单片机在电动机保护中应用毕业设计.docx

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单片机在电动机保护中应用毕业设计

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摘要

电动机是自动化生产系统中的一个重要环节，对其进行可靠有效的保护尤为关键。

但是我国的电动机保护在理论研究和设备制造方面相对外国而言还是比较落后，表现在保护装置功效低，可靠性差，经常出现误动作，电动机损坏情况严重，造成的直接和间接的经济损失巨大。

本文介绍了一种基于单片机的高压大型（异步）电动机保护装置。

该保护装置在电动机保护理论上，以检测过电流幅值、零序电流、负序电流等为判据；在故障诊断上，实现了基于差动保护和电流保护的电动机故障诊断；在硬件实现上，以ATmega16L单片机为核心，将采集来的电压、电流及温度等模拟量信号经过A/D转换器转换为数字量信号后送入单片机系统中进行处理，通过处理的结果来判断电动机是否有故障以及故障的类型并进行相应的保护动作，同时通过外接点阵液晶显示器和键盘等外设，对其进行实时监控。

在软件部分，运用C语言编写软件程序，使之能够识别并处理从传感器传来的电信号，并执行相应的保护程序，然后通过LCD显示出来。

关键词：

电动机保护单片机差动保护电流保护

MotorprotectionbasedonSinglechip

Abstract

Themotoristheimportportionintheautomanufacturesystem.Therefore,itisimportanttoprotectthemotorreliablyandeffectively.However,China’smotorprotectionintheoreticalresearchandmanufacturingfacilitiesoverseasintermsofrelativeperformanceisstillrelatively,Backwardintheprotectionoflow-efficiencydevicereliabilitypoor,oftenmistakenaction,motordamageinseriouscondition,directlyorindirectlycausedbytheenormouseconomiclosses.

Anbasedonsinglechipprotectionequipmentforthehighvoltagelargeasynchronousmotorisdiscussedinthisarticle.Theprotectionequipmentisbasedonover-currentvalue,zero-phase-sequencecomponent,negative-phase-sequencecomponentandotherprotectioncriterions;InProtectiontheory,itrealizestheintelligentfaultdiagnosisbasedonthedifferentialmotionprotectionandtheelectriccurrentprotection;inhardwaresystem,taketheATmega16LMCUasthecoreofprocessorsystem.Usethegathersimulationsignallikesvoltage,electriccurrent,temperatureandsoon,totransformafterADCforthedigitalquantity,andthensignalsendsintheMCUsystemtoprocess,willjudgethetransformerthroughtheprocessingresultwhetherwillincludethebreakdown,thebreakdowntype,andmakingtheappropriateactiontoprotect.Simultaneously,thesystemclotmatrixliquidcrystaldisplaythroughanexternalkeyboardandperipherals,suchasitsreal-timemonitorandcontrol.Insystemsoftware,utilizestheClanguagecompilationsoftwareprocedure,enablesittodistinguishandtoprocesstheelectricalsignalwhichtransmitsfromthesensor,andtaketheappropriateprocedurestoprotect,thendemonstratedthroughtheLCD.

Keywords：

Motorprotection，singlechip，differentialmotionprotection，

electricalcurrentprotection

第一章绪论

本章介绍论文选题的背景意义、国内外电动机保护的发展现状、我国电动机保护发展趋势，以及本课题所做的工作。

1.1论文的选题背景意义

电动机是各种生产线上的重要设备，是其中的一个重要环节，其耗电量占总发电量的70％以上。

由于电动机的耗电量巨大，所以我国在电动机节能方面做了许多工作。

但是在电动机的保护装置研制方面，由于大部分的继电保护公司将主要精力用于线路、变压器、发电机等电力系统中主要设备保护装置的研制当中，电动机方面就显得相对薄弱。

与先进国家相比，我国的电动机保护装置存在有一定的差距。

如果电动机发生故障，轻者影响生产的正常进行，重者烧毁电动机，使整台甚至整套设备陷入瘫痪，给企业造成巨大的经济损失，更有甚者引起供电系统故障的发生。

另外，电动机在烧毁过程中消耗的电量也是很大的。

据有关部门统计，每年因电动机烧毁造成的耗电量高达数十亿kWh，因材料报废所产生的间接损耗更是巨大。

因此，无论是从减少经济损失还是从节约资源来讲，做好电动机的保护工作都具有重大意义，必须引起足够重视。

同时,由于现代电动机生产在提高其输出功率的同时，缩小了外形尺寸，采用高级绝缘材料和电磁材料减少损耗、提高效率，导致电动机内部的电流密度显著增加；加之生产的自动化和各种顺序控制设备的出现，要求电动机经常在频繁的启动、制动、正反转、间歇及变负荷等多种状态下切换运行，电动机出现故障的概率更加难以确定。

因此,电动机保护装置的研制工作有着重要的现实意义。

1.2国内外电动机保护发展现状

1.2.1国内电动机保护发展历程

纵观电动机的保护发展经历以下4个阶段[1]:

