專利名稱：智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，特別是一種低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)作為一種拖動(dòng)機(jī)械，由于供電狀態(tài)和生產(chǎn)負(fù)荷的多變性以及電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在頻繁起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)等工作條件下運(yùn)行，會(huì)使電動(dòng)機(jī)容易發(fā)生過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、接地、相序錯(cuò)、短路、不平衡、斷相、欠載、欠壓、過壓、欠功率等故障，其故障診斷和故障保護(hù)對(duì)自動(dòng)控制的可靠性及安全性就變得尤為重要。傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置大多采用單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其運(yùn)算速度低，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法，有些只能應(yīng)用外圍硬件電路來實(shí)現(xiàn)，存在著電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度差、功能單一、成本高、抗干擾能力差等缺點(diǎn)。例如，三相電動(dòng)機(jī)中相序的判斷是由為重要的，相位判別法采用比較器來識(shí)別各相電壓的過零點(diǎn)，然后通過捕捉方式來得到它們過零點(diǎn)之間的時(shí)間差(即相位差)，從而可以判斷其各相相序之間的關(guān)系。這些硬件電路的存在不僅提高了控制器的成本，容易受諧波、零點(diǎn)漂移等因素的影響，而且使得程序的判斷算法過于繁瑣。使得控制器的性能和可靠性大大降低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于克服上述技術(shù)存在的不足，提供一種以低成本高速數(shù)字信號(hào)處理器為核心，簡化外圍硬件電路，采用數(shù)字校準(zhǔn)精度、數(shù)字濾波提高精度和抗干擾性的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案:本實(shí)用新型所述的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心，由采樣電路，頻率跟蹤電路、IXD/LED顯示電路、保護(hù)器控制電路、EEPR0M、鍵盤輸入模塊、通信接口電路所組成，其特征是:采樣電路由電壓傳感器、帶通濾波和電流傳感器、帶通濾波所構(gòu)成，采樣電路將電機(jī)的工作電壓和電流轉(zhuǎn)化為小信號(hào)并經(jīng)二階帶通濾波后與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的A/D 口相連，電壓小信號(hào)經(jīng)頻率跟蹤電路與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)高速捕獲口相連；IXD/LED顯示電路和鍵盤輸入模塊與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的I/O 口相連提供數(shù)據(jù)的顯示、整定及校準(zhǔn)界面；保護(hù)器控制電路與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的I/O相連，用于電動(dòng)機(jī)的起?？刂?、故障保護(hù)及報(bào)警；EEPR0M與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的I2C 口相連；通信接口電路與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的UART 口相連。作為優(yōu)選，所述的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為TMS320F28015芯片，具有低成本、高性能等優(yōu)點(diǎn)。作為優(yōu)選，所述的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，具有16路12位ADC、32kB程序空間、12kB RAM空間，并設(shè)置有內(nèi)部看門狗電路、內(nèi)部基準(zhǔn)電路、內(nèi)部定時(shí)器、高速捕獲端口和I2C\SPI\UART接口。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的處理速度可達(dá)40MIPS。作為優(yōu)選，所述的通信接口電路，采用帶隔離功能RS-485通訊芯片DM2483BRW。本實(shí)用新型由于將采樣電路轉(zhuǎn)化的電壓信號(hào)利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行高速離散化采集，對(duì)采集的離散信號(hào)進(jìn)行高速運(yùn)算和邏輯判斷，能有效地實(shí)現(xiàn)電機(jī)故障保護(hù)和控制功能。經(jīng)過上述設(shè)計(jì)后的本實(shí)用新型，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、采樣電路采用二階帶通濾波電路，對(duì)傳感器采集信號(hào)進(jìn)行和濾波處理，大大提高可靠性和抗干擾能力。2、利用數(shù)字信號(hào)處理器高速運(yùn)算能力和邏輯判斷能力，通過軟件算法來實(shí)現(xiàn)電流、電壓有效值、有功功率的測(cè)量及校準(zhǔn)；過載能量的累積計(jì)算；電流不平衡度的計(jì)算。從而實(shí)現(xiàn)過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、斷相、不平衡、欠載、欠壓、過壓、欠功率保護(hù)，省去相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)、節(jié)約成本、提高了可靠性。3、利用數(shù)字信號(hào)處理器高速采集和運(yùn)算能力，利用采集的各相電流的離散信號(hào)和軟件矢量和算法，實(shí)現(xiàn)接地電流的監(jiān)測(cè)，利用純軟件的方式實(shí)現(xiàn)接地電流的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了接地故障的保護(hù)，簡化電路的設(shè)計(jì)。4、利用數(shù)字信號(hào)處理器高速采集和運(yùn)算能力，利用采集的各相電壓的離散信號(hào)和軟件相序判別算法，實(shí)現(xiàn)相序的監(jiān)測(cè)，利用純軟件的方式實(shí)現(xiàn)相序的判斷，實(shí)現(xiàn)了相序錯(cuò)保護(hù)，簡化電路的設(shè)計(jì)。5、數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)頻率跟蹤器檢測(cè)的頻率進(jìn)行32分頻或64分頻后對(duì)A/D進(jìn)行周波數(shù)據(jù)采集，能夠自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率變化，可適用于50Hz或60Hz電網(wǎng)。

