电机保护系统（精选10篇）
电机保护系统 篇1
引言
电机主要实现电能转化为机械能,广泛地应用于各种设备,小到玩具大到飞机、高铁、造船工业、电动汽车等,都离不开电动机。电动机的电能转换效率很高,通常能达到70%以上。电动机设计原理的不同,转换效率、功率还有应用场合都会有差异。据不完全统计,我国拥有大中型电机2000万台以上,每年大约有20万台以上电动机因为短路、过载等故障而损坏,大量的人力和物力花费在电机维修上,同时电动机故障会导致工厂停产,甚至会引发一些其它的安全事故。
电机保护发展由以熔断器、接触器和热继电器构成的简单的过流保护系统[1,2]到晶体管型,再到集成电路型的电子式保护系统,而现在则是基于微机技术的电机保护系统,通过一个嵌入式系统来实现电机工作状态监测和保护。电机保护的理论除了常规的保护理论,还有对称分量法电动机保护理论[3]和基于信号处理方法的电机保护理论。常规的电机保护理论根据过流保护的基本原理,就是以电流幅值作为故障依据,从原理上反映对称故障,对其它不对称的电机故障无法及时检测并进行保护[4]。对称分量法可以根据发生不对称故障时的电流分量来判断电动机的故障,电动机电流可以分解为正序、负序和零序电流分量,电机的故障类型与电动机的各序电流之间具有很好的对应关系,因此,这一原理广泛应用于一系列的微机型电机保护装置中。先进信号处理方法主要是基于以前的电机保护理论,使用更强的微机系统,运用现代的信号处理理论,能够更快、更准确地判断故障并作出反应。从电流和电压中提取有用的电参数,基于傅立叶变换,通过频域分析电动机故障,适合处理一些特征性的电机故障,捕捉速度异常的快。而且现在正朝着智能化、数字化的趋势发展。
1电机保护故障分析
电动机烧毁的原因有很多,像电流过载、三相不平衡、负载荷不均匀等都可能导致电机短路、过负载断相等故障。一般将电机的电气故障分为对称和不对称两类。对称故障主要包括堵转和三相短路等,这些故障通常会导致电机过热烧坏。由于对称故障的电流变化都很大,因此,这类故障可以通过电流的幅值变化检测出来。不对称故障主要是断相、逆相、相间短路等,不对称故障不但会造成电机发热还会引起负序效应,对电动机的损害更大[5]。电机保护分为电流速断保护、过负荷保护、启动时间过长保护、堵转保护、零序保护、负序过流保护、低压保护、PT断线保护和过电压保护。表1列出了电机故障类别和主要特征。
2关键电气参数采样和处理算法
电机保护的核心是算法,首先要采样一些电流电压的数据,接着通过A/D转换实时地采样交流模拟信号,再经过微机系统对数字信号进行处理。交流采样的方法有很多种,各种算法各有优缺点。本文系统使用的是均方根算法。
两点采样算法是基于正弦函数模型:
离散化可以得到:
其中uk和Ik分别为第k次的电压采样值和电流采样值,N为每周期间隔采样次数。同样的还可以得到有功功率、视在功率以及功率因数等。
为了分析系统的不对称情况,常把三相分解为对称分量(正、负序)及同向的零序分量。正序、负序和零序可以表示为:
3电机保护装置的硬件框架图
电机保护装置主要测量电机电路中的电流、电压、有功功率、功率因数等电机参数,对电机参数通过算法处理,得到三相电流的正序、负序和零序电流。根据电流序就可以判断出电机的故障。本文设计的系统硬件如图1,包括电压、电流及零序电流互感器、前端的信号调理单元和核心处理控制单元。
整个系统的核心处理单元是S TM32F407VGT 6,STM32F407是32位的ARM处理器,工作频率可到168MHz,可以满足大量数据处理的要求。内部的资源非常丰富,有片内AD、串口等。电机保护装置中主要用到了STM32F407的片内AD和串口,键盘输入、电机逻辑控制输出以及LCD都是使用普通IO口来驱动。核心处理单元主要完成模拟信号和数字信号转换,以及对信号进行处理,并实现电机保护算法,判断电机工作状态,并实时地通过LCD显示出来。配置电机保护装置主要通过按键输入,通过按键来配置参数,STM32F407会将配置参数保存到片内的FLASH,每次开机启动时会重新加载配置参数。此外,这套系统还支持MODBUS/RTU,可以通过MODBUS主机访问系统的一些寄存器,这些虚拟的寄存器中存储了三相的电压、电流、有功功率及工作状态等参数。并可以通过MODBUS主机来配置一些虚拟的系统寄存器,里面存储了配置参数。大大增强了这个装置的交互能力。
第一版电机保护系统可以分为3个模块,第一个模块是电流和电压互感模块。此模块提供7路采样信号,包括3路电压信号、3路电流信号和1路零序电流信号。主要将一次线圈上的大电流和大电压变为二次回路的低电压和小电流,方便测量,同时隔离了高压电路。如图2为电压和电流互感器电路。
第二部分是主控板部分,如图3为主控板实物图,包括上板和下板。第一版的主控板设计了可以同时保护两路三相交流电机,下板有2排接线柱,可以连接两个互感模块,控制8个继电器,两排接口各预留了一路继电器。下板包括电源(DC-DC)、继电器驱动电路、电压和电流采样保持电路。采样保持电路如图4,采样保持电路将互感模块输入进来的7路电压信号由OPA2171放大滤波,调理到0~2.5V的范围,由采样保持电路LF398锁存,然后通过接线柱连接到上板,将调理过后的信号输出到STM32F407。
主控板上板包括D-Sub接口、LED状态显示灯、LCD、按键扩展接口和核心处理单元STM32F407VGT6。D-sub接口为RS232和RS485通信接口,RS232可以用来下载程序,而RS485为MODBUS-RTU从机接口。如图5为RS485的接口电路,使用MAX491将电平转换为RS485电平,可以实现全双工通信。状态显示灯可以显示目前两路电机的工作状态,上下各9个灯可以显示电机的9种故障,第一版程序中只检测了7种故障灯,另外2个状态灯作为备用,还包括1个测试灯和1个电源指示灯。LCD和按键扩展接口用于扩展人机交互板。
第三部分为键盘和LCD人机交互板,主要用来配置参数,显示工作状态和各相电压电流参数。第一版的人机交互板只预留了接口,没有进行调试。
4电动机保护装置软件设计
电机保护软件部分主要分为三个阶段,第一阶段是初始化,第二阶段是数据采集和故障判断,第三阶段是故障处理。电机保护的处理程序首先是对外设进行初始化,包括IO、LCD、串口、定时器、片内AD等,接着从STM32F407VGT6中的片内FLASH读取配置参数,配置保护装置的运行参数。此外通信部分使用到了MODBUS/RTU通信协议,需要初始化MODBUS从机。然后进入主循环,在主循环中完成数据采样、计算和故障判断,将各种故障分门别类地进行处理。STM32完成7个交流分量每周期36点信号采样并计算,在发生故障时迅速输出保护控制。主要处理的故障类型为短路、启动时间长、堵转、负序过流、零序过流、过负荷、低压等,针对不同的故障作出不同的动作,短路直接执行速断,其它的故障会有一定时间延时,根据故障不同,延时上会有一些差别。整体的软件流程图如图6所示。
5总结
本文介绍了一个基于STM32的电机保护装置,通过对三相电机的电压电流进行采样,然后将采样信号分解为对称分量(正、负序)及同向的零序分量,使用对称分量法分析电机的工作状态。这套系统实现了人计交互,而且可以与MODBUS主机通信,可以远程配置和查看工作状态,方便了设备的调试安装。
参考文献
[1]于兴泉.浅谈电动机保护器的历史及现状[J].露天采矿技术,2005增刊:54~56.
