單片機控制電動機綜合保護

宋長青

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

0 概述

在電氣時代的今天，電動機一直在現代化生產和生活起著十分重要的作用。由于生產自動化及各種自動控制、順序控制設備的出現，要求電動機經常運行在頻繁的起動、制動、正反轉、間歇以及變負荷等多種方式。 在不同運行狀態下，電動機的發熱情況及其所受到的電動機和熱力的沖擊相差懸殊。而電動機的經濟使用期限正與它所受到的起動次數和持續時間密切相關。 因此，除要求使用人員了解所有有關電動機的運行知識并合理使用外，還應裝設相應的保護裝置，以確保電動機正常運行。電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制。 用單片機進行控制的電動機操作方便，整定值精確(可數字顯示)，保護效果好，但價格較模擬控制的電動機價格高。

1 用可編程器件GAL 進行保護

采用可編程器件GAL 取代斷相檢測中的三個三極管串聯。 利用GAL 內部編制一個三與門，利用一個電壓比較器比較過載電壓。 輸出信號接到GAL 中，利用GAL 內部的貼觸發器，在GAL 內部編制一個十進制計數器。 通過把交流電進行整形，變成一個50Hz 的方波。 通過記錄電網的頻率，來達到過載延時的目的。 通過不同信號的輸入，GAL器件可以相應地指示出電機的運行狀態： 過載、 斷相、 正常運行，但GAL 的抗過電壓能力差，如果信號采樣的輸入過大，將會燒掉GAL，不能滿足不同的電機的要求。

2 采用CPU 為主器件進行保護

隨著工業自動化的發展，人們對電動機綜合保護的要求也越來越嚴格， 以CPU 為核心的智能化產品， 已經是取代模擬產品的必然趨勢。現在生產電動機綜合保護的廠家都在發展單片機為核心的智能化電動機綜合保護。 采用傳統的電流互感器，把電流互感器采樣到的電流信號，經過整流橋整定成直流信號。利用電容進行濾波，通過負載電阻把電流信號轉化成電壓信號送給A／D 轉換器。 在負載電阻的選擇上，由于負載電阻是固定的，當輸入電流增大很多時，A／D 的輸入將會溢出轉換范圍；輸入電流太小，會影響采樣的精度，經CPU 內部各種運算之后，會使數據失真。采用電位器調節負載電阻來解決上述問題。把電阻的額定電流整定到二個固定的電壓，因為三相采樣可以判斷出電機是否斷相，這樣CPU 就可以把額定電流固定到一個基準的數值，然后通過計算電機的采樣電流與額定電流之比，可以確定出電機的運行狀態，即過載、斷相、不平衡度、過流、欠電流等，經過一段時間的綜合，來達到保護電機的目的。

2.1 硬件電路設計

硬件電路可分為電流采集、A／D 轉換、CPU、鍵盤、顯示、掉電保護等6 個部分。

（1）電流采集。用電流互感器將電機三項定子電流轉化為小電流，再由整流橋把交流電流信號轉換為直流電流信號，經電阻產生直流電壓信號，送入A／D。 為保護大小不同的電機，在輸入電阻的選取上，采用一個帶數字電位器的電阻網絡，數字電位器可自動減小電阻，拓寬保護范圍。

（2）A／D 轉換器。 將四路模擬輸入信號轉換為數字信號傳送給CPU。

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

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

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

（6）掉電方式。 由于事系統可保護不同的電機，在開機時，經常需要設定新的參數，這樣在系統斷電時，這些存在片內RAM 中的數據變會丟失。 采用一片24C08 芯片來完成掉電保護功能。 當系統斷電時CPU 片內M 朋中數據便會存到24C08 中保存起來，斷電也不會丟失，當再次開機時，CPU 就會從24C08 中取出這些數據，從而完成掉電保護功能。

系統的硬件原理圖如圖1 所示。

圖1 單片機控制電動機綜合保護原理圖

2.2 經濟分析

目前市場上出售的電動機保護器大致可分為兩種：一種是模擬電路的，這種產品結構較為簡單，價格便宜，但操作不直觀，整定值不精確，保護效果不是很理想；另一種是智能型的，也就是用單片機進行控制的，這種產品操作方便，整定值精確(可數字顯示)，保護效果好，但價格較前一種高。

3 結束語

用單片機控制電動機綜合保護， 可對大小不同的電機進行保護，被保護的電機額定電流可自行設定，并可實時顯示工作電流以及各種故障狀態。 保護效果好，精度高，成本低。