最新)基于单片机控制的电动机保护

最新)基于单片机控制的电动机保护内容摘要：

电动机的定子侧线电压 的是U1， r x1分别代表电动机定子绕组电阻和电抗 ， r x2分别代表电动机折算到定子侧的转子电阻以及电抗， 代表电动机的励磁电抗 的是 Lm。 电动机故障分析 一般的从 电动机 的 机械角度可以 把电动机的故障形式 分为绕组损坏 以及 轴承损坏。 由于本论文主要研究的是通过电气测量手段来检测电动机的运行状 况，并根据实时采集到保护器的数据适时做出保护动作， 实现对电动机的 短路、缺相、过载、欠压、过压保护。 因此论文主要分析解决绕组故障。 由前面的电动机转动基本原理中所介绍的知识可以知道 绕组是电动机 的重要组成部分。 然而绕组是非常容易因为 受潮、受热、 侵蚀、外力的冲击 等等外部物理因素而老化损坏 ,而一些电路的故障例如 过载 、欠压、过 压 、 缺相 等等也会导致电动机绕组的故障。 以下是有关电动机绕组 的常见故障的详细介绍，介绍的主要内容为故障外在现象，故障的产生原因两个方面。 第一种 绕组故障是 绕组接地。 该电动机 故障 的 现象 为 绕组短路发热 ，还有 机壳带电 以及 控制线路失控 ,在这种情况下电动机是无法征程运行的。 该电动机的绕组 故障 产生 的主要 原因 是铁心或者电机壳与绕组之间的绝缘层受到了损坏 ，造成了绕组接地。 如果追溯绕组的绝缘击穿的原因，那就涉及到电动机的工作环境的问题，比如潮湿，高温，腐蚀，等等，而且还不排除人为因素导致的绝缘损坏。 第二种绕组故障是绕组的短路。 绕组的短路有很多种，比如说绕组与绕组之间可以产生短路、 绕组匝与绕组匝之间可以产生短路、绕组的相间可以产生短路短路以及绕组的各极间也可以短路。 这种故障的主要外在表现是电动机转动时会产生振动现象，还有噪声产生，这些都是由三相电流不能平衡导致的。 另外还会第二章 电动机保护原理介绍 7 有线圈迅速发热的现象，这种现象产生的主要原因是线圈中有短路大电流。 有的时候电动机甚至不能启动，这些短路产生的原因是绝缘损坏造成的，而造成绝缘损坏的原因就和绕组接地时的绝缘损坏产生的原因基本相同。 第三种绕组故障当然就是绕组的断路。 和绕组的短路相似，这种故障可以使电动机的三线电流不能平衡，从而使电动机转动不平稳而产生振 动和噪声。 还有可能使电动机温度过高而有冒烟的现象，有时甚至无法启动电动机。 产生这种故障的主要原因也应该包括两种方面，即人为因素和环境因素。 人为因素主要有电动机的转载和维修过程中无意损坏，还有就是电动机的生产质量太差。 而环境因素主要就是高温高压高潮湿使电动机的接线接触不良。 解决这些问题的根源在于生产质量，如果质量好了，其他问题就迎刃而解了。 第三种绕组故障就是绕组接错故障。 这种故障的外在表现主要有电气特性不平衡，致使电动机转动不平稳，会有转动时的震动，还有噪声的产生。 另外，有时候还会引起电动机的温度迅速升高， 甚至导致电动机无法启动等等现象。 产生这一绕组故障的主要原因是绕组的链接方法错误，例如经常会有人把 “△” 型 电路 接成 “Y” 型 电路，还有就是在维修或者安装的时候把三相绕组的首尾接反，总而言之，产生这种故障的只要原因就是人为因素导致的。 从以上的对电动机的故障的分析可以知道电动机的故障现象基本相同，但是产生故障的原因各不相同，因此要想检测出电动机的故障原因是非常困难的。 因此本论文主要 从电气角度分析 电动机的故障，从而对其进行检测和做出相应的保护动作。 非对称故障和 对称故障 是从电气角度划分的两大类故障。 当电动机发生匝问短 路 、 接地短路等 情况时就是 电动机内部绕组发生非对称故障 了。 这种非对称故障在初期的时候并不会出现一些个明显的外在现象 ，但是如果不能及时作出相应的保护措施的话就会引起电动机的温度过热，出力变小，从而影响电动机的正常工作，甚至会致使电动机的永久性的损坏。 因此非常有必要对电动机进行实时的不间断的检测，一旦电动机发生异常，就可以及时的采取措施对电动机进行保护。 表 21 电动机对称故障 第二章 电动机保护原理介绍 8 对于电动机的对称故障，顾名思义，这类故障时电动机的三相电气特征基本平衡，他的故障表现形式主要有电流过流，过流的程度不同电动机的温 度和性能的异常程度也不同。 和非对称故障一样，我们依然要对这种故障进行实时的检测，一边快速及时的排除电动机的故障，减少经济损失。 有关电动机的对称故障的 详细情况如表 2l所示。 电动机保护原理分析 三个不对称的向量可以分解成三组对称的向量 :负序分量、正序分量以及零序分量，各序分量独立存在，就是说是唯一的，在不同分量的作用下系统的各个与案件呈现出不同的特性，这是根据三项对称分量法的理论得出的结论。 