单片机在电动机保护中应用毕业论文(编辑修改稿)

单片机在电动机保护中应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

DZI0.minZDI ZDISDI 图 2－ 2 比率制动式纵差保护的制动特性 图中， DZI 为差动电流， SDI 为差动速断电流，一般取 6~8 倍的流入保护装置的第二侧二次电流， .minDZI 为差动启动电流，一般为 ~ 倍的流入保护装置的第二侧二次电流， .minZDI 为最小制动电流，一般取额定电流， ZDI 为制动电流。 保护 判据如下 ： 差动速断： DZ SDII () 广西大学毕业生论文 单片机在电动机保护中的应用 9 比率差 动 ： . m i n . m i n. m i n . m i n . m i n()Z D Z D D Z D ZZ D Z D D Z Z D Z D Z D D ZI I I II I I K I I I    当 时 ，当 时 ， () 式中 ZDK 为 制动系数。 为防止 CT 断线时保护装置误动，本装置采用了 CT 断线闭锁差动保护的方案。 CT 断线只闭锁比率制动差动保护，不闭锁差动速断保护。 CT 断线判据：当至少检测到一相电流为零并且零序电流大于 ctI 时，发出断线告警并闭锁差动保护。 只有在装置检测到高低压侧最大相电流在 .minDZI 至 6 .minDZI 之间才进行 CT 断线判定，否则不进行 CT 断线 断定。 A 相 比 率 差 动 动 作B 相 比 率 差 动 动 作C 相 比 率 差 动 动 作比 率 差 动 投 入差 动 启 动 元 件C T 断 线 检 测 闭 锁 控 制 字1amp。 amp。 断 线 告 警 信 号差 动 保 护 动 作 图 2－ 3 比率制动式纵差保护逻辑框图 图 24 为差动速断保护的逻辑框图。 当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。 A 相 差 动 速 断 动 作B 相 差 动 速 断 动 作C 相 差 动 速 断 动 作差 动 速 断 投 入1amp。 差 动 速 断 保 护 动 作 图 2－ 4 差动速断保护逻辑框图 广西大学毕业生论文 单片机在电动机保护中的应用 10 根据对称分量法，发生不对称故障时，电动机电流可分解为正序、负序和零序分量。 当电动机三相对称时，负序和零序电流为零，而发生不对称故障时则会显著增加。 因此 可以在检测电动机过流程度的同时，以序分量为基础，检测负序、零序电流的大小。 这样，不仅能更好地反应电动机的运行状况，还可以大大提高保护的灵敏度和可靠性。 异步电动机常见故障的过流、负序和零序电流的分布情况如表 21 所示，表中单相故障设 A 相为故障相，二相故障设 B、 C 相为故障相， PI 表示故障前相电流幅值。 表 2l电动机常见故障信息分布表 故障类型 过电流 负序电流 零序 电流 其他故障特征 设置保护 类型 对称 故障 三相短路 (8 10) pI 无 无 a b cI I I 电流速断 堵转 (5 7) pI 无 无 a b cI I I 正序 定 时 限 过载 ( 5) pI 无 无 a b cI I I 正序 反 时 限 不对称性故障 非接地 断相 3/2pI 无 0,a b cI I I  负序 定 时 限 逆相 无 pI 无 a b cI I I 不平衡 无 有 无 a b cI I I 相间短路 有 1/ 3bI 无 b c aI I I 接地 单相接地 有 1/3aI 1/3aI a b cI I I 零序 定时 限 二相接地 有 有（值的大小 取决于位置） ,b c a pI I I I 从表 21 可知，若以过流信息反映短路和堵转故障，以负序和零序电流反映各类不对称短路和接地短路等不对称故障，可以实施全面的电流保护。 设置电流速断保护作为电动机的主保护，用于电动机内部定子绕组以及广西大学毕业生论文 单片机在电动机保护中的应用 11 进线所发生 的相间短路故障。 由于短路故障将导致很大的故障电流，所以只要检测到 A、 B、 C 三相电流中任一相或一相以上的电流值大于速断的整定值，保护立即动作。 根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定和保证重要用户供电可靠性。 在简单、可靠和保证选择的前提下，原则上总是越快越好。 设置速断保护电流定值时，要保证电动机在满载启动过程中短路保护可靠地不动作，即躲过电动机最大启动电流。 电动机启动 时，保护判据为 ： .m axsq zd relq stI I K I   () 电动机运行 时，保护判据为 ： sdzd rel xjdI I K I   () 其中 I 为 电动机各相相电流 ； relqK 为电动机启动时可靠系数，一般取 ；.maxstI 为电动机最大启动电流，一般取 9 倍的额定电流 NI ； xjdI 为电动机运行时相间短路电流 ； relK 为电动机运行时可靠系数，一般取。 其 保护 逻辑框图见图 25。 速 断 保 护 投 入A 相 电 流 大 于 整 定 值B 相 电 流 大 于 整 定 值C 相 电 流 大 于 整 定 值≥amp。 速 断 保 护 动 作 图 25 电流速断保护逻辑框图 设置正序定时限保护 作为电动机堵转故障的主保护，过负荷运行的后背保护。 当保护装置在电机运行过程中检测到电流超过堵转电流整定值，并达到整定时限时堵转保护动作，出口跳闸。 堵转保护在电动机启动过程中闭锁，启动结束后自动投入。 