三相异步电动机智能监控综合保护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种三相异步电动机智能监控综合保护系统，包括依次连接的电器控制主回路、三相异步电机M、信号采集单元、信号调理单元、和电可擦可编程只读存储器，其中，信号调理单元与主控单元连接，信号采集单元与信号调理单元连接，主控单元还与电气控制主回路、显示与存储控制单元、上位机系统和电可擦可编程只读存储器连接；显示与存储控制单元与输入单元和显示面板分别连接。本实用新型解决了现有保护装置采用的保护装置会使得电机在单相断开情况下缺相运行，保护能力相当有限，以及容易受环境影响导致保护装置不能有效的发挥作用的问题。
【专利说明】三相异步电动机智能监控综合保护系统【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力设备继电保护【技术领域】，涉及一种电机运行状态的在线监测及对电机实时保护的系统，具体涉及一种三相异步电动机智能监控综合保护系统。
【背景技术】
[0002]三相异步电动机在工农业生产和日常生活中被广泛应用，然而异步电动机的故障率也居各种电气设备之首。工业现场中电动机发生故障时如不能及时发现并排除轻则造成电机烧毁影响整个现场的生产运营，重则影响的整个电网的质量并威胁到人身安全，为了避免以上问题的发生，就需要对电动机进行实时的监控及保护，提高整个工业现场电机的运行效率。
[0003]近年来，随着传感器技术和计算机技术的快速发展，各类保护装置也层出不穷，目前，电动机的监控保护系统大多是基于熔断器的保护、热继电器的保护、电子式电动装置的保护。最早的熔断器保护能简单实现保护，但由于熔断器熔体在制造工艺、时效和安装上存在随机“缺陷”，加上熔断器熔断后又会造成电动机断相运行，其保护能力相当有限。热继电器能实现电动机因过载而引起的过电流保护，具有结构简单、使用方便等特性。但热继电器对启动过程中的电机不起保护作用，且继电器参数易受环境温度影响，其反时限保护特性对不同型号电动机的适应能力较差，因此热继电器保护装置的应用受到很大程度的限制。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种三相异步电动机智能监控综合保护系统。解决了现有保护装置采用的保护装置会使得电机在单相断开情况下缺相运行，保护能力相当有限，以及容易受环境影响导致保护装置不能有效的发挥作用的问题。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是，三相异步电动机智能监控综合保护系统，包括依次连接的电器控制主回路、三相异步电机M、信号采集单元、信号调理单元和电可擦可编程只读存储器，其中，信号调理单元与主控单元连接，信号采集单元与信号调理单元连接，主控单元还与电气控制主回路、显示与存储控制单元、上位机系统和电可擦可编程只读存储器连接；显示与存储控制单元与输入单元和显示面板分别连接。
[0006]本实用新型的特征还在于，
[0007]主控单元采用三星公司的S3C2440微处理器或S3C2416微处理器。
[0008]显示与存储控制单元采用C0851F020微处理器或C0851F021微处理器。
[0009]显示面板采用型号为KNY2906的工业段码液晶屏。
[0010]电可擦可编程只读存储器采用AT24C02芯片。
[0011 ] 信号调理单元采用2片LM324J集成运算放大器芯片。
[0012]本实用新型三相异步电动机智能监控综合保护系统的有益效果是，具有如下优
占-
^ \\\.[0013]1.采用稳定高效的算法使装置对故障可以进行实时监测并且对电机快速保护:分析算法上利用全波傅立叶算法将连续的正弦信号转换成离散信号进行分析计算。比起有效值法和瞬时值法等算法，全波傅立叶算法可以准确快速的提取出三相电压和三相电流的直流分量，基波分量和谐波分量。虽然在电磁环境很差的工业现场环境下，但是微控制器可以准确快速的得出信号的基波分量，判断是否有故障。如果有故障，可确定是何种故障并立即进行相应的保护。
