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产品描述

ARD2F智能电动机保护器
ARD2F智能电动机保护器是安科瑞电气股份有限公司自主研发的产品,适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶以及民用建筑等领域。采用单片机技术,具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的起动超时、过载、堵转、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、过压、欠压、温度、tE保护等多种情况进行保护,设有SOE故障事件记录功能,方便现场维护人员查找故障原因,并通过LCD中文液晶显示屏、状态指示灯等各种方式,将电机的运行状态清晰、直观地显示出来。该保护器具有RS485远程通讯接口,DC4~20mA模拟量输出,方便与PLC、PC等控制机组成网络系统,实现电动机运行的远程监控。
下面以安科瑞电气股份有限公司ARD2F产品为例,介绍ARD2F智能电动机保护器的功能和技术参数。
符合标准
GB14048.1-2000低压开关设备和控制设备总则
GB14048.4-2003低压开关设备和控制设备 机电式接触器和电动机起动器
GB/14048.5-2001低压开关设备和控制设备 控制电路电器和开关元件,第1部分:机电式控制电路电器
GB/T17626.4-2006电速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T17626.5-2006浪涌(冲击)抗扰度试验
适用环境
工作温度:-10℃~+55℃
储存温度:-20℃~+65℃
相对湿度:5%~95%不结霜
海拔:≤2500m
污染等级:2级
防护等级:IP20
安装类别:III级
运用场合:煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域
选配功能
Q — 起动控制(包含K功能)
K —开关量输入
T — 温度保护
J — 报警
C — 通讯接口
L — 漏电保护
M — 4~20mA模拟量输出
U — 电压功能
SR — SOE事件记录
技术参数
保护器辅助电源
AC85V-265V/DC100V-350V
功耗5VA
电机额定工作电压
AC380V/AC660V,50Hz
电动机额定工作电流
1.6A(0.4A-1.6A) (采用小型专用电流互感器)
6.3A(1.6A-6.3A)(采用小型专用电流互感器)
25A(6.3A-25A)(采用小型专用电流互感器)
100A(25A-100A)(采用小型专用电流互感器)
250A(63A-250A)(采用专用电流互感器)
800A(250A-800A)(采用专用电流互感器)
继电器输出触点,额定负载容量
4路,AC250V,3A;DC30V,3A
开关量输入
12路,光耦隔离
SOE事件记录容量
8个事件记录
通讯
RS485 Modbus协议
智能电动机保护器安装尺寸 (单位mm )
ARD2F主体安装方式为标准35mm导轨式安装
ARD2F显示模块安装方式为嵌入式,外形尺寸为90mm*70mm,开孔尺寸为 86mm*66mm,LCD液晶显示(90FL)。
范例
型 号:ARD2-25/CKSR
辅助电源:AC220V
电机额定电流:6.3A~25A
应用场合:三相电机
测量参数:三相电流、三相平均电流
附加功能:RS485通讯、2路开关量输入、8个事件记录
型 号:ARD2F-25/CJMQTSR+90FL
辅助电源:AC220V
电机额定电流: 6.3A~25A
应用场合:三相电机
测量参数:三相电流、PTC电阻值
附加功能:起动控制、温度保护、报警输出、RS485通讯接口、Modbus协议、4-20mA模拟量输出、8个SOE事件记录
显示方式:90FL(中文液晶显示)
型 号:ARD3-250/CLTUEpSR+90L
辅助电源:AC220V
电机额定电流: 63A~250A
