专利名称：电机保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及紧急保护电路装置，特别涉及一种电机保护系统。
背景技术：
电气传动系统中的电机，如泵站泵机、炉窑风机等，常常是昼夜连续运行。 在这类系统中，如果电机出现异常运行情况而未及时发现与排除，就会造成电 机及相关设备损坏。
目前最常用的是电子式电机保护装置。这些电机保护装置的主要方法是 通过检测电机的工作电流和工作电压的变化判断电机是否短路、过载、缺相 等。其具体实施方法是对电机每相的电流和电压进行采样，进行故障判断， 若出现故障就进行断闸保护。这种保护方法有一定的智能性但还不够全面， 因为有时电机在高温环境下运行时，即使电机不出现故障，也很可能由于电 机运行时间过长造成绕组温度升高而破坏其绝缘层，或者由于电机的通风孔 堵塞、电机的散热装置损坏等原因造成电机的温度过高，这些原因都会造成 电机的烧毁或者造成加快电机的老化。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种电机保护系统，能够对电机进行监控，防 止电机烧毁损坏。
本实用新型提供一种电机保护系统，包括人机模块、通信模块、报警模 块、保护模块、电流互感模块、电压互感模块、整流模块和数据采集模块，
其特征在于，还包括单片机模块、温度测量模块和电源调节模块；
上述单片机模块通过温度测量模块采集电机的温度数据，判断电机是否
过热；单片机模块与电源调节模块电连接，通过电源调节模块调节输入电机 的电压和电 流;
电流互感模块和电压互感模块分别从电源调节模块处采样输入电机的电 流和电压，并将电流和电压输入至整流模块进行调制，整流模块将调制后的 电流和电压输入至数据采集模块，数据采集模块将采集到的电流和电压输入
至单片才;i^莫块进行处理，单片机将采集到的电流和电压传输给通信模块；
优选地，单片机模块还分别与人机模块、报警模块、保护模块电连接， 通过人机模块向单片机模块输入指令，单片机模块通过报警模块对电机过热进行报警，单片机模块通过保护模块对电机进行断电保护。
优选地，上述电机保护系统还包括看门狗模块，上述看门狗模块与单片
机模块电连接，看门狗模块检测单片机模块内的检测程序是否按照顺序执行。 优选地，上述温度测量模块采用单总线数字式温度传感器。
优选地，上述通信模块采用RS485串行接口和MAX1480B芯片，MAX1480B 芯片通过RS485串行接口与外界连接。
优选地，上述电源调节模块采用自耦合变压器和滑竿，滑竿通过改变变 压比改变自耦合变压器的输出电压。
优选地，上述看门狗模块采用X5 045可编程看门狗定时器。
本实用新型提供的电机保护系统，对电机温度进行实时监控，防止电机
烧毁。
图l是本实用新型第一实施例的结构示意图2是本实用新型第二实施例的结构示意图3是本实用新型第 一 实施例中数据采集模块的电路示意图4是本实用新型第一实施例中电源调节模块的电路示意本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进 一步说明。
具体实施方式
参照图l，示出本实用新型第一实施例的结构示意图，本实用新型电机保 护系统包括人机模块80、通信模块IIO、报警模块90、保护模块IOO、电流互 感模块20、电压互感才莫块30、整流模块40和数据采集模块50、单片才几模块70、 温度测量模块6 0和电源调节模块l 0 。
单片机模块7 0与温度测量模块6 0和电源调节模块10电连接，单片机模块 70通过温度测量模块60采集电机的温度数据，判断电机是否过热。单片机模 块70与电源调节模块10电连接，控制电源调节模块10输入电机的电压和电流。
电流互感模块20和电压互感模块3O分别与电源调节模块10电连接，电流 互感模块20和电压互感模块30分别从电源调节模块10处采样输入电机的电流 和电压，并将电流和电压输入至整流模块40进行调制。整流模块40还与数据 采集模块50电连接，数据采集模块50与单片机模块70电连接，数据采集模块 5 O将采集到的电流和电压输入至单片机模块7 O进行处理，单片机模块7 O将采集到的电流和电压传输给通信模块110。通信^^莫块11 0外接远程监控计算机， 远程监控计算机对采集到的电流和电压进行分析，判断故障的种类。
