CN104795797A - 绕线式电机保护系统及其采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绕线式电机保护系统及其采样方法，该系统包括互感器、放大器、采样保持电路、波形转换电路、A/D转换电路、电压比较器电路和单片机；所述互感器分别连接到放大器和波形转换电路的输入端，波形转换电路输出端接单片机，放大器输出端接采样保持电路输入端，采样保持电路输出端经过A/D转换电路连接电压比较器电路，电压比较器电路输出端和单片机连接，所述互感器和放大器之间设有用于将电流信号转换为电压信号的负载电阻。本发明提供一种用于绕线式电机保护器的电流电压采样系统及方法，通过采用交流采样能很好地解决了电流、电压的采样精度、速度、和稳定性问题。

Description

绕线式电机保护系统及其采样方法

技术领域

本发明涉及绕线式电机保护领域，具体涉及一种绕线式电机保护系统及其采样方法。

背景技术

随着微电子技术的迅猛发展，电机保护器向着多品种、多功能、小型化、遥测、遥控、网络化集中控制方向发展。由于电机的造价比较昂贵，维修费高，又是生产的重要设备，一旦发生故障将造成重大损失，因此，对它们实施有效的保护十分重要。

绕线式电机的工作特点，常用于频繁启动场合，且启动电流大，对电网和其它设备冲击大，故障率比较高。目前，已经应用的电机保护器基本上很难满足对绕线式电机的保护。其主要原因是保护器电流、电压采样方法其采样精度低、速度慢、稳定性差等缺陷，限制了其在绕线式电机保护应用和发展。直流采样存在很大的局限性：无法实现实时信号的采集；变送器的精度和稳定性对测量精度有很大影响；设备复杂，维护难等。

发明内容

为了克服现有技术中实现实时信号的采集；变送器的精度和稳定性对测量精度有很大影响；设备复杂，维护难的问题，本发明提供一种用于绕线式电机保护器的电流电压采样系统及方法，通过采用交流采样能很好地解决了电流、电压的采样精度、速度、和稳定性问题。

本发明的技术方案是：一种绕线式电机保护系统，该系统包括互感器、放大器、采样保持电路、波形转换电路、A/D转换电路、电压比较器电路和单片机；所述互感器分别连接到放大器和波形转换电路的输入端，波形转换电路输出端接单片机，放大器输出端接采样保持电路输入端，采样保持电路输出端经过A/D转换电路连接电压比较器电路，电压比较器电路输出端和单片机连接，所述互感器和放大器之间设有用于将电流信号转换为电压信号的负载电阻。所述互感器、放大器、采样保持电路、波形转换电路、A/D转换电路、电压比较器电路组成的电流采集单元为三组，三组电流采集单元分别连接电机的三相电机的一相。所述波形转换电路为三个分别对应连接到三相电机的一相。该系统还包括用于单向对地短路的采样单元，所述采样单元通过零序电流互感器或电机外壳取得漏电信号。所述互感器把采样信号转化为0～5V的电压或0～20mA电流。

一种绕线式电机保护系统的采样方法，包括以下步骤：步骤一、互感器采集三相电机的交流信号；步骤二、将采样交流信号通过放大器、采样保持电路与电流基准信号比较，判断电机过载和短路故障；步骤三、将采样交流信号通过波形转换电路判断缺相故障；步骤三、当电机为异常状态时，单片机发出停机信号。所述步骤一的电流采样在电机运行每个周期至少对三相电流各采样一次。所述步骤三的异常状态包括过载故障状态、短路故障状态和缺相故障状态、三相电压不平衡故障状态。所述缺相故障状态通过三相电流信号的有无进行判断。所述三相电压不平衡故障状态通过当三相电压不平衡度达到5％时，进行判断。

本发明有如下积极效果：采用交流采样能很好地解决了电流、电压的采样精度、速度、和稳定性问题，通过算法运算后获得的电压、电流、等参数有着较好的准确度和稳定性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的系统结构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种绕线式电机保护系统，该系统包括互感器、放大器、采样保持电路、波形转换电路、A/D转换电路、电压比较器电路和单片机；所述互感器分别连接到放大器和波形转换电路的输入端，波形转换电路输出端接单片机，放大器输出端接采样保持电路输入端，采样保持电路输出端经过A/D转换电路连接电压比较器电路，电压比较器电路输出端和单片机连接，所述互感器和放大器之间设有用于将电流信号转换为电压信号的负载电阻。所述互感器、放大器、采样保持电路、波形转换电路、A/D转换电路、电压比较器电路组成的电流采集单元为三组，三组电流采集单元分别连接电机的三相电机的一相。所述波形转换电路为三个分别对应连接到三相电机的一相。该系统还包括用于单向对地短路的采样单元，所述采样单元通过零序电流互感器或电机外壳取得漏电信号。所述互感器把采样信号转化为0～5V的电压或0～20mA电流。