应用场合:三相电机
测量参数:三相电流、线电压、有功功率、功率因数、剩余电流、电能
附加功能:RS485通讯接口、Modbus协议、漏电保护、温度保护、过压保护、欠压保护、相序保护、欠功率保护、8个SOE事件记录
显示方式:90L(中文液晶显示)
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
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)
选用电动机保护装置的目的,既能使电动机充分发挥过载能力,又能免于损坏,而且还能提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性。

由于电压不稳,断相过流等很多原因,使电机损坏,导致工作不正常,就要对电机加以保护,于是就有了电机保护器。
简易型电动机保护器的设计
摘要:本文介绍了一种以ARM为核心的智能电动机保护器,设计了相关信号处理电路、显示电路、I/O控制电路及通信电路,编写了相关电动机故障保护算法软件。市场应用表明,该电动机保护器能够保证电动机的可靠运行。
0、引言
随着电子技术的不断发展,电动机保护器正朝着智能化、数字化、综合化的方向发展。目前,市场上常规的综合型电动机保护器大都具备了比较齐全的保护功能,但体积较大、安装不便且价格十分昂贵,这使得综合型电动机保护器的推广受到很大局限。在采矿场所,受到现场空间限制,且只需要基本的电动机保护功能,为解决上述问题,研制一种符合国家标准并且高性价比的电动机保护器很有必要。本文以ARM为处理器,开发了一款经济实用的简易型低压电动机保护器。
1、设计依据及功能
简易型低压电动机保护器包括以下功能:
(1)基本保护功能:断相、启动超时、反时限过载、接地、三相不平衡、堵转、阻塞、短路、过压等保护功能,符合GB14048.4、GB14048.6等标准。
(2)选配保护功能:可选配外部故障、漏电、定时限过载、欠载、欠压等保护功能,符合GB14048.4、GB14048.6等标准。
(3)测量和通信功能:可测量三相电流、剩余电流、三相电压;具有RS485通信接口,采用Modbus通信协议,通信符合GBZ19582.1、GBZ19582.2标准。
(4)DI/DO、变送输出功能:支持2路DI、4路DO;支持1路4~20mA变送输出。
(5)安装方式:采用导轨安装或螺丝固定安装,3种额定电流规格分别为5A、25A、100A。
2、硬件方案
简易型电动机保护器采用低成本设计方案,整个系统由中央处理单元、电源模块、信号处理单元、按键模块、显示模块、I/O控制模块、变送输出模块、通讯模块等构成。
2.1信号处理单元
信号处理单元电路如图2所示,经过基准电压信号Vref将传感器检测的信号抬升,限定在0~3.3V信号内,输入中央处理单元,实现交流采样。为保证交流采样的精度,采用了分档处理交流信号的方式,在输入大信号时,信号经过抬升并滤波后直接进入CPU进行采样处理;在输入小信号时,信号抬升后需经过运算放大器信放大并滤波后进入CPU进行采样处理。
2.2控制模块
控制模块由开关量输入和继电器输出构成。开关量输入采用保护器内部提供的15V电源供电,并采用光耦隔离来增强开关量输入抗干扰性和满足保护器工频耐压的要求,开关量输入用于外部开关状态的监测。继电器输出采用性能稳定可靠、使用寿命长的继电器。继电器输出电路示意图如图3所示,为了增强抗干扰的要求,采用光耦进行隔离,ULN2003A可以输出500mA电流,可承受50V电压,内部集成的续流二极管为继电器线圈断电瞬间产生的较高感应电压提供了续流回路,继电器输出用于故障脱扣、故障报警和远程起动等信号的输出。
3、软件方案
保护器的主程序主要包括A/D采样、计算显示、基本保护、按键处理、I/O控制、变送输出及通信等程序。主程序采用模块化设计,具有可移植性强的特点。
主程序经过初始化后,执行A/D采样程序。在A/D采样程序中对电动机三相电流、三相电压、剩余电流进行采样,采样周期结束后,根据采样得到的电动机三相电流值、三相电压值、剩余电流值计算当前电动机的电流值和电压值,随后判断当前电动机的运行状态,当电动机此时为运行状态时,执行电动机保护子程序。
