基于网络的异步电机保护装置设计
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摘要
异步电动机广泛应用于工矿企业,它是各种电动机中应用最广、需求量最大的一种电机。据统计,电网的总负载中动力拖动约占60%,动力负载的绝大部分是三相交流异步电动机,因此它的保护问题长期以来受到人们的关注。
近年来,随着计算机技术与电子技术的不断发展,出现了以微处理器为核心的电动机综合保护系统。这种新型的保护系统与传统的保护系统相比,具有强大的逻辑分析与数据处理功能、故障记录与故障分析功能以及易于实现网络化管理等显著的优点,因而成为当前电动机保护装置的主要发展方向。本文正是在基于这一背景开展对电动机综合保护系统的研制和开发工作的。
文中采用对称分量法理论分析了电动机的各种对称性故障和不对称性故障,在应用中采用了负序和零序电流的检测方法,特别在过载保护上进行了深入的研究。在此基础上设计了针对过载、堵转、短路、断相、欠压、过压等故障的保护方法及电路。
课题为基于RS-485总线的电动机智能控制保护系统,本文设计了以32位微处理器AT91SAM7S64为主控中心的装置,具体进行了监测控制中心、信号调理及输出控制模块、分析处理模块、人机对话模块以及通信模块的设计。并且设计了实用的系统软件,充分利用它强大的信号处理能力,结合电动机保护理论完成了具有故障诊断与保护功能的新型电动机综合保护系统的设计。
Asynchronous motor ,which is one of the most popular kinds of motors ,is widely used in the corporate enterprises .According to statistics ,power drive ,most of which are three-phase AC asynchronous motors ,accounts for about 60 percent of the total load in the power networks .So it's greatly significant to prohibit the three-phase AC asynchronous motor from damage accidently.
In recent years, with the development of computer technology and electronics, computer integrated protection systems with the core of the microprocessor are put into service. Compared with the traditional system of protection, the new protection system has powerful logic analysis and processing capabilities .The fault can be recorded and analyzed too .And this significant advantages become the main developing direction of motor protection device. The comprehensive protection of the electrical system researched in this paper is under this background.
This theory of symmetrical components method is used to analyze the varieties of symmetrical and asymmetrical faults of motor, and the measuring method of negative and zero sequence is adopted in this paper. Especially the protection of overload condition is researched. The motor faults of over-loading, short circuit, phase failure, over-voltage, under-voltage can be dealt with by the device.
The device with the 32bits MPU AT91SAM7S64 designed. The hardware of the device consists of monitoring and control parts, signal conditioning and output control modules, analysis and processing modules, interactive modules, communication modules, and the practical programs is designed, by making full use of MPU AT91SAM7S64 powerful capture function to outside event and strong ability of treatment to signal ,a new type of motor protective device is designed.
近年来,随着计算机技术与电子技术的不断发展,出现了以微处理器为核心的电动机综合保护系统。这种新型的保护系统与传统的保护系统相比,具有强大的逻辑分析与数据处理功能、故障记录与故障分析功能以及易于实现网络化管理等显著的优点,因而成为当前电动机保护装置的主要发展方向。本文正是在基于这一背景开展对电动机综合保护系统的研制和开发工作的。
文中采用对称分量法理论分析了电动机的各种对称性故障和不对称性故障,在应用中采用了负序和零序电流的检测方法,特别在过载保护上进行了深入的研究。在此基础上设计了针对过载、堵转、短路、断相、欠压、过压等故障的保护方法及电路。
课题为基于RS-485总线的电动机智能控制保护系统,本文设计了以32位微处理器AT91SAM7S64为主控中心的装置,具体进行了监测控制中心、信号调理及输出控制模块、分析处理模块、人机对话模块以及通信模块的设计。并且设计了实用的系统软件,充分利用它强大的信号处理能力,结合电动机保护理论完成了具有故障诊断与保护功能的新型电动机综合保护系统的设计。
Asynchronous motor ,which is one of the most popular kinds of motors ,is widely used in the corporate enterprises .According to statistics ,power drive ,most of which are three-phase AC asynchronous motors ,accounts for about 60 percent of the total load in the power networks .So it's greatly significant to prohibit the three-phase AC asynchronous motor from damage accidently.
In recent years, with the development of computer technology and electronics, computer integrated protection systems with the core of the microprocessor are put into service. Compared with the traditional system of protection, the new protection system has powerful logic analysis and processing capabilities .The fault can be recorded and analyzed too .And this significant advantages become the main developing direction of motor protection device. The comprehensive protection of the electrical system researched in this paper is under this background.
This theory of symmetrical components method is used to analyze the varieties of symmetrical and asymmetrical faults of motor, and the measuring method of negative and zero sequence is adopted in this paper. Especially the protection of overload condition is researched. The motor faults of over-loading, short circuit, phase failure, over-voltage, under-voltage can be dealt with by the device.
The device with the 32bits MPU AT91SAM7S64 designed. The hardware of the device consists of monitoring and control parts, signal conditioning and output control modules, analysis and processing modules, interactive modules, communication modules, and the practical programs is designed, by making full use of MPU AT91SAM7S64 powerful capture function to outside event and strong ability of treatment to signal ,a new type of motor protective device is designed.
