电动机智能保护器毕业论文答辩ppt

1、LOGO 论论文文题题目：目：0.4kV电动电动机机综综合合 保保护护器的器的设计设计 n班班级级： n学学生：生： n学号学号： n指导教师：指导教师： 论文的结构论文的结构 u第一部分第一部分：电动机保护器研究的：电动机保护器研究的背景，意义，背景，意义， 发展历史和现状发展历史和现状； u第二部分第二部分：电动机的各种：电动机的各种故障分析及保护原理和措施故障分析及保护原理和措施； u第三部分第三部分：电动机保护器：电动机保护器硬件电路设计硬件电路设计； u第四部分第四部分：电动机保护器：电动机保护器软件部分设计软件部分设计； u第五部分：电动机保护器第五部分：电动机保护器可靠性验证实验

2、可靠性验证实验； u第六部分：总结；第六部分：总结； n背景：背景： 电动机是一种应用最广泛的动力设备，在国民经济中电动机是一种应用最广泛的动力设备，在国民经济中 起着举足轻重的作用，但是其高故障率对工农业生产造起着举足轻重的作用，但是其高故障率对工农业生产造 成巨大的经济损失，甚至造成重大的安全事故。成巨大的经济损失，甚至造成重大的安全事故。 因此，在分析传统电动机保护装置不尽完善的基础因此，在分析传统电动机保护装置不尽完善的基础 上，研制功能完善、可靠性高的电动机保护装置己经成上，研制功能完善、可靠性高的电动机保护装置己经成 为必要。为必要。 n意义意义 有效保护电动机，大大延长其使用寿命

3、，有效保护电动机，大大延长其使用寿命， 提高经济效提高经济效 益，保证生产安全。益，保证生产安全。 一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状 一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状一、电动机保护器研究的背景、意义、历史和现状 u历史：历史： 1、以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式。、以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式。 2、普通电子式电动机保护器。、普通电子式电动机保护器。 3、智能型电动机保护器。、智能型电动机保护器。 u现状：现状： 以微控制器为核心的智能型电动机保护器已以微控制器为核心的智能型电动机保护器已 经成为主流。它具有

4、检测灵敏、处理速度快、输经成为主流。它具有检测灵敏、处理速度快、输 出信号准确、保护特性优异、实时监测与智能控出信号准确、保护特性优异、实时监测与智能控 制等优点！制等优点！ 二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施 2.1 电动机故障的分类。电动机故障的分类。 u 对称故障主要有：三相短路、堵转、对称过载等。对称故障主要有：三相短路、堵转、对称过载等。 这类故障对电动机的损坏主要是机械应力和电流增大这类故障对电动机的损坏主要是机械应力和电流增大 引起的热效应使绕组发热甚至烧毁。引起的热效应使绕组发热甚至烧毁。 u 不对称故障主要有：断相、三相不平衡、单

5、相接地、相问不对称故障主要有：断相、三相不平衡、单相接地、相问 短路等。短路等。 不对称故障在故障早期没有特别明显的过电流或过热不对称故障在故障早期没有特别明显的过电流或过热 表现，但若不及时查找故障原因排除故障则可能造成严重表现，但若不及时查找故障原因排除故障则可能造成严重 后果。后果。 二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施 2.2 电动机保护原理分析电动机保护原理分析 u 对称分量法对称分量法 对称分量的计算公式如下（以对称分量的计算公式如下（以A相为例）。相为例）。 式中式中 IA1,IA2 ,IA0 ，分别是，分别是A相电流用对称分量法分解所

6、得的正序电相电流用对称分量法分解所得的正序电 流、负序电流、零序电流；流、负序电流、零序电流； 根据对故障的分析，电动机在发生对称故障和不对称故障时，电动根据对故障的分析，电动机在发生对称故障和不对称故障时，电动 机的三相电流都会发生变化。根据这一结论我们对发电机常见故障的保护机的三相电流都会发生变化。根据这一结论我们对发电机常见故障的保护 措施进行了分析。措施进行了分析。 1A I 二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施 2.3.1 过流保护过流保护 根据电流的大小，将过流保护分为三段：根据电流的大小，将过流保护分为三段： 故障类型故障类型过电流过电

7、流Ieq/Ie 保护特性保护特性 短路短路8倍倍 电流速断保护电流速断保护 堵转堵转68倍倍 定时限保护定时限保护 过载过载1.26倍倍 反时限保护反时限保护 反时限保护反时限保护: : 由公式可以看出，电动机过载倍数越大，其允许过载的时由公式可以看出，电动机过载倍数越大，其允许过载的时 间越短，即呈反时限特性。间越短，即呈反时限特性。 2.3.2 负序电流保护负序电流保护 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。 2.3.2 零序电流保护零序电流保护 零

