电动机保护毕业论文

1、编号：XH03JW037-11/0厦门海洋职业技术学院毕 业 设 计 （论 文）题目: 电动机的综合保护分析 系 别： 航海系 班 级： 轮机3111 姓 名： 梁劲 学 号： 1101302015 指导教师： 黄云江 2014年4月22日编号：XH03JW037-09/0厦门海洋职业技术学院 毕业设计（论文）任务书课题名称： 电动机的综合保护分析 系 别： 航 海 技 术 系 专 业： 轮 机 工 程 技 术 教 研 室： 轮 机 教 研 室 指导教师： 黄 云 江 学生姓名： 梁劲 学 号： 1101302015 2013年12月18日一、 设计（论文）内容：船舶长期航行于茫茫大海之上，电

2、动机在工农业生产中被广泛应用，但是其高故障率对工农业生产造成巨大的经济损失，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为必要。综合电动机易发生故障的原因及排除方法。具体内容如下：1. 掌握电动机结构原理及其种类和技术前沿，并作相应介绍和论述；2. 对电动机常见故障及原因进行详细分析；3. 对电动机故障排除方法及维护保养管理措施提出合理化建议；4. 完成一篇约5000字论文。二、 设计（论文）的主要技术指标： 1.运用所学的电动机、轮机维护与修理专业理论知识，对问题进行深入的探讨和分析,并提出自己的见解,论文应具有一定的学术水平和科研意义，重视理论

3、与实践相结合，对现实具有指导意义。 2.本论文要求对船用电动机故障及原因进行详细论述与探讨，得出防止电动机产生故障的预防措施，为轮机工作人员和船厂人员提供有用的参考依据！三、 具体要求：通过书籍以及网络等各种能够找到相关知识的辅助工具了电动机的基本知识，根据其原理得知目前船舶常采用的电动机，在船舶辅助机械的课程学习中，主要要做到下列几点：1首先对电动机基本原理知识作出详细的阐述2然后通过对电动机常出现几种故障的分析，结合实际事例得出电动机故障的原因。3依据提纲，一一对其各点展开分析及描述，但在撰写论文期间需注意主次详略得当（如本课题则需要重点描述电动机故障的原因分析及排除）。在时间分配上要大致

4、掌握以下要求：2013.122013.20：选择毕业论文题目方向； 2014.01.20前：搜集相关材料，对船厂和船舶进行走访调查电动机故障的原因及具体况； 2014.02.01前：完成阅读毕业论文相关参考文献及相关材料整理，提交开题报告； 2014.04.16前：完成毕业实习论文初稿，提交毕业论文初稿给指导老师审阅； 2014.05.12前：按照论文指导老师修改意见，修改论文，最后毕业论文定稿，打印、发送电子文档给论文指导老师；四、 主要参考文献的范围：1、沈标正电机故障诊断技术M北京：机械工业出版社，1996。2、赵荣祥，钱吴，陈潼基于PIC单片机的智能电机保护器J工程设计学报，2005，

5、2(12)3、郝迎吉，李良富基于80C196单片机的智能监测电机保护系统的研制JI业仪表与自动化装置，2001，44、高艺智能型电动机综合保护器的研究D沈阳工业大学，20045、魏刚电动机智能保护器的研究与设计D合肥工业大学，20056、嗣娟网络式电动机智能保护系统D山东科技大学，20057、汪建，孙开放等MCS-96系列单片机原理及应用技术(第二版)M武汉：华中科技大学出版社，20048、刘重轩论我国电机保护的现状和未来J西北纺织工学院学报，1998，l(12)9、刘学军继电保护原理M北京：中国电力出版社，200410、陈生贵等电力系统继电保护M重庆：重庆大学出版社，200311、周文勇三相

