專利名稱：智能型低壓電動機保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低壓電動機保護裝置，特別是一種低壓電動機保護裝置。
背景技術：
電動機作為一種拖動機械，由于供電狀態(tài)和生產(chǎn)負荷的多變性以及電動機經(jīng)常在頻繁起動、制動、正反轉等工作條件下運行，會使電動機容易發(fā)生過載、堵轉、阻塞、接地、相序錯、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對自動控制的可靠性及安全性就變得尤為重要。傳統(tǒng)的電動機保護裝置大多采用單片機進行控制，由于其運算速度低，無法實現(xiàn)復雜控制算法，有些只能應用外圍硬件電路來實現(xiàn)，存在著電路結構復雜、精度差、功能單一、成本高、抗干擾能力差等缺點。例如，三相電動機中相序的判斷是由為重要的，相位判別法采用比較器來識別各相電壓的過零點，然后通過捕捉方式來得到它們過零點之間的時間差(即相位差)，從而可以判斷其各相相序之間的關系。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)明內容本實用新型目的在于克服上述技術存在的不足，提供一種以低成本高速數(shù)字信號處理器為核心，簡化外圍硬件電路，采用數(shù)字校準精度、數(shù)字濾波提高精度和抗干擾性的智能型低壓電動機保護器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了以下技術方案:本實用新型所述的智能型低壓電動機保護器，以數(shù)字信號處理器(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、帶通濾波所構成，采樣電路將電機的工作電壓和電流轉化為小信號并經(jīng)二階帶通濾波后與數(shù)字信號處理器(DSP)的A/D 口相連，電壓小信號經(jīng)頻率跟蹤電路與數(shù)字信號處理器(DSP)高速捕獲口相連；IXD/LED顯示電路和鍵盤輸入模塊與數(shù)字信號處理器(DSP)的I/O 口相連提供數(shù)據(jù)的顯示、整定及校準界面；保護器控制電路與數(shù)字信號處理器(DSP)的I/O相連，用于電動機的起?？刂啤⒐收媳Ｗo及報警；EEPR0M與數(shù)字信號處理器(DSP)的I2C 口相連；通信接口電路與數(shù)字信號處理器(DSP)的UART 口相連。作為優(yōu)選，所述的數(shù)字信號處理器(DSP)為TMS320F28015芯片，具有低成本、高性能等優(yōu)點。作為優(yōu)選，所述的數(shù)字信號處理器(DSP)，具有16路12位ADC、32kB程序空間、12kB RAM空間，并設置有內部看門狗電路、內部基準電路、內部定時器、高速捕獲端口和I2C\SPI\UART接口。數(shù)字信號處理器(DSP)的處理速度可達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。本實用新型由于將采樣電路轉化的電壓信號利用數(shù)字信號處理器(DSP)進行高速離散化采集，對采集的離散信號進行高速運算和邏輯判斷，能有效地實現(xiàn)電機故障保護和控制功能。經(jīng)過上述設計后的本實用新型，與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:1、采樣電路采用二階帶通濾波電路，對傳感器采集信號進行和濾波處理，大大提高可靠性和抗干擾能力。2、利用數(shù)字信號處理器高速運算能力和邏輯判斷能力，通過軟件算法來實現(xiàn)電流、電壓有效值、有功功率的測量及校準；過載能量的累積計算；電流不平衡度的計算。從而實現(xiàn)過載、堵轉、阻塞、斷相、不平衡、欠載、欠壓、過壓、欠功率保護，省去相關硬件電路的設計、節(jié)約成本、提高了可靠性。3、利用數(shù)字信號處理器高速采集和運算能力，利用采集的各相電流的離散信號和軟件矢量和算法，實現(xiàn)接地電流的監(jiān)測，利用純軟件的方式實現(xiàn)接地電流的計算，實現(xiàn)了接地故障的保護，簡化電路的設計。4、利用數(shù)字信號處理器高速采集和運算能力，利用采集的各相電壓的離散信號和軟件相序判別算法，實現(xiàn)相序的監(jiān)測，利用純軟件的方式實現(xiàn)相序的判斷，實現(xiàn)了相序錯保護，簡化電路的設計。5、數(shù)字信號處理器根據(jù)頻率跟蹤器檢測的頻率進行32分頻或64分頻后對A/D進行周波數(shù)據(jù)采集，能夠自動跟蹤電網(wǎng)頻率變化，可適用于50Hz或60Hz電網(wǎng)。

圖1是本新型實用的電路示意框圖圖2是本新型實用智能型低壓電動機保護器一種實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)字信號處理器(DSP) 4LCD/LED顯示電路5保護器控制6EEPROM7鍵盤輸入模塊8通信接口電路
具體實施方式
:下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體說明，但并不是對本實用新型保護范圍的限制。如圖1所示，本實用新型所述的智能型低壓電動機保護器，以數(shù)字信號處理器(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、帶通濾波所構成，采樣電路(I)將電機的工作電壓和電流轉化為小信號并經(jīng)二階帶通濾波后與數(shù)字信號處理器(3)的A/D 口相連，同時將濾波后的一路的電壓信號經(jīng)頻率跟蹤電路(2)與數(shù)字信號處理器(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)字信號處理器(DSP) (3)的I/O 口相連，通過程序控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、整定及校準界面，提供良好的人機界面。保護器控制電路(5)由開關量輸入和輸出兩部分組成，通過光電隔離后與數(shù)字信號處理器(DSP) (3)的I/O相連，用于電動機的起?？