保护判据为 ： 电动机启动时 ： 1 1 . m a x1qzd re lq stzdI I K ITt   () 广西大学毕业生论文 单片机在电动机保护中的应用 12 电动机运行时 111zd rel zxzdI I K ITt    () 1I 为电动机 的正序电流 ； .maxstI 为电动机最大启动电流 ； relqK 为电动机启动时可靠系数，依据不同保护类型取不同值 ； 1zdt 为时间常数，依 据不同保护取不同值 ； zxI 为电动机运行时正序电流整定值 ； relK 为电动机运行时可靠系数。 其逻辑框图如图 26 所示。 正 序 电 流 保 护 投 入C 相 正 序 电 流 大 于 整 定 值B 相 正 序 电 流 大 于 整 定 值A 相 正 序 电 流 大 于 整 定 值≥amp。 堵 转 保 护 动 作1 zdt 图 26 正序电流保护逻辑图 设置热过载 保护来防止电动机长时间过负荷运行， 导致 定子过热而引起的损坏。 过负荷保 护实际上是通过电流幅值模拟电机的发热，电动机的热惯性 使它具有一种短暂的过载能力，此时短时间的过载仍属正常运行，只有 到热量积累温升达到损坏电动机的寿命程度时，才给予保护。 引起电动机过负荷原因： (1)外界原因 引起的堵转 ； (2)电动机本 身机械故障 ； (3)由于供电 系统电压畸变和电压不平衡，造成三相电流不完全对称，在电流中含有一定的负序分量。 因而产生电动机的制动力矩，造成电 动机过热； (4)周围环境工况恶劣，通风不畅，环境温度过高； (5)频繁地起动 制动等。 反时限保护是有效地防止电动机过负荷的一种方法。 这种方法是以电动机发热不至于使电机烧坏为准，即电动机的绕组在电流越大时，发热量也越大，此时电动机内的温度上升越快，达到 使绕组被烧坏的温度时间越短，此广西大学毕业生论文 单片机在电动机保护中的应用 13 时需快速地切开电动机，反之，电动机的电流小，达到电动机绕组被烧坏的温度的时间就越长，此时电动机还可继续工作一段时间。 电动机反时限保护特性曲线如图 27 所示。 1 2 3 4 5 6 7 841 0t( 动 作 时 间 s )/ eII 图 27 电动机反时限动作特性曲线 电动机发 热理论研究表明，电动机持续运行的容许负荷，主要取决于定子绕组的温升，即定子电流的大小为电动机过负荷的主要依据。 因此，依据均质固体发热理论，电动机定子绕组的温升特性可以采取如下形式的热平衡微分方程描述 ： 22()eQ d t I I r d t C G d s d t     () 式中 Q—— 定子物体每秒钟内所产生的热量 ，单位为 W； R—— 定子绕 组 电阻 (Ω )； —— 散热系数 ( 2/wmc )每平方米表 面、每 度温差， 每 秒时间所散发的热最焦耳数； S—— 冷却 表而积 ( 2m )；  —— 定 子绕组温升 ( C ) I—— 过 负荷时定子绕组流过电流 (电动机运行中三相电流最大者 ) (A)； eI —— 可 整定的保护动作电流 (A)； C—— 定 子物体材料比热 ( /J kg C )； G—— 定 子物体重量 (kg)。 广西大学毕业生论文 单片机在电动机保护中的应用 14 而方程左边 Qdt 为在时间间隔 dt 中，定子绕组由 于过负荷 而发 出的热量，方程右边 CGd 为这一热量 一部分使定子温度升高 d 度。 而 sdt 为另一部分热最散失于冷却介质中。 式 为一阶段性微分方程，其通解为 ： s tCGQ Aes   () 由初始条件 /( 0) 0t ， 代入 (211)解出常数 A 为 ： 22()eI I rQA ss    再代入 (211)得解 为 ： 22() (1 )s te CGI I r es    () 由 此得到电动机过负荷运行时的温升特性表达式。 其温升变化过程如图 28 所示。 t 1 t 2 tθ 0θ m a xsθ ( t )θ /℃I 图 28 过负荷运行时温升特性曲线 将温升特性式 (212)中指数项进行泰勒级数展开，取其前两项，得 ： 1s tCG setCG   带入 (212)得 2 2 22() [ ( / ) 1 ]eeeI I r I rt I I tC G C G    广西大学毕业生论文 单片机在电动机保护中的应用 15 ∵ 2ceP I r —— 铜损 为常数。 C， G 也为常数，设允许温升为 max。 则得出反时限过负荷动作特性为 ： m a x 221[ ( / ) 1 ] ( / ) 1CGe e eTt P I I I I     maxeCGT P  T 根据电机材料、定子重量、额定铜损，根据经验得到的允许温升计算确定。 上 述过负荷保护是通过测量电动机定子绕组电流，根据电机发热模型而计算出在给定的过负荷电流、给定的允许温度下，电动机所允许运行的时间，不能直接反应电机绕组温度，对冷却系统损坏、机械转子损耗增加、环境温度过高等造成的过热不能检测。 所以对埋有温度传感器的电动机，有必要对温度传感器传来的信号进行测量，以实现电机过热保护，结合前面所述的热过载保护，则更能有效地保护电动机。 由于感温元件埋在电机内部，可消除各种环境温度对传感器的影响。 在本文中，采用的是集成温度传感器 AD590。 针对电动机的各类非接地性不对称故障 ，设置负序 过 电流保护。 负序电流保护是作为电动机断相、 定子绕组或引出 线不对称相间短路、定子绕组匝间短路及三相电流不平衡的主保护。 在电源电压不对称、 逆相、 断相 等故障时均 会 引起负序电流 2I ， 对这类故障， 虽然过热保护己能提供保护，但在 严重的不对称故障 时 引起 的 2I 很大，很有必要设置单独的快速保护。 所以本文采用两段式定时限负序过电流保护。 Ⅰ 段针对严重不平衡故障。