圖1是本新型實(shí)用的電路示意框圖圖2是本新型實(shí)用智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器一種實(shí)施例的電路原理框圖圖中:1---米樣電路2---頻率跟蹤電路3數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 4LCD/LED顯示電路5保護(hù)器控制6EEPROM7鍵盤輸入模塊8通信接口電路
具體實(shí)施方式
:下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明，但并不是對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。如圖1所示，本實(shí)用新型所述的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)為核心，由采樣電路⑴，頻率跟蹤電路⑵、LCD/LED顯示電路(4)、保護(hù)器控制電路(5) ,EEPROM(6)、鍵盤輸入模塊(7)、通信接口電路⑶所組成；采樣電路⑴由電壓傳感器、帶通濾波和電流傳感器、帶通濾波所構(gòu)成，采樣電路(I)將電機(jī)的工作電壓和電流轉(zhuǎn)化為小信號(hào)并經(jīng)二階帶通濾波后與數(shù)字信號(hào)處理器(3)的A/D 口相連，同時(shí)將濾波后的一路的電壓信號(hào)經(jīng)頻率跟蹤電路(2)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)高速捕獲口相連；LCD/LED顯示電路(4)和鍵盤輸入模塊(7)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)的I/O 口相連，通過程序控制來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、整定及校準(zhǔn)界面，提供良好的人機(jī)界面。保護(hù)器控制電路(5)由開關(guān)量輸入和輸出兩部分組成，通過光電隔離后與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)的I/O相連，用于電動(dòng)機(jī)的起停控制、報(bào)警及故障保護(hù)；EEPR0M(6)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)的I2C 口相連，用來存儲(chǔ)保護(hù)器整定參數(shù)、故障記錄及校準(zhǔn)參數(shù)；通信接口電路(8)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)的 UART 口 相連。如圖2所示:本實(shí)用新型所述的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器核心采用TI公司推出低成本高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3) TMS320F28015,它具有100個(gè)引腳，帶有16路12位A/D 端口 (ΑΝ0 AN7, BNO BN7)，兩路高速捕獲端 口 (ECAP1、ECAP2)，I2C 接口 SDA 和 SCL,通訊接口 SCIRXDA和SCIRXDA，34個(gè)通用I/O接口(GP1000-GP1034，包含顯示I/O接口和輸入、輸出驅(qū)動(dòng)I/O接口)。采樣電路(I)由三路電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、三路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路組成(這里分別對(duì)其中A相電壓、A相電流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行描述)。電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將電機(jī)工作電流經(jīng)互感器CTl和采樣電阻Rl相連，轉(zhuǎn)化成小電壓信號(hào)，再將該小電壓信號(hào)分別通過高倍、低倍兩個(gè)二階帶通電路濾波放大后通過限流電阻R36、R30直接與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)的A/D口 ANO、ANl相連接，當(dāng)電機(jī)電流小的時(shí)候用高倍通道進(jìn)行采集，其中通過R31、R34來控制放大倍數(shù)，其放大倍數(shù)為(R34/2*R31)，通過R31、R32、R33、R34、C16、C17來控制該帶通濾波器的中心頻率。當(dāng)電機(jī)電流大的時(shí)候用低倍通道進(jìn)行采集，其中通過R25、R28來控制放大倍數(shù)，其放大倍數(shù)為(R28/2*R25)，通過R25、R262、R27、R28、C13、C14來控制該帶通濾波器的中心頻率。電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將電機(jī)的三相工作電壓經(jīng)互感器PTl和采樣電阻R4相連，轉(zhuǎn)換成小電壓信號(hào)，再將該小電壓信號(hào)通過個(gè)二階帶通電路濾波放大后通過限流電阻R48直接與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)的A/D 口 AN6相連接。其中，通過R43、R46來控制放大倍數(shù)，其放大倍數(shù)為(R46/2*R43)，通過R43、R44、R46、C22、C23來控制該帶通濾波器的中心頻率。C36、C37為+3.3V、的濾波電容；Vref為抬高電壓，其電壓值接近數(shù)字信號(hào)處理器(3)內(nèi)部參考電壓的1/2。