基于bf531的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì)
陳峰1，李小海1，趙繼敏1，張國(guó)軍2
（1上海交通大學(xué)電氣工程系，上海2002402上海睿英電氣有限公司，上海200040）
摘要：介紹了一種電機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用adi公司的16位定點(diǎn)bf531處理器，adc芯片采用16位的ad73360。介紹了該電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的硬件部分設(shè)計(jì)，給出了熱過(guò)載保護(hù)，軸功率和綜合效率的計(jì)算方法。該保護(hù)器功能完善，既保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行，同時(shí)又能根據(jù)電動(dòng)機(jī)的軸功率大小，保護(hù)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)表明，該電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具有較高檢測(cè)精度，完全能滿足實(shí)際的需要。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；電機(jī)保護(hù)器；bf531；軸功率；綜合效率
中圖分類號(hào)：tp271+．4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 04-0091-03
0引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的逐步提高，人們?cè)谶M(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性，可靠性，高效性的要求也越來(lái)越高。電動(dòng)機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中的一種拖動(dòng)機(jī)械，是所有動(dòng)力系統(tǒng)的核心與基礎(chǔ)。因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)，控制與保護(hù)就顯得尤為重要。為此，本文基于blackfin531高性能處理芯片，以及能對(duì)三相電流和電壓進(jìn)行準(zhǔn)同步采樣的ad73360采樣芯片，設(shè)計(jì)了能實(shí)時(shí)監(jiān)控三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的保護(hù)器。本文介紹了該保護(hù)器的硬件設(shè)計(jì)和部分軟件設(shè)計(jì)思路。實(shí)驗(yàn)表明，表明該保護(hù)器具有較高的檢測(cè)精度，完全能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
1硬件設(shè)計(jì)
該電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的硬件設(shè)計(jì)思想是：通過(guò)信號(hào)調(diào)理與采樣以及ad轉(zhuǎn)換，由cpu計(jì)算出電壓、電流和電功率等一系列參數(shù)，并能通過(guò)lcd面板進(jìn)行顯示，同時(shí)將電功率值以4 -20 ma模擬量送出并與外部進(jìn)行通訊，通過(guò)鍵盤可以設(shè)定電機(jī)過(guò)載或欠載預(yù)值，一旦電機(jī)過(guò)載或欠載需報(bào)警繼電器動(dòng)作輸出，并能實(shí)時(shí)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率和綜合效率。
硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示，采用bf531為處理器信號(hào)調(diào)理與ad轉(zhuǎn)換用于對(duì)三相電流和電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入dsp；可編程輸入輸出i/o口能對(duì)六路可編程輸入點(diǎn)和四路可編程繼電器進(jìn)行編程，用戶可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器上面酌lcd液晶顯示和按鍵進(jìn)行操作；eeprom能保存用戶設(shè)置的參數(shù)以及保存十次的故障記錄，同時(shí)系統(tǒng)支持掉電保存功能。
信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集是該電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的核心部分，其對(duì)三相電流和電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入dsp。輸入的三相電壓經(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)按比例分壓，線電流則由電流傳感器測(cè)量得到。三相6通道的電流電壓信號(hào)將輸入到16位adc-ad73360/ad73360l，把調(diào)理后的電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后將采樣數(shù)據(jù)送入bf531進(jìn)行分析和處理。
2軟件設(shè)計(jì)
2.1采樣數(shù)據(jù)的讀取
為了保證較高的精度，ad的采樣率為8 khz，每次采樣的采樣數(shù)據(jù)通過(guò)dma直接送人bf531。由于每次數(shù)據(jù)的讀取都必須包括三相的電壓和電流共六個(gè)數(shù)據(jù)，因此b f5 31將監(jiān)測(cè)每次數(shù)據(jù)讀取中的第一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到第一個(gè)數(shù)據(jù)后，將開(kāi)啟定時(shí)器中斷，限定該六個(gè)數(shù)據(jù)必須在30“s內(nèi)讀取完成，否則將不保存本次dma數(shù)據(jù)，將dma復(fù)位，準(zhǔn)備讀取下次采樣數(shù)據(jù)，如果采樣數(shù)據(jù)在規(guī)定數(shù)據(jù)內(nèi)讀取完成，將進(jìn)入dma中斷，取消定時(shí)器中斷，將dma數(shù)據(jù)放人數(shù)據(jù)讀取緩沖積存器，用于主程序?qū)﹄妳⒘康挠?jì)算和處理[1-3]。
2.2熱過(guò)載保護(hù)
通過(guò)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的熱容量對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱過(guò)載保護(hù)。所謂的熱容量是指在不影響絕緣壽命的前提t(yī)電動(dòng)機(jī)所能耐受的****熱量，電動(dòng)機(jī)過(guò)載、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等因素均會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，即熱量百分比超過(guò)********，此時(shí)電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器應(yīng)動(dòng)作切除電源。根據(jù)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)等級(jí)參數(shù)設(shè)定，可以算出保護(hù)器切除電源的動(dòng)作時(shí)間為：
式中，ie為額定電流；t為動(dòng)作時(shí)間；i為工作電流；k為反時(shí)限時(shí)間常數(shù)，根據(jù)公式和不同保護(hù)等級(jí)動(dòng)作時(shí)間計(jì)算得到的。
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