[2]戴馄.我国电机保护现状与发展[J].趋势陶瓷研究与职业教育,2004.2:22~24.
[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].中国电力出版社,2001.11.
[4]阂令银.交流电动机电子型保护器取代热继电保护器的探讨[J].露天采矿技术,2005:64~65.
[5]刘一江,易理刚.高压异步电动机微机型综合保护研究[J].中小型电机,2000,27(2):30~31.
电机保护系统 篇2
关键词：智能电机 控制装置 控制系统
1、智能控制及其控制目的
智能控制是自动控制领域内的一门新兴学科，模糊控制与神经网络是其中的两项关键技术，可以用来解决一些传统控制方法难以解决的问题。首先，智能控制不依赖于控制对象的数学模型，只按实际效果进行控制，在控制中有能力并可以充分考虑系统的不精确性和不确定性。其次，智能控制具有明显的非线性特征。就模糊控制而言，无论是模糊化、规则推理，还是反模糊化，从本质上来说都是一种映射，这种映射反映了系统的非线性，而这种非线性很难用数学来表达。神经网络在理论上就具有任意逼近非线性有理函数的能力，还能比其他逼近方法得到更加易得的模型。近些年来，已提出了各种基于智能控制的控制策略和控制方法，已逐步形成了一种新的控制技术。应着重指出的是，虽然将智能控制应用于伺服驱动的研究已取得了不少成果，但是还有许多理论和技术问题尚待解决。由于智能控制涉及面广，不可能具体介绍很多内容，好在这方面已有很多文献可供参考，这里希望通过举例来介绍它们的控制思想和控制方式。
2、智能电机控制系统的组成及应用
2.1逆变器
2.1.1主要电路形式选择与功率开关管的应用
现阶段，很多生产加工行业常用的是以星形三相三状态和两相导通星形三相六状态两种方式。主电路的核心部分是作用各异的逆变器功率开关管。在大功率电机的控制中，也可选择MCT，它是MOSFET与晶闸管的复合器件，具有高电压、大电流、工作频次高、控制功率小、易驱动、使用低成本集成驱动电路控制等优点。为了提高逆变器的可靠性、缩小体积，也可以采用近年来迅速发展的功率集成电路(PIC)。PIC将多个功率开关管及其快恢复二极管集成为一体。
2.1.2驱动电路的构成
在电机使用中，首先由驱动电路将控制器的输出信号进行功率放大后，才能向各功率开关管送去使其能饱和导通和可靠关断的驱动信号。随着集成电路技术的发展，现在已经把驱动电路制成有一定输出功率的专用集成电路，并且已经开始渐渐在无刷直流电动机上得到推广应用。
2.2控制器
智能电机中的控制器主要有两个概念。一个是基于专用集成电路的控制系统。就现在的市场环境来讲，国内很多生产厂家推出了不同规格和用途的无刷直流电动机控制专用集成电路。这些具有一定专利的指定电机配用的集成控制电路克服了分立元件带来的弊端，使控制电路体积小、可靠性高，对于特定环境下完成特定功能、并具有规模化生产的无刷直流电动机来说，是首选方案。但其应用范围局限性大，功能难以扩展。第二种智能电机中的控制器主要是指以微型计算机技术为核心的数模混合控制系统与全数字化控制系统。随着无刷直流电动机应用领域的应用范围越来越广，对它的实用性能也提出了更高的要求，因而其控制器由以硬件模拟电子器件为主，转向采用数字电路、单片机以及数字信号处理器方向发展，实现半数字化的数模混合控制和全数字化控制，控制规律由硬件实现转向以软件实现。
2.3智能电机控制系统在实际生产中的应用
智能电机的出现极大提高了各行业的劳动生产率，为社会的进步和经济的发展做出了巨大贡献。其应用范围已经非常广泛，而且更多应用在了高、精、尖的设备层面，例如船用空调设备、大型吊装设备、矿山开采设备、大型通风控制系统、资源探测等大型设备。在现实生活微观方面更是举不胜举，小到任何一件家用电器的系统管理控制和漏电保护，大到路边随处可见的变压器、通信网络控制及信号接收设备，无处不见智能电机控制和保护装置。在当今社会城市公共服务建设如火如荼之际，放眼城市各处，遍地都是塔吊林立，大型施工设备经常可见。自第一次工业革命以来，就逐渐掀起了机器设备带动人力劳动的一页，发展到今天，机器设备也不再需要过多人去机械的控制，已经可以走向智能化，而越来越多的研究人员和电机设备生产厂家也都开始瞄准了更高的科研要求。
3、智能控制在电机控制系统的应用
智能控制目的是控制那些難以建模的复杂过程或对象。在以电机为控制对象的交直流传动系统中，虽然直流电机数学模型很简单，交流电机经前面研究过的矢量变换也可等效为直流电机模型，同时也有比较成熟的控制方案。同时，为了进行有效的软件开发，集散控制结构对传感器的编程控制提出了新的要求。传感器配置的形式和范围大小随传感器系统的复杂性及功能的不同而变化。在制成的多传感器系统里包含基本传感器和信号处理两大部分。
虽然智能控制在电机控制系统中得到了广泛应用。但是作为技术人员，必须清醒地意识到，交流电机各种控制方法中大多要涉及定、转子电阻和电感，这些物理数值随温度、频率等变化产生变化将使控制指标达不到最佳状态，严重的还会失去高性能控制的价值。负载转动的惯量数值在某些应用中还会随施工情况产生细微改变，加上非线性因素的影响，尽管解耦控制可以将电机参量调整为完全独立的通道，但是由于拖动系统含有弹性耦合及间隙等非线性因素，使系统的鲁棒性变差，如果把智能控制与P1调节、矢量控制、直接转矩控制等方法相结合，将可获得更加优良的传动性能。在布局上应采用多环控制结构，依靠智能控制环决定系统的最终控制性能。
在电机控制中应用时，首先应根据先验系统确立模糊变量和模型集；其次要确立模糊规则和模型推理的操作算子。与这种控制方法相适应的小型生成方法主要侧重于空间电压矢量SPWM方法。在控制中要针对低速特性和电机参数特性采取相应的专家系统或在线状态观测。这样做的效果表明，它不但适应于一般变频调速特性和电机参数特性，更适应于伺服控制和机器人控制。
参考文献：
[1]王成元,夏加宽,孙宜标.现代电机控制技术[M].机械工业出版社,2009
[2]王伟.智能电动机控制器保护及其应用[J].上海电力学院学报,2011(06):66-67
[3]王江涛,刘海琴.新型永磁同步电动机无传感器智能控制系统[J].微特电机,2010(08):28-30
电机保护系统 篇3
由于电喷柴油发电机组供电系统中的EMS (柴油机管理系统) 和AVR均是高精密的电子元器件, 价格昂贵, EMS要7万元人民币, 加上我们又是在靠近赤道的热带雨林的丘陵地带, 一年中有半年是雷雨季节, 所以防雷工作显得尤为重要。