刂?、報警及故障保護；EEPR0M(6)與數(shù)字信號處理器(DSP) (3)的I2C 口相連，用來存儲保護器整定參數(shù)、故障記錄及校準參數(shù)；通信接口電路(8)與數(shù)字信號處理器(DSP) (3)的 UART 口 相連。如圖2所示:本實用新型所述的智能型低壓電動機保護器核心采用TI公司推出低成本高性能數(shù)字信號處理器(DSP) (3) TMS320F28015,它具有100個引腳，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個通用I/O接口(GP1000-GP1034，包含顯示I/O接口和輸入、輸出驅動I/O接口)。采樣電路(I)由三路電流信號轉換電路、三路電壓信號轉換電路組成(這里分別對其中A相電壓、A相電流轉換電路進行描述)。電流信號轉換電路將電機工作電流經(jīng)互感器CTl和采樣電阻Rl相連，轉化成小電壓信號，再將該小電壓信號分別通過高倍、低倍兩個二階帶通電路濾波放大后通過限流電阻R36、R30直接與數(shù)字信號處理器(DSP) (3)的A/D口 ANO、ANl相連接，當電機電流小的時候用高倍通道進行采集，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。當電機電流大的時候用低倍通道進行采集，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。電壓信號轉換電路將電機的三相工作電壓經(jīng)互感器PTl和采樣電阻R4相連，轉換成小電壓信號，再將該小電壓信號通過個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)字信號處理器(3)內部參考電壓的1/2。頻率跟蹤電路(2)由電阻R68、R71、集成電路U3D(MCP6004)組成，交流電壓信號經(jīng)將經(jīng)二階帶通濾波后的電壓信號連接至R68，接入頻率跟蹤電路，頻率跟蹤電路轉換成方波信號后輸入數(shù)字信號處理器(3)高速捕獲口，數(shù)字信號處理器(DSP) (3)根據(jù)捕獲的方波信號計算出電網(wǎng)電壓電流的頻率和周期，對其進行64分頻后用于A/D轉換啟動間隔時間，從而達到自動跟蹤電網(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)字信號處理器(DSP) (3)連接，用來存取保護器整定參數(shù)、故障記錄及校準參數(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，提供良好的人機界面來實現(xiàn)的。如若想要對該保護器的電壓、電流等參數(shù)進行修正，則可以通過鍵盤輸入模塊(7)操作使LCD/LED顯示電路(4)顯示當前進入操作的畫面并顯示修正結果。保護器控制電路(5)由開關量輸入和輸出兩部分組成，通過光電隔離后與數(shù)字信號處理器(DSP) (3) I/O相連。其中開關量輸入主要包括電機的起動停止信號、電機的運行狀態(tài)信號、控制電路故障反饋信號等；開關量的輸出電機的起動停止命令、故障報警輸出、過載跳閘命令等。通過開關量的輸入和輸出來控制電動機的起停、報警及故障保護等功能。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)字信號處理器(DSP) (3)通用I/O 口相連。此部分電路采用本領域公知技術設計，本實施例不做詳細描述。
權利要求1.一種智能型低壓電動機保護器，以數(shù)字信號處理器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、帶通濾波所構成，采樣電路將電機的工作電壓和電流轉化為小信號并經(jīng)二階帶通濾波后與數(shù)字信號處理器DSP的A/D 口相連，電壓小信號經(jīng)頻率跟蹤電路與數(shù)字信號處理器DSP高速捕獲口相連；IXD/LED顯示電路和鍵盤輸入模塊與數(shù)字信號處理器DSP的I/O 口相連提供數(shù)據(jù)的顯示、整定及校準界面；保護器控制電路與數(shù)字信號處理器DSP的I/O相連，用于電動機的起停控制、故障保護及報警；EEPROM與數(shù)字信號處理器DSP的I2C 口相連；通信接口電路與數(shù)字信號處理器DSP的UART 口相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能型低壓電動機保護器，其特征是所述的數(shù)字信號處理器DSP 為 TMS320F28015 芯片。
3.根據(jù)權利要求2所述的智能型低壓電動機保護器，其特征是所述的數(shù)字信號處理器DSP，具有16路12位ADC、32kB程序空間、12kBRAM空間，并設置有內部看門狗電路、內部基準電路、內部定時器、高速捕獲端口和I2C\SPI \UART接口。
4.根據(jù)權利要求1所述的智能型低壓電動機保護器，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。
專利摘要本實用新型公開了一種智能型低壓電動機保護器，它以數(shù)字信號處理器(DSP)為核心，由采樣電路，頻率跟蹤電路、LCD/LED顯示電路、保護器控制電路、EEPROM、鍵盤輸入模塊、通信接口電路所組成，其特點是利用數(shù)字信號處理器高速的運算能力實現(xiàn)低壓電動機過載、堵轉、阻塞、接地、相序錯、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，運用信號離散采樣、數(shù)字校準、高速運算、程序邏輯判斷實現(xiàn)簡化外圍硬件電路設計、降低成本的同時，提高控制器的精度、可靠性和抗干擾能力。
文檔編號H02H7/08GK203026915SQ20122046127
公開日2013年6月26日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者柏華東, 李月軍, 段韓路 申請人:杭州之江開關股份有限公司