6、感应电动机综合保护装置研制D重庆大学，2002五、 其他需要说明事项：无毕业设计（论文）开题报告表 编号：XH03JW037-10/0 系: 航海技术 专业:轮机工程技术 班级：轮机3111 学生姓名梁劲学 号1101302015指导教师黄云江课题名称电动机的综合保护分析一、课题概况（本课题的意义及目前的发展状况等） 现代远洋运输船、工程船舶和舰艇由于长时间在海上航行或停留在海上进行作业，需要长时间使用电动机。故从经济效益和社会效益考虑，电动机维护必不可少。随着各种研究的不断深入，各种新技术的陆续使用，肯定会使船用电动机变的更节能、更方便、经济性更高、性能也更稳定。二、课题内容（本课题的研究内

7、容、方法、手段及预期成果等） 本文对目前船舶电动机原理进行简单的介绍，并分析比较其使用性能。着重研究电动机装置，剖析其工作过程，各工作系统。，结合研究结果对电动机日常管理提出相关意见，供管理者借鉴。另外，本文还对某型号的电动机的安装提出修改意见，并给出于其工作性能的影响的结论。三、课题工作进度安排（任务完成的阶段安排及时间安排，完成任务所具备的条件因素等）2013.112013.12：选择毕业论文题目方向； 2013.12.4前：搜集相关材料，对船厂和船舶进行走访调查船用电动机的故障原因及具体情况； 2013.12.25前：完成阅读毕业论文相关参考文献的阅读与整理，提交开题报告； 2014.3

8、.11前：完成毕业实习论文初稿； 2014.4.20前：毕业论文定稿。 四、参考文献资料（要求至少查阅6篇以上正式刊物的文献资料）1、沈标正电机故障诊断技术M北京：机械工业出版社，1996。2、赵荣祥，钱吴，陈潼基于PIC单片机的智能电机保护器J工程设计学报，2005，2(12)3、郝迎吉，李良富基于80C196单片机的智能监测电机保护系统的研制JI业仪表与自动化装置，2001，44、高艺智能型电动机综合保护器的研究D沈阳工业大学，20045、魏刚电动机智能保护器的研究与设计D合肥工业大学，20056、嗣娟网络式电动机智能保护系统D山东科技大学，20057、汪建，孙开放等MCS-96系列单片机

9、原理及应用技术(第二版)M武汉：华中科技大学出版社，20048、刘重轩论我国电机保护的现状和未来J西北纺织工学院学报，1998，l(12)9、刘学军继电保护原理M北京：中国电力出版社，200410、陈生贵等电力系统继电保护M重庆：重庆大学出版社，200311、周文勇三相感应电动机综合保护装置研制D重庆大学，2002五、指导教师意见指导教师签名： 日期： 年 月 日电动机的综合保护分析摘要：随着微电子技术和单片机应用技术的发展，以微处理器为核心的智能型多功能电动机保护器应运而生。基于微处理器的电动机保护装置具有优异的保护特性、完善的功能扩展和智能化的监测与控制。在完善技术上的不足时，我们时时需要

10、对电动机机能的保护、维修和技术检查，在电动机的综合维修的时候我们会对遇到的问题进行分析和总结。使之在我们遇到相同问题时能及时的、有效的、更准确的发现解决所存在的问题，使电动机最大化的运用到生产生活中。在长期的发展中以迎接新时代的到来。 关键词： 电动机 维护 分析 引言船用电动机实际使用过程中产生问题。这些问题不仅影响机器的正常工作，影响船舶的续航力，还对机器造成很大损害，对海员身体带来不利影响。甚至不符合使用要求，这样的电动机降低使用安全性缩短其使用寿命。这些问题往往是由于使用参数的设置不当引起的，因此在日常使用管理时，要注意设置合适的参数，减弱甚至杜绝电动机参数对使用性

11、能的负面影响。1 保护方法1.1 国内外研究的状况随着微电子技术和单片机应用技术的发展，以微处理器为核心的智能型多功能电动机保护器应运而生。基于微处理器的电动机保护装置具有优异的保护特性、完善的功能扩展和智能化的监测与控制。经过多年的发展，国外一些著名的电器公司纷纷推出以微处理器为核心的智能化电机保护器。如：德国SIEMENS公司的3UBI系列继电器、日本FUJI公司的QA系列继电器、美国ABB公司的SPEM继电器、英国GECALSHOW公司的GEMSTART智能控制继电器。国内也有许多单位在进行研制(如上海电器科学研究所，南京自动化研究所等)。各类产品除基本的保护功能外，一般还具有自检、自诊

