繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)及其采樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及繞線式電機(jī)保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)及其采樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電機(jī)保護(hù)器向著多品種、多功能、小型化、遙測、遙控、網(wǎng)絡(luò)化集中控制方向發(fā)展。由于電機(jī)的造價比較昂貴，維修費(fèi)高，又是生產(chǎn)的重要設(shè)備，一旦發(fā)生故障將造成重大損失，因此，對它們實(shí)施有效的保護(hù)十分重要。
[0003]繞線式電機(jī)的工作特點(diǎn)，常用于頻繁啟動場合，且啟動電流大，對電網(wǎng)和其它設(shè)備沖擊大，故障率比較高。目前，已經(jīng)應(yīng)用的電機(jī)保護(hù)器基本上很難滿足對繞線式電機(jī)的保護(hù)。其主要原因是保護(hù)器電流、電壓采樣方法其采樣精度低、速度慢、穩(wěn)定性差等缺陷，限制了其在繞線式電機(jī)保護(hù)應(yīng)用和發(fā)展。直流采樣存在很大的局限性:無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時信號的采集；變送器的精度和穩(wěn)定性對測量精度有很大影響；設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)難等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時信號的采集；變送器的精度和穩(wěn)定性對測量精度有很大影響；設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)難的問題，本發(fā)明提供一種用于繞線式電機(jī)保護(hù)器的電流電壓采樣系統(tǒng)及方法，通過采用交流采樣能很好地解決了電流、電壓的采樣精度、速度、和穩(wěn)定性冋題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括互感器、放大器、采樣保持電路、波形轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓比較器電路和單片機(jī)；所述互感器分別連接到放大器和波形轉(zhuǎn)換電路的輸入端，波形轉(zhuǎn)換電路輸出端接單片機(jī)，放大器輸出端接采樣保持電路輸入端，采樣保持電路輸出端經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接電壓比較器電路，電壓比較器電路輸出端和單片機(jī)連接，所述互感器和放大器之間設(shè)有用于將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的負(fù)載電阻。所述互感器、放大器、采樣保持電路、波形轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓比較器電路組成的電流采集單元為三組，三組電流采集單元分別連接電機(jī)的三相電機(jī)的一相。所述波形轉(zhuǎn)換電路為三個分別對應(yīng)連接到三相電機(jī)的一相。該系統(tǒng)還包括用于單向?qū)Φ囟搪返牟蓸訂卧?，所述采樣單元通過零序電流互感器或電機(jī)外殼取得漏電信號。所述互感器把采樣信號轉(zhuǎn)化為O?5V的電壓或O?20mA電流。
[0006]一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的采樣方法，包括以下步驟:步驟一、互感器采集三相電機(jī)的交流信號；步驟二、將采樣交流信號通過放大器、采樣保持電路與電流基準(zhǔn)信號比較，判斷電機(jī)過載和短路故障；步驟三、將采樣交流信號通過波形轉(zhuǎn)換電路判斷缺相故障；步驟三、當(dāng)電機(jī)為異常狀態(tài)時，單片機(jī)發(fā)出停機(jī)信號。所述步驟一的電流采樣在電機(jī)運(yùn)行每個周期至少對三相電流各采樣一次。所述步驟三的異常狀態(tài)包括過載故障狀態(tài)、短路故障狀態(tài)和缺相故障狀態(tài)、三相電壓不平衡故障狀態(tài)。所述缺相故障狀態(tài)通過三相電流信號的有無進(jìn)行判斷。所述三相電壓不平衡故障狀態(tài)通過當(dāng)三相電壓不平衡度達(dá)到5%時，進(jìn)行判斷。
