CN201966588U - 电机保护断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机保护断路器，它含有主处理器、副处理器和电源模块，所述主处理器和副处理器相互连接，并且，所述电源模块同时与所述主处理器和副处理器连接，所述主处理器的输入端分别与三相电流采样器、三相电压采样器和光耦隔离的开关量信号采样器连接，所述副处理器的输入端分别与键盘和时钟连接，其输出端分别与LED指示灯和数码管显示器连接，所述主处理器的输出端与继电器连接。本发采用主处理器和副处理器构成双CPU结构，充分应用其强大的运算能力、丰富的外围接口电路以及较强的控制能力，从而集保护、控制等多种功能于一体，提高了整体工作性能及智能化操作水平。

Description

电机保护断路器

一.技术领域：本实用新型涉及一种电机保护器，特别是涉及一种电机保护断路器。

二.背景技术：电机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证，因而确保电机的正常运行就显得十分重要，而在使用中造成电机烧毁甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜，据不完全统计，全国每年仅因电机烧毁所消耗的电量就达数千万度，电机烧毁的数量达20万台次以上，容量约0.4亿千瓦，因维修所耗的电磁线约5000万公斤，修理费达20亿元，而因停工停产所造成的损失更是一个无法估量的巨大数目。

目前，对电机的保护一般采用电机保护器，但现今流行的保护器普遍是根据电流的大小来决定是否需要保护，这显然没有考虑到环境因素对电机的影响。电机是否需要保护其根本的判断依据应该是电机绕组温度是否超过其绝缘等级温度，在相同电流的情况下，对于环境温度高的电机，其烧毁的可能性显然要大于环境低的电机，这就说明单纯通过电流的大小来判断电机是否需要保护并不是十分科学的，不能达到对电机在各种环境下的完全保护。另外，电机保护器没有国家标准，导致市场上产品良莠不齐，现已广泛应用的基于单片机的电机综合保护器存在功能简单、处理能力差、保护原理不够完善的不足，因而限制了其自身的应用与发展。

三.实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种集多种功能于一体、具有较高的稳定性、重复性和实时性的电机保护断路器。

本实用新型的技术方案是：一种电机保护断路器，含有主处理器、副处理器和电源模块，所述主处理器和副处理器相互连接，并且，所述电源模块同时与所述主处理器和副处理器连接，所述主处理器的输入端分别与三相电流采样器、三相电压采样器和光耦隔离的开关量信号采样器连接，所述副处理器的输入端分别与键盘和时钟连接，其输出端分别与LED指示灯和数码管显示器连接，所述主处理器的输出端与继电器连接。

所述主处理器和副处理器相同，均为MC9S08AC16。所述LED指示灯有七个，分别为系统电源指示灯、运行指示灯、过载指示灯、过热指示灯、断相指示灯、过压指示灯和欠压指示灯。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用主处理器和副处理器构成双CPU结构，充分应用其强大的运算能力、丰富的外围接口电路以及较强的控制能力，从而集保护、控制等多种功能于一体，提高了整体工作性能及智能化操作水平。

2、本实用新型充分运用了单片机精度高、运算能力强和硬件资源丰富、以及控制能力强等特点，并采用多次累加求平均值的算法和模块化的软件编程技术，实现了菜单式操作及外接控制，提高了保护器的整体性能，满足了继电保护装置的保护、测量和控制一体化的发展需要。

3、本实用新型所采用的控制软件均采用汇编语言编写，并且采用模块化编程技术，因而整个程序具有结构紧凑，运行速度快，占用内存空间少，易于调试和修改等特点。

4、本实用新型选用高精度运放和高精度精密电阻，且结合单片机内部集成的10位A/D转换器构成模拟量测量回路，分别采样电机的三相电流和三相电压，在进芯片口均有保护线路。选用光耦隔离线路结合外部传感器信号构外接信号采样线路，因此具有较强的抗干扰能力，同时也具有较高的灵敏度。电源模块采用变压器降压、桥式整流、大电容滤波、电源保护等线路，简单而稳定。

5、本实用新型集多种功能于一体、具有较高的稳定性、重复性和实时性，具备反时限过载保护、躲启动电流保护、电流缺相及相电流不平衡保护，其适用范围广，推广后具有良好的经济效益。

四.附图说明：

图1为电机保护断路器的结构框图；

图2为电机保护断路器的程序流程图。

五.具体实施方式：

实施例：参见图1-图2，图中，电机保护断路器含有主处理器、副处理器和电源模块，主处理器和副处理器相互连接，并且，电源模块同时与主处理器和副处理器连接，主处理器的输入端分别与三相电流采样器、三相电压采样器和光耦隔离的开关量信号采样器连接，副处理器的输入端分别与键盘和时钟连接，其输出端分别与LED指示灯和数码管显示器连接，主处理器的输出端与继电器连接。