12、断、故障参数(如故障值、故障类型等)的记忆、保护参数的整定等多种功能。进入20世纪90年代以来，由于微机通讯技术和网络技术的发展，国外一些公司又提出了兼有监控、保护功能的智能化保护器。它能与中央控制系统进行双向通讯，形成监控、保护信息网络；也能监视电动机各种运行参数，不但能测量当前数据，并能对过去的运行参数及故障情况做出统计，帮助操作人员做出决策，以减少线路和设备的停机和维修时间，大大提高了整个系统的可靠性。1.2 以热继电器为主的组合保护中小型电机保护采用熔断器、接触器和断路器及热继电器的组合。采用熔断器及热继电器的电机保护是较为经济、简单的一种方式。熔断器与刀开关是使用最早、最简单的保护方

13、式。熔断器主要是用于短路故障或严重过载时保护供电设备和供电网络的，际上它对电机不起直接保护作用。当熔体熔断时，又往往会造成电机缺相运行而烧毁。许多人把熔断器的作用看作是保护电机，是一个概念错误。现行的熔断器熔体截面选择按电机额定电流1525倍来选择是不符合实际的。电动起动时受到57倍大电流冲击，但因时间短，理论上是可以在熔体不熔断的情况下通过熔体，但由于熔体在制造工艺、时效和安装上存在随机“缺陷”，在电机起动时很容易发生部分相首先熔断，而使电机处于缺相运行，造成烧毁事故。过载热继电器在保护电机过载方面具有结构简单、安装方便等优点，但也有保护时滞和对轻微过载与堵转保护欠佳的缺点，因而容易导致长期

14、轻微过载运行使电机绕组产热累计，而使绕组绝缘老化造成电机损坏。但是热继电器对起动过程中的电机不起保护作用，且环境温度对热继电器参数影响较大，不稳定。双金属片整定方法粗糙，因为热继电器安装在电机壳外，一旦发生通风受阻、堵转、长期轻微过载使电机绕组产生热积累等，热继电器就无法保护电机。原因是热继电器串接在主电路中，与电机绕组温度无直接关系。另外热继电器本身是一个耗能元件，在动作过程中要消耗较多的电能。而当热继电器真正起到保护作用动作几次，其本身的电阻丝、绝缘材料会因过热而迅速损坏，不能继续使用，必须全套更换。1.3 传统的电磁型保护以反映故障发生后电流量的变化为判据的电磁型保护曾得到广泛应用。目前

15、我国电网中，有一部分电机保护仍采用电磁型继电器为主的保护。如运行中的保护，大多数为电流速断或定时限过流，另有相当数量的电机采用一次过电流保护。根据异步电机的起动特性，为了使保护在电机起动时可靠不动作，这些保护的定值都要躲过电机的启动电流来整定，这样定值要比本身额定电流大许多倍，这对电机匝间故障、相间故障、堵转、转子鼠笼断条等故障均不能可靠动作，而只能保护电源电缆和定子入口的部分，这就加重了电机的损坏程度，有不少电机在故障切除后，烧毁的己无法修复。可见电磁型电机速断或定时限电流保护是牺牲保护的灵敏性来提高可靠性的。1.4 温度保护决定绕组绝缘寿命的基本因素是温度。因此，任何规定的允许过负荷持续时