单片机模块70还分别与人机模块80、报警模块90、保护模块100电连接， 通过人机模块8 0向单片机模块7 O输入指令，单片机模块7 0通过报警模块9 0对 电机过热进行报警，单片才;i^莫块70通过保护模块100对电机进行断电保护。
本实施例中，温度测量模块60采用单总线数字式温度传感器(简称温度 传感器)，该温度传感器通过采集电机内外的温度来检测温度，温度传感器设 置在电机内部的定子绕组的线圈上，使检测到的温度能够准确反映电机内部 的温度，另外采用环境温度作为电机的外部温度。
温度传感器的采样频率是5次/秒，即200ms测量一次温度。单片机模块70 通过检测电机的温度与保存在单片机模块70内的预警温度进行比较，如果检 测到电机的温度超过预警温度时，说明电机出现可能故障或者出现过热，此 时通过数据采集模块50、电压互感模块30和电流互感模块20对电机的电压和 电流进行采样，将电压和电流数据存入单片机冲莫块70的EEPROM (电可擦除可 编程只读存储器)中。单片机模块7O将此数据通过通信模块发送给远程监控 计算机，远程监控计算机根据电压和电流值判断发生故障的类型，如故障为 电压过高或者电压过低等情况则进行故障修复，单片机模块70控制电源调节 模块10降低输入电机的电压和电流。若不能进行修复且温度达到预先设定的 预警温度时，启动报警模块90同时向保护模块100发出断闸信号，保护模块IOO 切断电片几的电源。
输入电动机的交流电流通过电流互感模块2 O转化弱电流信号，同样电动 机的交流电压通过电压互感模块30转化为弱电压信号。弱电流信号和弱电压 信号通过整流模块40转换为0 ~ 5V电压信号送入到数据采集模块50。
本实施例中，数据采集模块50采用如电路如图3，数据采集模块50包括多 路模拟开关和压频转换电路AD650。分时选通模拟开关CD4051,将电流互感模 块20和电压互感模块30采集到的电流和电压经过V/F变换芯片AD650进行转 换，电压转变成频率直接作为单片机模块70内计数器T1的输入脉冲，AD650输 出的脉冲频率与输入电压成正比。参考电压VREF接在X7管脚，模拟地接在XO 管脚，X1 X3管脚接采样电压(由于是三相电压，所以采用三个管脚进行电 压采样)，同理，X4 X6管脚接采样电流，实际的输入单片机#^70的电压值 如公式(1)所示
VIN= ( FIN-FGND ) *VREF/ ( FREF-FGND ) ( 1 )
通过VIN的值就可以推算到相应的电机电流和电压值。
电压和电流的采集在一个工频周期(20ms)内完成，通过单片机模块70的P1.0管脚，Pl.l管脚，Pl. 2管脚轮流选通CD4051的8个通道，AD650将电流 和电压转换成频率信号，将频率信号送入单片机模块70的T1记数器，通过计 算频率得出每个采样点的电压值的大小。 一个周期内采样16个点，将这个周 期内采样的数据按照均方根公式进行计算先求出三相的相电压值和相电流 值。本实施例中，电源调节模块10采用如图4所示的电路示意图，电源调节模 块10采用自耦变压器ll ，图中1,2，3端是外部电网的三相电源输入 端，l' ，2' ,3'是经过自耦变压器11调节后输出至电机的电源线，4是零线。 A, B, C表示自耦变压器11 二次侧的滑竿。调节自耦变压器11的二次侧的滑竿改 变变压比来改变输入电机的电压，滑竿由一个微型伺服电机来控制，微型伺 服电机受单片机模块的控制，当电机发生过电压或者发生欠电压时，通过电 流电压互感器检测电机的电压与电机额定电压进行比较，比较后的差值经过 单片机模块70运算后输出一个控制量给伺服电机，伺服电机调节自耦变压器 ll的变压比调节输入电机电压，从而实现了对电机的输入电压进行调节。由于电机外部的环境温度变化较快，但电机内部的温度变化需要一个过 程，这样就会使得电机内外的温差变化加快，容易引起误动作。本实施例通 过测量外部环境的变化来进行温度补偿，补偿的方法是在设置在外部的温度 传感器在连续的两次测温之间温度的变化超过3。C时，进行温度补偿，补偿系 数为O. 8。