主处理器和副处理器相同，均为MC9S08AC16。LED指示灯有七个，分别为系统电源指示灯、运行指示灯、过载指示灯、过热指示灯、断相指示灯、过压指示灯和欠压指示灯(图中未一一画出)。人机界面部分选用八位数码管显示器构成菜单式界面并结合五个按键方便用户设置或查看装置的系统参数，保护参数，测量数据和故障信息。

工作时，主处理器主要负责数据采集、计算、控制和故障判断等，副处理器实现了数码管显示和菜单式操作，其系统参数，保护参数等各信息的查询和设置清晰直观，简单明了，用户界面友好。采用模块化软件编程技术，提高了系统软件的可靠性和可移植性，可为380V等低压等级的电动机提供有效的保护及基本的测量与控制。

本电机保护断路器实现的功能以保护为主，测量及控制为辅，其主要功能分为：

(1)保护功能：反时限过载保护、躲启动电流保护、电流缺相及相电流不平衡保护、过压保护、欠压保护。

(2)测量功能：三相电流及三相电压。

(3)故障自锁和数据保存功能。故障自锁功能便于分析保护装置的动作行为，了解动作原因。数据自动保存功能在用户设置好数据时，保护器自动记忆，方便下次使用。

(4)来电自启动功能及外接启动、停止(复位)功能：选用自动控制时，可将来电自动时间设置成不同的时间，避免一台变压器供电的多台电动机同时启动造成电压降幅过大。外接启动，停止(复位)功能，可将其接线端口引至配电柜的操作面板，增加了其安全性和可操作性。

(5)运行参数显示功能：三相电流、三相电压可切换显示，方便用户在运行状态查看电机运行参数。

本电机保护断路器采用电压和电流及外部传感器信号作为作为判断依据，为电动机提供有效的保护方案。

反时限过载保护：通过采样电机过流，移动计算电流均方根值，来模拟电机的热过程，根据电流的大小反时限动作。

躲启动电流保护：电动机起动过程中(默认启动时间为3秒)，不做过载保护。

缺相及相电流不平衡保护：当(最小相电流/最大相电流*100％)＜设定值，延时2s后动作。

过压保护：当三相运行电压最大相电压＞设定的过压保护值时，按设定的延时时间延时后动作。

欠压保护：当三相运行电压最小相电压＜设定的欠压保护值时，按设定的延时时间延时后动作。

整个系统程序流程如图2所示，主处理器主要完成系统初始化、电流采样计算、各种故障的判断处理以及与副处理器串行通信进行数据交换等操作。上电初始化部分主要完成装置内各个模块的初始化(包括单片机本身的初始化，ADC转换模块初始化，SCI模块初始化，以及保护系统参数，保护参数)。AD转换部分包括三相电流采样，三相电压采样，及累加计算。外接开关检测部分包括外接启动，外接停止信号检测。

为提高测量精度，采用多次累加求平均值的算法，计算电流电压的平均值。多次累加求平均值可以有效的克服因外部干扰引起的采样误差，提高采样精度。被测电流电压信号经过高精度运算放大，滤波整流后送进AD转换通道。测量时采用多次采样累加求平均值，以提高测量精度。

选用Freescale的MC9S08AC16此款8位单片机的CPU(中央处理单元)最高工作频率可达40MHZ，系统总线频率最高20MHz，高达16KB的片上在线可编程FLASH存储器，有块保护和安全选项，还有多达1024B的RAM供用户灵活运用，其丰富的外围接口，给了用户更多的选择，模块化的设计提高了装置的可靠性和稳定性。

Claims (3)

1.一种电机保护断路器，含有主处理器、副处理器和电源模块，其特征是：所述主处理器和副处理器相互连接，并且，所述电源模块同时与所述主处理器和副处理器连接，所述主处理器的输入端分别与三相电流采样器、三相电压采样器和光耦隔离的开关量信号采样器连接，所述副处理器的输入端分别与键盘和时钟连接，其输出端分别与LED指示灯和数码管显示器连接，所述主处理器的输出端与继电器连接。

2.根据权利要求1所述的电机保护断路器，其特征是：所述主处理器和副处理器相同，均为MC9S08AC16。

3.根据权利要求1所述的电机保护断路器，其特征是：所述LED指示灯有七个，分别为系统电源指示灯、运行指示灯、过载指示灯、过热指示灯、断相指示灯、过压指示灯和欠压指示灯。

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