[0014]2.高性能的微控制器配合巧妙的数据处理思想，使监测变得更加方便:微控制器采用三星公司的S3C2440微处理器作为主控制芯片，该芯片具有相应速度快，内部资源、接口丰富等特点，在对信号的采样过程中运用循环冗余采样的方式就是开辟出两块独立的内存空间，首先向第一片缓存写入数据，写满后向系统发出信号，系统捕获信号后，开始处理这些数据，与此同时，采集电路继续向第二片缓存写数据，直到第二片写满，此时数据处理程序也基本完成，接着又读第二片缓存中的数据开始处理，之后系统又接着向第一片写数据，这样周而复始就能保证数据不丢失，且提高了效率也提高了整个系统的算法精度整个系统还具有事件记录、事件查看等一系列功能，并且整个系统配备一块3.5寸的电力系统专用的段式液晶显示屏，方便了人机交互。
[0015]3.可靠地通信协议和总线方式可以提高装置的稳定性:基于MODBUS RTU协议的远程网络监控系统，并且采用RS485总线通信模式。MODBUS RTU协议不但具有简洁的帧格式，而且配合CRC冗余校验使其具有较低的误码率。RS485是目前工业现场通讯中应用最广泛的，适合短距离高速传输，其采用差分负逻辑方式传输信号。即使在电磁环境很差的工业现场，RS485总线依然可以保持信号高效的传输，使得稳定的实时监测和控制可以实现。
[0016]4.加强了输入、输出信号与电机电气量的隔离保护，提高了系统的稳定性:三相电压量，三相电流量分别经过三个电压互感器和三个电流互感器的磁隔离后再送到控制系统的信号调理电路，同时控制系统的控制信号先经过光电耦合器隔离后驱动继电器，再由继电器驱动接触器，最后由接触控制电机的投入和切除。经过多层隔离措施，可保证控制系统不会被强电损坏，系统稳定性得到提高。
[0017]5.集成芯片电路可以提高装置的稳定性并且节约成本:控制系统的信号调理电路是由双电源供电的运算放大器组成，这些运算放大器工作在单电源供电的模式下，不仅可以减少电路元件数，提高稳定性，降低成本，还可以将微控制器不能识别交流量变成可识别的直流脉动量，节省了数模转换器，节约了成本。运算放大器芯片采用LM324，一个芯片包含4个相互独立的运算放大器，性能非常稳定，并且芯片价格低廉，经济实惠。
[0018]6.具有上位机人机交互界面:上位机人机交互界面的设计软件采用MATLAB。该软件是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。选择MATLAB作为上位机人机交互设计软件，不仅应用其程序接口丰富，设计界面简洁，数据可视化的优点进行实时监控电机参数及显示在屏幕上，更是应用其操作简单，运算高效的优点，为以后优化总体方案打下良好的基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型三相异步电动机智能监控综合保护系统的结构示意图；
[0020]图中，1.主控单元，2.输入单元，3.显示与存储控制单元，4.显示面板，5.上位机系统，6.电可擦可编程只读存储器，7.信号调理单元，8.信号采集单元9.三相异步电机M，10.电器控制主回路。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0022]本实用新型三相异步电动机智能监控综合保护系统，如图1所示，包括依次连接的电器控制主回路10、三相异步电机M9、信号采集单元8、信号调理单元7和电可擦可编程只读存储器6，其中，信号调理单元7与主控单元I连接，信号采集单元8与信号调理单元7连接，主控单元I还与电气控制主回路10、显示与存储控制单元3、上位机系统5和电可擦可编程只读存储器6连接；显示与存储控制单元3与输入单元2和显示面板4分别连接。
[0023]其中，各部分的结构和作用分别是:
[0024]主控单元I采用三星公司的S3C2440微处理器或S3C2416微处理器，其作用是对输入信号进行算法处理，实时监测电机的运行状态，并在电机发生故障时向电气控制主回路10发出相应的控制信号。
[0025]输入单元2由按键组成，其作用是装置保护参数的输入。