8、序电流保护即接地保护，当I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。 2.3.4 电压保护电压保护 a.欠压保护： 欠压保护的整定原则是：若在一定时限内采样到的线电压有 效值均低于保护整定值，则认为有故障产生，应进行断电保护。 b.过压保护 过压保护的整定原则是：若在一定时限内采样到的线电压有 效值均高于保护整定值，则认为有故障产生，应进行断电保护。 二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施二、电动机的各种故障分析及保护原理和措施 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 3.1概述：概述： 本论文的硬件系统是以宏晶科技推出的本论文的硬件系统是以

9、宏晶科技推出的STC90C58AD 单片机为核心，并配以外围电路构成。采用模块化设计的方法单片机为核心，并配以外围电路构成。采用模块化设计的方法 ，根据这一思想本装置主要分成六大模块，系统硬件模块结构，根据这一思想本装置主要分成六大模块，系统硬件模块结构 图如图图如图31所示：所示： 处理模块 数据采集模块 电源报警和保护动作执行模块 通信模块 键盘显示模块 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 3.2电动机保护器各模块介绍。电动机保护器各模块介绍。 3.2.1控制处理模块控制处理模块 控制处理器模块使用控制处理器模块使用STC90C58AD单片机，利用片上单片机，利用片上

10、 AD模块对三相电压以及电流进行检测，根据保护算法进行模块对三相电压以及电流进行检测，根据保护算法进行 保护决策。其电路设计如图保护决策。其电路设计如图3.2所示。所示。 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 3.2.2键盘、显示模块。键盘、显示模块。 a。键盘：键盘由选择键和功能键组成。键盘：键盘由选择键和功能键组成。 （1）12为左键（在定制输入确认键按下后作为数字的减小为左键（在定制输入确认键按下后作为数字的减小 键键)和右键和右键(在定制输入确认键按下后作为数字的增大键在定制输入确认键按下后作为数字的增大键)； （2）34为上下选择键，用于选择菜单以及在输入设定数据

11、为上下选择键，用于选择菜单以及在输入设定数据 时用于选择数据位的位置；时用于选择数据位的位置； （3）5为返回键，为返回键，6为确认键。为确认键。 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 b.显示设计。显示设计。 综合考虑显示效果、显示信息量及价格等因素，并参考综合考虑显示效果、显示信息量及价格等因素，并参考 了其它设计案例，最终决定选用了其它设计案例，最终决定选用LCD12864液晶显示器。液晶显示器。 液晶显示模块接口电路如图液晶显示模块接口电路如图3.4所示。所示。 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 3.2.3电源模块。电源模块。 本系统需四路供

12、电电源，即本系统需四路供电电源，即+5V的单片机主电源和的单片机主电源和 模拟参考电压以及相关芯片的电源电压、运算放大器模拟参考电压以及相关芯片的电源电压、运算放大器 +15V和和-15V直流电源。本装置都是通过三端集成稳直流电源。本装置都是通过三端集成稳 压器获得各路直流电源，如图压器获得各路直流电源，如图3.5所示：所示： 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 3.2.4数据采集模块数据采集模块 本系统故障检测信号取自于电动机三相线电压和线电流，本系统故障检测信号取自于电动机三相线电压和线电流， 共六路模拟输入信号，其中三路用于线电流检测，三路用于线共六路模拟输入信号，

13、其中三路用于线电流检测，三路用于线 电压检测。电压检测。 a.电流采样及其调理电路如图电流采样及其调理电路如图3.6所示。所示。 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 b.电压采样及其调理电路如图电压采样及其调理电路如图3.7所示。所示。 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 3.2.5报警和保护动作执行模块。报警和保护动作执行模块。 3.2.6 通信模通信模块块（RS232串行接口）串行接口） 三三、电动机保护器硬件电路设计、电动机保护器硬件电路设计 3.2.7系系统统菜菜单单式操作界面（部分）式操作界面（部分） 监控信息显示界面事件报告显示界面 参数

14、设置 事件报告 产品信息 故障1 故障2 故障3 故障4 保护参数设置 电机参数设置 故障X 故障类型： 动作值： 短路倍数： 堵转倍数： 过压倍数： 欠压倍数： 额定电压： 额定电流： 额定功率： 绕组接法： 显示产品型号 显示软件版本号 显示制造商 显示出厂日期 IA= UA= IB= UB= IC= UC= 过流反时限保护 过载倍数： 动作时限： 增加数据点 主菜单 产品信息显示界 面 保护参数设置界面 电机参数设置界面 参数设置菜单 四、电动机保护器软件部分设计四、电动机保护器软件部分设计 软件系统采用主循软件系统采用主循 环加中断处理程序的模环加中断处理程序的模 式。为达到设计要求并

