基于AT89C51保護的多臺電動機過載監測

摘要：異步電動機長時間過載會造成電動機損壞，本文研究的是基于AT89C51單片機的一種可同時監控、保護八臺異步電動機的保護方案。該方案通過傳感器、單片機等器件可實施實時監控、實時保護，且可根據需要實現多臺同時控制。

關鍵詞：電動機發熱;單片機;多臺控制

異步電動機因其結構簡單、成本低，運行維護方便和較好的機械特性而在工業控制與各電氣傳動系統中有著廣泛的應用。但其運行情況直接影響到工農業生產的各個部門及整個經濟的發展，由于工作環境和條件的不同，容易發生機械和電氣故障，燒毀電動機繞組的事故時有發生。因此，如何針對易發的過載故障建立全面有效地保護，一直是人們關注、研討和開發的課題。

過載是一種非正常運行狀態，一定范圍或一定時間內的過載是允許的，但長時間過載是不允許的。長時間過載會導致電機的熱量積聚，其電氣絕緣水平會逐漸下降，最終導致絕緣擊穿，設備損壞。由于過載原因而造成電動機損壞，在電動機故障總數中占相當大的比例，因此必須裝設過載保護。要做好該保護，首先要明確電動機的發熱情況。

1、發熱機理

電動機在實際運行時，電流是隨負載和電網電壓變化而變化的。因此，穩定溫升 也是變化的，用上面二式都無法精確計算電動機繞組的溫升。電動機在負載變化時繞組內的溫

升變化示意圖如圖2所示：

由圖2看出，隨著負載的變化，穩定溫升發生變化，電動機繞組的溫升發生相應的升溫和降溫過程，在整個運行時間范圍內，無法用一個函數表達式計算電動機的溫升。因此，本文把電動機的發熱過程離散為一個個小區間，在每一個小區間上，電流可看作一個定值，在此區間上利用（6）式即可求解電動機的升溫和降溫過程。

實踐證明，絕緣結構的使用壽命與溫度之間呈指數關系。因此，它對溫度十分敏感，若工作溫度每超過A級絕緣8℃（B級10℃，F級12℃，H級14℃）其使用壽命就要平均縮短一半。傳統的熱繼電器是利用電流的熱效應使觸頭系統動作的，由于熱繼電器是由雙金屬片構成其敏感元件，在動作值附近不能可靠分離，且熱繼電器通過了大的短路電流或經受機械碰撞后，雙金屬片易產生永久性變形。熱繼電器的動作還與周圍環境有關，當環境變化時，雙金屬片會發生零點漂移，因而在一定動作電流下動作時間會發生誤差。且熱繼電器的時間常數比電動機小得多，對電動機的頻繁啟動、過載不能準確可靠地保護。

3、系統設計

（1）設計思路

本保護采用數字化技術，把微型計算機技術引入到電動機的過載保護中，采用有別于傳統的電流監控保護技術，從監測電動機的溫升入手，當電動機過載時，電動機的溫升達到極限溫度時即采取動作，切斷電動機的電源，對其進行保護。

例如環境溫度為10℃，電動機采用B級絕緣時，過熱保護的溫升動作值為：

= 130-10=120℃

這樣避免了環境溫度對動作時間的影響;同時還比國家標準規定的電動機B級絕緣正常工作時極限允許溫升80℃高出40℃。當環境溫度降低時，電動機正常工作時的允許溫升就可提高。因此，電動機的過載能力由于環境的改善而得到了提高。

常用的熱繼電器僅能保護一臺電動機，而本方案可一次性監控、保護八臺電動機。為機電產品的電氣設計帶來了極大的方便。

（2）硬件設計

單片機保護采用的是基于AT89C51單片機的電子式過載保護繼電器，主要包括傳感器、信號調理電路、輸入鍵盤、A/D轉換器、地址鎖存器、單片機、溫度顯示、報警控制等。

3.2.1 ?傳感器AD590

溫度傳感器的作用是將電動機的溫度轉變成電流信號，再將信號傳送給信號調整電路。其技術參數為：線性電流輸出 ，測溫范圍為-55℃～+150℃，線性度好、整個測溫范圍內非線性誤差小于±0.3℃。

3.2.2 ?信號調理電路

信號調理電路的作用是將傳感器獲得的電流轉換成A/D轉換器所能識別的工作電壓。

3.2.3 ?輸入鍵盤

輸入鍵盤采用數字式鍵盤，所有設定值和其他參數均可用鍵盤直接輸入，檢測和試驗可用功能鍵直接進行。

3.2.4 ?A/D轉換器ADC0809

A/D轉換器用以實現模擬量向數字量的轉換，ADC0809把信號調理電路輸出的信號轉換成單片機能工作的數字信號。

3.2.5 ?AT89C51單片機

AT89C51單片機在整個系統中是一個智能型器件，它把前面的信號處理后跟設定溫度相比較，若超過允許溫升值則產生報警控制，同時顯示溫度。

3.2.6 ?報警控制

報警控制的執行機構由光電耦合器、場效應管、橋式整流二極管等組成，通過控制交流接觸器線圈的通斷實現電動機的啟動與停止。光電耦合器的延遲時間在10 之內，場效應管的接通與斷開時間為 級，因此滿足快速響應的要求。

通過以上系統的研制，此保護裝置可同時顯示多路電動機的溫度，通過單片機輸出位控信號，讓顯示器同時顯示機位號和溫度，溫度可精確道±0.1℃;并且，可同時執行有過載情況的電動機。

參考文獻：

[1] 、《淺析單片機在電動機保護中的應用》，張晶、吉林廣播電視大學學報，2015.2;

[2] 、電動機熱特性研究及單片機電動機熱保護器的研制，曲戈，沈陽工業大學，2002.5;

[3] 、過載保護數學模型及其算法的研究，遲長春，河北工業大學，2008.5

作者簡介：

徐良芝，女，1973.4出生，無錫機電高等職業技術學校副教授;研究方向：電工電子、自動控制

（作者單位：無錫機電高等職業技術學校）