[0026]显示与存储控制单元3采用C0851F020微处理器或C0851F021微处理器，通过SPI总线，将输入单元2输入的参数传递给主控单元1，并且控制显示面板4显示主控单元I实时测量的数据和输入单元2输入的参数。
[0027]显示面板4采用型号为KNY2906的工业段码液晶屏，其作用是显示主控单元I实时测量的数据和输入单元2输入的参数。
[0028]上位机系统5采用MATLAB设计人机交互界面，通过RS485总线，将主控单元I实时测量的数据显示在远程控制室的上位机上。
[0029]电可擦可编程只读存储器6采用的AT24C02，其直接与主控单元I连接，可以存储输入单元2的输入参数、故障发生的时刻及故障类型。
[0030]信号调理单元7采用2片LM324J集成运算放大器芯片，一片芯片含有结构完全相同的四路运算放大器。
[0031]本实用新型三相异步电动机智能监控综合保护系统的工作原理和工作过程是:当三相异步电机M9发生故障时，其故障电气量会通过信号采集单元8变成弱电信号送给信号调理单元7，再由信号调理单元7将交流信号变成直流信号送给主控单元1，主控单元I按从输入单元2预先输入的保护参数及内部算法程序进行故障判断和保护方式选择，按相应的保护方式将输出控制信号送入电气控制主回路10，由电气控制主回路10直接控制三相异步电机M9的投切进而达到保护效果。与此同时主控单元I将算法程序所判断出的故障时间和保护的种类信息送入显示与存储控制单元3，由显示与存储控制单元3控制显示面板4将信息显示。上位机系统接收由主控单元I传送的实时测量的数据(包括三相异步电机M9的定子三相电压和电流值、输入单元2预先输入的保护参数)完成远程监测。在三相异步电机M9发生故障时，主控单元I会将输入单元2的输入参数、故障发生的时刻及故障类型保存在电可擦可编程只读存储器6中。
[0032]本实用新型三相异步电动机智能监控综合保护系统对三相异步电机的保护采用三相投切的方式，避免了仅单相断开情况下电机工作在缺相运行状态，并且还带有防电机启动时保护装置误动的功能。以微控制器为核心，不仅能对电机运行时的各种电量参数进行实时的监测，而且还能对电机易发的14种故障进行实时的保护及故障参数的整定与记录，更使性能稳定，不易受环境影响。
【权利要求】
1.三相异步电动机智能监控综合保护系统，其特征在于，包括依次连接的电器控制主回路(10)、三相异步电机M (9)、信号采集单元(8)、信号调理单元(7)和电可擦可编程只读存储器(6 )，其中，信号调理单元(7 )与主控单元(I)连接，信号采集单元(8 )与信号调理单元(7)连接，主控单元(I)还与电气控制主回路(10)、显示与存储控制单元(3)、上位机系统(5)和电可擦可编程只读存储器(6)连接；显示与存储控制单元(3)与输入单元(2)和显示面板(4)分别连接。
2.根据权利要求1所述的三相异步电动机智能监控综合保护系统，其特征在于，所述的主控单元(I)采用三星公司的S3C2440微处理器或S3C2416微处理器。
3.根据权利要求1所述的三相异步电动机智能监控综合保护系统，其特征在于，所述的显示与存储控制单元(3)采用C0851R)20微处理器或C0851F021微处理器。
4.根据权利要求1所述的三相异步电动机智能监控综合保护系统，其特征在于，所述的显示面板(4)采用型号为KNY2906的工业段码液晶屏。
5.根据权利要求1所述的三相异步电动机智能监控综合保护系统，其特征在于，所述的电可擦可编程只读存储器(6)采用AT24C02芯片。
6.根据权利要求1所述的三相异步电动机智能监控综合保护系统，其特征在于，所述的信号调理单元(7)采用2片LM324J集成运算放大器芯片。
【文档编号】G01R31/34GK203630588SQ201320775667
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】李彦斌, 姚鑫, 夏冠亚 申请人:西安工程大学
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