基于STC12C5410的电动机智能保护研究.pdf
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1、总第2 31 期2023年第9期经验交流摘要:在现代工业社会,电动机的应用无处不在,几乎涵盖了各个应用领域,其工作环境往往比较恶劣,这使得电动机故障时有发生,间接会带来巨大的经济损失。因此,为了避免这种问题的产生,对电动机智能保护装置进行研究意义重大。选取异步电机为研究对象,结合异步电机运行原理、故障特征,基于STC12C5410系列单片机对电动机智能保护装置进行研究。关键词:STC12C5410;异步电机;智能保护中图分类号:TM307.30引言现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization基于STC12C5410的电动机
2、智能保护研究轩克辉,孙建,李远(漯河职业技术学院,河南漯河46 2 0 0 0)文献标识码:ATotal 231No.9,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.09.087文章编号:2 0 9 5-0 7 48(2 0 2 3)0 9-0 2 6 3-0 3XX三相异步电机因其性价比高、结构简单、控制方便等优点,被广泛使用在各行各业中,例如化工行业、石油行业、机械行业、电子信息行业、运输行业等等。据统计,就目前来讲,我国用电设备总容量的7 5%为电动机,其耗电量也占据总耗电量的7 0%。每年因使用不当等原因烧毁的电动机大概占电动机总数的16%,维修费超百亿元。在
3、所有的电设备中,电动机故障率最高。不仅如此,随着技术的发展,电动机小型化的趋势也愈加明显,体积变小的同时,随之就会带来新的问题,例如电动机内部电流密度显著增加,这就会使得电动机出现故障的概率更加难以控制,故障所导致的后果也是难以提前预知的。所以,对于电动机安全运行进行研究意义重大,基于此,研究电动机的智能保护方法显得极为重要。本文选取异步电机为研究对象,在对异步电机运行原理与故障特征进行分析的基础上,基于单片机技术对电动机智能保护装置进行研究。1异步电机工作原理及故障分析在接入三相交流电源的情况下,电机的定子绕组会产生旋转磁场,进而会与转子产生相对的切割运动,会使得转子产生感应电流,结合电磁力
4、理论,在电磁转矩的作用下,转子会被驱动旋转,这时,转子上有负载时,就会输出机械能。其能效电路如图1 所示。其中,Ui、LmR I、X I、R 2、X 2 分别表示定子端电压、电机励磁电抗、定子绕组电阻、定子绕组电抗、转子绕组电阻、转子绕组电抗。关于电动机故障方面,常见的故障一般为绕组损坏与轴承损坏。对于绕组损坏的原因主要表现在以下几个方面:一是绝缘装置老化,导致定转子绕组短路;二是供电不稳定,电压波的产生阻碍了电机正常运收稿日期:2 0 2 3-0 5-2 9作者简介:轩克辉(1 98 3一),男,河南漯河人,本科,毕业于许昌学院,讲师,研究方向为机电一体化、电子电气;孙建(1 98 5 一)
5、,男,河南漯河人,本科,毕业于平顶山学院,助理实验师,研究方向为电子电气、机电一体化;李远(1 98 5 一),女,河南漯河人,硕士研究生,毕业于南京理工大学,讲师,研究方向为电气自动化。Ui转;三是电压过低,电机运转不起来,会产生过大的启动电流,进而使得电机产生大量热,会烧坏电机。对于轴承损坏的原因主要表现在以下几个方面:一是负载过大,电机长期过载运行;二是缺少润滑剂;三是环境恶劣。下面结合异步电机工作原理及故障分析,对电动机智能保护装置进行研究。2电机智能保护装置硬件设计在电机智能保护装置硬件设计方面,结合保护装置实际情况及成本考虑,本文选取STC12C5410单片机作为主控芯片,采用模块
6、化的设计方式,共分为6个模块,其设计的硬件总体架构如图2 所示。键盘、显示模块通信模块数据采集模块处理器模块电源开关输入输出模块图2 电机保护装置硬件结构2.1数据采集模块在电机运行过程中,需要对电机的运行参数进行实时检测,主要的参数为电机端电压、电流及电机温度三个方面,在将这些参数传输给STC12C5410之前,需要先进行调理滤波操作。本文设计的数据采样电路模块如图3所示。Ei图1 电机等效电路现代工业经济和信息化第1 3卷+V.电流采集电路电压采集电路温度M采集温度传感器电路图3类数据采样电路模块对于电压信号的采集调理单元,其输人为电机三相电压,调理完之后输送给STC12C5410d的AD
7、端,其电路结构如图4所示。先互感后放大,其中,互感调理变比Ku=R100R=120103=1200R6.R=5,串联后总的调理变比为K,=KulKa=Ku2=R5R71。之后在第二级放大电路中将电压变为1.5 V,满240足单片机采集要求。410k0121DC.INOiokn104FGND对于电流信号的采集调理单元,其输人为电动机的线电流,调理完之后输送给STC12C5410d的AD端,其电路结构如下图所示。先互感后放大,其中,互5感调理变比Ki=-R31=,放大调理变510-310R34比为K2=XR37=2,串联后总的调理变比为R.33R351K=KiK;22。处理完之后输送给单片机。5L
8、104FA/D单片机一,放大调理变比为NE5532120k0UA12.2k5210knR-1.65V+12VNE5532GNDLM35图6温度采集电路S1NCCW-PB2uFCND22PF22PFGND对子程序进行调用准备工作,在系统上电之后,先执行复位操作,控制器先将复位向量写进对应的寄存器中,之后控制器从该复位向量执行程序。在进行初始化之后,对按键进行查询,以检测是否有需要更新的2mA/2 mACND12NE5532图4电压调理电路10Ouput0mV+10mV/deg1P222P233RST4P30/R5P31/T6POO7XTAL28XTALI9P32/INTO10POIP33/INT
9、112P34/TO13P35/PWM114P24/PWM315P25GNDGNDSTC12C5410图7 夕处理器外围UA2参数,如果有则进入参数更新子程序。执行完此步骤GNDTV1013+5VVCC32P2131PCA2/PWM2/P2030ADC7/SCK/P1729ADC6/MOSI/P1628ADC5/MOSI/P1527P0326ADC4/SS/P1425ADC3/P1324P0223ADC/2P1222ADCO/P1121ADCO/P1020PWMO/P3719P2718P2617后程序进人大的循环体,不断对采集参数进行故障判断,一旦触发故障就会向上位机进行报警,由子程序去进行相应
10、的操作。主程序软件流程图如图8 所示。GND100uF开始系统初始化参数调整NA1NE5532DC.IN310k0CD对于温度数据的采集,采用温度传感器LM35A将温度转化为电压信号,然后直接传体给单片机即可,其电路如图6 所示。2.2处理器模块处理控制器采用STC12C5410d单片机,结合总体各模块的规划,处理器模块外围设计如图7 所示。3电机智能保护系统软件设计主程序主要目的是对各个模块进行初始化以及调用参数调整子程序1003C5A/5mA-1.65VGND+12V10k1NE5532GND图5 电流调理电路NE5532A2GNDTV1015调用电压电流及温度判断自程序N输出保护动作?输
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