摘要：介紹一款經(jīng)濟(jì)型智能電動機(jī)保護(hù)器-ARD2型的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，該保護(hù)器將眾多保護(hù)功能集于一體，針對電動機(jī)在實(shí)際使用中會遇到的多種故障進(jìn)行保護(hù)，使電機(jī)在各種故障條件下不會產(chǎn)生損壞，提高電動機(jī)運(yùn)行的可靠性，減少由于電動機(jī)的故障問題帶來的生產(chǎn)損失。

關(guān)鍵字：電動機(jī)保護(hù)器，ARD2型，保護(hù)功能，經(jīng)濟(jì)型 

2.1 信號處理單元

    信號處理單元采用整流放大濾波電路，見圖2，該電路能將采樣得到的交流信號整流成直流信號，由CPU片內(nèi)AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算。

    圖中IC1為運(yùn)算放大器LM324，采用雙電源供電，這樣可以保證LM324輸出電壓達(dá)到5V充分利用A/D轉(zhuǎn)換提高顯示精度。IC1將采樣得到的信號進(jìn)行兩級放大處理，提高了信號的采樣精度，保證了信號的線性度。

2.2 *處理單元

*處理單元選用MOTOROLA公司的*款基于高度節(jié)能型S08核的器件MC9S08AW32高性能單片機(jī)，該單片機(jī)片上資源豐富，抗*力突出。內(nèi)含32K字節(jié)用戶程序空間，片上集成2K的RAM，支持BDM片上調(diào)試功能，片內(nèi)集成看門狗電路，片上集成8通道10位AD。外部擴(kuò)展了鐵電存儲器，用于存儲一些重要的參數(shù)，即使以后升級程序也不會丟失先前的重要數(shù)據(jù)。

CPU對采樣信號進(jìn)行處理計(jì)算，根據(jù)測量得到的電流、電壓值與預(yù)先設(shè)定的各種保護(hù)數(shù)值進(jìn)行對比，由此來判斷電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，是否需要進(jìn)行保護(hù)。*處理單元電路見圖3。

2.3 電源模塊

    采用AC380V電源模塊。該電源模塊輸入電壓為AC220V～450V，輸入頻率45Hz～60Hz，輸出電壓穩(wěn)定、故障率小，輸出紋波 <1％，轉(zhuǎn)換效率≥75％。具有過壓、過流保護(hù)。該模塊經(jīng)實(shí)際現(xiàn)場使用，具有很高的穩(wěn)定性、可靠性和抗*力。

2.4 人機(jī)交互單元

    人機(jī)交互單元采用LED顯示和按鍵輸入，系統(tǒng)采用單排四位LED數(shù)碼管顯示各種信息。用戶可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。在編程狀態(tài)下顯示菜單及參數(shù)。數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式，其驅(qū)動電路使用一片74HC595加三極管構(gòu)成。

2.5 控制模塊

    控制模塊主要由開關(guān)量輸入、輸出組成，見圖4。開關(guān)量輸入用于監(jiān)測外部開關(guān)狀態(tài)，也可根據(jù)客戶要求用于電動機(jī)的起動、停止控制；開關(guān)量輸出主要用于輸出報(bào)警信號、脫扣信號和遠(yuǎn)程起動信號。

2.6 通訊接口模塊

通訊接口模塊采用通用的RS-485、Modbus RTU通訊規(guī)約，能實(shí)現(xiàn)遙測、遙控、遙信等功能，見圖5。

2.7 整體設(shè)計(jì)

保護(hù)器采用主體模塊和電流互感器模塊分離的結(jié)構(gòu)如圖6。該結(jié)構(gòu)非常適合安裝于抽屜式開關(guān)柜。安裝時將帶顯示的保護(hù)主體部分嵌入式的安裝在開關(guān)抽屜的活動面板內(nèi)，這樣既簡化了柜內(nèi)接線、又方便了系統(tǒng)隨時調(diào)整、設(shè)定參數(shù)和顯示、監(jiān)控，同時數(shù)字化的顯示面板也增添了柜面的統(tǒng)一性和美觀性，使得配電室內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況及故障狀態(tài)一目了然，極大的方便了系統(tǒng)巡視和檢修維護(hù)?；ジ衅鞑糠植捎?/span>DIN35導(dǎo)軌式安裝方式，方能夠按照用戶的測量需求，更換不同量程的電流互感器。

2.8 軟件設(shè)計(jì)

    本產(chǎn)品的主軟件流程圖如圖7所示，主程序包括A/D子程序、保護(hù)子程序、計(jì)算顯示子程序、按鍵處理子程序、通訊子程序等子程序，由于程序內(nèi)容較多，現(xiàn)只給出主程序流程和保護(hù)子程序流程圖，見圖8。

    ARD2智能電動機(jī)保護(hù)器按額定工作電壓可分為AC380V、AC220V；按工作電流范圍來分可分為6.3A（1.6A～6.3A）、2（2～100A）、100A（2～100A）、250A（63A～250A）、800A（250A～800A）五個測量檔位。實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的啟動超時、欠壓、過壓、欠載、過載、短路、堵轉(zhuǎn)/阻塞、斷相、不平衡、剩余電流（接地/漏電）等故障進(jìn)行保護(hù)。并能在此基礎(chǔ)上增加各種附加功能，主要有：