我们是中鼎国际建设集团有限责任公司在马来西亚投资开采的阿勃克煤矿, 位于马来西亚东部的加里曼丹岛的丘陵地带, 属于典型的热带雨林气候, 全年6个多月是雷雨季节, 该煤矿年产25万t~30万t, 矿井采用4台电喷柴油发电机组并车供电方式, 发电车间集发电、配电于一体, 地面供电采用TN--S系统, 井下供电采用IT中性点不接地660V系统。车间为木质 (此地木料材质好, 价格便宜) 结构, 屋面采用压型彩色钢板瓦, 屋面坡度1/4。车间长40m, 宽12m。2003年4月份建造时按照国内二类标准设计并安装了防雷电设施 (当时是使用普通柴油发电机组) , 2006年6月份由于矿井的延伸及扩产全部更换为电喷柴油发电机组, 10月份进入热带雨季, 11月份由于雷击造成二台机组的EMS2 (控制单元) 、CIU (控制接口单元) 、DCU (显示控制单元) 、AVR (自动电压调节器) 全部损坏, 经济损失接近18万元人民币。事后我们将防雷设施进行改造, 并与电涌保护器 (SPD) 相结合。系统使用至今, 未出现损坏电子元器件的情况, 下面将改造后的情况介绍如下, 供大家探讨。
1. 屋面铺设避雷带、安装避雷针以防止直击雷过电压
直击雷过电压是由于流经被击物体的很大雷电流造成的, 电压高达数百万伏, 电流可达数十万安, 对设备危害极大, 其有效防范措施就安装避雷针、避雷网, 避雷线等方式。根据我矿实际情况, 采取了建立避雷网与避雷针相结合的措施。
制作及安装要求:
1) 屋面避雷网采用镀锌-40*4扁钢, 用MΦ6*50mm螺栓固定在压型彩色钢板瓦上, 间距1m左右, 为防止漏水应选择瓦的凸处钻孔, 连接时应将防水垫垫在瓦的下面, 不能垫在扁钢和彩钢瓦的中间;
2) 引下线采用镀锌-40*4扁钢, 为保证其不受损伤以及落雷时对被保护物产生“反击”过电压, 引下线用Φ51*5的PVC管套住, 引下线间距不宜大于18m, 沿外墙尽量均匀布置;
3) 单组接地体用∠63*63*5的镀锌角钢2根, 长度2.5m, 间距3m, 用镀锌-40*4扁钢连接后与引下线连接, 接地体顶端距地面1米, 共设置6组接地体;
4) 避雷针用Φ20镀锌圆钢, 长度1.5m, 顶端上车床加工成尖顶, 为抗风力应焊接3根斜撑;
5) 所有连接均采用手工电弧焊, 并在施焊处采取防腐处理;
6) 如为建筑物出入口或人行道, 应在接地体上面厚度敷设50mm~80mm, 宽度超过接地装置2m的沥青碎石层, 以降低跨步电压, 保证人身安全;
7) 为便于测量接地电阻以及检查引下线, 接地线的连接情况, 在各引下线距地面1.8m处设置断接卡;
8) 安装后其接地电阻不超过10Ω, 否则应采取降阻措施, 我矿安装后测试为1.8Ω。
2. 室内敷设保护接地网, 以防止雷电感应。
雷电感应是雷云之间的放电或雷云对地放电所形成的静电感应及电磁感应, 通过场耦合到各电线或设备中, 产生几千伏乃至几十千伏以上的感应高电位, 使设备损坏。防范感应雷的措施就是建立保护接地网, 将设备外壳有效接地。
保护接地网的制作及安装要求如下:
1) 应根据设备平面布置实际情况设计接地干线布置具体位置, 以连接被保护设备的距离最短为原则, 并应使之与避雷网的接地体之间距离大于3m;
2) 接地干线、支线、接地体连线均采用镀锌-40*4扁钢;
3) 单组接地体用∠63*63*5的镀锌角钢2根, 长度2.5m, 间距3m, 用镀锌-40*4扁钢连接后与接地支线连接, 接地体顶端距地面1米, 共设置6组接地体, 沿四周尽量均匀分布;
4) 接地网外缘应连成闭合形, 且将边角处做成0.5m半径的圆弧形, 以减弱该处电场;
5) 接地支线、干线、接地体采用手工电弧焊并进行防腐处理;
6) 保护接地网的接地电阻不得超过10Ω, 否则应采取降阻措施, 我矿安装后测试为2Ω;
7) 配电柜与接地支线连接采用手工电弧焊;
8) 发电机组与接地支线采用252铜线压紧铜接线耳镀锡后用M12螺栓连接。
3. 在可能引入雷电入侵波的线路安装阀型避雷器
我矿发电、变电 (两台380/660变压器供井下用) 车间建在井口附近, 供电线路相对简单, 有可能引入雷电波的线路只有两条:工业广场的照明供电以及宿舍区的生活供电, 因为这两条线路分布较远、分散。所以在这两条线路供电出口处布置两组 (6只) FS—0.22阀型避雷器以保护供配电设备, 宜安装在隔离开关和断路器中间便于检修和更换。
4. 设立三级交流电源电涌保护器 (SPD)
SPD是英文surge protectiye device的缩写, 其意为电涌保护器, 是限制雷电反击、侵入波、雷电感应和操作过电压和泄放电涌电流的器件。根据实践设立三级SPD保护器保护发电机的电子设备AVR及其他设备。安装及维护要注意以下几点:
1) 选型基本原则
通流量的选择:SPD第一级保护器主要针对大浪涌电流进行吸收, 仅靠他们不能完全保护供电系统, IEC规定的最高防护标
准其技术参数:雷电通流量大于或等于100KV (10/350us) , 残压值峰值不大于2.5KV, 响应时间小于100ns;
第二级防护:目的是进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值限制到1500V~2000V, 对LPZ1-LPZ2实行等电位连接, 其雷电流通流量大于或等于40KA (8/20us) , 残压峰值不大于1000V, 相应时间不低于25us;
第三级防护:是最终保护的手段, 将残余浪涌电压峰值降到1000V以内, 其雷流通流量不应低于10KA;
最大持续工作电压 (UC) 的选择:
由于是TN-S供电系统, SPD最大持续电压值:
电压保护水平的选择:一般情况下, 只要残压值小于设备绝缘耐受值, 就能对设备提供足够的保护;
告警方式及结构的选择:根据实际情况选择可视告警和模块式35mm导轨安装。
综合以上原则, 参考同为基业公司的产品技术参数, SPD各级选型如下:
第一级:TPSB50/CTRL/NPE;第二级:TPSC40/NPE;第三级:TPSD20/NPE
2) 安装注意事项
a) SPD各级之间安装距离应大于10m;
b) 第一级两组TPSB50/CTRL/NPE安装在工业广场照明屏和宿舍区的生活供电屏的分支回路;
c) 第二级四组TPSC40/NEP安装在发电机控制屏两只隔离开关中间;
d) 第三级四组TPSD20/NPE安装在发电机出线侧;
e) 各SPD进线均用BV25mm2铜芯塑料线, 接地线均匀16mm2铜芯塑料线, 各线应尽量短而直。
3) 要定期进行检查, 特别是雷雨过后, 发现告示板颜色由绿色变成了红色即应更换模块。
4) 所有接地线应直接与室内保护接地网的扁钢直接相连, 并确保接触电阻降到最低, 最好是用铜接线耳镀锡后与扁钢用螺栓连接。
5. 设立ZH2-DC24末级保护EMS
电机保护系统 篇4
关键词：智能保护器;电动机;保护;自动化
1 概述
我厂电气设计按照工艺要求主要电气设备实现自动化，所有电机使用CDP-M10电机智能保护器，彻底取代了热继电器，电动机保护器具有断相保护、堵转保护、过载保护、接地故障保护，具有直接的数字显示功能，可以显示本回路的电气参数、电动机电流值和报警。电动机保护器具有RS485接口与低压智能配电系统通讯管理机相连，将电动机运行、故障等信号及电动机电流值等测量量送至低压以太网，以进入中压变电站综合自动化系统。
2 CDP-M10电机智能保护器主要特点