16、间，都应以绝缘发热为依据。而热保护(热继电器)，电流保护(电磁型、电子式的本质)，都是按照电机定子电流的大小规定允许过负荷时间的长短。然而，往往有这样的情况，即电流尽管没有超过额定值，而电机的温度却达到了危险的数值，需要把电机从电网断开。由此看来，直接反映电机温度的保护具有一定的优越性。温度保护是利用安装在电机内部的温度传感器米实现的。当电机达到一定温度时，继电器动作断开电机的供电电路。此类保护的关键是在制造电机时，将传感器直接放在电机绕组罩，但究竟将其预埋于电机的哪一部位才能最全面有效地检测电机绕组的温升，从而灵敏地切除故障，是不能确定的。比如说，温度传感器预埋于A处，而在远离A处的B处发生

17、故障，传感器就有可能监测不到该处温度的变化，从而延误保护动作的时间而使故障扩大。也就是说它的检测功能是局部的。况且，由于传感器埋在电机绕组里，对传感器的维护检修就极为不便，必须拆除电机本身才能对传感器进行检修。因此，温度保护的使用有着相当大的局限性。1.5 电子式保护随着现代电子工业的发展，一批新型的电子式多功能保护应运而生。我国电子式保护是由晶体管型发展至集成电路型的。其原理一般包含两方面：一是检测电流值反映过载、短路及堵转等以过流为特征的故障；二是通过检测电机电压或电流是否缺相来反应断相故障。随着微电子技术和计算机技术的发展，我国的电机保护技术也从机电式向智能化进行过渡，在电机保护装置中引

18、入了微处理器，加强了信号处理功能和通讯功能。这种智能保护器是在综合保护器的基础上发展起来的，它可以同时对电机断相、过载、短路、欠压、三相不平衡、堵转、漏电等进行保护。它还拥有电流电压显示、故障记忆等功能。另外，智能化电机保护器还可以与各种传感器配合进行在线检测保护。对电机的各种故障或早期故障进行保护和判断，真正实现了智能检测和控制。当保护器与远程计算机实现通讯后，它又有了遥控和遥测的功能，并且能够存储大量的数据，保护装置本身的自动化性能也越来越高。此类保护器节能、动作灵敏、精确度高、保护功能全、重复性好，代表了当前电机保护器的发展方向。2 三相异步电动机常见故障及分析2.1 短路故障特征分析及

19、保护判据电动机的短路故障是比较严重的一种故障，危害性很大。短路故障包括定子绕组的相间短路和一相绕组匝间短路。定子绕组的相间短路是电动机最严重的故障，它会引起电动机本身的严重损坏，使供电网络的电压显著下降，影响其它用电设备的正常工作。一相匝间短路是较常见的短路故障，该故障初期仅表现为三相电流不对称，使故障相的相电流增大，严重的情况会导致匝间线圈绝缘全部烧毁，使电动机的一相绕组全部短接。此时，负载星形联接的非故障相将承受线电压，负载三角形联接的将产生相间短路，这会使电动机遭受严重损坏。电动机相间短路故障最明显的特征是三相供电线路的故障相会出现大电流，危害性很大，应进行速断保护。短路保护的整定值应大

20、于电动机最大稳定启动电流，一般取电动机额定电流的8lO倍。在进行短路保护时，通过检测电动机A，B，C三相线电流来实现，超过整定值后，直接进行断电保护。短路保护的原则是，当在一定时限(当然很短)内检测到三相最大电流超过电动机额定线电流K倍时（K为短路过流倍数，一般取810)，就认为电动机有短路故障，应进行速断保护。2.2 堵转故障特征判据电动机因机械原因、负荷过大等转子被卡死或低速运转而进入堵转状态时，会造成过热而烧坏。电动机堵转是最轻的对称短路故障，也是最严重的过载故障。堵转电流一般可以达到电动机额定电流的47倍，这么高的故障电流极易把电动机烧损。因此在检测到电动机处于堵转故障时，保护系统应及

