包头电动机保护器厂 精工打造 质量有保证
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产品描述

电动机保护器的常见类型
热继电器:普通小容量交流电机,良好工作条件,不存在频繁启动等恶劣工况,由于精度差,可靠性不能保证,不推荐使用。

电动机保护器
浅谈ARD3电动机保护器设计原理
摘 要:本文着重介绍ARD3电动机保护器的具体设计方法,给出硬件原理图和软件流程图。文章按照产品的各硬件功能模块进行展开说明,介绍硬件功能模块时,对硬件功能模块原理图进行详细分析,结合各种实际应用的情况说明此处硬件是怎样设计的,为什么这样设计以及这样设计的优缺点。通常电动机保护器工作的条件比较恶劣,为使产品性能方面更加稳定可靠,需要使用一些抗干扰措施,文中介绍的这些抗干扰措施在实际使用中被证明是成功的。
关键词:电动机保护器;ARD3;保护功能;ModBus
0 引言
随着电子技术的发展,电动机保护器正向基于现场总线的智能型方向发展。我公司设计的ARD3电动机保护器立足于国内先进水平,是具有智能保护和可通信功能的电动机保护器。产品系列电流范围齐全,产品系列额定电流范围1.6~800A;可测量的电流范围宽,可以达到10倍电机额定电流;采用先进的软件算法和可靠的硬件设计,对电动机的过载、断相、三相不平衡、堵转、阻塞、过压、欠压等故障进行有效判断和可靠保护,过载保护采用计算分析当前电动机的热容量的方法,根据热容情况判断电动机的过载状态,此种方法可以发挥电动机的过载能力;配有可编程开关量输入、继电器输出,用于实现远程主站对电动机运行状态的遥信监视和直接起动、自耦降压、星-三角等起动方式;带有标准RS-485接口ModBus通讯协议实现计算机联网。
1 硬件设计
ARD3电动机保护器用H8/3687FP单片机实现电动机的保护功能。在硬件方面主要由三相电流信号采样、漏电流采样、电压信号采样、键盘接口、显示部分、控制输出、报警输出、通信接口等几部分构成,下面分别对其中的关键部分作简要介绍:
1.1 信号采集单元
ARD3电动机保护器采用交流采样算法计算被测信号。采样方式是按一定周期(称为采样周期)连续实时采样被测信号一个完整的波形(对于正弦波只需采样半个周期即可),然后将采样得到的离散信号进行真有效值运算,从而得到被测信号的真有效值,这样就避免了被测信号波形畸变对采样值的影响。
信号采集单元的功能取样、整流、放大互感器二次测的输出信号,将这些信号转换为单片机可处理的信号。ARD3电动机保护器中处理三相电流信号、剩余电流信号、电压信号的信号采集放大电路原理都相同,现以一路电流信号采集放大电路为例说明电路工作原理。
信号采集放大电路如图1所示。在图中二极管A1、A7是双向二极管,对后级电路起到过压保护作用。当输入的信号在正常范围内,A1、A7不起作用,当输入信号超出正常范围(或有脉冲干扰信号出现)时,A1、A7导通,防止超出后级电路端口范围的信号进入后级电路,破坏后级A/D电路。CR1为取样电阻,将从CT1输出的电流信号转变为电压信号。LM324和CR4,CR7,CR10,CR13组成同相放大电路将电压信号放大后输入A/D转换电路。
LM324采用双电源供电,这样可以保证LM324输出电压达到5V充分利用A/D转换提高显示精度。图1中通过运放将输入信号进行分档处理,小信号从P1.0输出大信号从P1.1输出。这样处理是因为:电动机保护器要处理的电流范围很宽(要从电动机1倍额定电流到10倍额定电流),分档处理可以提高测量精度。
1.2 I/O单元
电路开关量由IN1~IN7输入,通过光藕后产生IS1~IS7,并行信号IS1~IS7输入到74HC165,通过74HC165将并行信号转换为串行信号传送给CPU。电阻R11~R18起到限流作用保护光耦中的二极管不被损坏。RS1~RS8是上拉电阻与电容CS~CS8配合使用既可以稳定光耦输出电平又可以在上电时对光耦起到保护作用。
