节能型智能电动机综合保护器的开发与应用

研究与开发型智能电动机综合匕匕A月保护器的开发与应用王成多方祥王加法(杭申控股集团，杭州311234)摘要新一代智能电动机综合保护器采用高性能单片微机以及模似、数字电路和三相电流、三相电压、漏电三种互感器，LCD显示;它集测量、保护、监视、控制于一体，具备完善的网络通信功能，可与接触器等元件构成节能型电动机综合控制保护单元1‘，。关键字:节能;网络通信;综合控制与保护DeveloPmentandAPPlicationoftheEnergyConservationandIntelligentProtectionDeviceforMotorWangChenduoFangXiangwangji‘lf’忍(HangshenHoldingGrouPCo.，Ltd，Hangzhou，3ll234China)AbstractThenewintelligentandintegratedProtectiondeviceformotorisdeveloPed，whichusedthehigh一PerformanceMCU，analoganddigitalcircuit，LCDdisPlay，currenttransducer，voltagetransducerandleakagecurrenttransducer，andsoon.ThedeveloPedProtectiondeviceintegratedthefunctionsofthemeasurement，Protection，monitoringandcontrolling，whichsuPPortedthePerfectnetworkcommunication.ItcouldmakeuPoftheenergyconservationandintegratedcontrolandProtectionunitformotortogetherwithcontactor.KeyW0rd:EnergyConservation;NetworkCommunication;IntegratedControlandProtection1引言智能型电动机综合保护器(以下称保护器)采用16位单片微机、用电压、电流、漏电(零序)电流三种互感器，128x64点阵LCD液晶显示，人机界面友好，对额定电压为Ac400v，Ac690v，额定电流从05~800A(功率0.5一400kw)，漏电电流为300mA，50OmA的鼠笼式异步电动机提供完善的保护，它是新一代智能化、网络化、数字化、节能型的电动机综合保护器，对电动机的过载、堵转、阻塞、欠载、断相、三相电流不平衡、单相金属性接地(三相矢量和方式)或漏电(外接零序互感器方式)、过压、欠压、欠功率、相序、起动超时、电机过热等故障导致的危害加以保护，最大限度地保证设备运行的可靠性与安全性。它具有直接起动、双向(正、反转)起动，双速起动、星/三角(Y/△)起动、电阻降压起动、自藕变压器降压起动等各种控制方式，能在各种恶劣环境条件下工作。保护器集测量、保护、监视、控制、网络通信于一体，在石化、电力、煤矿、冶练、铁路、纺织、造纸、电厂、变电站以及民用建筑、污水处理厂、自来水厂的泵站系统等诸多领域得到广泛的应用。2保护器的工作原理2.1工作原理图1中电流采样为A，B，C三套同样电路。电流采样范围为0.5A一800A，当电流为0.SA一30OA时只有一只电流互感器;4OOA一800A时外加400A15A，600A15A，800A/SA，0.5级电力互感器，此时第二级电流互感器为SA15mA。电压采样三相线电压，共用三套同样电路，用电压型Zm刀21llA，玻膜合金制成的测量用电压型电2007年第2期电气按嗽}79研究与开发流互感器，测量范围内的线性度为0.1%。比D显示厂一下比庵蓄=而菜习咫一翎5}协议}}}卜一一一一一一弓州转换跨—~例跨一叫去叫位切皿USesR钊}器11总线1机」]通过协议转换器可实现各种总线形式的抽出:Profl加‘DPDeviceN曰C胡U努万肚胜5EtherM叮等电压采样可编程加输出匕__漏电电流采样(碑C、椒C热敏电阻)4一伪叻模拟输出图1保护器工作原理框图漏电电流测量采用零序互感器，A，B，C三相导线同时穿过该互感器。当用户需要时，将温度传感器插入电机定子绕组，根据电机的绝缘等级，决定温度保护范围。A级85oC，E级100oC，B‘级110oC，F级135oC，H级160℃。温度测量用线性化电桥式测量电路。