專利名稱：一種基于arm的智能化三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于三相電機(jī)運(yùn)行安全保障測控系統(tǒng)的保護(hù)器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的三相電機(jī)運(yùn)行安全保障測控系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，常用的電機(jī)缺相保護(hù)器大多應(yīng)用8位單片機(jī)做控制CPU，采集經(jīng)過整流的三相交流電量來判別過載、缺相、電流不平衡等故障隱患而實(shí)現(xiàn)自動保護(hù)控制功能。這種類型保護(hù)器雖然應(yīng)用可靠，但不足之處在于使用功能單一、管理不方便，不能把用戶端的信息及時傳送到測控中心，難以根據(jù)各負(fù)載的具體情況進(jìn)行故障預(yù)報，也無法實(shí)現(xiàn)三相電網(wǎng)運(yùn)行過程中短路等情況的處理以及遠(yuǎn)距離傳輸與控制等功能。另外在傳統(tǒng)的電機(jī)缺相保護(hù)器中，模擬交流信號需要經(jīng)過整流電流才能送A/D轉(zhuǎn)換器輸入端，這也會影響測量精度和增加電流互感器的功率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、智能化程度高、系統(tǒng)功能全面、響應(yīng)迅速、方便管理及后期維修、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸與控制等功能的基于ARM的智能化三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器，其產(chǎn)品主要用于三相電機(jī)運(yùn)行安全保護(hù)及在線電量監(jiān)測(電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等)，涉及超限過載、缺相、功率不平衡等的安全保護(hù)及在線監(jiān)測。本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:一種基于ARM的智能化三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器，由輸入交流電壓、電流信號采集模塊(三相電網(wǎng)采集模塊)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊、控制輸出驅(qū)動模塊三部分組成，輸入交流電壓、電流信號采集模塊的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊后通至控 制輸出驅(qū)動模塊的輸入端，其中，所說的輸入交流電壓、電流信號采集模塊由內(nèi)置有三相電流電路、三相電壓電路、模擬放大調(diào)零電路的磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化器構(gòu)成，所說的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊由內(nèi)置有FFT濾波算法、功率因數(shù)算法、電流電壓有效值算法、缺相過載判斷算法的32位ARM芯片構(gòu)成。本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)是在三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器使用了 32位ARM芯片，該芯片內(nèi)部含有大容量的緩沖存儲器，運(yùn)算速度高，這一點(diǎn)為快速頻譜分析計算提供了可能，在對交流信號采集的硬件電路中省略了整流電路，使得輸入采集電路得以簡化，通過ARM內(nèi)部程序進(jìn)行諧波分析，可以及時了解負(fù)載的對轉(zhuǎn)速影響、無功功率大小等，為進(jìn)行無功功率補(bǔ)償提供控制接口。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，單臺設(shè)備的測控逐漸被網(wǎng)絡(luò)測控所取代，它可以合理使用整個電網(wǎng)的系統(tǒng)資源，所以本實(shí)用新型系統(tǒng)中還可通過增添串行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口與目前市場上流行的RS485和CAN軟硬件協(xié)議相兼容，其特點(diǎn)為聯(lián)線簡單，只需要簡單的雙絞線即可，可以很方便的實(shí)現(xiàn)多個電機(jī)的集中測控。本實(shí)用新型的三相電網(wǎng)采集模塊采用三相并聯(lián)同步采集電路，使得缺相保護(hù)期更加智能穩(wěn)定化；在解決對電網(wǎng)不平衡度實(shí)時檢測的問題方面，利用32位ARM芯片的高速計算處理能力，將電網(wǎng)算法內(nèi)嵌進(jìn)其內(nèi)部程序中，通過運(yùn)算得出電網(wǎng)各個參數(shù)，并通過互相比對，進(jìn)而判斷電網(wǎng)運(yùn)行狀況，利用其內(nèi)部大容量RAM實(shí)時存儲數(shù)據(jù)，為后期故障檢查提供依據(jù)；通過利用ARM芯片其內(nèi)嵌算法，結(jié)合FFT數(shù)字濾波算法，編寫數(shù)字濾波程序，進(jìn)而利用該功能可以有效濾除外界干擾，簡化了前期采集電路。本實(shí)用新型還通過基于ARM內(nèi)核的單片機(jī)內(nèi)置電網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)算法得出電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)各個參數(shù)，通過預(yù)設(shè)電網(wǎng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，將電網(wǎng)實(shí)時參數(shù)與其比對，進(jìn)而得出電網(wǎng)運(yùn)行狀況，以此為依據(jù)對后續(xù)電源、功率補(bǔ)償模塊輸出信號，實(shí)現(xiàn)三相電機(jī)保護(hù)功能。在此基礎(chǔ)上，保護(hù)器內(nèi)部RAM可以實(shí)時記錄各個故障發(fā)生時電網(wǎng)運(yùn)行的各個狀態(tài)，為后續(xù)故障排查提供依據(jù)。該保護(hù)器內(nèi)部的串口通訊功能也實(shí)現(xiàn)了多機(jī)通訊功能及遠(yuǎn)距離傳輸與控制功能，方便了管理。本實(shí)用新型系統(tǒng)還具有功率因數(shù)分析功能，可獲得電機(jī)的負(fù)載狀況對功率因數(shù)的影響參數(shù)，提供的功率補(bǔ)償控制接口，用來制作功率因數(shù)補(bǔ)償器。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本實(shí)用新型一個具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中 的數(shù)字標(biāo)記的名稱分別是:1 一輸入交流電壓、電流信號采集模塊，2 —數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊，3 —控制輸出驅(qū)動模塊。