继电器控制电路如图3所示。JDQ1~JDQ4与CPU连接,三极管QJ11~QJ14的供电电压是+5V,三极管QJ1~QJ4的供电电压是+24V。现以QJ11,QJ1这路控制电路来说明电路工作原理,当CPU输出高电平时三极管QJ11不导通,OUT11不会输出电流光藕不会导通,JT1也输出高电平,QJ1不会导通继电器不会动作。当CPU输出低电平时三极管QJ11导通,OUT1输出高电平使光耦导通, JT1变为低电平,三极管QJ1导通OUT1输出低电平使继电器发生动作。
控制输出部分可采用机电式继电器或固体继电器。前者价格便宜,市场产品丰富,驱动线路也比较简单,但可靠性和使用寿命有限,且在触点动作时会产生“火花”,严重时可影响系统的正常工作。因此,在PCB板布局时应将继电器尽量远离单片机并靠近仪表的输出端口。另外,在继电器线圈两端应并联续流二极管,否则在继电器线圈断电瞬间会产生较高的感应电压,从而破坏电路。固态继电器具有寿命长、性能稳定,无火花等特点,本产品中考虑到产品的可靠性要求采用固态继电器。
1.3 通讯单元
通讯电路实现将CPU串口输出电平转换到RS485电平。本电路的巧妙之处在于数据收发直接由硬件来控制,不用CPU参与控制,这样可以节省CPU资源简化程序设计。
1.4 CPU单元
CPU单元是电机保护器的核心单元。信号采集,各种报警处理,通信功能,显示功能……都是由它来完成的。本产品采用的CPU芯片是瑞萨公司的H8/3687芯片,该芯片功能如下:62条基本指令; RTC(片上实时时钟,可作为自由运算计数器使用),SCI(异步或者时钟同步串行通信接口)2路,1路IIC接口,8路10位A/D,8位定时器2个(Timer B1,TimerV),16位定时器1个(TimerZ),看门狗定时器,14位PWM,45个I/O引脚(H8/3687N有43个I/O引脚),包括8个可直接驱动LED的大电流引脚(IOL=20mA,@VOL=1.5V),片上复位电源POR电路,片上低电压检测电路(LVD)。该芯片有两种封装形式:LQFP-64(10mm×10mm)FP-64(14mm×14mm) 。CPU单元电路如图5所示。
因为A/D功能,IIC功能,RTC,定时器,看门狗等功能都已经集成到芯片内部,所以CPU单元的**电路十分简洁,各引脚只需外接增加端口驱动能力的上拉电阻和稳定信号的滤波电容即可。
2 软件设计
系统软件要完成三相电流、1路剩余电流、三路电压A/D,各种保护量计算,保护功能判断处理,显示电压、电流,故障记录,按键处理,通讯,变送等功能。只有合理安排程序流程来完成这些功能,保护器才能可靠工作。
3 抗干扰措施
电动机保护器作为保护电动机装置要具有很强的抗干扰性。在本产品软硬件设计过程中采取如下措施提高产品的抗干扰性:1硬件方面:电源部分加EMC滤波器,高频变压器次级与初级加高压电容,输出部分加滤波电路;信号采集部分增加滤波电路;在作信号处理的各芯片输入口处加端口保护电路;在各芯片电源输入处加去藕电容;继电器两端并联续流二极管,加光耦与CPU端口隔离;不使用的CPU端口定义为输出状态;PCB板布局时模拟部分与数字部分作分区处理,模拟信号在模拟区域内布线,数字信号数字区域内布线,二者不进入彼此区域内;布线时尽量加粗电源线与地线,信号线走线时走145o线,不走直角线;使用CPU内部看门狗监控程序运行。2软件方面:各路信号采集都使用软件滤波,增加采样值的准确性。通过采取一系列的措施,产品的抗干扰性能大幅提高,本产品一次性顺利通过3C安全认证型式试验。
4 结论
ARD3电动机保护器采用先进的设计方案,集测量、保护、控制、通讯于一身,产品性能安全可靠,可以对电动机实施可靠有效的保护。ARD3电动机保护器在实际使用中完全可以替热继电器、温度继电器等传统的电动机保护产品,替代各种指针式电量表、信号灯、电量变送器等常规元件,简化电动机控制电路,减少柜内电缆连接及现场施工量。

