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摘 要

本文以分析电动机常见故障及保护原理作为理论依据，以拓展和完善现有智能保护器的保护功能为目的，设计出以单片机为核心的智能电动机保护器。本装置采用软硬件相结合的方法对电动机进行实时保护。硬件电路设计包括中央处理器的选择，电源模块设计，通信模块设计，时钟电路设计，输入输出模块设计及键盘显示硬件设计。系统软件设计包括参数设置，数据处理，报警显示和键盘程序的设计。该装置可实现对不同电动机的多种保护，用户可自行设置其参数、操作简单运行方便，能较大程度的发挥电动机本身的过载功能。

关键词： 单片机，电动机保护器，故障保护

Abstract: Based on the analysis of common faults of motors and the protection principle as theoretical basis, to expand and improve the existing intelligent protector the protection function, for the purpose of design with the single chip processor as the core of intelligent motor protector. This device by the method of combining the software and hardware for real-time protection of motor. Hardware circuit design of the power supply module, communication module design, the clock circuit design, design input/output module, keyboard display hardware design. System software design includes parameter setting, data processing, the design of the alarm display and keyboard program. Various protection of different motor, the user can set its parameters operation is simple and convenient operation, can develop the motor itself a larger degree of overloaded functions.

Keywords: single chip microcomputer, motor protector, fault protection

目 录

1 引言 3

1.1 课题的目的和意义 3

1.2 电动机保护器发展的史况 3

2 电动机故障和保护原理的分析与保护方案的选择 3

2.1 电动机故障分析 4

2.2 电动机保护原理分析 4

2.3 电动机保护方案的选择 5

2.4 微机保护的采样算法 6

3 电动机保护器的硬件设计 8

3.1 微处理器模块 9

3.2 硬件电源设计模块 10

3.3 通信设计模块 11

3.4 时钟电路设计模块 13

3.5 输入输出模块设计 13

3.6 键盘显示硬件设计 15

4 电动机保护器的软件设计 17

4.1 系统软件的主程序设计 17

4.2 电动机启动之后的保护设计 19

4.3 参数设置程序设计 19

4.4 数据处理模块设计 20

4.5 故障处理报警程序设计 21

4.6 键盘软件程序设计 22

5 电动机保护装置的抗干扰方案 23

结论 27

参考文献 28

致谢 29

1 引言

1.1 课题的目的和意义

电动机作为主要的动力设备，与我们的生活质量和国家的工业化水平紧密相连。但在长期的运行过程中，经常会出现各式各样的故障，带来的经济损失不可小觑。因此，保护电动机在运行过程中不受损坏变得尤为重要。

传统的电磁式保护装置以双金属片为敏感元件，利用双金属片遇热时发生形变使电动机电源切断，达 到保护电动机的目的。该装置因其保护范畴的局限性于97年最后一个月的最后一天被宣告停产。科技创新再加上能源的不断开拓，单片机的出现给电动机带来了更好的福利。大大提升了电动机的使用寿命，所带来的经济收益极及可观。

现在市场上销售的绝大多数保护器均是以单片机为核心的智能保护产品。但并不是每一个产品都具有良好的保护作用。因系统崩塌促使电动机发生烧损的事件屡见不鲜。确保电动机的正常运行还需深入的思考。

1.2 电动机保护器发展的史况

电动机保护器经过漫长的三次革新。现在工业上所用的智能保护器通过科学家的不懈努力最终呈现在我们的眼前。智能已然成为新时代的标志。现在及未来工业上的发展将逐渐转向智能创新，更多的是应用远程操作控制机械运作讲究协调合作减少实际操作，更多的节约时间和精力，集体分工合作显著，速率质量都将大幅度提升。

早期的电动机保护器采用双金属片结构。其中自动开关的出现既弥补了熔断器在电动机过载和断相方面的不足又可以与热继电器相承接。但该结构自身条件较薄弱对周围环境的不适应早已失去了它的实用价值。于是在70、80年代，电子式保护器被广泛的得到应用。该装置由于硬件初始设置值已固定无法一一的应对电动机运行过程中出现的各种突发状况。硬件质量的高低直接决定保护器能否高效地运作。为解决硬件自身带来的工业困扰经过将近十年的时间终于单片机的出现使得智能保护有了突破性的进展。也就是现在所熟知的智能电动机保护装置。

2 电动机故障和保护原理的分析与保护方案的选择

对于大中型电动机而言，每年因工作环境恶劣、三相不平衡、过负载、负荷不均衡等造成电动机出现短路、断相、过载、堵转等故障的事件导致电动机烧毁的事故不计其数所造成国民经济损失不可估量。因此，确保电动机能够最大限度地稳定运行,带来较好的经济效益和生产效率，减少或避免电动机故障发生变得尤为重要。

2.1 电动机故障分析

电动机故障包括电气故障和机械故障两大类。电气故障又细划分成对称故障和不对称故障。对称故障以电流幅值作为依据。据调查研究统计，异步电动机发生故障，90%以上是因为定子绕组过热导致，因断相造成不对称故障的就占到了60%。不对称故障采用对称分量法以负序，零序的电流分量作为依据。电动机故障分析表如表2-1所示。

表2-1电动机的故障分析

故障类别			零序	负序	过电流	其它故障	保护特性
对称故障		过载	无	无			反时限
		短路	无	无			速断
		堵转	无	无			定时限
不对称故障	接地	单相接地		有	位置决定		速断
		两相接地		有	位置决定		速断
		相间短路	无	有，位置决定	位置决定		速断
	非接地	逆相	无		无		速断
		不平衡	无	有	无		定时限
		断相	无				定时限

2.2 电动机保护原理分析

传统的保护方法是以检测到的三相电流的幅值与限定值的比值作为依据，做出相对应的保护措施。这种保护方法因其灵敏度和准确度较差被逐渐的摒弃。本文以基于对称分量法对电动机运行过程中会出现的故障进行系统性的分析并给出相对应的措施。

①短路故障特征分析及保护

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