具體實(shí)施方式
參見附圖，本實(shí)用新型所述的基于ARM的智能化三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器由輸入交流電壓、電流信號采集模塊1、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊2、控制輸出驅(qū)動模塊3三部分組成。輸入交流電壓、電流信號采集模塊I的輸入端接至三相電網(wǎng)，輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊2后通至控制輸出驅(qū)動模塊3的輸入端。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，輸入交流電壓、電流信號采集模塊I由內(nèi)置有三相電流電路、三相電壓電路、模擬放大調(diào)零電路的磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化器構(gòu)成。通過磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化器把輸入幾十到上千安培的被測電流，減小到毫安級，采樣功率為0.2W, 10000:1的通用電流互感器，該電流互感器可以有效將三相電網(wǎng)中的強(qiáng)電流信號轉(zhuǎn)換成可以測量使用的低電流信號，轉(zhuǎn)換后的電流信號在為系統(tǒng)提供采集樣本的同時，可為整套系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行供電。該方案是目前常用的電流采集方案，采集方便且效果穩(wěn)定，并在電流測量的同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與電網(wǎng)的電器隔離效果。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊2由內(nèi)置有FFT濾波算法、功率因數(shù)算法、電流/電壓有效值算法、缺相過載判斷算法的32位ARM芯片(ARMLPC2132)構(gòu)成。該32位ARM芯片具有運(yùn)算速度快、集成度高特點(diǎn)，能高效使用C語言運(yùn)算指令編程，其內(nèi)部8K的隨機(jī)存儲器一次可以完成多達(dá)1024離散點(diǎn)的頻譜分析計算，在芯片內(nèi)部直接進(jìn)行快速FFT分析來獲得交流負(fù)載的有功功率和無功功率(經(jīng)過實(shí)際測算，在主頻選50MHz的情況下，一次1024點(diǎn)的FFT計算和無功功率計算少于50mS，即在市電的兩個周波后就可以得到結(jié)果)。在電流采集方面，利用ARM芯片其內(nèi)嵌的信號處理算法，快速求得輸入信號的有效平均值，舍棄了傳統(tǒng)信號采集前置整流電路，簡化了采樣電路和減小了換向誤差?？刂戚敵鲵?qū)動模塊3采用常規(guī)的內(nèi)置有輸出控制驅(qū)動功率補(bǔ)償電路和輸出控制驅(qū)動總電源控制電路的器件。該三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器除了具備普通電機(jī)過流缺相判斷控制功能外，還能夠及時了解感性負(fù)載的分布狀況，避免因電機(jī)繞組瞬間磁場過飽和形成阻性負(fù)載而燒壞電機(jī)，快速做出判斷給出控制信號，并通過繼電器節(jié)點(diǎn)控制啟動補(bǔ)償電容，以 增加啟動功率。
權(quán)利要求1.一種基于ARM的智能化三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器，其特征在于:由輸入交流電壓、電流信號采集模塊(I)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊(2)、控制輸出驅(qū)動模塊(3)三部分組成，輸入交流電壓、電流信號采集模塊(I)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊(2)后通至控制輸出驅(qū)動模塊(3)的輸入端，其中所說的輸入交流電壓、電流信號采集模塊(I)由內(nèi)置有三相電流電路、三相電壓電路、模擬放大調(diào)零電路的磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化器構(gòu)成，所說的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊(2)由內(nèi)置有FFT濾波算法、功率因數(shù)算法、電流電壓有效值算法、缺相過載判斷算法的32位AR M芯片構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于ARM的智能化三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器，由輸入交流電壓、電流信號采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊、控制輸出驅(qū)動模塊三部分組成，輸入交流電壓、電流信號采集模塊的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計算處理模塊后通至控制輸出驅(qū)動模塊的輸入端。本實(shí)用新型由于在三相電機(jī)運(yùn)行保護(hù)器使用了32位ARM芯片，為快速頻譜分析計算提供了可能，使得輸入采集電路得以簡化，通過ARM內(nèi)部程序進(jìn)行諧波分析，可以及時了解負(fù)載的對轉(zhuǎn)速影響、無功功率大小等，為進(jìn)行無功功率補(bǔ)償提供控制接口，產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡單、智能化程度高、系統(tǒng)功能全面、響應(yīng)迅速、方便管理及后期維修、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸與控制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02H7/08GK203135407SQ20132011093
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者郝昱宇, 郝迎吉, 尚長春 申請人:西安科技大學(xué)