此时温度变化的计算方法如公式(2)和公式(3)所示外部温度降低5。C，温升=内部温度-外部温度+5°00. 8 (2) 同理，当外部温度升高5。C，贝'J:温升=内部温度-外部温度-5°00. 8 ( 3 )通过温度补偿，可以减小单片机模块的误动作，确保电机保护系统的稳定。本实施例中，人机模块80包括键盘和LED显示器。LED显示器显示电机当 前的温度，LED采用三只七段数码管。三只数码管显示的数据分别是百位，十 位和个位。本实施例应用zlg7289A芯片(图中未视)将显示和键盘集成到一 起。本实施例中，通信模块快采用RS485串行接口，选用MAX1480B芯片，基于 ModBu s的通信协议进行数据传输。本实施例中，保护模块包括光电耦合和继电器，单片机与继电器之间用 光耦将其隔离，减少对单片机的干扰。本实用新型的第二实施例中，电机保护系统还包括一看门狗模块120，看 门狗模块120采用X5045的可编程看门狗定时器，每隔250ms向单片机模块70提 供RESET信号，这个RESET信号使单片机模块返回一个可知的状态，为单片机模块70提供更高的可靠性。图4中的自耦合变压器11也可用其他变压器代替，凡是与本专利电压调 节方法相类似，都属于本专利的保护范围。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专 利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程 变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型 的专利保护范围内。
权利要求1.一种电机保护系统，包括人机模块、通信模块、报警模块、保护模块、电流互感模块、电压互感模块、整流模块和数据采集模块，其特征在于，还包括单片机模块、温度测量模块和电源调节模块；所述单片机模块通过温度测量模块采集电机的温度数据，判断电机是否过热；单片机模块与电源调节模块电连接，通过电源调节模块调节输入电机的电压和电流；电流互感模块和电压互感模块分别从电源调节模块处采样输入电机的电流和电压，并将电流和电压输入至整流模块进行调制，整流模块将调制后的电流和电压输入至数据采集模块，数据采集模块将采集到的电流和电压输入至单片机模块进行处理，单片机将采集到的电流和电压传输给通信模块；单片机模块还分别与人机模块、报警模块、保护模块电连接，通过人机模块向单片机模块输入指令，单片机模块通过报警模块对电机过热进行报警，单片机模块通过保护模块对电机进行断电保护。
2. 根据权利要求1所述的电机保护系统，其特征在于，所述电机保护系 统还包括看门狗模块，所述看门狗模块与单片机模块电连接，看门狗模块检 测单片才;i4莫块内的检测程序是否按照顺序执行。
3. 根据权利要求1或2所述的电机保护系统，其特征在于，所述温度测量 模块采用单总线数字式温度传感器。
4. 根据权利要求1或2所述的电机保护系统，其特征在于，所述通信模块 采用RS 4 8 5串行接口和MAX 14 8 0B芯片，MAX 14 8 0B芯片通过RS 4 8 5串行接口与外 界连接。
5. 根据权利要求1或2所述的电机保护系统，其特征在于，所述电源调节 模块采用自耦合变压器和滑竿，滑竿通过改变变压比改变自耦合变压器的输 出电压。
6. 根据权利要求2所述的电机保护系统，其特征在于，所述看门狗模块 采用X5045可编程看门狗定时器。
专利摘要本实用新型提供一种电机保护系统，包括人机模块、通信模块、报警模块、保护模块、电流互感模块、电压互感模块、整流模块和数据采集模块，还包括单片机模块、温度测量模块和电源调节模块；单片机模块通过温度测量模块采集电机的温度数据，判断电机是否过热；单片机模块与电源调节模块电连接，通过电源调节模块调节输入电机的电压和电流。本实用新型提供的电机保护系统，对电机温度进行实时监控，防止电机烧毁。
文档编号H02H7/09GK201146372SQ20072030656
公开日2008年11月5日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者清 宫, 杨武强, 范文华, 陈大军 申请人:比亚迪股份有限公司