CN203026915U - 智能型低压电动机保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能型低压电动机保护器，它以数字信号处理器(DSP)为核心，由采样电路，频率跟踪电路、LCD/LED显示电路、保护器控制电路、EEPROM、键盘输入模块、通信接口电路所组成，其特点是利用数字信号处理器高速的运算能力实现低压电动机过载、堵转、阻塞、接地、相序错、短路、不平衡、断相、欠载、欠压、过压、欠功率等故障的多参数综合保护，运用信号离散采样、数字校准、高速运算、程序逻辑判断实现简化***硬件电路设计、降低成本的同时，提高控制器的精度、可靠性和抗干扰能力。

Description

智能型低压电动机保护器

技术领域

本实用新型涉及一种低压电动机保护装置，特别是一种低压电动机保护装置。

背景技术

电动机作为一种拖动机械，由于供电状态和生产负荷的多变性以及电动机经常在频繁起动、制动、正反转等工作条件下运行，会使电动机容易发生过载、堵转、阻塞、接地、相序错、短路、不平衡、断相、欠载、欠压、过压、欠功率等故障，其故障诊断和故障保护对自动控制的可靠性及安全性就变得尤为重要。传统的电动机保护装置大多采用单片机进行控制，由于其运算速度低，无法实现复杂控制算法，有些只能应用***硬件电路来实现，存在着电路结构复杂、精度差、功能单一、成本高、抗干扰能力差等缺点。例如，三相电动机中相序的判断是由为重要的，相位判别法采用比较器来识别各相电压的过零点，然后通过捕捉方式来得到它们过零点之间的时间差(即相位差)，从而可以判断其各相相序之间的关系。这些硬件电路的存在不仅提高了控制器的成本，容易受谐波、零点漂移等因素的影响，而且使得程序的判断算法过于繁琐。使得控制器的性能和可靠性大大降低。

发明内容

本实用新型目的在于克服上述技术存在的不足，提供一种以低成本高速数字信号处理器为核心，简化***硬件电路，采用数字校准精度、数字滤波提高精度和抗干扰性的智能型低压电动机保护器。

为实现上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

本实用新型所述的智能型低压电动机保护器，以数字信号处理器(DSP)为核心，由采样电路，频率跟踪电路、LCD/LED显示电路、保护器控制电路、EEPROM、键盘输入模块、通信接口电路所组成，其特征是：采样电路由电压传感器、带通滤波和电流传感器、带通滤波所构成，采样电路将电机的工作电压和电流转化为小信号并经二阶带通滤波后与数字信号处理器(DSP)的A/D口相连，电压小信号经频率跟踪电路与数字信号处理器(DSP)高速捕获口相连；LCD/LED显示电路和键盘输入模块与数字信号处理器(DSP)的I/O口相连提供数据的显示、整定及校准界面；保护器控制电路与数字信号处理器(DSP)的I/O相连，用于电动机的起停控制、故障保护及报警；EEPROM与数字信号处理器(DSP)的I²C口相连；通信接口电路与数字信号处理器(DSP)的UART口相连。

作为优选，所述的数字信号处理器(DSP)为TMS320F28015芯片，具有低成本、高性能等优点。

作为优选，所述的数字信号处理器(DSP)，具有16路12位ADC、32kB程序空间、12kB RAM空间，并设置有内部看门狗电路、内部基准电路、内部定时器、高速捕获端口和I²C\SPI\UART接口。数字信号处理器(DSP)的处理速度可达40MIPS。

作为优选，所述的通信接口电路，采用带隔离功能RS-485通讯芯片DM2483BRW。

本实用新型由于将采样电路转化的电压信号利用数字信号处理器(DSP)进行高速离散化采集，对采集的离散信号进行高速运算和逻辑判断，能有效地实现电机故障保护和控制功能。