CDP-M10电机智能保护器采用先进的集成电路及微处理器技术，采用中文液晶显示，具有人机交换界面友好简单、操作方便，抗干扰性好、保护功能强，体积小巧、性能可靠，便于安装维护等优点。适用于主回路：交流380V以下电动机保护，额定工作电源电压：AC220V;二次电流输入范围：Ie=1A时：0～1.4A，Ie=5A时：0～7A; 控制输出接点容量：AC220V 5A。控制输入节点：无源常开、点动接通;仪表可选择带模拟4-20mA的信号输出功能和异步串行通信。通讯采用规约：MODBUS从站规约，方便与自控系统联网。
3 主要技术指标和参数设置范围
3.1 测量量程
A、B、C三相电流0～999.9A;电压75～265V;零序电流0～2.000A;4-20mA模拟信号输出量可以设置对应电压、A、B、C三相电流和零序电流信号;三相电流信号经互感器转变为二次电流后，其量程与4-20mA模拟输出。
3.2 缺相保护： 动作时间参数设置范围为0.1～20.0s， 电机工作于缺相时的保护。当检测到三相电流中任一相无电流而其他两相中至少有一相电流有电流时动作。
3.3 过载保护： 为防止因过负荷对电机造成的损害。该保护采用反时限功能。
3.4 空载保护： 电流参数设置范围0～500.0A，动作时间参数设置范围0.1～20.0s。
3.5 过压保护： 电压参数设置范围0～265.0V，动作时间参数设置范围0.1～20.0s。
3.6 欠压保护： 电压参数设置范围0～185.0V，动作时间参数设置范围0.1～20.0s。
3.7 过流保护： 电流参数设置范围0～999.9A，动作时间参数设置范围0.1～99.9s， 过流保护主要用于电机堵转时的保护。
3.8 零序保护（漏电保护）： 电流参数设置范围0～1.00A，动作时间参数设置范围0.1～20.0s，对电机发生单相接地时进行保护。
3.9 本机地址：通讯时参数设置范围0-250。
3.10 波特率： 可设置成9600bps、4800bps、2400bps。
3.11 启动方式：可设置成3种方式，依次是0-1（备用）、1-0（脉冲方式）、1-1（电平方式）。
3.12 电流变比：参数设置范围0-999，如电流互感器变比500：5，则电流变比设置为100。
3.13 通讯方式：异步串行通信方式，采用MODBUS从站规约。
4 电机保护原理图
端子说明：
N、L為电源端子，额定供电电压：AC 220V;K11-K12、K22-K23是无源常开输出触点， K21-K22是无源常闭输出触点; VPP为公共端，该输入节点外接无源电机启动和停止按钮，均为点动输入方式。Aout-，Aout+为4—20mA模拟信号输出端子;A、B端子为MODBUS 485通信;Ia*，Ia为A相电流输入端子; Ib*，Ib为B相电流输入端子;Ic*，Ic为C相电流输入端子。
5 结语
该电机保护器在使用以来， 运行良好， 对各种电机故障均进行了准确的报警显示， 比传统的热继电器更有效地防止了电机意外烧毁， 大大减少设备的运行和维护成本，为公司节约了大量的资金。广泛采用电动机智能保护器， 不但可以提高工艺开车率，降低设备事故， 而且提高电气控制系统的自动化水平， 实现了智能化配电系统。通过低压智能配电系统可以非常准确地监控到电机电流，功率等运行参数以及电机的运行时间，运行状态。因此，电机保护器将随着工厂自动化水平的提高将越来越应用广泛。
参考文献：
[1]CDP-M10电机智能保护期使用说明书.杭州华光电气有限公司.
[2]高艺.智能型电动机综合保护器的研究[D].沈阳工业大学，2004.
[3]龚成龙.智能型异步电动机综合保护器设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2002.01.
电机保护系统 篇5
据不完全统计,目前全国运行的1kW-320kW低压电动机数量为6000万台,占电网用电量的70%以上,是工农业及商业系统中应用最为广泛的动力设备。全国每年烧毁电动机数量约300万台,容量为10亿千瓦,每年仅电动机在烧毁过程中就耗电亿万度,修理费高达100亿元左右,造成停工停产损失达100亿元。不仅如此,电机修理后还会造成功率下降,耗电量大,性能变差等后果,直接影响企业正常生产。全国每年因维修电动机浪费电磁线约1亿万公斤,若少生产1亿万公斤电磁线(每公斤需用电33.4度)每年就可节约用电33.4亿度。上述情况说明,电动机保护器技术的不断发展,可以节约大量能源和费用,避免不必要的损耗。
2目前国内智能型电机保护器的发展状态
国内外一些厂家为适应电动机保护的需要研制过智能型电机保护器,但技术水平高低不一。少部分采用液晶显示屏,较少采用先进的高速DSP芯片,国内目前尚未应用嵌入式系统电机保护器。
3对引入嵌入式操作系统的可能性探讨
目前工控领域已经开始大量引入嵌入式系统,如果基于DSP技术,在市场已有智能型电机保护器所实现功能的基础上加入嵌入式操作系统,就可以将电机保护器升级为一个嵌入式平台。
引入嵌入式操作系统后,可以使软件的通用性增强,扩展性增强,并且可以增加产品的稳定性、容错性和可升级能力,同时可以为产品今后进一步扩充功能打下基础。
该创新符合了产品技术发展的潮流,同时也会带动软件、工业电子产品、数字技术及产品、新型传感器等应用产品的研究与开发。
4新型电机保护器的技术目标
引入嵌入式操作系统的智能电机保护器将用于工业领域的电机保护,水利工程中用于水库、船闸、水电站、泵站及供排水工程的闸门启闭机的保护。
新型电机保护器应具有高速处理能力,高可靠性,扩展兼容性强的特点,适用于中小型电动机,可以对电动机发生过热、过载、短路、欠压、堵转和不平衡等故障时实现保护。其主要技术特点为:六位数码管分页显示和数据掉电保护;采用高速高集成度的DSP芯片;并行高精度高速AD转换芯片,同时采样3路电压和三路电流值;标准的ModbusR TU接口;采用了嵌入式操作系统提高系统的稳定性扩展性和兼容性。
5本技术产品的实现
作者采用DSP作为处理器,该处理器具有运算速度快功能强大的特点。该处理器采用多路高精度AD芯片,可同时采集三相交流电压和三相电流,装置具有过载、堵转、电流不平衡、缺相、过压、欠压、欠载、过流等保护功能的电机保护器。
新型电机保护器包括电源板、控制板和显示板。电源板与控制板通过3个双排插针成90度角相插接,电源板上设置有电源模块、19个外接线的接线端子、继电器和电压互感器,电源模块为其它模块的工作提供直流电源,继电器用来输出控制信号,电压互感器用来把高压信号转化为毫安信号。
控制板包括供电单元、6路采样电阻和滤波电路、运算放大器、A/D转换器、DSP处理器、模拟量转换输出电路和485通讯模块,采样电阻和滤波电路用来转换电压互感器输出的电流信号并进行低通滤波后经运算放大器和A/D转换器进入DSP处理器,DSP处理器对数据进行处理和计算,模拟量转换输出电路和485通讯模块与DSP处理器连接。
显示板包括8段数码管、多个按键和多个报警指示灯,所述8段数码管、按键和报警指示灯均焊接在显示板上并且通过10脚插排与所述控制板连接。