1）遠(yuǎn)程起動功能：由上位機(jī)通過通訊控制保護(hù)器的起動繼電器，來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程起動電動機(jī)。

2）報(bào)警功能：當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)故障時，在還未達(dá)到預(yù)先設(shè)定的脫扣時間前進(jìn)行報(bào)警提示。

3）通訊功能：RS-485通訊功能，能夠通過通訊接口將保護(hù)器檢測得到的電動機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)實(shí)時傳送給后臺主控設(shè)備，方便工作人員及時了解電動機(jī)的工作狀態(tài)。

4）漏電保護(hù)：開放漏電保護(hù)監(jiān)測功能，當(dāng)電動機(jī)的運(yùn)行環(huán)境出現(xiàn)漏電情況時，及時切斷電動機(jī)的供電電源。

5）開關(guān)量輸入：用于監(jiān)測外部開關(guān)的分合狀態(tài)，也可按客戶要求進(jìn)行起、?？刂?。

6）事件記錄：記錄保護(hù)器的zui近8次脫扣動作產(chǎn)生的時間和原因，方便維護(hù)人員查看和檢修。

7）4～20mA模擬量輸出：提供直流4～20mA電流信號。

圖9為采用直接啟動接線方式的ARD2智能電動機(jī)保護(hù)器典型應(yīng)用圖。用戶可通過按動外部啟動按鈕SB2或通過上位機(jī)遠(yuǎn)程控制保護(hù)器的啟動繼電器來啟動電機(jī)。其控制方式為：當(dāng)啟動按鈕SB2按下或遠(yuǎn)程啟動繼電器7、8閉合，則接觸器KM的吸引線圈處于通電狀態(tài)，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭KM閉合，啟動電動機(jī)。此時，松開SB2或啟動繼電器7、8斷開后接觸器KM的吸引線圈還是處于通電狀態(tài)，主觸頭和自鎖觸頭KM仍舊處于閉合狀態(tài)，電動機(jī)處于通電狀態(tài)。一旦電動機(jī)正常啟動后，保護(hù)器就對電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)故障狀態(tài)后，ARD2保護(hù)器的脫扣繼電器動作，常閉觸點(diǎn)95、96斷開，使接觸器KM的吸引線圈斷電，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭的狀態(tài)由合變?yōu)榉?，切斷電動機(jī)的供電，使電動機(jī)停車。

圖10為電動機(jī)采用Y—?轉(zhuǎn)換啟動接線方式的ARD2智能電動機(jī)保護(hù)器典型應(yīng)用圖。在圖5中，時間繼電器KT的觸頭狀態(tài)為吸引線圈失電時的狀態(tài)，即“常態(tài)”。當(dāng)啟動按鈕SB2或遠(yuǎn)程啟動繼電器7、8閉合，則接觸器KM1線圈通電，使KM1的主觸頭和自鎖觸頭KM1閉合，同時，時間繼電器KT吸引線圈通電，由于延時作用，它的觸頭不立即動作，于是接觸器KM3線圈通電，接于主回路中的KM3的主觸頭閉合，電動機(jī)進(jìn)行星型連接降壓啟動狀態(tài)，同時KM3的互鎖觸頭斷開，使接觸器KM2的吸引線圈不能通電，電動機(jī)運(yùn)行于Y型供電方式。當(dāng)時間繼電器KT的延時時間到，時間繼電器KT的延時斷開常閉觸頭斷開，使接觸器KM3吸引線圈斷電，主觸頭KM3斷開，同時時間繼電器KT的延時閉合常開觸頭閉合，接觸器KM2的吸引線圈通電，主觸頭KM2閉合，電動機(jī)供電方式改為?型連接，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。與此同時，KM2的互鎖觸頭斷開，使接觸器KM3吸引線圈不會通電。一旦電動機(jī)正常啟動后，保護(hù)器就對電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)故障狀態(tài)后，ARD2保護(hù)器的脫扣繼電器動作，常閉觸點(diǎn)95、96斷開，使接觸器KM的吸引線圈斷電，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭的狀態(tài)由合變?yōu)榉郑袛嚯妱訖C(jī)的供電，使電動機(jī)停車。

由于ARD2保護(hù)器采用主體模塊和電流互感器模塊分離的結(jié)構(gòu)，所以在現(xiàn)場使用時應(yīng)注意按出廠編號將保護(hù)器主體與互感器配對使用。但考慮到會有維修更換保護(hù)器或互感器的情況發(fā)生，因此只要保護(hù)器主體和互感器的產(chǎn)品型號一樣，可以任意配和使用，不會對測量保護(hù)產(chǎn)生影響。

    ARD2智能電動機(jī)保護(hù)器的功能較多，能夠對電動機(jī)運(yùn)行中遇到的各種類型的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的報(bào)警顯示和脫扣動作，能有效的防止電機(jī)意外燒毀的發(fā)生，能為用戶節(jié)約大量的資金，是熱繼電器的理想替代產(chǎn)品。因此，廣泛采用電動機(jī)智能保護(hù)器，不但可以提高工藝控制的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，降低事故率，而且對于提高電氣控制系統(tǒng)的自動化水平和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，也能起到積極的推動作用。

[1]上海安科瑞電氣有限公司，ARD2智能電動機(jī)保護(hù)器選型手冊，2007。

[2]中國電力出版社，電工與電子技術(shù)，1999。

 

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