在保护子程序中,根据采样计算得到的电流值电压值判断电动机是否有故障发生,若没有故障发生则返回主程序,若有故障发生时,判断发生哪种类型电动机故障,执行相应的故障处理,并将故障类型在保护器界面上显示。
保护子程序执行后,进入显示值计算子程序,计算三相电流、平均电流、三相电压及剩余电流等参数显示值。显示值计算子程序执行后,进入按键处理子程序,实现人机交互。
按键处理子程序执行后,进入显示子程序。在没有按键处理时,显示电动机当前平均电流值;在有按键处理时,显示与按键功能相对应的参数值。当电动机发生故障时,显示相应故障码及故障报警脱口指示灯。
显示子程序执行后,进入I/O控制程序,在电动机发生故障时,控制继电器输出常闭触点脱扣断开,切断电动机供电,使电动机停车。I/O控制程序执行后,进入变送输出子程序,可选择三相电流、平均电流、三相电压、频率中任一参数转换成4~20mA模拟信号输出。
变送输出子程序执行结束后,进入通信子程序。首先判断是否接收到上位机发送的命令数据,接收到命令数据后,根据标准Modbus协议判断命令中地址码是否为保护器本机地址,若是本机地址,向上位机回送相应的参数数据。
4、应用实例
某水泥厂由于水泥生产流程复杂,电动机装置数量较多,选用简易型电动机保护器来对现场电动机设备进行有效保护,既能使电动机充分发挥其过载能力,又能提高电力拖动系统的可靠性和生产过程的连续性。水泥厂采用保护器用于电动机保护控制回路,取代热继电器等作为电动机的过载保护和控制元件,并且利用通讯技术,实现了水泥生产中电动机设备控制的自动化,使水泥厂大型设备的电动机得到了有效保护和控制。
5、结语
随着电动机保护器的应用,市场对产品的需求在不断地变化。针对市场对经济型电动机保护器的需求,研发了一款经济实用的简易型电动机保护器。简易型保护器是以ARM为核心的智能化、数字化电动机保护器,对电动机发生起动超时、过载、断相、
低压智能电动机保护器的可靠性设计
摘 要:针对低压智能电动机保护器在实际使用中遇到的各种电磁兼容问题,根据微处理器系统的特点从硬件和软件两个方面,提出了抗干扰方法,获得了良好的EMC性能。
关键词:微处理器;EMC电磁兼容性;软件;硬件;抗干扰
1、引言
电动机作为一种拖动机械因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点,在国民经济各个方面被广泛采用。在当代,随着电子技术的发展和智能电动机保护器技术的成熟而普及率越来越高。
智能电动机保护器采用了微处理器技术,不仅解决了传统的热继整定粗糙、不能实现断相保护,重复性差、测量参数误差大的缺点。保护器通过电流来判断断相故障,软件模拟热积累过程的方法来实现过载保护等方法保证了电机的可靠运行,而微处理器强大的扩展性包括开关量输入、继电器输出,4~20mA变送输出、RS485通讯等很好的满足了控制系统的“四遥”功能。
电动机保护器提高了电动机运行的可靠性和系统智能化要求,因此保护器的可靠运行起着举足轻重的作用,同时也对保护器抗外界干扰提出了比较现实的要求。下面就从硬件和软件两个方面提出可靠性设计。
2、硬件可靠性设计
2.1 微处理的选择
采用Freescale公司的高性能处理器MC9S08AW60。MC9S08AW60是Freescale公司一款基于S08内核的高度节能型处理器,是一款认可用于汽车市场的微控制器。可应用在家电、汽车、工业控制等场合,具有业内的EMC性能。
2.2 电源端滤波处理
利用电磁原理进行硬件电路滤波是提高保护器EMC的有效方法。线路如下图,经热敏电阻t、压敏电阻RV1、电感L1、L2、差模电容C1、共模电感L3、共模电容C2、C3组成的两级滤波处理,很好的隔离了由于电源端的输入和输出干扰。PTC热敏电阻器的主要用于过流过热保护,直接串在负载电路中,在线路出现异常状况时,能够自动限制过电流或阻断电流,当故障排除后又恢复原态,俗称“万次保险丝”。根据线路的工作电流来确定选择。压敏电阻主要用于吸收各种操作浪涌及感应雷浪涌过压保护,以防止这类过电压干扰或损坏各种电路元件。根据设计经受的浪涌电压按照*允许使用电压和通流容量来选择。其中,L1、L2、C1为抑制差模干扰,L3、C2、C3为抑制共模干扰。L1、L2铁芯应选择不易饱和的材料及M-F特性优良的材料。按照IEC-380安全技术指标推荐,图中元件参数的选择范围为:C1=0.1~2uF;C2、C3=2.2~33uF;L3为几个或几十毫亨,随工作电流不同而取不同的参数值。