经过上述设计后的本实用新型，与现有技术相比，具有以下优点：

1、采样电路采用二阶带通滤波电路，对传感器采集信号进行和滤波处理，大大提高可靠性和抗干扰能力。

2、利用数字信号处理器高速运算能力和逻辑判断能力，通过软件算法来实现电流、电压有效值、有功功率的测量及校准；过载能量的累积计算；电流不平衡度的计算。从而实现过载、堵转、阻塞、断相、不平衡、欠载、欠压、过压、欠功率保护，省去相关硬件电路的设计、节约成本、提高了可靠性。

3、利用数字信号处理器高速采集和运算能力，利用采集的各相电流的离散信号和软件矢量和算法，实现接地电流的监测，利用纯软件的方式实现接地电流的计算，实现了接地故障的保护，简化电路的设计。

4、利用数字信号处理器高速采集和运算能力，利用采集的各相电压的离散信号和软件相序判别算法，实现相序的监测，利用纯软件的方式实现相序的判断，实现了相序错保护，简化电路的设计。

5、数字信号处理器根据频率***检测的频率进行32分频或64分频后对A/D进行周波数据采集，能够自动跟踪电网频率变化，可适用于50Hz或60Hz电网。

附图说明

图1是本新型实用的电路示意框图

图2是本新型实用智能型低压电动机保护器一种实施例的电路原理框图

图中：1---采样电路         2---频率跟踪电路

3---数字信号处理器(DSP)    4---LCD/LED显示电路

5---保护器控制             6---EEPROM

7---键盘输入模块           8---通信接口电路

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体说明，但并不是对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示，本实用新型所述的智能型低压电动机保护器，以数字信号处理器(DSP)(3)为核心，由采样电路(1)，频率跟踪电路(2)、LCD/LED显示电路(4)、保护器控制电路(5)、EEPROM(6)、键盘输入模块(7)、通信接口电路(8)所组成；采样电路(1)由电压传感器、带通滤波和电流传感器、带通滤波所构成，采样电路(1)将电机的工作电压和电流转化为小信号并经二阶带通滤波后与数字信号处理器(3)的A/D口相连，同时将滤波后的一路的电压信号经频率跟踪电路(2)与数字信号处理器(DSP)(3)高速捕获口相连；LCD/LED显示电路(4)和键盘输入模块(7)与数字信号处理器(DSP)(3)的I/O口相连，通过程序控制来实现数据的显示、整定及校准界面，提供良好的人机界面。保护器控制电路(5)由开关量输入和输出两部分组成，通过光电隔离后与数字信号处理器(DSP)(3)的I/O相连，用于电动机的起停控制、报警及故障保护；EEPROM(6)与数字信号处理器(DSP)(3)的I²C口相连，用来存储保护器整定参数、故障记录及校准参数；通信接口电路(8)与数字信号处理器(DSP)(3)的UART口相连。

如图2所示：本实用新型所述的智能型低压电动机保护器核心采用TI公司推出低成本高性能数字信号处理器(DSP)(3)TMS320F28015，它具有100个引脚，带有16路12位A/D端口(AN0～AN7，BN0～BN7)，两路高速捕获端口(ECAP1、ECAP2)，I2C接口SDA和SCL，通讯接口SCIRXDA和SCIRXDA，34个通用I/O接口(GPIO00-GPIO34，包含显示I/O接口和输入、输出驱动I/O接口)。

采样电路(1)由三路电流信号转换电路、三路电压信号转换电路组成(这里分别对其中A相电压、A相电流转换电路进行描述)。电流信号转换电路将电机工作电流经互感器CT1和采样电阻R1相连，转化成小电压信号，再将该小电压信号分别通过高倍、低倍两个二阶带通电路滤波放大后通过限流电阻R36、R30直接与数字信号处理器(DSP)(3)的A/D口AN0、AN1相连接，当电机电流小的时候用高倍通道进行采集，其中通过R31、R34来控制放大倍数，其放大倍数为(R34/2*R31)，通过R31、R32、R33、R34、C16、C17来控制该带通滤波器的中心频率。当电机电流大的时候用低倍通道进行采集，其中通过R25、R28来控制放大倍数，其放大倍数为(R28/2*R25)，通过R25、R262、R27、R28、C13、C14来控制该带通滤波器的中心频率。电压信号转换电路将电机的三相工作电压经互感器PT1和采样电阻R4相连，转换成小电压信号，再将该小电压信号通过个二阶带通电路滤波放大后通过限流电阻R48直接与数字信号处理器(DSP)(3)的A/D口AN6相连接。其中，通过R43、R46来控制放大倍数，其放大倍数为(R46/2*R43)，通过R43、R44、R46、C22、C23来控制该带通滤波器的中心频率。C36、C37为+3.3V、的滤波电容；Vref为抬高电压，其电压值接近数字信号处理器(3)内部参考电压的1/2。

