具有高精度電表功能的電機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì)
宋濤，吳嘉澍，吳忭
（江南大學(xué)通信與控制學(xué)院，無(wú)錫214122）
摘要：針對(duì)安全生產(chǎn)的實(shí)際需求，從電機(jī)保護(hù)器的準(zhǔn)確性、可靠性和低成本等方面綜合考慮，設(shè)計(jì)了以c8051 f020為核心的具有高精度電表功能的電機(jī)保護(hù)器。該保護(hù)器在對(duì)電機(jī)的電流和電壓信號(hào)準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多項(xiàng)電機(jī)故障的監(jiān)測(cè)控制和電機(jī)功率的計(jì)算，實(shí)際測(cè)試證明其有精度高、功能全面、性能穩(wěn)定、適用范圍廣等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：c8051 f020；電表功能；高精度；電機(jī)保護(hù)器
中圖分類號(hào)：tm306 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)04-0100-03
0引 言
三相電機(jī)是機(jī)電行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備之一，其正常地輸出動(dòng)力是其所驅(qū)動(dòng)設(shè)備正常工作的前提。因此，設(shè)計(jì)與使用能及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)電機(jī)故障的保護(hù)裝置是十分必要的。我國(guó)的電機(jī)保護(hù)裝置經(jīng)歷了從機(jī)械式的雙金屬熱繼電器到電子式保護(hù)繼電器，發(fā)展到今天，隨著微處理器和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，具有智能化的電機(jī)保護(hù)裝置已經(jīng)成為主流。實(shí)際使用中通常還需要記錄電機(jī)工作的功率，所以往往是在電機(jī)保護(hù)裝置旁邊還裝有一個(gè)功率表。本設(shè)計(jì)采用一體化設(shè)置，以c8051 f020為核心，將交流采樣所得數(shù)據(jù)采用積分算法來(lái)進(jìn)行高精度的功率計(jì)算，利用c8051 f020芯片的12位adc和可編程增益放大器等功能來(lái)確保高精度算法的實(shí)現(xiàn)，利用芯片的窗口比較邏輯等功能來(lái)協(xié)調(diào)保護(hù)器的監(jiān)控和計(jì)量功能。
1功率計(jì)算基本原理
本設(shè)計(jì)采用交流采樣原理，交流采樣的核心問(wèn)題就是將連續(xù)的電信號(hào)經(jīng)過(guò)離散采樣和模數(shù)變換轉(zhuǎn)換為可用于計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字量，再用一定的算法計(jì)算出我們需要的物理量。目前有多種交流采樣的算法，本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際需要，采用的是半周期積分算洼。影響算法精度的因素主要有：采樣點(diǎn)數(shù)、a/d轉(zhuǎn)換器精度和電流電壓的同步采集等。
根據(jù)單片機(jī)cpu位計(jì)算的特點(diǎn)，采樣點(diǎn)數(shù)一般為2，可以證明當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)為4的倍數(shù)即n≥2時(shí)，無(wú)論采樣初始點(diǎn)取在何處都不會(huì)存在截?cái)嗾`差。采樣點(diǎn)數(shù)越高，采樣的數(shù)據(jù)就越接近真實(shí)值。但實(shí)際電路中由于測(cè)頻電路和單片機(jī)指令執(zhí)行周期滯后等原因會(huì)引起同步誤差，所以采樣頻率必須保持在一定范圍內(nèi)。綜合上述各種條件，這里采用128這個(gè)適中的采樣點(diǎn)數(shù)。a/d轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度與位數(shù)直接關(guān)系到原始測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，本設(shè)計(jì)中c8051 f020芯片的12位a/d轉(zhuǎn)換器確保了測(cè)量精度的獲得。由于硬件方面的限制，三個(gè)相電流和三個(gè)相電壓并不能同時(shí)采樣，為減少由于a/d采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間和cpu指令之間的延遲所引起的功率誤差。這里采用輪流測(cè)每相的電壓和電流的方法。
2硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：由信號(hào)處理電路，c8051 f020控制電路，鍵盤、液晶屏電路和開關(guān)穩(wěn)壓電源組成。
電流信號(hào)和電壓信號(hào)由三相電機(jī)處取得，經(jīng)信號(hào)處理電路接人c8051 f020控制電路。c8051f020控制電路接收到實(shí)時(shí)電流和電壓信號(hào)后，按設(shè)定的安全控制參數(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)還計(jì)算出電機(jī)的功率，這些數(shù)據(jù)在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。系統(tǒng)的安全控制參數(shù)可通過(guò)鍵盤進(jìn)行設(shè)定。本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能，有熱過(guò)載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、斷相保護(hù)、欠載保護(hù)、接地故障保護(hù)、自動(dòng)重啟動(dòng)、欠壓保護(hù)和啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，c8051 f020控制電路立即切斷電機(jī)電源、亮故障燈，同時(shí)在液晶屏上顯示相應(yīng)的故障名稱。
考慮到大電杌啟動(dòng)或故障時(shí)，電源電壓有可能大范圍波動(dòng)，故將保護(hù)器的供電電源設(shè)計(jì)成開關(guān)穩(wěn)壓電源[3]。
鍵盤、液晶屏電路主要使用的器件有：
zlc7290 12c接口鍵盤及l(fā)ed驅(qū)動(dòng)芯片和圖形點(diǎn)陣yejhd 12864g lcd（128$ 64點(diǎn)）模組。本設(shè)計(jì)中zlg7290芯片主要控制鍵盤和led指示燈。液晶模組則直接由c8051 f020控制顯示，使用所需的漢字字庫(kù)等顯示程序都編寫在系統(tǒng)總體程序里。
3功能實(shí)現(xiàn)
3.1高精度測(cè)量實(shí)現(xiàn)
本設(shè)計(jì)所強(qiáng)調(diào)的高精度是通過(guò)以下兩個(gè)方面功能的結(jié)合使用得 |