21、时动作，保证电动机不因堵转而烧坏。堵转保护信号可取自于电动机线电流，当线电流超过堵转电流整定值，并达到整定时限时，立即进行断电保护。堵转保护的电流整定值一般可取电动机的稳定启动电流，即额定电流的47倍。由于电动机起动电流也能达到额定电流的47倍，为区分电动机的堵转故障与正常启动，保护算法上要能够判别电动机是起动时间内还是在起动时间后，一般采用躲过电动机起动时间(816秒)的方法来实现。从而可有效地躲过电动机的起动电流以免误动作，使电动机无法正常启动。2.3 断相故障特征分析及保护判据电动机断相故障是最常见、最严重的一种不对称故障。电动机对称运行时，其转轴所受到的转矩平稳，没有振动。当电动机绕组

22、断相，启动电动机时就会有嗡嗡声而不能启动。根据对称分量法，电动机断相运行时的三相不对称电流可分解为正序、负序和零序电流。正序电流产生正向转矩，负序电流产生反向制动转矩，零序电流增加损耗。带动同样负载的正向转矩要克服负载转矩和由负序电流产生的反向制动转矩，因此电动机负担加重，电流剧增，引起损耗增加，导致电动机烧损。表1 根据电动机定子绕组的不同接法，断相故障电流表现由表分析可以看出，电动机断相故障主要有三类情况：当电动机绕组以Y形连接时，无论断相发生在线路上或者绕组内部，故障相的线电流均为零；对于形连接的电动机，发生外部线路断相时，故障相的线电流为零；若形连接的电动机发生绕组内部断相时，电动机故

23、障相的相电流为零，但线电流不为零。2.4 过载故障特征分析及保护判据电动机过载也称过负荷，是指电动机正常运行中因负荷过大所引起的过热现象。其突出特点是电动机的工作电流大于额定电流，温升高于额定值，如果电动机长时间过载运行会引起电动机绕组过热而烧损。电动机过载运行主要由以下几种原因造成：(1)负荷增加；(2)机械设备故障或未安装好；(3)电动机本身机械故障；(4)电动机容量选择偏小；(5)电动机修理时绕组线径选择偏小；(6)双机拖动负荷分配不均；(7)电动机端电压过低等。a电动机温升特性电动机定子绕组温度高出周围环境温度的值称为温升。电动机温升特性的数学模型是推导电动机容许过载特性数学模型的基础

24、性工作，是电动机反时限过载保护的理论基础，有利于分析电动机定子绕组的发热特点。电动机在运行过程中能量损耗主要有铜损、铁损和机械损耗，它们会转变为热量，一部分通过机体散失到周围空气中，一部分积存在机体中加热电动机，使其温度上升，最终超过环境温度。于其铜损电动机是由多种材料组成的非均质发热体，其发热情况比较复杂。但实际测定表明，电动机的发热曲线与均质发热体的发热曲线只有较小的差别。为了便于计算和分析，一般将电动机认为是一个均质发热体，且忽略电动机的铁损和机械损耗，即电动机的温升主要取决铜损。图21 电动机过负荷运行时温升特性曲线电动机的温升特性曲线可以用如下原理来解释：当时间t=O时，电动机的温度

25、与环境温度相同，两者之间不存在热传导，这时电动机产生的全部损耗都用来提高电机的温度，所以电机温度上升很快。随着电动机温度上升的增加，它与周围介质的温度差越来越大，散发到周围介质中的热量也逐渐增加，温升增加变慢，直到散热量等于发热量时，电动机的温度就不再升高，它所产生的全部热量散发到周围介质中，即达到稳定温升。图22 电动机过载保护特性曲线b电动机反时限过载保护特性1电动机容许过载特性；2定时限过载保护特性；3阶段式定时限过载保护特性；4反时限过载保护特性电动机在设计时往往留有一定余量，因此电动机可以容许有一定的短时过载能力。其实在实际生产中，电动机负载往往会有一定的波动，这也要求电动机具有一定

