异步电动机测控保护装置的研究

摘要

随着工业社会的不断发展，电动机已经成为当前社会不可或缺的工具。但是，如果电动机出现故障，将会大大影响工业生产的质量以及电网的正常运行，甚至造成人员伤亡。所以，研究能够自动监控和保护电动机的装置是十分必要的。在各类电动机中，以异步电动机应用最为广泛，因此本文的研究对象是异步电动机的测控保护装置。
　　针对目前一些测控保护装置故障类型判别准确度不高，存在保护配合不合理等问题，本文分析了对称故障和不对称故障的特征量，研究了各类保护的工作原理，设计了保护判据的整定值和保护动作原理框图。本文采用全波傅里叶算法提取电压、电流、负序电流和零序电流的基波幅值，设计了保护判据的算法，针对算法运算精度和速度之间的矛盾，研究了递推傅里叶算法，理论上，递推傅里叶算法在保证计算精度的前提下提高了响应速度。
　　针对目前测控保护装置存在的硬件缺陷，本文设计了测控保护装置的硬件的电路，主要包括处理器电路、信号采集电路、电源电路、开关量输入／输出电路和人机交互模块等。设计了处理器需要的时钟电路、电源电路、外扩EEPROM等，选择DS1305芯片作为实时时钟电路，保证系统时间的准确性同时可以存储重要数据;设计了7路信号采集电路分别采集电压、电流和零序电流，外扩了8通道、16位的A/D转换芯片AD7606提高系统的采样精度;设计了4按键的按键输入系统，节省了系统资源。
　　针对需要实现的保护功能，本文在嵌入式操作平台μC/OS-Ⅱ，按照多任务的思想设计了测控保护装置的软件部分，并将其划分为6个任务优先级，分别是故障保护任务、信号采样任务、信号处理任务、数据通讯任务、按键输入任务和显示任务。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 测控保护装置研究背景及意义

1．2 测控保护装置的国内外发展及研究现状

1．2．1 电动机保护装置的发展历程

1．2．2 测控保护装置的国外研究现状

1．2．3 测控保护装置的国内研究现状

1．2．4 现有保护装置存在的问题

1．3 本文的主要工作

2 电动机故障及保护原理分析

2．1 异步电动机对称性故障分析

2．1．1 过载故障

2．1．2 堵转故障

2．1．3 三相短路故障

2．2 异步电动机不对称故障分析

2．2．1 对称分量法

2．2．2 断相故障

2．2．3 相间短路故障

2．2．4 接地故障

2．3 异步电动机其它故障

2．4 异步电动机保护原理

2．4．1 两段式电流保护

2．4．2 零序电流保护

2．4．3 反时限过流保护

2．4．4 电动机启动时间过长保护

2．4．5 负序过电流保护

2．4．6 过负荷保护

2．4．7 低电压保护

2．5 本章小结

3 测控保护装置的信号处理算法

3．1 傅里叶算法

3．1．1 全波傅里叶算法

3．1．2 半波傅里叶算法

3．1．3 两种傅里叶算法比较

3．2 故障保护的算法实现

3．2．1 低压保护的算法实现

3．2．2 电流保护的算法实现

3．2．3 负序过电流幅值算法

3．2．4 零序电流幅值算法

3．3 递推全波傅里叶算法

3．4 本章小结

4 测控保护装置的硬件电路设计

4．1 硬件电路整体设计思路

4．2 处理器模块设计

4．2．1 处理器的设计

4．2．2 系统时钟电路

4．2．3 复位电路

4．2．4 外扩存储器电路

4．2．5 系统电源电路

4．2．6 RTC电路

4．3 数据采集模块硬件设计

4．3．1 互感器电路

4．3．2 信号调理电路

4．3．3 A／D转换电路

4．4 开关量输入／输出模块硬件设计

4．4．1 开关量输出电路

4．4．2 开关量输入电路

4．5 通讯电路设计

4．6 人机交互模块设计

4．6．1 按键电路

4．6．2 显示屏

4．7 LED报警电路

4．8 DSP的I／O分配表

4．9 本章小结

5 测控保护装置的软件设计

5．1 操作系统的选择

5．2 主程序设计

5．3 多任务设计

5．3．1 故障保护任务

5．3．2 信号采样任务

5．3．3 信号处理任务

5．3．4 启动判据任务

5．3．5 数据通讯任务

5．3．6 按键输入任务

5．3．7 显示任务

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果