15、式。为达到设计要求并 充分利用单片机的资源充分利用单片机的资源 和性能，课题的软件设和性能，课题的软件设 计采用计采用C语言与汇编语语言与汇编语 言混合编程。言混合编程。 4.1主程序设计主程序设计 主程序流程图如图主程序流程图如图4.1所示所示 主程序 系统初始化 参数调整？ 调用参数调整子程序 调用电压、电流以及温度保护 判断子程序 输出保护动作？ 调用保护动作子程序 扫描键盘、刷新显示 N Y N Y 四、电动机保护器软件部分设计四、电动机保护器软件部分设计 4.2 键盘子程序键盘子程序 4.3 显示子程序显示子程序 开始 选择字符显示方式 设置字符显示区首地址 设置显示缓冲区首地址 取

16、显示内容 输出控制信号 输出显示内容 完成显示？ 返回 Y N 键盘中断服务程序 关闭键盘中断 延时10ms去抖 读P2口，确定是否有键按下 有键按下？ 逐行扫描进行按键识别，计算键值 根据键值和程序运行状态，调用相应键值处理程序 开键盘中断 中断返回 N Y 四、电动机保护器软件部分设计四、电动机保护器软件部分设计 4.4参数调整子程序参数调整子程序 4.5采集子程序流程图采集子程序流程图 开始 参数切换 显示当前参数值 修改 确认 显示当前参数 修改下一个？ 结束 Y N 开始 清除中断标志 读取转换结果 软件滤波处理 读取开关量输入信号 结束 四、电动机保护器软件部分设计四、电动机保护器

17、软件部分设计 4.6故障处理子程序故障处理子程序 u 故障处理子程序主要任故障处理子程序主要任 务是根据最近采集到的务是根据最近采集到的 数据按下列顺序依次进数据按下列顺序依次进 行故障判断。故障判断行故障判断。故障判断 顺序依次为短路、堵转顺序依次为短路、堵转 、断相、过压、欠压、断相、过压、欠压、 过载。过载。 u 故障处理子程序流程图故障处理子程序流程图 如图如图4.2所示：所示： 开始 从预订RAM中取最近采样的三个 电流有效值 求电流最大值 清短路故障标记 短路故障计时器清 零 转下一保护模块 短路故障 标 记为1？ 时限已到？ 置P2.5=1，P3.7=1， 断电保护和报警 将本次

18、运行参数、时 间信息、故障类型存 入EEPROM故障信息 记录区 将故障信息送 液晶显示器显 示 关软件定时器 中断，停止采 样 返回 置短路 故障标 记 短路故 障启动 计时 Y NY Y N N 五、电动机保护器可靠性验证实验五、电动机保护器可靠性验证实验 电动机保护器整体设计制作完成之后，为验证其保护实际性电动机保护器整体设计制作完成之后，为验证其保护实际性 能是否达到设计要求，在实验室条件下对其进行了一系列的性能能是否达到设计要求，在实验室条件下对其进行了一系列的性能 测试。测试。 5.1 电动机保护器测量精度测试实验电动机保护器测量精度测试实验 试验通过标准电源给电动机保护装置输入不

19、同的电压电流模试验通过标准电源给电动机保护装置输入不同的电压电流模 拟电动机运行的各种工况。然后测试电动机保护装置的测量精度拟电动机运行的各种工况。然后测试电动机保护装置的测量精度 和灵敏度。实验数据如表和灵敏度。实验数据如表5.1所示。所示。 五、电动机保护器可靠性验证实验五、电动机保护器可靠性验证实验 5.2电动机保护器过流保护实验（分段保护）电动机保护器过流保护实验（分段保护） 电动机保护器整定值与整定时间设定：电动机保护器整定值与整定时间设定： I段定值：段定值：4.500A ，I段延时：段延时：5.00s；II段定值：段定值：2.500A， II段延时：段延时：10.00s，（大电流

20、小时间，小电流大时间）。，（大电流小时间，小电流大时间）。 过流保护实验数据如表过流保护实验数据如表5.2所示。所示。 五、电动机保护器可靠性验证实验五、电动机保护器可靠性验证实验 5.3电动机保护器电压保护实验电动机保护器电压保护实验 电动机保护器电压保护整定值，整定时间设定：欠压整定定电动机保护器电压保护整定值，整定时间设定：欠压整定定 值：值：85%，过压整定值：，过压整定值：110%；电压延时：；电压延时：11.00s；额定；额定 电压：电压：220V。 实验数据如表实验数据如表5.3所示。所示。 五、电动机保护器可靠性验证实验五、电动机保护器可靠性验证实验 5.4电动机保护器实验总结电动机保护器实验总结 本实验是在实验室，通过标准电源给电动机保护装置输入不本实验是在实验室，通过标准电源给电动机保护装置输入不 同的电压电流模拟电动机运行的各种工况，对电动机保护器测量同的电压电流模拟电动机运行的各种工况，对电动机保护器测量 的精度，以及过流保护、电压保护、轻载保护等性能进行检测。的精度，以及过流保护、电压保护、轻载保护等性能进行检测。 由保护器精度测试实验可以看出保护器的测量精度比较高，由保护器精度测试实验可以看出保护器的测量精度比较高， 由保护器保护性能测试实验可以看出保护器保护动作