26、短时过载能力，不会因短时过载而停机，影响正常生产。电动机过载保护动作时问t与过载倍数B的关系称为电动机过载保护特性。设计过载保护特性时，要充分利用电动机本身的过载能力，不要因为电动机一过载就立即进行保护，频繁的断电保护将影响正常生产，这样的保护也就失去意义了。图中可以看出，定时限过载保护和阶段式定时限过载保护都不能像反时限过载保护特性那样充分利用电动机的过载能力，因此在设计过载保护特性时应具有优良的反时限特性。2.5 欠压和过压故障特征分析及保护判据a欠压保护在电动机负载和转子电阻一定的条件下，电网电压降低时，电磁转矩下降，电动机转速下降，旋转磁场对转子的相对转速增大，磁通切割转子导条的速度增

27、大，因此转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都将增大。和变压器的原理一样，转子电流增大，定子电流必然相应增大，温升增高。如果电动机长时间在低电压工作会使电动机过热甚至烧坏，严重时还会造成堵转。低电压也会使电动机起动转矩下降，当电压降低到能使起动转矩小于负载转矩时，电动机就无法启动。电动机要不要装设欠压保护有一定原则。对电源电压短时降低或短时中断后又恢复需要自动起动的重要电动机，不装设低压保护。下列电动机一般需装设欠压保护：(1)当电源电压短时降低或短时中断后又恢复时，为保证重要电动机自启动而需要断开的次要电动机；(2)电源电压短时降低或短时中断后，根据生产或工艺的要求，不允许或不需要自启动

28、的电动机；(3)需要自启动，但为保证人身和设备的安全，在电源电压长时间消失后，需从电网中自动断开的电动机。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过压保护过电压一般是由电网电压波动造成的，当然也可能是伴随其它故障的产生而产生的，如对于负载星形连接且无中性线的电动机，如果定子绕组一相短路，会造成其它两相负载的电压增大。电动机在过电压状态下运行，容易对电动机的绝缘造成破坏，进而缩短电动机使用寿命，因此电动机应装设过电压保护。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

29、。3 电机保护装置框图及硬件电路设计3.1 电机保护装置总体框图电动机保护器实现的功能主要包括：三相电流显示、声音报警、故障脱扣、故障记忆、过载保护、短路保护、漏电保护、缺相保护、相失衡保护、相序保护、过欠压保护等。用传统的模拟线路要实现如此综合的功能，其线路将会变得非常复杂，整个装置的体积也会非常庞大。目前一些模拟电子式电动机保护器能实现的功能都比较单一，例如：过流保护器、缺相保护器、漏电保护器等，而单片机的出现，使得电动机保护器的发展有了质的飞跃，在智能化、功能多样化、小型化、模块化、性能可靠性等方面达到前所未有的水平。 图31 电动机保护装置硬件系统基本组成用单片机系统实现电动机保护的功

30、能，在硬件方面主要由三相电流信号采样、漏电流采样、电压信号采样、键盘接口、显示部分、控制输出、报警输出、通信接口等几部分构成。 硬件系统基本工作原理是：由电流、电压互感器实时检测电动机的三相线电压和线电流，并经信号调理电路转换后输入单片机A/D转换器的模拟输入通道，根据一定的算法，计算出信号的有效值，将计算出来的信号有效值与预先设定的相应整定值进行比较判断，若在一定时限内，采样到的信号有效值都在设定的故障范围值之内，则认为有故障产生，并由单片机发出故障控制信号对电动机进行跳闸断电和报警。若无故障产生，则循环采样、显示和存储电压、电流信号。3.2 80C196K0单片机主系统基本接口设计80C1

31、96KC单片机主系统基本接口电路如图所示图32 系统基本接口3.3 电源与公共地线的连接80C196KC有三个电源引脚，Vcc为主电源(+5V)，而Vref为芯片内置A/D转换器和P0口的参考电压和电源电压(+5V)。如果芯片使用内置A/D转换器，则为保证A/D转换的精度，Vref最好分开供电，若与Vcc共电源，也要分开引线；如果不用内置A/D转换器，则应把Vref与Vcc相连，此时有关模拟信号输入引脚作PO端口用。Vpp为EPROM芯片编程电压，编程时应接+12.5V,正常运行时与Vcc相连。芯片的地线引脚包括数字地Vss和模拟地ANGND，一般都为O。若不用内置A/D转换器时，Vss和AN