电源模块上设置有一个为所述控制板提供直流电源10针排插、一个10针模拟和数字信号排插和一个16针的模拟和数字信号排插。
电源板上设置有19个外接线的接线端子中,有3个接线端子为220V电源,其余均为信号线。19个外接线端子成单排排列。
可设置:电动机启动时间、额定电流、过载动作时间、过压动作值、欠压动作值、堵转电流倍数(相对于额定电流)、漏电保护动作电流值、三相电流不平衡率、欠载动作值。
对比市场上同类产品,定位小尺寸纯保护功能的电机保护器,新型电机保护器测量的电机参数较全,包括三路电压三路电流的模拟量测量。而相类似尺寸和功能的电机保护装置有的只测量三相电流有的测量三相电压或三相电流加一相电压,因此装置的保护功能受到一定限制,而本产品测量参数较全,在现有基本保护功能的基础上可提供全面的三相电压欠过压保护及由用户选配的相序保护和功率保护,因此与市场同类小型的电机保护器相比,新型电机保护器在做到小型化及低成本的情况下可为用户提供更多的保护功能和选择,使保护功能更接近大型的电机保护器。
6本技术产品的具体实现
以下将结合图1-2对新型电机保护器作进一步说明。
新型电机保护器包括电源板1、控制板2和显示板3。电源板1与控制板2通过3个双排插针成90度角相插接,电源板1上设置有电源模块11、成单排排列的19个外接线的接线端子12、继电器13和电压互感器14,电源模块11为其它模块的工作提供直流电源,电源模块11上设置有一个为控制板2提供直流电源10针排插、一个10针模拟和数字信号排插和一个16针的模拟和数字信号排插,19个外接线的接线端子中,有3个接线端子为220V电源,其余均为信号线,继电器13用来输出控制信号,电压互感器14用来把高压信号转化为毫安信号。
控制板2包括供电单元21、6路采样电阻和滤波电路25,运算放大器24,A/D转换器23,DSP处理器22,模拟量转换输出电路26和485通讯模块27。采样电阻和滤波电路25用来转换电压互感器14输出的电流信号并进行低通滤波后经运算放大器24和A/D转换器23进入DSP处理器22。DSP处理器22对数据进行处理和计算,模拟量转换输出电路27和485通讯模块26均与DSP处理器22连接,显示板3包括8段数码管、多个按键和多个报警指示灯,八段数码管、按键和报警指示灯均焊接在显示板上并且通过10脚插排与控制板2连接。
电机保护检测三相电压UA,UB,UC,三相电流以IA,IB,IC为基础。
新型电机保护器具体的工作过程如图1所示。
(1)当220V交流电输入电源模块后系统上电,DSP对各子系统初始化,设置各项参数(自动保存前次参数)点亮显示屏。(2)电机动力线电压电流信号通过接线端子进入互感器,把强电信号转化为弱电信号,此信号为电流信号,由采样电阻转化为电压信号,经滤波电路滤波和运算放大器放大后送往A/D转换器,DSP控制高精度的模数(A/D)转换器采用三相电压、三相电流的实时数据,DSP通过并行16位数据总线读入六路模拟量的实时值。(3)DSP对数据进行处理和计算,得到三相电压、三相电流的有效值、有功功率、无功功率以及功率因数,通过零序电流互感器得到漏电流值。(4)DSP通过以上数值计算判断电机是否处于不正常的运行状态,处于何种非正常状态,并将当前电压、电流值或故障代码等数据通过串行总线发送给显示电路显示,如发生异常状态由DSP驱动双路继电器动作报警。(5)仪表通过应答方式或实时方式应用485总线与上位机联系,传输当前电压电流值或故障代码等信息,可接受来自上位机的指令控制修改参数。同时仪表可通过4~20m A信号输出当前任意一路可选电压或电流值。
新型电机保护器中由双路继电器输出控制信号,电机异常时切断电机动力回路;DSP(TMS320LF2407)作为系统处理器,它是TI公司开发的带16×16硬件乘法器模块的工控处理器;运算放大器和TI的高速并行16bit ADC芯片(ADS8364)组成测量电路,检测转换后的交流电压信号;485通讯模块进行仪表和上位机的通讯,采用ModbusR TU协议;4~20毫安转换电路,由DSP通过PWM把电压电流值调制成方波信号,再由运放转换成电压信号后送往U/I转换芯片(AD694)转换成4~20m A电流信号输出。
新型电机保护器具体以下特点:(1)六位数码管可翻页显示电压电流及各种参数,内容清晰,操作方便。(2)高可靠的模块电源,220V交流电输入。(3)可显示三相电压三相电流,显示内容全面。(4)采用工作电压监控和防止死机的看门狗技术。(5)采用高速处理器高精度AD器件保证采样的实时性和反应速度,采用数字滤波技术和误码检测技术,以提高测量准确性和可靠性。(6)通过面板上的按钮可完成各种数据设置操作,操作直观易懂。(7)大容量无源触点输出,功能可编程,控制、报警功能强大。(8)具有掉电记忆功能,各种预置数据在停机后再加电开机无需作任何调整即可投入使用。(9)内嵌RS—485通讯接口,便于组网通讯,实现远程监控。(10)具有漏电流输入功能。漏电保护更精确,响应时间更短。
7新型电机保护器的特点及实用性
电机保护系统 篇6
关键词：灭磁开关,非线性,灭磁电阻,转子过电压保护
0 引言
目前, 华电潍坊发电有限公司位于山东电网负荷中心, 其总装机容量为200万kW, 其中#1机组额定功率为33万kW, 其机端电压为20kV, 励磁系统为三机励磁系统, 额定励磁电压为498V, 额定励磁电流为2 363A, 空载励磁电压为138V, 空载励磁电流为788A。
1 改造前的概况和改造的必要性
华电潍坊发电有限公司#1机组的灭磁及过电压保护装置是20世纪90年代设计方案, 其灭磁开关为国产DM4-2500型磁场断路器, 氧化锌非线性灭磁电阻已达使用年限, 发电机转子侧无非全相大滑差异步运行保护。
作为同步发电机的重要组成部分, 励磁系统的运行情况直接影响机组及电网运行的可靠性和稳定性。励磁主回路中的灭磁装置由灭磁开关和灭磁电阻构成。当发电机内部或引出线上有短路时, 为迅速灭磁, 需要灭磁开关结构简单、动作可靠、有足够的热容量和运行寿命、能满足发电机运行方式的要求。#1机组的灭磁及过电压保护装置存在以下几个方面的问题。
(1) DM4-2500为双断口, 开关分、合闸不能保证同步, 且调整难度大;开关辅助接点与主触头之间配合不当, 开关只要分、合任何一个单断口, 所有辅助接点都进行转换, 这样造成中控及保护误判信号, 影响机组正常运行;开关灭弧罩采用绝缘灭弧栅灭弧原理, 吸热效果差, 电弧弧压不稳定, 影响灭磁能量从灭磁开关向灭磁电阻上转移的过程, 易造成灭磁开关烧毁;该产品市场上已基本淘汰, 出现问题后很难在短时间内修复, 从而直接影响了发电安全和效益。
(2) 氧化锌非线性电阻的使用年限一般为8~10年, 超出使用年限的氧化锌非线性电阻泄漏电流超标, U10mA电压变化较大, 能容量发生改变。当机组发生空载误强励或机端出现三相短路等严重工况下氧化锌非线性电阻会被损坏甚至烧毁, 进而破坏转子绝缘。