控制器内部温度测量用温度测量芯片。保护器参数测量内容、范围、精度如表1所示。表1参数测量功能Mc9512J64芯片[21，10位A。，sv基准，采样速率巧oksPs，每lms采样所有电流、电压、零序电流通道，将周期性连续正弦波有效值离散化为数字量，基于均方值的多点算法:内容范围精度测量方法三相电流5%~150%Ie士1%真有效值，方均根法150~1000%Ie土2%漏电电流0.1一101△ne士2%真有效值，方均根法三相电压40%~150%U￡士1.0%真有效值，方均根法电机定子温度PTC，NTC士2℃环境温度一40℃~+125℃士2℃(1)(2)图1中的CPU用frescale半导体公司的式中:N为每一半波等分割采样的次数(半周期N=10);编为第M点电流采样瞬时值;“M为第M点电压采样瞬时值;1为电流有效值，U为电压有效值。为提高系统的抗干扰能力，除了放大器采用抗混叠滤波和窄带带通滤波放大以外[31，软件采用多点FIFO(先进先出)递推字滤波，将多点采样大小排队后去掉若干点最大值和若干点最小值，50}电气毅威2007年第2期研究与开发中间若干点求均值。数据点数可以4、8、16、32点，根据数据平滑程度和RAM工作单元多少而定。一般可取8点或16点递推滤波。2.2保护特性保护器具有6种基本保护功能和6种用户可选保护功能。过载、堵转/阻塞、缺相及三相不平衡、起动超时、欠载、接地(三相电流矢量和方式)等6种基本功能和漏电(零序互感器方式)、过压、欠压、欠功率、相序、温度(电机过热)等6种可选功能。(1)过载保护为反时限特性，当电动机长时间超过其额定电流运行时，会导致电机过热，绝缘降低而损坏，保护器根据电动机的发热特性，计算尸t热特性，延时后对电动机实施报警或脱扣分断保护。(2)堵转保护是对电动机在起动或运行时由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡除，而使电机过热而损坏，经适当延时后故障未被解除，应发出报警和脱扣分断命令。(3)缺相或三相不平衡保护当电动机发生缺相或三相严重不平衡时，电机也会过热而损坏，经适当延时后发出报警和脱扣分断命令。三相不平衡计算公式如下:1一1.、.__，__、二卫竖王-止理竺几xlOO%=(5一60)%时，延时后脱扣。乙，1)当三相平均电流与额定电流的百分比低于设定值并经设定延时后即发报警脱扣分断指令。竺增土兰‘(20%:，0%，“，““阿毓(6)接地保护(三相电流矢量和方式)接地保护适用于单相(相线)与电动机金属外壳之间短路，而电动机的保护接地电阻一般为1一40，所以电动机单相金属性短路接地电流一般为400一looA，也适用于电机电缆绝缘损坏，与地之间产生接地电流，几二1，十1。十Ic七(30%~100%)Ie。几为1，十1。十1。三相流电流矢量和，Ie为电机额定电流。3结论节能型智能电动机保护器的推广使用将可极大地降低能耗，十二种保护功能可使电机及各种轴上机械免受各种故障危害，灵活的控制方式适应各种不同用户的需求，0.5一400kw(80OA)功率已覆盖了80%以上在线应用异步电动机，具有汉字提示，汉字和数字显示的50多幅运行、故障、参数整定LcD显示画面，使人一机交互界面非常友好，通信接口的开发使电机保护器加入了现场总线局域网的行列，具有广阔应用前景。式中:Imax:电流;Imin:电流;参考文献人、‘、Ic三相中最大相数字滤波平滑后[l]国家标准.GB14048一2003低压开关设备和控制八、IB、Ic三相中最小相数字滤波平滑后[‘]凡，=1，+1。+Ic3三相平均电流(滤波后)。设备机电式接触器和电动机起动器Freescalesemiconductorlnc.MCgslZDJ64DeviceUserGuide从)1.11MotorolaLINEARANDINTERFACEINTEGRAIEDCIRCUITS.一般不平衡设在30%一50%，也可关断此功能。(4)起动超时当电动机起动时间超过用户设定延时时间后，电流仍大于额定电流(Ie)，保护器发出报警和脱扣分断命令;在起动期间只执行断相(三相不平衡)和接地/漏电保护功能。相序保护只在起动瞬间执行。(5)欠载保护:欠载保护主要用于泵式负载，作者简介王成多，应用，电源、1940年生于浙江绍兴，1965年浙江大学毕业，从事计算机、低压电器智能控制器、现场总线局域网、无功补偿、双数字仪表、电动机保护器以及软起动器、变频调速器、质量分析与滤波器等的开发与研究。2007年第2期磨气毅难电能}5，