台州电动机保护器 个性定制 价格实惠
  • 台州电动机保护器 个性定制 价格实惠
  • 台州电动机保护器 个性定制 价格实惠
  • 台州电动机保护器 个性定制 价格实惠

产品描述

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。

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。

ARD2智能电动机保护器
ARD2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,可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。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过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、外部故障等多种情况进行保护,并设有SOE故障事件记录功能,方便现场维护人员查找故障原因。
下面以安科瑞电气股份有限公司ARD2产品为例,介绍ARD2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电快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
C — 通讯接口
L — 漏电保护
M — 4~20mA模拟量输出
K — 2路开关量输入(外部故障保护)
SR — SOE事件记录
技术参数
保护器辅助电源
AC85V-265V/DC100V-350V
功耗3VA
电机额定工作电压
AC380V,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
2路,AC250V,3A;DC30V,3A
开关量输入
2路,光电隔离
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 )
ARD2主体安装方式为嵌入式,外形尺寸为96mm*48mm,开孔尺寸为 91mm*44mm,进深131mm
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)

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。
为什么电动机过载保护器会不工作?
电动机过载保护器在电路工作正常时不动作,而当电流超越某一整定值时衔铁才发作吸合动作,带动触点动作。

而对于普通的交流异步电机而言,一般采用继电器,接触器,空开,热继电器,保险等器件来组成保护器。


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

产品推荐