一种绕线式电机保护系统的采样方法，包括以下步骤：步骤一、互感器采集三相电机的交流信号；步骤二、将采样交流信号通过放大器、采样保持电路与电流基准信号比较，判断电机过载和短路故障；步骤三、将采样交流信号通过波形转换电路判断缺相故障；步骤三、当电机为异常状态时，单片机发出停机信号。所述步骤一的电流采样在电机运行每个周期至少对三相电流各采样一次。所述步骤三的异常状态包括过载故障状态、短路故障状态和缺相故障状态、三相电压不平衡故障状态。所述缺相故障状态通过三相电流信号的有无进行判断。所述三相电压不平衡故障状态通过当三相电压不平衡度达到5％时，进行判断。

交流采样是通过互感器把采样信号转化为0～5V的电压或0～20mA电流，其好处是采样周期和速度不受限制，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值，极大提高了采样精度、速度、稳定性。采用三相电机电流的交流采集方法，在电机运行时，每一个周期至少对三相电流各采样一次，在15个周期内可判断出是否正常工作，克服了传统直流采样的滞后问题。

以下针对绕线式电机几个常见故障采样做具体描述：

1、对过载、短路故障信号的采样。绕线式电机起动运行中的过载和短路故障，体现在流经电动机绕组的异常增大的电流值上，一般电动机保护器电路是采用3只电流互感器采样运行电流信号，将采样信号与电流基准信号相比较，判断是否处于过载或短路故障状态，故障时输出停机信号。电路采集处理的为模拟电压信号——电流互感器输出的电流信号经负载电阻转变为信号电压，送入电压比较器电路，得到故障信号输出。

当产生单相对地短路故障信号的采样，可通过零序电流互感器取得，或采样电机外壳电压，取得漏电信号。

2、对缺相故障信号的采样。如上所述，绕线式电动机的断相故障表现为电源缺相、电动机电缆断路、电动机绕组断路等不同故障内容，若采用对三相电源电压进行采样的方法，仅能对电源缺相故障进行保护，无法完成对后两种缺相故障的检测，是不完全的一个方法。根本的方法，是采用对三相电流进行采样来判断缺相故障的方法，对三种缺相故障都能做出准确反应，采取相应的技术措施，还能对三相电流不平衡做出判断。

一般对缺相运行的判断，不完全判断电流信号幅度的大小，而是着重于三相电流信号的有无，比较三相电流信号的有无，得到断相故障信号。将电流检测信号处理为数字信号，经单片机逻辑运算、判断，得到断相故障保护信号。

3、如果三相电压不平衡，电机内就有逆序电流和逆序磁场存在，产生较大的逆序转矩，造成电机三相电流分配不平衡，使其中一相绕组电流增大。当三相电压不平衡度达到5％时，可使电机相电流超过正常值20％。造成这种现象的主要原因是：1、负载过重2、电机定子、转子绕组故障，电机必须立即停止运行。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绕线式电机保护系统，其特征在于，该系统包括互感器、放大器、采样保持电路、波形转换电路、A/D转换电路、电压比较器电路和单片机；所述互感器分别连接到放大器和波形转换电路的输入端，波形转换电路输出端接单片机，放大器输出端接采样保持电路输入端，采样保持电路输出端经过A/D转换电路连接电压比较器电路，电压比较器电路输出端和单片机连接，所述互感器和放大器之间设有用于将电流信号转换为电压信号的负载电阻。

2.根据权利要求1所述的绕线式电机保护系统，其特征在于，所述互感器、放大器、采样保持电路、波形转换电路、A/D转换电路、电压比较器电路组成的电流采集单元为三组，三组电流采集单元分别连接电机的三相电机的一相。

3.根据权利要求1所述的绕线式电机保护系统，其特征在于，所述波形转换电路为三个分别对应连接到三相电机的一相。

4.根据权利要求1所述的绕线式电机保护系统，其特征在于，该系统还包括用于单向对地短路的采样单元，所述采样单元通过零序电流互感器或电机外壳取得漏电信号。

5.根据权利要求1所述的绕线式电机保护系统，其特征在于：所述互感器把采样信号转化为0～5V的电压或0～20mA电流。

6.根据权利要求1所述的一种绕线式电机保护系统的采样方法，包括以下步骤：

步骤一、互感器采集三相电机的交流信号；

步骤二、将采样交流信号通过放大器、采样保持电路与电流基准信号比较，判断电机过载和短路故障；

步骤三、将采样交流信号通过波形转换电路判断缺相故障；

步骤三、当电机为异常状态时，单片机发出停机信号。

7.根据权利要求6所述的绕线式电机保护系统的采样方法，其特征在于，所述步骤一的电流采样在电机运行每个周期至少对三相电流各采样一次。

8.根据权利要求6所述的绕线式电机保护系统的采样方法，其特征在于，所述步骤三的异常状态包括过载故障状态、短路故障状态和缺相故障状态、三相电压不平衡故障状态。

9.根据权利要求8所述的绕线式电机保护系统的采样方法，其特征在于，所述缺相故障状态通过三相电流信号的有无进行判断。

10.根据权利要求8所述的绕线式电机保护系统的采样方法，其特征在于，所述三相电压不平衡故障状态通过当三相电压不平衡度达到5％时，进行判断。