一种10kV异步电动机微机型保护装置的研究

摘要

电动机作为拖动系统中的重要组成部分，是当今生产活动和日常生活中最主要的原动力和驱动力，因而确保电动机特别是大电动机的正常运行就显得十分重要。
　　 本论文针对中小企业的10kV异步电动机实际运行情况，设计了以Atmega128单片机为核心，两片MAX125为交流采集芯片的电动机微机保护装置。文章首先对异步电动机一些典型故障：过载、短路、断相、启动时间过长、三相不平衡、接地故障等做了分析，并详细阐述了应对措施和相应各种保护原理，包括：两段式电流保护、过流反时限保护、负序电流保护、零序电流保护、启动时间过长保护和PT断线检测等。然后，完成了保护装置的整体硬件设计、软件的模块设计，详细阐述了正负序电流、系统频率、相位角和交流采样数据的测量方法。其中相位测量部分提出了分时复用单片机I/O口的方法，提高了单片机端口资源的使用效率，该方法实用性较高，也可用于测量多路相位系统。
　　 做出样机后，对保护装置做了5个测试实验：频率测量、相位角测量、时钟精度、半周12点交流采样和保护性能测试，并对实验结果进行分析，得出保护装置测量数据符合设计要求的结论。
　　 论文最后部分对所展开的工作进行总结，并对论文后续工作方向做了展望，以期完善本课题的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究该课题的目的及意义

1.2国内电动机保护装置的发展

1.3国外电动机保护装置的发展

1.4存在问题

1.5本装置的设计思路

1.6本论文的主要工作

2.1电动机故障起因及分类概述

2.2对称故障分析

2.2.1过载

2.2.2三相短路

2.2.3堵转

2.3不对称故障分析

2.3.1断相

2.3.2逆相

2.3.3三相供电不平衡

2.3.4接地故障

2.3.5相间短路

2.4电动机各项保护原理及其整定计算问题

2.4.1两段式电流保护

2.4.2过流反时限保护

2.4.3负序电流保护

2.4.4零序电流保护

2.4.5过负荷保护

2.4.6电压保护

2.4.7 PT断线检测

2.4.8低频保护

2.4.9启动时间过长保护

2.5本章小结

第三章 电动机微机保护装置硬件电路设计

3.1硬件系统的设计要求

3.2整体的设计思路

3.3信号调理模块

3.3.1 A/D转换信号调理

3.3.2频率相位角测量信号调理

3.4 A/D数据转换模块

3.5开关量输入输出模块

3.5.1人机界面

3.5.2电气隔离输入输出

3.6时钟模块

3.7通讯模块

3.8电源模块

3.9本章小结

第四章电动机保护装置软件设计

4.1总体设计思路

4.2系统初始化

4.3自检程序

4.4采样程序和数据处理程序

4.4.1电压电流值理论上的算法

4.4.2装置电压电流值实际算法

4.4.3 A/D数据采样

4.4.4频率与相位角采样

4.5正负序，零序电流获取

4.6保护程序模块

4.7时钟程序

4.8人机界面程序

4.8.1按键扫描

4.8.2显示程序

4.8.3菜单程序设计

4.9软件可靠性

4.10本章小结

第五章试验与结果分析

第六章总结

6.1本文工作总结

6.2下一步工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文