[0007]本發(fā)明有如下積極效果:采用交流采樣能很好地解決了電流、電壓的采樣精度、速度、和穩(wěn)定性問題，通過算法運(yùn)算后獲得的電壓、電流、等參數(shù)有著較好的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0010]一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括互感器、放大器、采樣保持電路、波形轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓比較器電路和單片機(jī)；所述互感器分別連接到放大器和波形轉(zhuǎn)換電路的輸入端，波形轉(zhuǎn)換電路輸出端接單片機(jī)，放大器輸出端接采樣保持電路輸入端，采樣保持電路輸出端經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接電壓比較器電路，電壓比較器電路輸出端和單片機(jī)連接，所述互感器和放大器之間設(shè)有用于將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的負(fù)載電阻。所述互感器、放大器、采樣保持電路、波形轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓比較器電路組成的電流采集單元為三組，三組電流采集單元分別連接電機(jī)的三相電機(jī)的一相。所述波形轉(zhuǎn)換電路為三個分別對應(yīng)連接到三相電機(jī)的一相。該系統(tǒng)還包括用于單向?qū)Φ囟搪返牟蓸訂卧?，所述采樣單元通過零序電流互感器或電機(jī)外殼取得漏電信號。所述互感器把采樣信號轉(zhuǎn)化為O?5V的電壓或O?20mA電流。
[0011]一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的采樣方法，包括以下步驟:步驟一、互感器采集三相電機(jī)的交流信號；步驟二、將采樣交流信號通過放大器、采樣保持電路與電流基準(zhǔn)信號比較，判斷電機(jī)過載和短路故障；步驟三、將采樣交流信號通過波形轉(zhuǎn)換電路判斷缺相故障；步驟三、當(dāng)電機(jī)為異常狀態(tài)時，單片機(jī)發(fā)出停機(jī)信號。所述步驟一的電流采樣在電機(jī)運(yùn)行每個周期至少對三相電流各采樣一次。所述步驟三的異常狀態(tài)包括過載故障狀態(tài)、短路故障狀態(tài)和缺相故障狀態(tài)、三相電壓不平衡故障狀態(tài)。所述缺相故障狀態(tài)通過三相電流信號的有無進(jìn)行判斷。所述三相電壓不平衡故障狀態(tài)通過當(dāng)三相電壓不平衡度達(dá)到5%時，進(jìn)行判斷。
[0012]交流米樣是通過互感器把米樣信號轉(zhuǎn)化為O?5V的電壓或O?20mA電流，其好處是采樣周期和速度不受限制，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數(shù)值，極大提尚了米樣精度、速度、穩(wěn)定性。米用二相電機(jī)電流的交流米集方法，在電機(jī)運(yùn)行時，每一個周期至少對三相電流各采樣一次，在15個周期內(nèi)可判斷出是否正常工作，克服了傳統(tǒng)直流采樣的滯后問題。
[0013]以下針對繞線式電機(jī)幾個常見故障采樣做具體描述:
[0014]1、對過載、短路故障信號的采樣。繞線式電機(jī)起動運(yùn)行中的過載和短路故障，體現(xiàn)在流經(jīng)電動機(jī)繞組的異常增大的電流值上，一般電動機(jī)保護(hù)器電路是采用3只電流互感器采樣運(yùn)行電流信號，將采樣信號與電流基準(zhǔn)信號相比較，判斷是否處于過載或短路故障狀態(tài)，故障時輸出停機(jī)信號。電路采集處理的為模擬電壓信號一一電流互感器輸出的電流信號經(jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栯妷海腿腚妷罕容^器電路，得到故障信號輸出。
[0015]當(dāng)產(chǎn)生單相對地短路故障信號的采樣，可通過零序電流互感器取得，或采樣電機(jī)外殼電壓，取得漏電信號。
[0016]2、對缺相故障信號的采樣。如上所述，繞線式電動機(jī)的斷相故障表現(xiàn)為電源缺相、電動機(jī)電纜斷路、電動機(jī)繞組斷路等不同故障內(nèi)容，若采用對三相電源電壓進(jìn)行采樣的方法，僅能對電源缺相故障進(jìn)行保護(hù)，無法完成對后兩種缺相故障的檢測，是不完全的一個方法。根本的方法，是采用對三相電流進(jìn)行采樣來判斷缺相故障的方法，對三種缺相故障都能做出準(zhǔn)確反應(yīng)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，還能對三相電流不平衡做出判斷。
[0017]一般對缺相運(yùn)行的判斷，不完全判斷電流信號幅度的大小，而是著重于三相電流信號的有無，比較三相電流信號的有無，得到斷相故障信號。將電流檢測信號處理為數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)邏輯運(yùn)算、判斷，得到斷相故障保護(hù)信號。
[0018]3、如果三相電壓不平衡，電機(jī)內(nèi)就有逆序電流和逆序磁場存在，產(chǎn)生較大的逆序轉(zhuǎn)矩，造成電機(jī)三相電流分配不平衡，使其中一相繞組電流增大。當(dāng)三相電壓不平衡度達(dá)到5%時，可使電機(jī)相電流超過正常值20%。造成這種現(xiàn)象的主要原因是:1、負(fù)載過重2、電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子繞組故障，電機(jī)必須立即停止運(yùn)行。