按照下面公式计算C2、C3的容量:
Ii=2πfCyU
式中:Ii───允许的交流漏电流
f───电源频率;
U───电源供电电压;
为电源端是否使用滤波器,使用瑞士TRANSIENT 2000电磁兼容测试仪1000V 100KHZ 0.75mS条件EFT群脉冲实验,从TEXtronix TDS1012B捕抓到的信号比较,未使用滤波处理的电源输出端产生了尖峰脉冲,会导致微处理器复位,甚至死机。
2.3 信号端处理
谐波和电磁辐射干扰会导致保护器误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无**常工作。在电动机控制回路中产生该类干扰源为变频器和现场对讲机。解决的方法有:一是信号输入线胶合,胶合的双胶线能降低共模干扰,由于改变了导线电磁感应的磁通方向,使其感应互相抵消。二是内部线路处理。如下图,采用双差分输入的差动放大器,具有很高的共模抑制比。在输入回路中接RC滤波器、信号的输入和输出端使用专用器件、降低输入输出阻抗、可靠接地和合理的屏蔽等措施。
2.4 保护输出端处理
输入输出端采用光电隔离的方法,也是可以消除共模干扰,同时在保护继电器的的输出端并接压敏电阻,有效的提高了继电器的寿命,也降低了由于外部接触器动作对内部的干扰。考虑到客户使用控制电压的不确定性和接触器线圈容量,确认使用MYG14D821。
2.5 外部存储技术和看门狗保护电路
使用外置存储芯片X25043,SPI接口。微处理器内置SPI控制模块,方便的与该芯片接口,外部存储技术保证了运行状态和事件的记录。低电压复位和外部看门狗提高了保护器的可靠性。
2.6 主体与显示单元通过RS485连接
考虑到使用环境的特殊性和要求的多样性,主体与显示单元之间连接也采用RS485 Modbus-Rtu协议连接,提高了显示与控制的可靠性。
3、软件可靠性设计
3.1 实时多任务的调度
保护器起着保护电动机的重任,对它的要求是既不能误动,也不能拒动,而且必须快速。实时多任务的调度实际是通过时间片的轮换实现宏观上的多任务效果。对于保护器而言,存在着三个重要的任务,等间隔的交流采样,根据算法得到稳态与暂态电量数据;根据得到的数据判断故障,故障计时、清零和脱扣输出;人机交互界面。下图以一个周波T=20mS,32点采样为例(考虑到快速除法),32次采样总时间为3.2mS,数据计算时间为9.72mS, 计时0.36mS,则人机交互的时间为6.72mS。这样的任务调度即满足了保护实时性要求,又较快的响应了参数设置。
3.2 软件陷阱
程序是固化在微处理器的存储器中,由编译器统一安排,但设计时,设计人员考虑到产品的扩展性,一般留有余量,也因此总有些存储空间会未被使用。当微处理器的PC指针因为干扰被错置时,系统就会出错。软件陷阱就是在不用的存储空间、中断入口、子程序后加入强制跳转指令,让出错的PC指针恢复正常。
方法是: NOP NOP JSR MAIN
4、结束语
本文针对低压智能电动机保护器在实际使用中遇到的各种电磁兼容问题,根据微处理器系统的特点从硬件和软件两个方面,提出了抗干扰方法,获得了良好的EMC性能。

电机保护器如今已由过去的机械式发展为电子式和智能型,灵敏度高,可靠性高,功能多,调试方便。可直接显示电动机的电流、电压、温度等参数,保护动作后故障种类一目了然,极大方便了故障的判断,有利于生产现场的故障处理和缩短恢复生产时间。

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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