32、GND直接相连；若用内置A/D转换器时，Vss和ANGND应分开引线，ANGND只在芯片附近与Vss相连。为抑制噪声，提高系统抗干扰性，Vcc与Vss之间，Vref与ANGND之间应接一个去耦电容，电容大小一般为0.1F或1F。3.4 振荡电路80C196KC片内振荡器电路包含一个晶体控制的正电抗振荡器，它与外部晶体Y1和外部电容C6、C7的连接方法如上图所示，XTALl脚为内部反相放大器的输入端，XTAL2脚为该放大器的输出端。在晶体振荡器中，晶体工作于基本响应模式，它作为一个感抗与外部电容形成并联谐振，使正反馈放大器维持震荡。80C196KC的状态周期由振荡器信号经2分频后获得，本系统采用

33、12MHz的晶体振荡器，故状态周期为1/(12/2)×106)=167ns，它是指令执行的基本时间单位，是对程序设计非常重要的时间常数。3.5 复位电路复位信号用来将80C196KC单片机初始化为复位状态，系统每次上电时，都应复位。为了复位，复位信号至少保持4个状态周期。单片机复位使一些寄存器初始化，清除PSW，由2018H存储单元读出芯片配置字节并存入芯片配置寄存器CCR，并将Pc寄存器的值置为2080H，从2080H存储单元开始执行指令。本系统的复位电路如上图所示，带有上电复位和手动复位功能。上电时靠复位电容C3的充电缓冲保持在低电平状态；手动复位时按下复位开关S16并延迟一定时

34、间，可将引脚拉低复位。图中二极管D6为复位电容在掉电的情况下提供了一条迅速放电的通路，以保证芯片能在反复上电的情况下可靠复位。3.6 其它相关引脚的说明(1)ACHOACH7为80C196KC内置A/D转换器8个模拟输入通道，本系统用其中的ACH0ACH5六引脚作为采样电压/电流信号的输入通道。(2)P1.0P1.7为8位准双向I/0口，本系统用其中部分引脚作为控制输出信号。(3)P3.OP3.7及P4.OP4.7引脚有2种功能，一种为具有开漏输出特性的双向口，一种是访问外部存储器时，作为系统总线。本系统用其第二种功能，即用来作为访问外部存储器的地址/数据总线。(4)、为外部存储器的读写控制信

35、号，ALE为地址允许锁存信号，EXINT为外部中断输入信号，RXD/TXD为串行接口的收/发脚。(5)为存储器选择信号。当其为高电平时，访问地址范围为2000H5FFFH的存储单元时，指向片内EPROM，反之，访问上述地址范围的存储单元时指向片外。由于本系统的程序存储器由片外提供，故接低电平。3.7 电压/电流采样及其调理电路设计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，三路用于线电压检测。由于80C196KC单片机内置A/D转换器的模拟输入通道要求输入信号为O5V的单极性电压信号，因此经电压/电流传感器采样的交流信号必需转换为O5V的单极性

36、电压信号。下图为其中一路电流采样及其调理电路图，其余两路相同。图33电流采样电路图中R1为采样电阻，其主要作用是将电流互感器CTl的感应交流电流转换为交流电压。利用运放AR5的高输入阻抗，来抑制负载对采样精度的影响。Vf为偏置电压，一般通过电阻或电位器分压电路获得。电组R2、R4、Rf和运放ARl组成加法器，电阻R7、Ro和运放AR2组成反向器，电阻R9和电容Cl组成简单低通滤波器。Vref为80C196KB/KC内置A/D转换器的模拟输入参考电压，二级管D1和D2主要起嵌位作用，可保证V02在-VD2(VREF+VD1)(VD1、VD2分别为Dl、D2的正向压降)之间波动。电压采样是通过电压