引文
[1]胡顺斌,李金芳,高亮,杨卫中.网络型三相异步电动机综合保护及控制系统的研制.河北农业大学学报,2002,4.
[2]王彦文,黄益庄苏.诚矿用低压电动机智能型保护装置的研究电力系统及其自动化学报1996.640-45.
[3]J.J.Kumm.M,S.Weber,E.O.Schweiter.Predicting the optimum routine test interval for protective relays.IEEE Transaction On Power Delivery,1995,10(2):659-664.
[4]S.C.Bell,S.D.J.McArthur,J.R.McDonald.Model-based analysis of protective system performance.IEEProc-Gener.Transm.Distrib,1998,145(5):547-551.
[5]周顺荣.电机学.北京:科学出版社,2002.
[6]林诗庄,蔡泽祥,大型电动机故障诊断与保护理论综述.广东电力,Vol.14,No,6,2001.12.
[7]何雨傧,阎桂荣,张道立等.基于不平衡电流的电机定子故障模糊诊断方法[J].中国电机工程学报,1996,16(2):135-138.
[8]CHOW M Y,SHARPER R,HUNG J C.On the application and design of ANN for motor fault detection [J].Part i and Part 2.IEEE Trans IE,1993(2):181-196.
[9]何跃英.基于模糊理论的电力设备故障诊断专家系统[J].电机技术学报,1994(3):1-8.
[10]武予鲁.电动机及其综合保护装置的工作原理与使用.北京:煤炭工业出版社,2004,12.
[11]冯畹芝.电机与电力拖动[M],北京:轻工业出版社,1991.
[12]秦曾煌.电工学(上册,电工技术第六版).北京:高等教育出版社,1999.
[13]沈标正.电机故障诊断技术.北京:机械工业出版社,1996.
[14]赵荣祥,钱昊,陈潼.基于PIC单片机的智能电机保护器.工程设计学报,Vol.12,No.2,2005.
[15]黄圣国,肖纪立,蔡树国等.多功能智能电机保护装置的研制.电子测量与仪器学报,1998,Vol.12.N4.1.
[16]潘流占.单片机控制的三相电机保护器.电工技术杂志 2000.136-38.
[17]张植保.电机原理及其运行.北京:化学工业出版社,2005.
[18]周四新.大型异步电机智能保护实现方法研究.华北电力大学,硕士学位论文,2000.
[19]冯崇智.基于DSP的异步电动机保护装置的研制与开发.天津大学,硕士学位论文,2004.
[20]樊宇,程全.基于RS-485总线实现的远距离多机主从式通信.周口师范学院,工业控制计算机,2006年19卷第7期。
[21]李璇华,黄易庄,唐晓泉等.电动机故障分析与综合保护装置设计.继电器,2001年12月,第29卷第12期.
[22]吴黎明.单片机原理及应用技术.北京:科学出版社,2005.
[23]利军,田柏林,张春之.插值法在智能电动机过载保护中的应用.煤矿安全,2001年6月第6期.
[24]Murty WS Yalla.A digital multifunction protective relay,IEEE Tractions on Power Delivery,1992,7(1).
[25]梁丽惠.高压异步电动机综合保护系统的研究.电工技术杂志,2000年第2期.
[26]李卫国,夏其勇.微机型综合保护系统在高压异步电机中的应用.浙江水利科技,2000年第4期
[27]高强,徐殿国.异步电动机微机保护装置的设计与实现.传动与控制,2004,No.1.
[28]乔和,姚大勇.一种新型异步电动机综合保护的研究.驱动和传动,2006年第22卷第8-1期.
[29]潘新民计算机通信技术.北京:电子工业出版社,2002.
[30]袁任光,张伟武等.电动机控制电路选用与258例.北京:机械工业出版社,2004.
[31]方大干.继电器保护及二次回路速查计算手册.北京:中国水利水电出版社,2004.
[32]李朝青.单片机原理及接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[33]陈步月.基于单片机的测试技术原理与应用.北京:机械工业出版社,2007.
[34]蔡方凯,张松等.单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计.北京:中国水利水电出版社,2007.
[35]孙旭东,王善铭.电机学.北京:清华大学出版社,2006.
[36]马忠梅等.AT91系列ARM核微控制器结构与开发.北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[37]杜春雷.ARM体系结构与编程.北京:清华大学出版社,2003.
[38]李佳.ARM系列处理器应用技术完全手册.北京:人民邮电出版社,2006.
[39]季昱,林俊超,宋飞.ARM嵌入式应用系统开发典型实例.北京:中国电力出版社,2005.
[40]徐爱军.智能化测量控制仪表原理与设计(第二版).北京:北京航空航天大学出版社.
[41]童爱红,侯太平.Visual Basic数据库编程.北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2004.
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[51]崔生荣.单片机系统的软件抗干扰东北电力学院华北电力技术 No4.1998.
[52]贾佩山,刘晓明,王纤.一种提高8098单片机系统抗干扰能力的方法.上海交通大学,计算机系计算机,自动测量与控制No2.1997.
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[53]T91SAM7S64数据手册.
[54]深圳市英贝德科技有限公司.EBDSAM7S64开发板使用手册.
[55]深圳市拓普微科技开发有限公司.LM3033B液晶显示模块应用参考.