[0019]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括互感器、放大器、采樣保持電路、波形轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓比較器電路和單片機(jī)；所述互感器分別連接到放大器和波形轉(zhuǎn)換電路的輸入端，波形轉(zhuǎn)換電路輸出端接單片機(jī)，放大器輸出端接采樣保持電路輸入端，采樣保持電路輸出端經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接電壓比較器電路，電壓比較器電路輸出端和單片機(jī)連接，所述互感器和放大器之間設(shè)有用于將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的負(fù)載電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述互感器、放大器、采樣保持電路、波形轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓比較器電路組成的電流采集單元為三組，三組電流采集單元分別連接電機(jī)的三相電機(jī)的一相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述波形轉(zhuǎn)換電路為三個分別對應(yīng)連接到三相電機(jī)的一相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括用于單向?qū)Φ囟搪返牟蓸訂卧霾蓸訂卧ㄟ^零序電流互感器或電機(jī)外殼取得漏電信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述互感器把采樣信號轉(zhuǎn)化為O?5V的電壓或O?20mA電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的采樣方法，包括以下步驟: 步驟一、互感器采集三相電機(jī)的交流信號； 步驟二、將采樣交流信號通過放大器、采樣保持電路與電流基準(zhǔn)信號比較，判斷電機(jī)過載和短路故障； 步驟三、將采樣交流信號通過波形轉(zhuǎn)換電路判斷缺相故障； 步驟三、當(dāng)電機(jī)為異常狀態(tài)時，單片機(jī)發(fā)出停機(jī)信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的采樣方法，其特征在于，所述步驟一的電流采樣在電機(jī)運(yùn)行每個周期至少對三相電流各采樣一次。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的采樣方法，其特征在于，所述步驟三的異常狀態(tài)包括過載故障狀態(tài)、短路故障狀態(tài)和缺相故障狀態(tài)、三相電壓不平衡故障狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的采樣方法，其特征在于，所述缺相故障狀態(tài)通過三相電流信號的有無進(jìn)行判斷。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的采樣方法，其特征在于，所述三相電壓不平衡故障狀態(tài)通過當(dāng)三相電壓不平衡度達(dá)到5%時，進(jìn)行判斷。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種繞線式電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)及其采樣方法，該系統(tǒng)包括互感器、放大器、采樣保持電路、波形轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓比較器電路和單片機(jī)；所述互感器分別連接到放大器和波形轉(zhuǎn)換電路的輸入端，波形轉(zhuǎn)換電路輸出端接單片機(jī)，放大器輸出端接采樣保持電路輸入端，采樣保持電路輸出端經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接電壓比較器電路，電壓比較器電路輸出端和單片機(jī)連接，所述互感器和放大器之間設(shè)有用于將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的負(fù)載電阻。本發(fā)明提供一種用于繞線式電機(jī)保護(hù)器的電流電壓采樣系統(tǒng)及方法，通過采用交流采樣能很好地解決了電流、電壓的采樣精度、速度、和穩(wěn)定性問題。
【IPC分類】H02H7-09, G01R19-25, H02H7-08, H02H7-085
【公開號】CN104795797
【申請?zhí)枴緾N201510240462
【發(fā)明人】朱暉, 房菁, 崔群, 梁子貴, 王霞, 許斗
【申請人】蕪湖天宇科技開發(fā)有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月12日