电动机保护器
ARD系列低压电动机保护器,具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元,具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。
智能马达保护装置
智能马达保护装置 ,适用于额定电压至AC 690V、额定电流至AC 800A、额定频率为50/60Hz的电动机。产品体积小,结构紧凑,安装方便,在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用,提高了控制回路的可靠性和自动化水平。
下面以安科瑞电气股份有限公司ARD3为例,介绍低压电动机保护器的功能和技术参数。
ARD3电动机保护器采用模块化的产品结构形式,包括主体(保护控制功能模块)、互感器检测模块、远程显示模块。根据需要选配ARD3的功能模块或附件,与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元,有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域。
安科瑞电气股份有限公司ARD3电动机保护器
结构精巧、安装便捷
智能电动机保护器体积小,结构紧凑,安装方便,在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用,提高了控制回路的可靠性和自动化水平。
显示直观、易学易用
高清晰的液晶显示界面直观反映测量参数及电动机运行状态。所有测量数据可通过按键轻松翻阅,参数设置可以通过仪表面板进行,也可由通讯口输入。液晶显示界面有背光支持,以方便在光线差的环境下使用。
安全性好、可靠性高

由于过电动机过载保护器在正常情况下(即电流在额定值附近)是开释的,只有当电路发作过电流时才动作。

选型的基本方法
与选型有关的条件:
电机保护的选型存在着电动机与保护器二者怎样合理配用关系,以下提供几个与保护有关的条件、因素,为用户选型时提供参考。
1、电机方面:要先了解的型号规格、电动机功能特性、防护型式、额定电压、额定电流、额定功率、电源频率、绝缘等级等。这些内容基本能给用户如何正确使用和维护及选型保护器提供了参考依据。
2、环境条件:主要指常温、高温、高寒、腐蚀度、震动度、风沙、海拔、电磁污染等。
3、电动机用途:主要指拖动机械设备要求特点,如风机、水泵、空压机、车床、油田抽油机等不同负载机械特性。
4、控制系统方面:控制模式有手动、自动、就地控制、远程控制、单机独立运行、生产线集中控制等情况。启动方式有直接、降压、星三角、频敏变阻器、变频器、软起动等启动方式。
5、其他方面:用户对现场生产监护管理是比较随意还是严谨,非正常性的停机对生产影响的严重程度等。
与保护器的选用有一定相关因素的还有很多,如安装位置、电源情况、与配电系统的配合等;还要考虑是对新购电动机保护配置,还是对电动机保护升级,还是对事故电动机保护的完善等;还要考虑电动机保护方式改变的难度和对生产影响程度;需根据现场实际工作条件综合考虑保护器的选型和调整。
电动机保护器
当电动机在过负载情况下,长时间超过其额定电流运行时,会导致电动机过热,绝缘降低而烧毁,保护器根据电动机的发热特性,计算电动机的热容量,模拟电动机发热特性对电动机进行保护。
断相/不平衡保护
断相/不平衡故障运行时对电动机的危害很大,当电动机发生断相或三相电流严重不平衡时,如不平衡率达到保护设定值时,保护器按照设定的要求保护,发出停车或报警,确保电动机的安全运行。
堵转保护