頻率跟蹤電路(2)由電阻R68、R71、集成電路U3D(MCP6004)組成，交流電壓信號(hào)經(jīng)將經(jīng)二階帶通濾波后的電壓信號(hào)連接至R68，接入頻率跟蹤電路，頻率跟蹤電路轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)后輸入數(shù)字信號(hào)處理器(3)高速捕獲口，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)根據(jù)捕獲的方波信號(hào)計(jì)算出電網(wǎng)電壓電流的頻率和周期，對(duì)其進(jìn)行64分頻后用于A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)間隔時(shí)間，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率變化，可適用于50Hz或60Hz電網(wǎng)。EEPROM(6)由濾波電容C20、集成電路24LC04B組成，通過I2C總線的形式與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)連接，用來存取保護(hù)器整定參數(shù)、故障記錄及校準(zhǔn)參數(shù)。數(shù)據(jù)存取是通過LCD/LED顯示電路(4)和鍵盤輸入模塊(7)操作，提供良好的人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)的。如若想要對(duì)該保護(hù)器的電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行修正，則可以通過鍵盤輸入模塊(7)操作使LCD/LED顯示電路(4)顯示當(dāng)前進(jìn)入操作的畫面并顯示修正結(jié)果。保護(hù)器控制電路(5)由開關(guān)量輸入和輸出兩部分組成，通過光電隔離后與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3) I/O相連。其中開關(guān)量輸入主要包括電機(jī)的起動(dòng)停止信號(hào)、電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、控制電路故障反饋信號(hào)等；開關(guān)量的輸出電機(jī)的起動(dòng)停止命令、故障報(bào)警輸出、過載跳閘命令等。通過開關(guān)量的輸入和輸出來控制電動(dòng)機(jī)的起停、報(bào)警及故障保護(hù)等功能。通信接口電路(8)采用帶隔離功能RS-485通訊芯片DM2483BRW。LCD/LED顯示電路(4)、和鍵盤輸入模塊(7)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (3)通用I/O 口相連。此部分電路采用本領(lǐng)域公知技術(shù)設(shè)計(jì)，本實(shí)施例不做詳細(xì)描述。
權(quán)利要求1.一種智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，以數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心，由采樣電路，頻率跟蹤電路、LCD/LED顯示電路、保護(hù)器控制電路、EEPROM、鍵盤輸入模塊、通信接口電路所組成，其特征是:采樣電路由電壓傳感器、帶通濾波和電流傳感器、帶通濾波所構(gòu)成，采樣電路將電機(jī)的工作電壓和電流轉(zhuǎn)化為小信號(hào)并經(jīng)二階帶通濾波后與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的A/D 口相連，電壓小信號(hào)經(jīng)頻率跟蹤電路與數(shù)字信號(hào)處理器DSP高速捕獲口相連；IXD/LED顯示電路和鍵盤輸入模塊與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的I/O 口相連提供數(shù)據(jù)的顯示、整定及校準(zhǔn)界面；保護(hù)器控制電路與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的I/O相連，用于電動(dòng)機(jī)的起?？刂啤⒐收媳Ｗo(hù)及報(bào)警；EEPROM與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的I2C 口相連；通信接口電路與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的UART 口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，其特征是所述的數(shù)字信號(hào)處理器DSP 為 TMS320F28015 芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，其特征是所述的數(shù)字信號(hào)處理器DSP，具有16路12位ADC、32kB程序空間、12kBRAM空間，并設(shè)置有內(nèi)部看門狗電路、內(nèi)部基準(zhǔn)電路、內(nèi)部定時(shí)器、高速捕獲端口和I2C\SPI \UART接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，其特征是所述的通信接口電路，采用帶隔離功能RS-485通訊芯片DM2483BRW。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種智能型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，它以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心，由采樣電路，頻率跟蹤電路、LCD/LED顯示電路、保護(hù)器控制電路、EEPROM、鍵盤輸入模塊、通信接口電路所組成，其特點(diǎn)是利用數(shù)字信號(hào)處理器高速的運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)低壓電動(dòng)機(jī)過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、接地、相序錯(cuò)、短路、不平衡、斷相、欠載、欠壓、過壓、欠功率等故障的多參數(shù)綜合保護(hù)，運(yùn)用信號(hào)離散采樣、數(shù)字校準(zhǔn)、高速運(yùn)算、程序邏輯判斷實(shí)現(xiàn)簡化外圍硬件電路設(shè)計(jì)、降低成本的同時(shí)，提高控制器的精度、可靠性和抗干擾能力。
文檔編號(hào)H02H7/08GK203026915SQ20122046127
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者柏華東, 李月軍, 段韓路 申請(qǐng)人:杭州之江開關(guān)股份有限公司