基于TMS320F2812的高压电机保护装置

在目前应用的电机保护装置中，基于热继电器的保护和基于晶体管集成电路的保护之所以逐渐被淘汰，主要是它们不具有通信接口，不能和其他系统通讯，形成了"信息孤岛"，与目前生产现场信息化、网络化趋势的要求相矛盾。基于普通单片机的电机保护装置一般都具有通信接口，主要是RS232或RS485接口，尤其以RS232接口居多，虽然在一定程度上缓解了以上所述的矛盾，但目前在应用电机保护装置比较集中的地方(如火电厂、大型泵站)，现场级大多采用现场总线的通信方式，特别是CAN总线，在这种情况下，具有RS232或RS485接口的基于普通单片机的电机保护装置就很难满足要求，TMS320F2812不仅集成了完全符合RS232标准的双通道串行接口，而且集成了CAN总线模块。文中所述的基于TM S320F2812的高压电机保护装置同时提供了RS232通信接口和CAN总线接口，完美地解决了保护装置与其他系统的通信问题。

　　TMS320F2812中集成的CAN总线模块是增强型CAN(eCAN)模块，支持CAN技术规范20B，最高达1 Mbps速率，并带光电隔离；在基于TMS320F2812的电机保护装置中，设计提供CAN总线 接口是在集成的eCAN模块的基础上，外扩了TI公司的3.3 V CAN总线收发器SN65HVD232，相关电路如图4所示。

　　3软件设计概述

　　传统单片机的开发系统构成大致如下：将仿真器和目标板相接，仿真器代替 目标板上CPU的功能，将应用程序通过与PC相接的电缆下传到仿真器并运行。DSP的开发和传 统单片机的开发有较大的区别，现存DSP芯片基本上都设计了JTAG接口(JTAG接口根据IEEE11. 49.1标准而设计的边界扫描电路，专门用于完成仿真和测试的一套硬件电路)，TI公司在原有IEEE11491标准的基础上又进行了扩充，通过JTAG接口可以实现引脚连通性检验、外围 运行检验、访问片内所有资源、在线仿真、程序下载、厂家测试等。DSP开发装置中所说的 仿真器完成的功能是并行口数据格式向JTAG接口格式的转换；与传统意义上用仿真器暂时去 取代CPU的方式不同。

　　TI公司针对DSP软件开发和仿真调试已经推出了基于不同内核的综合开发平台CCS(Code Comp oser Studio)，针对2000系列内核DSP的综合开发平台是CCS2000，它支持标准C语言、汇编语言和算术助记语言，另外DSP-BIOS的使用和实时数据交换提供了方便快捷的开发环境。基于TMS320F2812的高压电机保护装置的软件开发和仿真调试选用的是CCStudio V2.02，采用标准C语言作为程序设计语言，其编译效率和直接用汇编语言已经没有太大的差距，并且由于在电机保护算法中要运用到大量的浮点运算和三角运算，而TI公司提供的浮点运算库IQMath可以在标准C程序中直接调用，对于普通的浮点乘法运算，其执行周期为20个时钟周期左右，三角函数运算的执行周期用40多个时钟周期，最为复杂的开方运算执行周期也只用60个时钟周期，运算效率相当高，当系统工作频率在150 MHz时，这些浮点运算耗时相当少，有利于提高系统的实时性。

　　4功能设计

　　基于TMS320F2812的高压电机保护装置可实现启动保护、电流速断保护、过流保护、负序电流保护、热过载保护、零序过流保护和低电压保护等主要保护功能。

　　(1)启动保护

　　电机的启动特性变化趋势与电压合闸角、电机负载特性、电机负载大小等因素有关，以往的电机保护大多都是按照躲过启动电流来整定，当启动过程中电流达到整定的最大启动电流时则保护动作，但实际可能会出现以下两种情况：一种是最大启动电流出现在加电后很短的时间内，此后电流急剧下降，很快达到正常状态，这种情况可能是正常的，但根据以上整定，则会出现误动；另一种情况是电机在启动过程中电流没有达到最大启动电流，但迟迟不能达到正常状态，即启动时间过长，而根据以上整定，将不会动作，这时就出现了保护拒动。针对这种情况，

　　这种启动保护算法原理正确，动作可靠，性能良好。

　　(2)电流速断保护和过流保护

　　主要是对电机的短路和运行过程中的堵转提供不同等级的保护功能，并对电机的启动提供后备保护。

　　(3)负序电流保护

　　当电机三相不对称时，将出现较大的负序电流，而负序电流的热效应会使电机过热大增，危及电机的安全运行，装置中提供了定时限负序过流保护和反时限负序过流保护，分别对电机的反相、断相、匝间短路等异常运行工况提供保护。

　　(4)热过载保护

　　根据电机的发热原理设计了一个发热模型，该模型以电流为输入量，考虑到正序和负 序电流的热效应不同，同时也根据电机的散热原理设计了散热模型，发热和散热模型中的 时间常数可以根据现场情况自由整定。

　　(5)零序过流保护

　　零序过流保护主要是为电机的接地故障提供保护。

(6)低电压保