微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 嵌入式设计 > 基于CAN 总线的电动机保护器的研究

基于CAN 总线的电动机保护器的研究

时间:07-01 来源:互联网 点击:

1 引言   

电动机是现代工农业生产的主要动力,而异步电动机由于结构简单、成本低、机械性能满足大多数生产机械的要求,因此应用范围更加广泛。但异步电动机经常在高温、高湿、多尘埃的环境中工作,容易发生堵转、短路、断相等故障,因此,设计设计性能优越的保护装置,对于电动机的安全使用具有很重要的意义。

目前,异步电动机保护主要采取热继电器型的过流保护,这种保护灵敏度低,切除故障时间长,往往在保护动作后电动机已经损坏。随着单片机技术、通信技术的发展,以及智能化电动机保护技术研究的深入,促使电动机保护器朝着通信网络化、保护装置微机化、保护功能集成化等方面发展。

2 电动机常见故障分析以及保护措施   

电动机故障按对称与否分为对称故障和不对称故障两种。对称故障有过载、堵转、三相短路等,这类故障对电动机的影响主要是电流增大而引起热效应;不对称故障又分为接地和不接地两类,非接地故障包括断相、逆相、相间短路,接地故障包括单相接地和二相接地。对称分量法是分析电动机不对称分量的常用方法。一组不对称的三分量可以分解为正序、负序、和零序三组对称的三分量,各序分量各自单独存在。电动机发生不对称故障时,将不对称三相电压和不对称三相电流分别用它们的三相分量代替,从而相应地形成正序、负序和零序三个等值网络,然后进行故障分析。假设己知不对称三相电流为IA,IB,IC ,电流的正序、负序和零序分量各为A1 A2 A0 I ,I ,I (以A 相为例),根据对称分量法,有式(1)或者式(2)所示的关系(因对称关系,相序量只写出A 相)。

对于电动机的不对称故障问题,如断相、相间短路、单相接地、两相接地短路等,借助于对称分量法分析比较简单,即任意一组不对称正弦量分解为三个平衡分量(正序分量/负序分量和零序分量),然后把各个分量对电动机所产生的影响分别计算,再把所得的结果叠加。

发生不对称故障时,电动机电流可分解为正序、负序和零序分量。当电动机三相对称时,负序和零序电流为零,而发生不对称故障时则会显著增加,因此在检测电动机过流程度的同时,以序分量为基础,检测负序和零序电流的大小。这样不但能更好地反应电动机的运行状况,还可以大大提高保护动作的灵敏度和可靠性。

3 CAN 总线简介以及节点组成   

控制局域网络 CAN 是一种串行通信协议,能有效地支持具有很高安全等级的分布式实时控制。它由物理层和数据链路层两部分组成,而数据链路层又包括逻辑链路控制子层和介质访问控制子层。CAN 总线的应用范围很广,从高速的局域网络到低价位的多路配线都可以使用CAN 总线。CAN 总线型结构是一种适合工业现场自动控制的计算机局域网络。在网络的层次结构中,数据链路层和物理层是保证通信质量不可缺少的部分,CAN 控制器就用来完成这个任务,对外CAN 控制器提供了与微处理器的物理线路的接口,通过对它的编程,CPU 可以设置不同的工作方式,控制它的工作状态,进行数据的发送和接收,并把应用层建立在它的基础之上。CAN 总线高速发送接收器,又称总线驱动器,提供了CAN控制器与物理总线之间的接口,以及对CAN 总线的差动发送和接收功能。

4 硬件设计   

该保护器的硬件电路主要有四部分:保护单元、通信单元、人机接口单元和主监控通信单元。硬件设计原理图如图1 所示:

保护单元由数据采集与转换模块和与控制微处理器组成。前者包括电压互感器、电流互感器(采用三相电压和各个电流信号)、低通滤波电路、电压偏置电路和电压跟随器等电路,本单元可以实现模数转换、报警、显示以及设置等功能。

通信单元是由一块双RAM 芯片负责保护单元与通信单元之间的数据连通。微处理器P87C52X2 将通信单元的核心,一方面保证与保护单元的数据通讯,另一方面负责处理与CAN 总线的通信。CAN 控制器采用SJA1000,CAN 驱动器采用TJA1050,这两个器件负责完成保护单元与CAN 总线的物理连接和数据传送工作。

主监控单元是电动机智能保护系统的核心,它接收来自现场保护控制单元传来的电动机状态和控制信息,同时根据需要向现场控制单元发出指令。它由一块RS232-CAN 适配器和上位机PC 组成,RS232-CAN 适配器是基于串行通信协议的适配器,负责上位机与CAN总线的通信。人机接口单元通过串行接口与保护单元连接,它包括看门狗模块、定时时钟模块、键盘输入模块、液晶显示模块、指示灯与复位按钮等。

5 算法介绍及软件设计   

在算法上,要综合考虑计算精度和计算速度。根据研究情况和经验,本文采用周期函数的傅立叶算法。傅立叶算法用于提取基波分量或

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top