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电机保护器的硬件电路设计

2013-10-17 10:24:10 来源:中国投资研究网 【字体: 【收藏本页】【打印】【关闭】

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核心提示:1.模拟信号的取样。模拟信号主要采集电机工作时的电压量、电流量、相序参数以及漏电信号等,显然,这些量要被数字化的CPU接收,必须通过符合转换要求的A/D转换器。


关键词: 电机保护器

  1.模拟信号的取样。模拟信号主要采集电机工作时的电压量、电流量、相序参数以及漏电信号等,显然,这些量要被数字化的CPU接收,必须通过符合转换要求的A/D转换器。在本系统中采集的模拟信号有三相电流、电机工作电压、绝缘电阻、相序信号等6个,同时考虑测量的精度和分辨力指标,选用了具有串行接口的11路12位A/D转换器TLC2543作为A/D转换电路。

  2.开关信号的获取。开关信号主要是接收外部来的各类开关信号,包括是否允许开机信号、各类继电器的辅助触点返回信号等,为保证信号的可靠性要求,这些开关信号都通过光耦后再送入CPU。在电机保护系统中,有许多外部触点的通断状态需要输入到CPU中,参与控制和保护。对于从装置外部引入的触点,为了避免给微机保护系统引入干扰,采用光电耦合器实现电器隔离。

  3.键盘/显示。显示/键盘是人机接口,其主要功能是用于实时显示电机工作参数,各类现场参数的调整等,同时在参数异常而保护后显示详细的报警信息,并可通过键盘可以查询历史故障信息等。键盘主要用来设置各种参数,包括电压等级的选择,过压、欠压倍数的设定、环境温度过高、过低保护值的设定,电机的整定电流的设定、电机短路倍数的设定、系统时间的设定、液晶屏幕保护(背光)延时时间的设定、系统三级菜单密码的设置以及强制启动模式的选择等等。由于在工业现场,设计的键盘应尽量少,因此,一共设计了4个键,分别为功能键、增量键、减量键和复位键,这里的复位键实际上是系统出了故障后而又排除故障后的解除闭锁键,不按下本复位键,系统仍将无法启动,主要还是从安全的角度考虑,防止现场的误操作。键与CPU的接口因数量较少,可以采用独立式键盘。显示电路包括两部分:指示工作和故障状态的LED灯和显示运行数据、故障信息的液晶显示模块。LED灯指示包括电机运行指示、漏电闭锁指示、过压指示、欠压指示、短路指示、过载指示、缺项指示、逆向指示、三相不平衡指示、环境温度异常指示、环境温度传感器缺损指示、电机过热指示等。

  4.时钟设计。时钟的主要作用不仅记录故障发生的时间,而且可以记录电机的运行时间曲线,为设备的定期维护提供科学的参考。由于系统要求在各参数异常记录故障信息,该故障信息除包括故障类别外,故障发生时的时间,因此,体统还需设计计时实时时钟电路。考虑系统的体积、功耗、价格等综合因素,本系统选用了Philips公司生产的具有串行I2C总线结构的PCF8563作为系统时钟,该时钟电路具有外围电路简单、操作简单、功耗低、等特点,为保证系统的时间的连续性、实时性,本电路设计一个3.6V/60mAh直流充电电池并设计了简单的涓流充回路。

  5.存储器的设计。储存器不仅储存系统的参量,如额定电压、额定电流、过欠压的值等,而且对发生的故障进行历史记录,供现场分析使用。因为本系统中需要储存一定深度的故障信息以及系统参、保护参数等,所需储存空间较大,所以我们选择了同样是I2C总线结构的具有32KBAT24C256作为本设计的储存器,可实现节省CPU的I/O口的目的。

  6.控制输出设计。控制输出是CPU根据参数的测量、状态判断后向用户提供只报警不停机、停机信号的保护信号。它由单片机的P2.4口来驱动,当保护器检测到故障后,P2.4输出低电平,使光电隔离器导通,经过三极管的功率放大使继电器吸合,从而送出保护触点。

  7.通信电路。本系统还设计了RS-485总线标准的通信接口电路,设计中我们采用了价格低廉、结构简单、使用方便的75LBC184作为通信的电平转换芯片,75LBC184是具有瞬变电压抑制功能的差分收发器。为保证信号传输的可靠性以防止长线传输给系统带来的干扰或其他信号,对通信电路采取了光电隔离措施,为保证至少达到20kbit/s的通信速度,光电耦合器选择了高速光耦PC400。要注意的是,光耦两侧不能采用同一组电源,除了发送信号TXD、接收信号RXD需要隔离外,控制接收/发送状态的RE/DE信号也需要进行隔离处理。


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