基于bf531的電動機保護器設(shè)計
陳峰1，李小海1，趙繼敏1，張國軍2
（1上海交通大學(xué)電氣工程系，上海2002402上海睿英電氣有限公司，上海200040）
摘要：介紹了一種電機保護器的設(shè)計，系統(tǒng)采用adi公司的16位定點bf531處理器，adc芯片采用16位的ad73360。介紹了該電動機保護器的硬件部分設(shè)計，給出了熱過載保護，軸功率和綜合效率的計算方法。該保護器功能完善，既保證了電機的可靠運行，同時又能根據(jù)電動機的軸功率大小，保護電動機所驅(qū)動的設(shè)備。實驗表明，該電動機保護器具有較高檢測精度，完全能滿足實際的需要。
關(guān)鍵詞：電動機；電機保護器；bf531；軸功率；綜合效率
中圖分類號：tp271+．4 文獻標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 04-0091-03
0引言
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的逐步提高，人們在進行工業(yè)生產(chǎn)活動對，對生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性，可靠性，高效性的要求也越來越高。電動機作為工業(yè)生產(chǎn)中的一種拖動機械，是所有動力系統(tǒng)的核心與基礎(chǔ)。因此對電動機的監(jiān)測，控制與保護就顯得尤為重要。為此，本文基于blackfin531高性能處理芯片，以及能對三相電流和電壓進行準(zhǔn)同步采樣的ad73360采樣芯片，設(shè)計了能實時監(jiān)控三相異步電動機運行的保護器。本文介紹了該保護器的硬件設(shè)計和部分軟件設(shè)計思路。實驗表明，表明該保護器具有較高的檢測精度，完全能滿足實際應(yīng)用的要求。
1硬件設(shè)計
該電動機保護器的硬件設(shè)計思想是：通過信號調(diào)理與采樣以及ad轉(zhuǎn)換，由cpu計算出電壓、電流和電功率等一系列參數(shù)，并能通過lcd面板進行顯示，同時將電功率值以4 -20 ma模擬量送出并與外部進行通訊，通過鍵盤可以設(shè)定電機過載或欠載預(yù)值，一旦電機過載或欠載需報警繼電器動作輸出，并能實時計算電動機的負載率和綜合效率。
硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示，采用bf531為處理器信號調(diào)理與ad轉(zhuǎn)換用于對三相電流和電壓信號進行調(diào)理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入dsp；可編程輸入輸出i/o口能對六路可編程輸入點和四路可編程繼電器進行編程，用戶可以通過電動機保護器上面酌lcd液晶顯示和按鍵進行操作；eeprom能保存用戶設(shè)置的參數(shù)以及保存十次的故障記錄，同時系統(tǒng)支持掉電保存功能。
信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集是該電動機保護器的核心部分，其對三相電流和電壓信號進行調(diào)理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入dsp。輸入的三相電壓經(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)按比例分壓，線電流則由電流傳感器測量得到。三相6通道的電流電壓信號將輸入到16位adc-ad73360/ad73360l，把調(diào)理后的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后將采樣數(shù)據(jù)送入bf531進行分析和處理。
2軟件設(shè)計
2.1采樣數(shù)據(jù)的讀取
為了保證較高的精度，ad的采樣率為8 khz，每次采樣的采樣數(shù)據(jù)通過dma直接送人bf531。由于每次數(shù)據(jù)的讀取都必須包括三相的電壓和電流共六個數(shù)據(jù)，因此b f5 31將監(jiān)測每次數(shù)據(jù)讀取中的第一個數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到第一個數(shù)據(jù)后，將開啟定時器中斷，限定該六個數(shù)據(jù)必須在30“s內(nèi)讀取完成，否則將不保存本次dma數(shù)據(jù)，將dma復(fù)位，準(zhǔn)備讀取下次采樣數(shù)據(jù)，如果采樣數(shù)據(jù)在規(guī)定數(shù)據(jù)內(nèi)讀取完成，將進入dma中斷，取消定時器中斷，將dma數(shù)據(jù)放人數(shù)據(jù)讀取緩沖積存器，用于主程序?qū)﹄妳⒘康挠嬎愫吞幚韀1-3]。
2.2熱過載保護
通過計算電動機的熱容量對電動機進行熱過載保護。所謂的熱容量是指在不影響絕緣壽命的前提t(yī)電動機所能耐受的****熱量，電動機過載、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、起動時間過長等因素均會引起電動機過熱，即熱量百分比超過********，此時電動機保護控制器應(yīng)動作切除電源。根據(jù)電動機保護器的保護等級參數(shù)設(shè)定，可以算出保護器切除電源的動作時間為：
式中，ie為額定電流；t為動作時間；i為工作電流；k為反時限時間常數(shù)，根據(jù)公式和不同保護等級動作時間計算得到的。
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