电动机在起动过程中,由于负荷过大或自身机械原因,造成电动机轴被卡住,而未及时解除故障,将造成电机过热,绝缘降低而烧毁电机,堵转保护适用于电动机起动发生此类故障时进行保护,当电流达到动作设定电流时,保护器及时在动作(延时)设定时间内动作或报警,避免电机烧毁。
欠载(欠流)保护
当电动机所带负载为泵式负载时,电动机空载或欠载运转会产生危害,保护器提供欠载保护,三相的平均电流与额定电流的百分比低于欠载设定值时,保护器应在动作(延时)设定时间内动作或报警。
外部故障保护
当保护器检测到外部故障出现,外部故障开关量有故障信号输入时,保护器按照设定的要求保护,确保电动机设备安全。
阻塞保护
阻塞保护适用于电动机运行过程中发生卡死。当电流达到动作设定电流时,保护器及时在动作(延时)设定时间内动作或报警,避免电机烧毁。
起动超时保护
电动机起动时间到后,若保护器检测到电动机回路电流仍未下降到110%Ie以下,启动该保护。针对增安电机,起动时间整定不得超过 1.7倍tE 时间。
剩余电流保护(接地/漏电)
保护器同时具备接地保护和漏电保护功能,二者只能选一种。接地保护自动计算剩余电流不需要外接互感器,用于保护相线对电动机金属外壳的短路保护。漏电保护电流是通过增加漏电互感器,检测出30mA-900mA的故障电流,主要用于非直接接地的保护,以保证人身安全。
相序保护
当保护器检测到电动机的电压相序错误时,闭锁电动机起动,保护电动机安全。
欠压保护
电压过低会引起电动机转速降低,甚至停止运行,当主回路电压低于设定的欠电压保护值时,保护器按设定的要求进行保护,在动作设定时间内动作或在报警,以避免重要的生产工艺造成混乱,严重影响生产。
过压保护
电压过高引起电动机绝缘程度损伤,当主回路电压超过设定的保护电压时,保护器按设定的要求进行保护,在动作设定时间内动作或在报警,以保证电动机设备安全。
欠功率保护
电动机由于传动装置损坏,失去机械输出能力,欠载运行,电动机功率因数较低,但电动机电流很大,大量消耗系统的无功,当负载功率与额定功率的百分比低于设定动作值时,保护器在动作设定时间内动作或报警。
温度保护
保护器通过检测预埋在电动机绕组上的 PTC热敏电阻的阻值变化,来实现温度保护功能。
温度保护用于低压(380V)小容量的电动机上,作为长时间过负荷、变负荷和反复短时运行过负荷、断相、三相不平衡、电源频率变化、通风不良、环境温度过高等引起的电机温度过高的保护。
欠/失电重起(抗晃电)
“晃电”指的是由于雷击、短路或其它原因造成的电网短时电压波动或短时断电现象。当现场电动机因晃电而停机时,如电网电压在允许的时间内恢复正常(回到设定的恢复电压以上),保护器再起动被晃停的电机,如电网电压在允许的时间内没能恢复正常,则保护器将闭锁程序,不再起动电动机。
Te 时间保护(适用于增安型电动机)


问:电动机保护器的选型方法?
答:1、电机方面:要先了解的型号规格、电动机功能特性、防护型式、额定电压、额定电流、额定功率、电源频率、绝缘等级等。这些内容基本能给用户如何正确使用和维护及选型保护器提供了参考依据。
2、环境条件:主要指常温、高温、高寒、腐蚀度、震动度、风沙、海拔、电磁污染等。
3、电动机用途:主要指拖动机械设备要求特点,如风机、水泵、空压机、车床、油田抽油机等不同负载机械特性。
4、控制系统方面:控制模式有手动、自动、就地控制、远程控制、单机独立运行、生产线集中控制等情况。启动方式有直接、降压、星三角、频敏变阻器、变频器、软起动等启动方式。
5、其他方面:用户对现场生产监护管理是比较随意还是严谨,非正常性的停机对生产影响的严重程度等。
-/gbaddhi/-

http://www.ankeruidq.com

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