[实用新型]一种基于ARM的智能化三相电机运行保护器

说明书

技术领域

本实用新型属于电机保护系统技术领域，涉及一种用于三相电机运行安全保障测控系统的保护器。

背景技术

在现有的三相电机运行安全保障测控系统的设计当中，常用的电机缺相保护器大多应用8位单片机做控制CPU，采集经过整流的三相交流电量来判别过载、缺相、电流不平衡等故障隐患而实现自动保护控制功能。这种类型保护器虽然应用可靠，但不足之处在于使用功能单一、管理不方便，不能把用户端的信息及时传送到测控中心，难以根据各负载的具体情况进行故障预报，也无法实现三相电网运行过程中短路等情况的处理以及远距离传输与控制等功能。另外在传统的电机缺相保护器中，模拟交流信号需要经过整流电流才能送A/D转换器输入端，这也会影响测量精度和增加电流互感器的功率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、智能化程度高、系统功能全面、响应迅速、方便管理及后期维修、可实现远距离传输与控制等功能的基于ARM的智能化三相电机运行保护器，其产品主要用于三相电机运行安全保护及在线电量监测(电压、电流、有功功率、功率因数等)，涉及超限过载、缺相、功率不平衡等的安全保护及在线监测。

本实用新型提供的技术方案如下：一种基于ARM的智能化三相电机运行保护器，由输入交流电压、电流信号采集模块(三相电网采集模块)、数据转换和计算处理模块、控制输出驱动模块三部分组成，输入交流电压、电流信号采集模块的输出端经数据转换和计算处理模块后通至控制输出驱动模块的输入端，其中，所说的输入交流电压、电流信号采集模块由内置有三相电流电路、三相电压电路、模拟放大调零电路的磁感应转化器构成，所说的数据转换和计算处理模块由内置有FFT滤波算法、功率因数算法、电流电压有效值算法、缺相过载判断算法的32位ARM芯片构成。

本实用新型的主要特点是在三相电机运行保护器使用了32位ARM芯片，该芯片内部含有大容量的缓冲存储器，运算速度高，这一点为快速频谱分析计算提供了可能，在对交流信号采集的硬件电路中省略了整流电路，使得输入采集电路得以简化，通过ARM内部程序进行谐波分析，可以及时了解负载的对转速影响、无功功率大小等，为进行无功功率补偿提供控制接口。随着网络技术的发展，单台设备的测控逐渐被网络测控所取代，它可以合理使用整个电网的系统资源，所以本实用新型系统中还可通过增添串行网络数据接口与目前市场上流行的RS485和CAN软硬件协议相兼容，其特点为联线简单，只需要简单的双绞线即可，可以很方便的实现多个电机的集中测控。

本实用新型的三相电网采集模块采用三相并联同步采集电路，使得缺相保护期更加智能稳定化；在解决对电网不平衡度实时检测的问题方面，利用32位ARM芯片的高速计算处理能力，将电网算法内嵌进其内部程序中，通过运算得出电网各个参数，并通过互相比对，进而判断电网运行状况，利用其内部大容量RAM实时存储数据，为后期故障检查提供依据；通过利用ARM芯片其内嵌算法，结合FFT数字滤波算法，编写数字滤波程序，进而利用该功能可以有效滤除外界干扰,简化了前期采集电路。本实用新型还通过基于ARM内核的单片机内置电网各项参数算法得出电网运行状态各个参数，通过预设电网运行标准，将电网实时参数与其比对，进而得出电网运行状况，以此为依据对后续电源、功率补偿模块输出信号，实现三相电机保护功能。在此基础上，保护器内部RAM可以实时记录各个故障发生时电网运行的各个状态，为后续故障排查提供依据。该保护器内部的串口通讯功能也实现了多机通讯功能及远距离传输与控制功能，方便了管理。本实用新型系统还具有功率因数分析功能，可获得电机的负载状况对功率因数的影响参数，提供的功率补偿控制接口，用来制作功率因数补偿器。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图。

图2是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。

图中的数字标记的名称分别是：1－输入交流电压、电流信号采集模块，2－数据转换和计算处理模块，3－控制输出驱动模块。

具体实施方式

参见附图，本实用新型所述的基于ARM的智能化三相电机运行保护器由输入交流电压、电流信号采集模块1、数据转换和计算处理模块2、控制输出驱动模块3三部分组成。输入交流电压、电流信号采集模块1的输入端接至三相电网，输出端经数据转换和计算处理模块2后通至控制输出驱动模块3的输入端。

实际结构中，输入交流电压、电流信号采集模块1由内置有三相电流电路、三相电压电路、模拟放大调零电路的磁感应转化器构成。通过磁感应转化器把输入几十到上千安培的被测电流，减小到毫安级，采样功率为0.2W，10000：1的通用电流互感器，该电流互感器可以有效将三相电网中的强电流信号转换成可以测量使用的低电流信号，转换后的电流信号在为系统提供采集样本的同时，可为整套系统运行进行供电。该方案是目前常用的电流采集方案，采集方便且效果稳定，并在电流测量的同时实现系统与电网的电器隔离效果。本系统的数据转换和计算处理模块2由内置有FFT滤波算法、功率因数算法、电流/电压有效值算法、缺相过载判断算法的32位ARM芯片(ARMLPC2132)构成。该32位ARM芯片具有运算速度快、集成度高特点，能高效使用C语言运算指令编程，其内部8K的随机存储器一次可以完成多达1024离散点的频谱分析计算，在芯片内部直接进行快速FFT分析来获得交流负载的有功功率和无功功率(经过实际测算，在主频选50MHz的情况下，一次1024点的FFT计算和无功功率计算少于50mS，即在市电的两个周波后就可以得到结果)。在电流采集方面，利用ARM芯片其内嵌的信号处理算法，快速求得输入信号的有效平均值，舍弃了传统信号采集前置整流电路，简化了采样电路和减小了换向误差。控制输出驱动模块3采用常规的内置有输出控制驱动功率补偿电路和输出控制驱动总电源控制电路的器件。该三相电机运行保护器除了具备普通电机过流缺相判断控制功能外，还能够及时了解感性负载的分布状况，避免因电机绕组瞬间磁场过饱和形成阻性负载而烧坏电机，快速做出判断给出控制信号，并通过继电器节点控制启动补偿电容，以增加启动功率。