盤，按鍵時(shí)，鍵值為零。采用中斷方式，如果四個(gè)鍵中有任意鍵按下，則產(chǎn)生鍵盤中斷，CPU 查詢是哪一鍵按下，并執(zhí)行相應(yīng)的程序。

（5）顯示。顯示電路采用MX7219 串行顯示芯片。四位LED。可顯示實(shí)時(shí)電流和各種故障狀態(tài)及故障電流。

（6）掉電方式。 由于事系統(tǒng)可保護(hù)不同的電機(jī)，在開機(jī)時(shí)，經(jīng)常需要設(shè)定新的參數(shù)，這樣在系統(tǒng)斷電時(shí)，這些存在片內(nèi)RAM 中的數(shù)據(jù)變會(huì)丟失。 采用一片24C08 芯片來完成掉電保護(hù)功能。 當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)CPU 片內(nèi)M 朋中數(shù)據(jù)便會(huì)存到24C08 中保存起來，斷電也不會(huì)丟失，當(dāng)再次開機(jī)時(shí)，CPU 就會(huì)從24C08 中取出這些數(shù)據(jù)，從而完成掉電保護(hù)功能。

系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1 所示。

圖1 單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)原理圖

2.2 經(jīng)濟(jì)分析

目前市場上出售的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器大致可分為兩種：一種是模擬電路的，這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為簡單，價(jià)格便宜，但操作不直觀，整定值不精確，保護(hù)效果不是很理想；另一種是智能型的，也就是用單片機(jī)進(jìn)行控制的，這種產(chǎn)品操作方便，整定值精確(可數(shù)字顯示)，保護(hù)效果好，但價(jià)格較前一種高。

3 結(jié)束語

用單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)， 可對(duì)大小不同的電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，被保護(hù)的電機(jī)額定電流可自行設(shè)定，并可實(shí)時(shí)顯示工作電流以及各種故障狀態(tài)。 保護(hù)效果好，精度高，成本低。