(3) 原装置中无发电机非全相大滑差异步运行保护装置。当机组出现非全相大滑差异步运行工况时, 定子负序电流产生的磁场切割转子绕组, 会感应很强的电势, 同时来自电网和机械的能量透过气隙源源不断地输入到转子绕组中, 而灭磁氧化锌所具备的能量是远远不够的, 只需几秒钟就将全部阀片烧损, 造成转子绕组开路、绝缘击穿、阻尼绕组烧毁。
因此, 应对原设备中的灭磁开关与灭磁电阻进行更换, 同时加装转子侧非全相大滑差异步运行保护装置, 形成完善的转子过压保护, 保障机组安全可靠运行。
2 方案的选择
自动灭磁及过电压保护系统应满足以下几个要求:
(1) 灭磁时间应尽可能短, 一般按同步电机定子电势降低到初始值的0.368倍所需的时间作为参量来评价各种灭磁方法的优劣。
(2) 灭磁时反向电压不超过规定的倍数。相关标准规定应不超过转子出厂耐压试验电压的50%或不超过额定励磁电压值的5~7倍。
(3) 灭磁装置的电路和结构型式应简单可靠。
(4) 灭磁开关应有足够的分断发电机转子电流能力, 不会因分断而烧坏。
根据#1机组的能源类型、容量、灭磁电压及过电压保护值, 结合现场其它配套电气设备及发电机运行情况, 选用南京南瑞灭磁及过电压保护装置。此装置的主要部件有以下特点:
(1) 磁场断路器选用瑞士Sécheron UR36M-82S型快速直流磁场断路器。该断路器是自动脱扣双向单极型高速直流限流空气断路器, 具有电磁消弧、电动控制电路和直接过电流脱扣等特点;其高绝缘等级除确保超长寿命之外, 还确保了极高的可靠性。
(2) 转子过电压保护柜内过压保护元件为国产高性能氧化锌非线性电阻。该氧化锌电阻具有优良的非线性伏安特性, 当氧化锌电阻阀片开通后, 其伏安特性平坦, 几乎接近恒压;而且氧化锌电阻阀片的单位能容量很大, 可达300J/cm3以上。
(3) 发电机转子系统常因灭磁过电压、气隙磁场变化使转子过电压和来自电源侧的过电压而导致故障。由于UR36M-82S型快速直流磁场断路器加上氧化锌电阻只能对灭磁过电压进行保护, 而对其它两项无法保护, 因此选用过电压保护装置十分必要。非全相及大滑差异步运行保护器 (FQ) 在发电机出现两相/三相突然短路、失步、非周期合闸及其它非正常情况下, 确保转子绕组电流能有一条流通通路而不至于开路, 并在转子绕组上产生一相反磁场, 以抵消定子负序电流产生的反转磁场, 保护转子表面及护环不至于烧损。
由于机组容量较大, 选择的灭磁开关尺寸较大, 灭磁容量大, 灭磁电阻也较多, 因此将#1机组的灭磁及过电压保护系统的灭磁开关和灭磁电阻分别布置在灭磁开关柜 (简称FLK) 和灭磁电阻柜 (简称FLR) 内。FLK柜内除配置灭磁开关外, 还配置转子模拟量测量表计和变送器、加热除湿装置和照明装置;FLR柜内除配置灭磁电阻外, 还配置转子过电压保护装置、加热除湿装置和照明装置等。灭磁及过电压保护系统的主要技术指标:额定灭磁电压为1 600V, 额定灭磁电流为4 726A, 额定能容量为1.6MJ。
3 主回路工作原理
如图1所示, 灭磁时, 灭磁开关FMK跳开, 切开励磁电源;在满足Uk≥Uz+UL时, 励磁绕组电流If由Ik换流成IRV进入非线性电阻中。励磁绕组中所储能量被非线性电阻消耗, 且非线性电阻良好的伏安特性保证了这部分能量几乎以恒压的形式消耗, 确保了发电机组的安全。
4 安装与试验
由于此次改造不涉及原励磁调节单元和其它电气外回路, 因此只需拆除原#1机组灭磁开关柜、灭磁电阻柜, 安装新的FLK柜和FLR柜, 正确接好电气外回路接线即可。
灭磁过电压保护装置必须经过静态试验和动态试验合格后, 方可正式投运。
4.1 静态试验
(1) 工频耐压试验:对主回路进行4 000V/1min工频耐压试验, 对辅助回路和控制回路进行2 000V/1min工频耐压试验, 试验合格。
(2) 非线性灭磁电阻测试:用所测氧化锌非线性电阻U10mA电压测试, 实测值均在1.03~1.09, 试验合格。
(3) 非线性灭磁电阻漏电流测试:拔下连接在氧化锌非线性电阻上的熔断器, 用所测氧化锌非线性电阻U10mA电压的50% (即1/2U10mA) 逐一加入每支路, 测量其泄漏电流, 泄漏电流均在2~4μA, 远小于标准所要求的50μA。
(4) 非线性灭磁电压测试:灭磁电压设计值为1 600V, 灭磁电压实测值为1 257V, 试验合格。
(5) 有触发的过压回路试验:过压保护设计值为2 000V, 实测值为2 042V, 试验合格。
(6) 计数回路试验:在60CT上穿2匝电线 (1.5mm) , 用1节1.5V电池与电线两端快速短接, 以模拟过电压信号。此时, 过电压指示灯应亮, 过压信号继电器上的计数器应计数1次, 按下信号复归按钮, 信号灯灭, 计数器保留数字不动, 证明灭磁过压信号及读数器动作正常。
(7) 压上控制保险, 操作电源指示灯指示正确;分别从就地、ECS合跳灭磁开关正常, 指示灯指示正确;分别使发变组保护、励磁调节器动作, 保护联跳灭磁开关正常。
4.2 动态试验
发电机空载灭磁试验:励磁调节装置正常运行, 发电机维持空载额定电压, 手动操作灭磁开关跳闸灭磁, 记录此时的发电机定子电压、转子电压以及转子电流 (如图2所示) , 测得灭磁时间常数为1.58s左右, 符合要求。
5 结束语
电机保护系统 篇7
单片机在各个领域、各个方面都得到了广泛地应用,主要有:智能化仪器仪表、实时工业控制、计算机智能终端等。本论文是为高速冲床设计的一附加控制系统棗电机铁芯扭槽叠扣冲压控制系统,选用单片机来设计该系统,即可以降低成本,又可以提高系统的可靠性和稳定性。在电机铁芯的加工过程中,可以根据用户要求对参数进行设定。如果发生掉电,将会中止正在进行的加工,导致信息的全部丢失。在重新加电后,由于信息的丢失,将不能继续对铁芯进行加工,因此在该控制系统设计过程中,采取掉电保护措施是需要重点考虑的问题。
2 控制系统的硬件设计
普通电机的定、转子铁芯的冲压及叠片通常由高速冲床来完成,而在微特电机和中小型电机中,铁芯往往制作成扭槽,即将转子或定子槽口扭斜成一定的形状,如图1所示。
要实现对电机扭槽的加工,仅靠高速冲床显然是不能完成的,因为扭槽模具每冲一片后需要移动一个步距到达另一个特定位置,再冲另一片,连续冲出的铁芯片,经叠压后,才能形成所要求的扭槽形状。为实现此功能,必须设计一控制系统以配合高速冲床来完成[1]。
电机铁芯扭槽叠扣冲压控制系统是为实现模具加工智能化控制要求,为企业设计的实用性产品,其要求是对高速冲床附加一智能模具控制器。控制系统的硬件组成电路如图2所示,由SM8954A单片机、可编程并行接口8255、地址锁存器74ALS373、AT93C46EEPROM、步进电机和电磁阀、液晶模块显示电路和键盘等组成。AT93C46 EEPROM芯片用于掉电保存控制系统设置的参数。
3 掉电保护电路的工作原理