对称分量的计算公式如下（以 A项为例）： （ ） 式中 1AI 2AI 0AI 分别是 A相电流用对称分量法分解所得的正序电流，负序电流和零序电流，算子： 120jea?。 由式 可以知道，当三相电电流之以及不等等于零的时候才有零序电流分量，如果系统采用 中性点不 引出的星形接法 或是 三角形接法 就没有零序电流分量，因为 三相电电线电流之 和 总 是 为零， 论文对电动机常见故障的保护措施进行了分析，因为 根据前面对故障的分析，电动机在发生对称故障以及不对称故障的时候电动机的三相电电流会发生变化。 过流保护 电动机损坏的一些个主要的外在变现就是过热烧毁，其原因就是堵转、三相电电流过大、三相电电负荷过大以及启动的时候间过长等等，而不对称负荷、定子绕组一相断线、三相电电源电压不对称、不对称短路等等均可造成电流过大的现象，因此电动机就是故障率较高的一种设备 定子绕组通过三项对称电 流产生的旋转磁场对定子本身来说为同步，对于正常运行的电机的转子来说，二者转速相差不大。 一旦三相电流不对称，则可将三相电流分解成正序电流、零序电流和负序电流，此时负序电流产生的旋转磁场以接近两倍的同步相对于转子运动。 假设对应的转子正序电流近似为直流电阻 R1，对应的转子负序电阻为交流第二章 电动机保护原理介绍 9 电阻 R2，对异步电动机有： )6~(1 ??RKRR () 与正序电流相同的负序 电流产生的损耗为正序电流损耗的 RK 倍。 所以当 三相电流不对称时，就会有负序电流产生，转子损耗将显著增加。 特别是在转子中产生倍频电流流过转子表面，导致转子局部过热而烧毁。 英国 CEO公司提出了一个反应上述热效应的等效电流，叼的概念，定义为： 222212eq IKII ?? (2． 3) 式中： K：为负序电流发热等效系数，取值在 36； 21I 是电动机电流正序分量； 22I为电动机电流负序分量。 根据等效电流，叼将过流保护分为三段： (1)neqII 8时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进线所发生的相间短路故障。 (2)neqII =5～ 8时设置定时限过流保护作为电动机运行过程中短路保护 的后备保护主要针对各类堵转故障。 (3)neqII =1． 15～ 5时设置反时限过流保护来防止电动机长时间过负荷运行定子部 分过热而引起的损坏。 负序电流保护 电源电压不对称、断相、逆相等故障均会引起负序电流，这将会在绕组上产生大量热量，使电动机严重发热，产生不对称故障。 本论文采用两段定时限负序电流保护作为电动机不对称故障的主保护。 零序电流保护 零序电流保护即接地保护，当neqII 大于保护动作电流时，经短路延时 t保护出口动作，依据用户要求执行保护动作。 电压保护 之所以说有必要对电网电压进行检测，就是因为电动机的正常运行守着电网电压的质量的严重影响，电网电压波形畸变、电压的波动等等都会给电动机的正第二章 电动机保护原理介绍 10 常工作带来重大影响，瞬间电压尖峰或就是电压跌落甚至可以造成电动机永久损坏，电压保护主要有以下两种情况： (1)首先是欠压的情况，当检测到电压值小于一定值时就应该果断的把电动机从电路中断开。 (2)其次就是过压的情况 ， 与前压的情况有所不同，过压应该分为两类情况来处理，根据检测 到的电压值，把过压分为轻微过压和严重过压 ，严重过压的时候 很明确， 应立即跳闸以防止 高压击穿；轻微过压应该延时适当的时间之后再跳闸。 过热保护 温度过高必定影响到电动机的绝缘性能，如果电动机的绝缘性没有了，那么就意味着电动机要面临着大修的厄运，甚至是永久性的损毁。 因此，可以说温度是决定电动机的寿命的重要因素，绝对不能让电动机的温度超过额定温度。 所以，无论是电动机的故障引起的，还是由于电动机运行时间过长引起的，都应该实时的对电动机的温度进行检测，一旦电动机的温度超过一定值就采取相应的保护措施， 保证电动机在合理的正常的温度范围内运行。 否则应立即采取保护措施保证电动机工作在正常的温升范围之内。 通过对电动机的温度监控，可以更为全面的掌握电动机的运行情况，从而做到对电动机的保护没有任何疏漏之处。 小结 本章首先介绍了电动机的运行原理，然后介绍了电动机常见故障，这样我们就对电动机有了初步的了解，知道了关于电动机比较全面的知识，为下一步工作打下了坚实的基础。 而我们的下一步工作就是对电动机的保护原理进行深入的剖析，这正是本章节的重点和精华。 要想设计电动机智能保护系统首先必须清楚以上的相关知识，因此本章接 时整个系统设计过程中的一个关键点。 第三章 硬件电路设计 11 第三章 硬件电路设计。