1.以热继电器为主的保护装置；以建国初期由苏联引进的JR系列热继电器为代表，热继电器在电子工业尚不发达的时代曾是电动机过载保护的首选产品，具有结构简单，安装方便等优点。

但其存在整定精度不高、受环境影响大、误差大以及功能单一等缺点。

2.模拟电子式保护装置；上世纪80年代随着半导体器件的出现而涌现出的电动机保护装置。

这种装置体积小，安装方便；功能更为全面：

可以保护缺相、过载、欠流、相失衡、逆相、接地、短路、过电压、过电流等故障，还具有电流电压显示和声光报警等功能。

但这类产品仍存在一些无法克服的缺陷。

如整定精度不高、采样精度不高无法实现具有多种保护功能于一体的全保护、装置复杂，对电磁干扰敏感，对维护人员的要求很高等。

3.温度保护继电器；其结构是在电动机绕组中预先埋设测温元件（一般为PTC热敏电阻）配合控制设备，对电动机进行有效的温度保护。

PTC热敏电阻也称正温度系数热敏电阻，它的电阻值随着温度的升高而增大，属于非线性变化，当温度达到某一数值时，电阻急剧增大，而发生突变。

温度保护就是利用了热敏电阻的这一特性，当电动机出现各种故障时，都将导致绕组温度升高，达到规定值时，热敏电阻的阻值发生突变，呈很高的阻性，其保护装置获得此信号进行处理后，通过控制设备使电动机停止工作，实现保护。

这种直接监视温度来实现对电动机的保护，是一种相对可靠、准确的方式。

然而对于非温度因素引起的一些故障该种保护却显得无能为力。

4.微机型的电动机保护装置[2]：

采用微机处理器（如单片机，DSP）组成的保护装置。

目前的微机保护由32位单片机、数字信号处理器DSP、可编程逻辑芯片、高速高精度的14至16位的A/D转换器构成。

由于微机处理器的智能和功能强大，可实现其他三种传统保护控制装置不能实现的保护控制功能。

如能迅速处理采集的电机各种故障信号，并将结果同各种设定参数进行比较，在进行保护动作，并可随时设定和显示各种参数，还能通过485通讯口实现主机对多台从机的远程控制保护。

基于以上的优点，该保护装置越来越受到业内人士的青睐，更多的科技人员也正致力于研制出保护效果更好的微机保护装置。

本课题也正是基于此所做的研究。

1.2.2国外电动机保护装置现状

在国外，早在1975年初，英国GEC公司将微机处理器应用于变电所的控制和自动合闸的情况就已有报道。

1979年，美国电气和电子工程师学会（IEEE）的教育委员会组织了第一次世界性的计算机保护研究班。

之后，世界各大继电器制造商都先后推出了各种商业性微机保护装置，微机保护逐步趋于实用。

在电动机系统微机保护技术方面，德国、美国、日本、英国发展最快。

从70年代后期开始，各国都在这个方面做了很多努力，使电动机微机保护技术逐渐成熟起来。

例如，德国西门子公司生产的3UB1智能过载继电器，这种继电器能提供过载、断相和三相电流不平衡保护，还具有自我监测等特性。

日本富士公司生产的QA型继电器由CT、A/D转换器和微处理器组成，提供过载、断相和反向保护。

韩国三和科技会社推出的3DD、3DI、3DM、FD数显是式智能型保护器可实现断相、过载、欠载、三相不平衡、堵转、漏电、接地和短路等保护功能，并能实现于计算机的联网，可同时监测96台电动机，其他产品还有交流、直流电动机保护器（EOCT、S3、SE、ST、AR、SI、DSL、DDT、TIT、3ST、3E、4F。

GE、EGR、DG、DZ、DGRSDDR、EECLH、DZG4、DZNG4、ECHL）、数显式智能型保护器（3DD、3DI、3DM、FD）、电压型保护器（VR、EOVR、EUVR）等型号系列，60余种规格[3]。

美国RockAB公司生产Bulletin825型智能电动机控制器是一种可编程的电子过载保护器，其可通过PROFIBUS现场总线与PC机通信。

美国的其它产品还有电子型保护继电器（SMP、CFFI）、热敏电阻保护继电器（RT3）、电子型保护系统（CFT4）、智能控制器（SMC）等各种型号序列数十种规格[21]。

归纳来说，国外保护装置的特点一般有：

保护器自身温度补偿、检测负荷率、提示报替、记忆故障原因和数据、通信、与计算机联网，能同时监测多台电动机等。

与世界先进国家相比我国的电动机保护控制技术水平，还有一定差距，其技术含量较低。

品种和功能少、参数精度低、生产工艺落后等严重制约了我国在电机保护这方面的竞争力，因此研发出新型的智能保护装置是当务之急。

1.3我国电动机保护的发展趋势

我国电动机保护的发展趋势大致有以下几点[3]：

1.研制在线监控系统；

2.追寻理论上的突破，逐步由定性描述到定量分析；

3.应具有