频率跟踪电路(2)由电阻R68、R71、集成电路U3D(MCP6004)组成，交流电压信号经将经二阶带通滤波后的电压信号连接至R68，接入频率跟踪电路，频率跟踪电路转换成方波信号后输入数字信号处理器(3)高速捕获口，数字信号处理器(DSP)(3)根据捕获的方波信号计算出电网电压电流的频率和周期，对其进行64分频后用于A/D转换启动间隔时间，从而达到自动跟踪电网频率变化，可适用于50Hz或60Hz电网。

EEPROM(6)由滤波电容C20、集成电路24LC04B组成，通过I²C总线的形式与数字信号处理器(DSP)(3)连接，用来存取保护器整定参数、故障记录及校准参数。数据存取是通过LCD/LED显示电路(4)和键盘输入模块(7)操作，提供良好的人机界面来实现的。如若想要对该保护器的电压、电流等参数进行修正，则可以通过键盘输入模块(7)操作使LCD/LED显示电路(4)显示当前进入操作的画面并显示修正结果。

保护器控制电路(5)由开关量输入和输出两部分组成，通过光电隔离后与数字信号处理器(DSP)(3)I/O相连。其中开关量输入主要包括电机的起动停止信号、电机的运行状态信号、控制电路故障反馈信号等；开关量的输出电机的起动停止命令、故障报警输出、过载跳闸命令等。通过开关量的输入和输出来控制电动机的起停、报警及故障保护等功能。

通信接口电路(8)采用带隔离功能RS-485通讯芯片DM2483BRW。LCD/LED显示电路(4)、和键盘输入模块(7)与数字信号处理器(DSP)(3)通用I/O口相连。此部分电路采用本领域公知技术设计，本实施例不做详细描述。

Claims (4)

1.一种智能型低压电动机保护器，以数字信号处理器DSP为核心，由采样电路，频率跟踪电路、LCD/LED显示电路、保护器控制电路、EEPROM、键盘输入模块、通信接口电路所组成，其特征是：采样电路由电压传感器、带通滤波和电流传感器、带通滤波所构成，采样电路将电机的工作电压和电流转化为小信号并经二阶带通滤波后与数字信号处理器DSP的A/D口相连，电压小信号经频率跟踪电路与数字信号处理器DSP高速捕获口相连；LCD/LED显示电路和键盘输入模块与数字信号处理器DSP的I/O口相连提供数据的显示、整定及校准界面；保护器控制电路与数字信号处理器DSP的I/O相连，用于电动机的起停控制、故障保护及报警；EEPROM与数字信号处理器DSP的I²C口相连；通信接口电路与数字信号处理器DSP的UART口相连。 

2.根据权利要求1所述的智能型低压电动机保护器，其特征是所述的数字信号处理器DSP为TMS320F28015芯片。 

3.根据权利要求2所述的智能型低压电动机保护器，其特征是所述的数字信号处理器DSP，具有16路12位ADC、32kB程序空间、12kBRAM空间，并设置有内部看门狗电路、内部基准电路、内部定时器、高速捕获端口和I²C\SPI\UART接口。 

4.根据权利要求1所述的智能型低压电动机保护器，其特征是所述的通信接口电路，采用带隔离功能RS-485通讯芯片DM2483BRW。 

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