基于对称分量法的电动机综合保护器

摘要

随着计算机技术和我国电动机保护技术的快速发展,微机型电动机保护装置已被广泛应用于电动机保护领域。为此,能设计出一种保护功能齐全、灵敏度高、可靠性强,价格低廉的电动机保护装置是非常具有市场前景的。本文在参阅大量文献资料的基础上,采用了一种基于对称分量法的电动机综合保护器设计方案。在对电动机各类故障特征和保护原理进行分析的基础上,总结出电动机各类故障的保护判据；设计了电动机保护器的硬件系统和软件系统；针对电流互感器非线性失真而引起的测量误差问题,采用BP网络、最小二乘法和线性插值法三种方法进行了补偿,通过对这三种补偿方法的实验和对比分析,选用了线性插值法作为电流互感器非线性误差补偿的方法,达到了提高检测精度的目的。在硬件系统设计上,以高性价比的C8051F020单片机作为本保护器的核心,分别设计了处理器模块、模拟量采集模块、人机接口模块、继电输出模块和通信模块。‘在软件系统设计上,将整个系统分成了过载保护模块、负序电流保护模块、零序电流保护模块和通信模块进行设计,并且实现了过载、短路、堵转、断相、逆相、不平衡以及接地等各项保护功能。经过实验表明,本保护器在可靠性、快速性、准确性和功能性上都达到了要求,并且有效的降低了成本,适用于广大中小型电动机市场。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 电动机保护的发展

1.2 我国电动机保护的发展趋势

1.3 课题的来源及研究意义

1.4 论文的主要工作及章节安排

1.4.1 论文的主要工作

1.4.2 论文的章节安排

2 电动机保护原理和保护功能设置

2.1 电动机故障的形式和起因

2.2 对称分量法

2.3 电动机故障保护原理

2.3.1 对称故障

2.3.2 不对称故障

2.3.3 电动机其它保护

2.4 小结

3 硬件系统设计

3.1 保护器硬件系统结构

3.2 处理器模块

3.2.1 CIP-51内核

3.2.2 存储器

3.2.3 JTAG调试和边界扫描

3.2.4 串行端口

3.2.5 数模转换器

3.3 模拟量采集模块

3.3.1 电流互感器

3.3.2 信号调理电路

3.3.3 A/D转换

3.4 人机接口模块

3.4.1 液晶显示器

3.4.2 键盘输入

3.5 继电输出模块

3.6 通信模块

3.6.1 数据通信基础

3.6.2 RS-485标准接口总线

3.7 抗干扰设计

3.8 小结

4 软件系统设计

4.1 软件系统整体设计

4.2 采样中断模块

4.3 热量积累中断模块

4.4 电量计算模块

4.4.1 电流有效值计算

4.4.2 负序分量的计算

4.5 故障判断模块

4.6 键盘检测模块

4.7 液晶显示模块

4.8 数据通信模块

4.8.1 通信协议设计

4.8.2 程序流程

4.9 软件开发环境

4.10 小结

5 电流互感器误差补偿

5.1 电流互感器误差原因

5.1.1 电流互感器原理

5.1.2 影响电流互感器误差的原因

5.1.3 电流互感器常用的误差补偿方法

5.2 利用BP网络补偿电流互感器误差

5.2.1 神经网络的结构

5.2.2 BP网络

5.2.3 BP网络实现对电流互感器误差的补偿

5.3 利用最小二乘法补偿电流互感器误差

5.3.1 最小二乘法原理

5.3.2 最小二乘法实现对电流互感器误差的补偿

5.4 利用线性插值法补偿电流互感器误差

5.4.1 线性插值法原理

5.4.2 线性插值法实现对电流互感器误差的补偿

5.5 小结

6. 总结与展望

致谢

参考文献

附录A 基于对称分量法的电动机综合保护器原理图

附录B 基于对称分量法的电动机综合保护器硬件实验电路实物照片

附录C 基于对称分量法的电动机综合保护器部分实验数据