本控制系统的掉电保护电路功能要求是在控制系统电源发生故障时,能在掉电瞬间保护单片机当前的各种状态信息,在电源正常供电之后,数据没有丢失,CPU的工作状态可以恢复,程序可以继续执行。考虑到需要保存的数据量、擦写次数以及硬件成本等因素,为了能更好地解决这一问题,本控制系统在进行硬件设计时,采取在单片机外部接一串行EEPROM芯片AT93C46来记录系统参数,硬件电路连接如图3所示。
AT93C46是Atmel公司生产的低功耗、低电压、电可擦除的可编程只读存储器,采用CMOS工艺技术制造并带有3线串行接口,具有1KB的容量。该存储器可靠性高,能够重复写100万次,采用8脚DIP封装,与并行的EEPROM相比,AT93C46可大大节省印制电路板空间,并且接线简单,因而得到了广泛的应用。
AT93C46存储器芯片的引脚排列如图4所示,各引脚的功能如下[2]:
CS:片选信号,高电平有效,低电平进入等待模式。在连续的指令之间,CS信号必须持续至少2500ns的低电平,才能保证芯片正常工作。
SK:串行时钟信号。在SK的上升沿,操作码、地址和数据位进入器件或从器件输出。
DI:串行数据输入。可在SK的同步下输入位、操作码、地址位和数据位。
DO:串行数据输出。可在SK的同步下读周期时,用于输出数据。
VSS:接地。
VCC:接+5V电源。
在掉电保护硬件电路中,LM393为电压比较器,稳压管提供的基准电压使得电压比较器正相输入端电压为3.4 V。系统正常工作时,在电阻R3上分压使得电压比较器的反相输入端的电压小于3.4V,因此,LM393输出高电平,未产生中断;当系统掉电的瞬间,反相输入端电压大于正向输入电压,L M 3 9 3输出低电平,在P3.3引脚产生中断,通过掉电保护中断子程序,把系统需要保护的信息写入AT93C46 EEPROM,提高了系统的可靠性。
4 掉电保护中断服务程序设计
在控制系统掉电发生时,掉电保护电路要能及时产生掉电中断信号给单片机,以便执行掉电中断处理程序,保存系统中的数据和运行的状态。系统重新上电则进行掉电恢复,即恢复系统中的数据并恢复到掉电前的运行状态。
在本控制系统中,当掉电时,在外部中断1产生中断,转入掉电保护中断服务程序,自动保存设定参数及当前计数值。
程序流程图如图5所示。
5 结束语
该控制系统满足了国内尤其是江苏中小型电机铁芯生产企业的发展需求,自应用到生产中以来,系统在运行过程中,也遇到了掉电的情况,但系统重新上电后能重新恢复参数,可靠性很高,更适用于中小型电机铁芯生产企业,为企业降低了成本。
参考文献
[1]袁丽娟等.电机铁芯扭槽叠扣冲压控制系统[J].电加工与模具,2005,(10):50-52.
矿用电机保护装置 篇8
现有矿用电机保护技术是依靠可编程控制器、电流传感器、温度传感器、漏电流传感器以及模拟量变送器等装置构成的硬件电路, 通过电流传感器、温度传感器输出模拟量信号, 将模拟量信号送至模拟量变送器, 再由变送器变为可被可编程控制器识别的标准信号, 然后传给可编程控制器进行控制输出触点, 从而控制电机停止。
现有的技术有几个不利的因素:
(1) 增加了可编程控制器的控制点数造成经济成本的增加。
(2) 由于煤矿掘进机的电控箱体积受整机的限制, 只能做得很小, 所以增加的可编程控制器的模块 (因体积是固定的) 会造成电控箱内空间的压缩不利于其他电器元件的安装。
(3) 由于模拟量变送器和传感器之间的距离有要求, 距离大了会造成信号的干扰产生失真现象, 从而对可编程控制器的安装位置也会造成限制。
2. 结构
该电机保护装置外壳采用整体注塑形式, 在满足《GB 3836.4-2010爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》标准的冲击要求的情况下, 整体质量相比钢板焊接形式大大降低。提供4个同规格的电缆引入装置, 电缆引入装置采用航空插头形式, 可以快速完成电缆插拔工作。有一个报警故障显示窗, 采用钢化玻璃防护。外壳整体的防护等级可达到IP65。内部为一块电路板集成, 固定在底板并采用浇封形式, 抗震和散热性能良好。可以固定到矿用电机上且不需要加装减震装置。
3. 系统原理
该电机保护装置集成了电流传感器、信号变送器、漏电流检测等元器件的功能, 可以独立完成电流、电压、线圈的对地电阻、线圈的绕组温度信号的采集。由PIC16系列单片机、放大和滤波电路、光电耦合电路、MAX7219系列数码管显示电路等电子电路组成, 系统原理框图如图1所示。
该电机保护装置通过接线将电机的电流信号、温度信号、电压信号、对地阻值采集到电机保护装置中, 滤波、放大、数模转换电路将采集到的信号处理成PIC单片机可以接受的标准二进制信号, 而当采集到的信号出现如下情况时, PIC单片机会输出一个数字量的信号, 通过光电耦合电路隔离后控制中间继电器的线圈, 进而切断电机的供电电源:当电机的实际电流达到电机额定电流的1.5倍、3倍、6倍、8倍时, 分别执行延时20min、4min、5s、0.4s后;当电机的温度开关动作或者预埋PT100电阻值达到158Ω (即:电机温度150°) 时;当电机的实际电压超出85%~115%额定电压时;当电机启动线圈绕组对地电阻值小于22kΩ时。电机因上述故障被切断电源后, 在电机保护装置数码显示窗可以看到显示的故障代码, 通过故障代码可以得知电机发生的故障, 并且该故障可具有锁定功能, 必须通过控制按钮复位后才能进行下次电机启动操作。
4. 应用原理
该电机保护装置的应用原理如图2所示。将该电机保护装置固定在电机上或电机附近具有固定空间的位置, 将用于采集电流、电压、温度和对地电阻的电缆分别接到电机的相应位置上, 保护装置的输出端接到中间继电器线圈上, 电源端接到本安电源上。
在每次启动电机之前, 保护装置都会先检测电机绕组的对地电阻值, 对地电阻值大于22kΩ时, 保护装置将运行电机启动, 否则将禁止电机启动并锁定故障。在电机启动后, 保护装置将断开对地电阻检测电缆, 并对电机运行过程中的电流、电压和温度信号进行检测, 如无故障则每隔2小时保存一次所检测到的数据, 如出现故障则切断电机电源并锁定故障。
该电机保护装置必须放在电机上或电机附近, 是因为采集信号的电缆离采集源越远采集到的信号越容易失真, 这在控制过程中是不允许的。
结语
与已有技术相比, 该装置的优点在于结构简单, 效果显著, 成本低廉, 工作稳定、可靠。应用在保护矿用电机上可有效的节约成本、提高系统的稳定性、使电气安装更具有灵活性。
参考文献
[1]江和.PIC16系列单片机C程序设计与PROTEUS仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010.
[2]谢峰然.PIC单片机原理及程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2013.
[3]丁镇生.电子电路设计与应用手册[M].北京:电子工业出版社, 2013.
[4]GB 3836.1-2010, 爆炸性环境第1部分:设备通用要求[S].