37、互感器来实现的，其调理原理同电流信号调理原理，电路图如下图所示。图34 电压采样电路3.8 系统供电电源设计本系统需四路供电电源，即+5V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+15V和-15V直流电源以及直流继电器线圈电源+12V。本装置都是通过三端集成稳压器获得各路直流电源，如图35、图36所示。+12V直流继电器线圈的电压如下图中标注处引出。图35图363.9 故障报警和保护动作执行电路设计本装置为电动机故障提供两种报警方式，即指示灯报警和蜂呜器发声报警，报警电路如下图所示。其工作原理是：电动机处于正常运行状态时，置P1.0为低电平，三极管Q1基极无电流处于截止状

38、态，蜂鸣器U4和发光二极管D8也处于截止状态，报警失效；当电动机出现故障时，置P1.0为高电平，由于三极管Ql的导通而导致发光二级管D8导通发光，蜂鸣器U4导通发声，从而实现保护装置的故障自动报警功能。图37 故障报警电路下图为保护装置的动作执行保护电路。当电动机发生故障时，置P2.5为低电平，光电耦合器6N137截止，继电器Kl断开，进而交流接触器K2断开，电动机失电停转，从而实现电动机故障自动掉电保护。图38 动作执行电路4 电动机保护装置的软件设计4.1 系统初始化及主程序设计主程序主要作用是对系统进行初始化以及主要部件的自检，初始化主要完成80C196KC单片机多功能引脚的定义、堆栈(

39、SP)地址设置、键盘作方式的设置以及液晶模块显示设置。自检对象主要有外部扩展随机存储器(RAM)。主程序流程下图所示。图41 主程序流程图程序开始执行后，首先运行初始化模块，初始化的主要任务是完成80C196KC有关I/O控制寄存器(IOCO，IOCl，IOC3等)的设置、多功能引脚定义、串行口设置、堆栈地址设置、8255A工作方式设置、液晶显示模块设置以及保护装置自身的一些系统变量初始化等功能。自检程序主要检测RAM存储器是否损坏，自检方法是先向整个R枷地址区写入数据，然后再一一读出比较，若不一样，则出错。出错后，由用户自己决定处理，程序不进行出错处理。4.2 测量主程序图42 测量主程序流

40、程图测量主程序主要完成电动机数据的采集、存储、数据处理以及故障判断和处理等功能，程序流程图如上图所示。进入测量主程序之后，首先开启软件定时器中断，并立即执行一次软件定时器0的中断服务程序，在其中断服务程序中，设置下一次软件定时器0中断的时间间隔，由于本系统一周波内采样12个数据点，所以相邻两次采样间间隔为20ms/12=1.67ms(20ms为被采样信号的周期)。这个时间也就是软件定时器0中断的时问间隔，即每隔1.67ms产生一次软件定时器中断，在其中断服务程序中完成电动机数据的采集、存储、数据处理以及故障判断和处理等功能，中断返回后，等待下一次中断。4.2.1 A/D采样子程序图43 A/D

41、采样子程序流程图A/D采样子程序是测量主程序的重要组成部分，它的主要任务是依次采集A/D转换器的六路模拟输入通道的实时数据，并将其存入预定存储单元，以供后续程序取用。图44 数据处理子程序4.2.2 数据处理子程序数据处理子程序也是测量主程序的组成部分，它的主要任务是在A/D采样子程序的采样结束之后，从预定的RAM单元中取出各路通道最近一个周波内采集的12个数据点，并根据有关算法计算各路电压或电流的有效值和正负序分量，然后将其存入预定单元，并发送至液晶显示模块显示。须注意的是，显示之前应将显示数据转换为十进制数的BCD码表示，然后查表得各位数字的显示码，并发送置液晶显示模块显示。4.2.3 故障处理子程序故障处理子程序主要任务是根据最近采集到的数据按下列顺序依次进行故障判断。故障判断顺序依次为短路、堵转、断相、过压、欠压、过载。下图为故障处理子程序流程图，开始时从预定RAM中读取最近采样的特征参数，然后短路故障判断，若有故障，则进行故障处理，若无短路故障，则转下一故障处理模块，