电机保护系统 篇9
关键词：面向对象；发电机保护；整定计算；设计
前言
随着我国社会的不断发展，电网规模也在逐渐的趋于复杂化，同时出现了很多新型的技术，一些超高压、交直流等技术都频繁出现，这对于电网安全生产运行的要求逐渐的增高。而整定计算则是对电网的各种原理、结构以及接线的方式都要进行大量的计算，并且对各种情况下的电流以及电压进行分析，整合整定方案，从而保证结果的精确，避免出现故障，随着科技的进步，对于整定计算水平也有了很大程度上的提高，以此对其进行了简单的设计。
1.继电保护以及面向对象的发电机保护整定计算的特点
1.1发电厂继电保护的主要特点
在电力系统中，发电机的稳定运行能够影响到整个电力系统的正常工作，对电能质量起着很重要的作用，并且发电机也是一个十分重要的电气元件，必须要针对其中存在的各种故障以及性能进行分析，从而采取正确的措施，保证电力系统的稳定运行[1]。由于发电机的保护配置十分的复杂，发电厂主要是对于元件的保护，其中保护的主设备是以差动为基本原理，主要是利用阶段式的保护，在时间上能够进行配合。另外，发电厂的保护整定原则十分的不统一，其中保护的类型很多，主要是针对不同的类型采取不同的继电保护方式，所以电厂的整定计算十分的复杂。在实际的整定原则中，由于运行的条件以及方式存在很大的差异，并且为了能够满足不同的电厂保护配置的要求，在继电保护整定计算软件中采取通用性的原则，以此来解决传统的整定原则中存在的问题。
1.2面向對象的发电机保护整定计算的特点
目前，面向对象以及图形化的程序设计整定计算软件逐渐的问世，并且与传统的整定计算的软件相互比较，具有很大的优点，主要是可视化以及图形化，用户能够直接浏览电网的结构，并且能够完成相应的数据信息的输入，同时也能够对故障进行设置。同时在进行计算完毕之后，能够直接查询到相关的计算结果，具有很高的效率，操作也十分的简单。
2.系统的构成
2.1图形模块的构成
对于图形模块的构建，能够使用户对系统直接方便的使用，并且用户能够能够通过图形界面直观的了解到电厂的结构以及设备的信息等，从而实现对数据的修改以及管理[2]。在图形模块上主要是用户提供相应的绘图工具箱，其中包括了发电机、变压器以及断路器等设备，这些被统称为图元，用户可以根据自身的需求进行绘图设置，在设计时，能够输入相关数据，以及图元的各项参数。在具体的设计中，必须要对电器设备进行全面的考虑，对其属性进行分析，主要是利用VC面向对象的编程思想，在本程序中，其中最为基础的便是对象和类别的组建，并且各个元件都具有自身的属性，因此将其进行定义为一个虚基类，作为元件的父类，这样各图的元件将会派生出来，在图元中的数据以及功能将会以成员变量以及函数的关系封装在各个类型的图元中。
2.2数据库模块
数据库是系统中的基础，在后台数据库中主要是储存发电厂电网结构参数以及设备的参数，并且其中的设备参数主要是包括多发电机以及母线电器参数的保护配置信息[3]。在系统中的每个模块都是利用ODBC接口进行访问后台数据库，同时在任何一个模块中进行数据的修改，其结果都会在其他的模块中进行显示，以此来有效的保证系统中饭数据的一致性。ODBC是VC提供的一个数据库访问技术，这样能够为用户提供方相应的数据库类型，同时ODBC所提供的应用程序接口都是统一的，使其访问任何ODBC驱动程序的数据库。在数据库界面的设计上，主要是分为列表说明以及详细说明，用户根据自身的需求进行自由切换，列表方式主要是以表格的方式对数据记录的显示，详细说明方式则是对具体的数据进行记录，利用一些单选框以及编辑框等空间，对各种数据进行使用。
2.3短路计算模块以及整定计算模块
这两大模块是发电厂主接线的基本界面，主要是在短路计算模块以及整定计算模块中添加了短路计算以及整定计算的方式，用户能够点击图元进行计算，但是在这两个模块中，用户无法对图元进行删除以及移动。在模块中是利用多种控件的方式，使界面内容十分的丰富，并且能消除用户在使用时的单调感，从而来提升系统的稳定性以及安全性。这两个模块是系统中最为重要的两个模块，短路计算模块能够计算出电网系统中的故障，并且能计算出带那里系统的运行方式，将计算的结果通过报表的形式显示出来，整定计算模块能够对发电机变压器以及电动机等设备进行全面的计算，将其以定值单的形式显示出来。在对其设计中，两个模块主要是利用传统的设计思路，利用Fortran语言编写的短路计算以及整定计算程序，简单的将其中部分进行修正，使其转变成函数或者是子程序，并且在相关的主系统中调用，主系统是利用VC6.0编写的，因此最好是利用混合语言编程程序对其进行编程，这具有很强的优点，能够有效的提升数据的处理能力以及工作效率。
3.结语
以上主要是对面向对象的发电机保护整定计算机设计进行了简单的设计分析，并且提出了一些设计方案，以此来提升工作的效率，促进电力系统的稳定运行。
参考文献：
[1]钟耀星.县级电网继电保护整定系统研制与应用[D].南昌大学，2013.
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直驱电机的过热保护 篇10
直接驱动式电机简称直驱电机, 主要指电机在驱动负载时, 直驱电机 (直线电机或力矩电机) 直接连接到从动负载上, 实现对负载的直接驱动。采用此种结构, 所有机械传动部件 (滚珠丝杠副、齿条与齿轮、传动皮带/皮带轮以及齿轮箱等) 均被取消, 消除了由机械传动带来的反向间隙、柔度以及与之相关的其它问题。“直接传动”取消了中间环节的概念, 从根本上解决传统的传动链问题。目前直驱电机在机床行业得到广泛的应用。
由于直驱电机的特殊性, 直驱电机的保护问题越来越突出, 尤其是过热保护问题。为了避免直驱电机在工作中温度过高, 直驱电机必须配有冷却循环系统。本文主要以西门子直驱电机+西门子840D数控系统为研究对象, 研究直驱电机的过热保护问题。
2 温度检测和处理
温度信号检测和处理有两种方法:一种是使用直驱电机内含有PTC热敏电阻的Temp-S信号通过热敏继电器转换为开关量信号再送入PLC处理。另一种是将直驱电机含有KTY84温度传感器的Temp-F信号直接送入西门子611D驱动器的X411接口由数控系统处理。
2.1 Temp-S
不管是力矩电机还是直线电机, 至少包含一组热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻, 超过一定的温度 (居里温度) 时, 它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高, 热敏电阻特性如图1所示。
根据其特性将其信号接入热敏继电器 (以西门子热敏继电器3RN10131BW10为例) 转化为开关量信号, 接入PLC处理, 如图2所示。
2.2 Temp-F
直驱电机除了PTC热敏电阻外还含有一组KTY84温度传感器。KTY84温度传感器是硅材料温度传感器, 其性能特征是根据测量范围-40℃~+300℃内的温度变化, 电阻值大致从300~2700Ω左右基本呈线性变化, 如图3所示。
根据其特点将其信号接入840D数控系统611D的X411接口, 具体连接如图4所示。
2.3 参数设置
西门子数控系统将此温度信号经过处理, 将其温度值显示到驱动参数1702里。如果此温度超过驱动参数1602设置的预警阈值温度值, 将出现300614轴%1驱动%2超过电机温度”报警。如果在驱动参数1603设置的时间段内电机温度降至1602设置的预警阈值温度值以下, 报警将撤消, 如果在此时间段内温度保持不变或超过驱动参数1607设置的温度值, 将出现300613“轴%1驱动%2超过电机最大允许温度”报警, 系统自自动切断此轴的使能。
3 结语
通过以上两种方法可以实时检测直驱电机的温度变化, 根据其变化采取有效措施更好地保护电机, 大大降低直驱电机损坏几率, 使其发挥更好的性能。
摘要：为了防止直驱电机的过热问题, 利用直驱电机自带的PTC热敏电阻和KTY84温度传感器, 设计了两套保护系统方案。
关键词：直驱电机,过热保护
参考文献
[1]SIEMENSContinuousLoadMotorsofthe1FN3ProductFamily[Z].