基于AT89C51保護(hù)的多臺(tái)電動(dòng)機(jī)過載監(jiān)測

摘要：異步電動(dòng)機(jī)長時(shí)間過載會(huì)造成電動(dòng)機(jī)損壞，本文研究的是基于AT89C51單片機(jī)的一種可同時(shí)監(jiān)控、保護(hù)八臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)方案。該方案通過傳感器、單片機(jī)等器件可實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)保護(hù)，且可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)同時(shí)控制。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)發(fā)熱;單片機(jī);多臺(tái)控制

異步電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低，運(yùn)行維護(hù)方便和較好的機(jī)械特性而在工業(yè)控制與各電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。但其運(yùn)行情況直接影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門及整個(gè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于工作環(huán)境和條件的不同，容易發(fā)生機(jī)械和電氣故障，燒毀電動(dòng)機(jī)繞組的事故時(shí)有發(fā)生。因此，如何針對(duì)易發(fā)的過載故障建立全面有效地保護(hù)，一直是人們關(guān)注、研討和開發(fā)的課題。

過載是一種非正常運(yùn)行狀態(tài)，一定范圍或一定時(shí)間內(nèi)的過載是允許的，但長時(shí)間過載是不允許的。長時(shí)間過載會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的熱量積聚，其電氣絕緣水平會(huì)逐漸下降，最終導(dǎo)致絕緣擊穿，設(shè)備損壞。由于過載原因而造成電動(dòng)機(jī)損壞，在電動(dòng)機(jī)故障總數(shù)中占相當(dāng)大的比例，因此必須裝設(shè)過載保護(hù)。要做好該保護(hù)，首先要明確電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況。

1、發(fā)熱機(jī)理

電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電流是隨負(fù)載和電網(wǎng)電壓變化而變化的。因此，穩(wěn)定溫升 也是變化的，用上面二式都無法精確計(jì)算電動(dòng)機(jī)繞組的溫升。電動(dòng)機(jī)在負(fù)載變化時(shí)繞組內(nèi)的溫

升變化示意圖如圖2所示：

由圖2看出，隨著負(fù)載的變化，穩(wěn)定溫升發(fā)生變化，電動(dòng)機(jī)繞組的溫升發(fā)生相應(yīng)的升溫和降溫過程，在整個(gè)運(yùn)行時(shí)間范圍內(nèi)，無法用一個(gè)函數(shù)表達(dá)式計(jì)算電動(dòng)機(jī)的溫升。因此，本文把電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過程離散為一個(gè)個(gè)小區(qū)間，在每一個(gè)小區(qū)間上，電流可看作一個(gè)定值，在此區(qū)間上利用（6）式即可求解電動(dòng)機(jī)的升溫和降溫過程。

實(shí)踐證明，絕緣結(jié)構(gòu)的使用壽命與溫度之間呈指數(shù)關(guān)系。因此，它對(duì)溫度十分敏感，若工作溫度每超過A級(jí)絕緣8℃（B級(jí)10℃，F(xiàn)級(jí)12℃，H級(jí)14℃）其使用壽命就要平均縮短一半。傳統(tǒng)的熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)使觸頭系統(tǒng)動(dòng)作的，由于熱繼電器是由雙金屬片構(gòu)成其敏感元件，在動(dòng)作值附近不能可靠分離，且熱繼電器通過了大的短路電流或經(jīng)受機(jī)械碰撞后，雙金屬片易產(chǎn)生永久性變形。熱繼電器的動(dòng)作還與周圍環(huán)境有關(guān)，當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，雙金屬片會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移，因而在一定動(dòng)作電流下動(dòng)作時(shí)間會(huì)發(fā)生誤差。且熱繼電器的時(shí)間常數(shù)比電動(dòng)機(jī)小得多，對(duì)電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)、過載不能準(zhǔn)確可靠地保護(hù)。

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)思路

本保護(hù)采用數(shù)字化技術(shù)，把微型計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)中，采用有別于傳統(tǒng)的電流監(jiān)控保護(hù)技術(shù)，從監(jiān)測電動(dòng)機(jī)的溫升入手，當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)到極限溫度時(shí)即采取動(dòng)作，切斷電動(dòng)機(jī)的電源，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

例如環(huán)境溫度為10℃，電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣時(shí)，過熱保護(hù)的溫升動(dòng)作值為：

= 130-10=120℃

這樣避免了環(huán)境溫度對(duì)動(dòng)作時(shí)間的影響;同時(shí)還比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電動(dòng)機(jī)B級(jí)絕緣正常工作時(shí)極限允許溫升80℃高出40℃。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的允許溫升就可提高。因此，電動(dòng)機(jī)的過載能力由于環(huán)境的改善而得到了提高。

常用的熱繼電器僅能保護(hù)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，而本方案可一次性監(jiān)控、保護(hù)八臺(tái)電動(dòng)機(jī)。為機(jī)電產(chǎn)品的電氣設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。

（2）硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)保護(hù)采用的是基于AT89C51單片機(jī)的電子式過載保護(hù)繼電器，主要包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、輸入鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換器、地址鎖存器、單片機(jī)、溫度顯示、報(bào)警控制等。

3.2.1 ?傳感器AD590

溫度傳感器的作用是將電動(dòng)機(jī)的溫度轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，再將信號(hào)傳送給信號(hào)調(diào)整電路。其技術(shù)參數(shù)為：線性電流輸出 ，測溫范圍為-55℃～+150℃，線性度好、整個(gè)測溫范圍內(nèi)非線性誤差小于±0.3℃。

3.2.2 ?信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)理電路的作用是將傳感器獲得的電流轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器所能識(shí)別的工作電壓。

3.2.3 ?輸入鍵盤

輸入鍵盤采用數(shù)字式鍵盤，所有設(shè)定值和其他參數(shù)均可用鍵盤直接輸入，檢測和試驗(yàn)可用功能鍵直接進(jìn)行。

3.2.4 ?A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

A/D轉(zhuǎn)換器用以實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，ADC0809把信號(hào)調(diào)理電路輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能工作的數(shù)字信號(hào)。

3.2.5 ?AT89C51單片機(jī)

AT89C51單片機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中是一個(gè)智能型器件，它把前面的信號(hào)處理后跟設(shè)定溫度相比較，若超過允許溫升值則產(chǎn)生報(bào)警控制，同時(shí)顯示溫度。

3.2.6 ?報(bào)警控制

報(bào)警控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由光電耦合器、場效應(yīng)管、橋式整流二極管等組成，通過控制交流接觸器線圈的通斷實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止。光電耦合器的延遲時(shí)間在10 之內(nèi)，場效應(yīng)管的接通與斷開時(shí)間為 級(jí)，因此滿足快速響應(yīng)的要求。

通過以上系統(tǒng)的研制，此保護(hù)裝置可同時(shí)顯示多路電動(dòng)機(jī)的溫度，通過單片機(jī)輸出位控信號(hào)，讓顯示器同時(shí)顯示機(jī)位號(hào)和溫度，溫度可精確道±0.1℃;并且，可同時(shí)執(zhí)行有過載情況的電動(dòng)機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 、《淺析單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用》，張晶、吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2015.2;

[2] 、電動(dòng)機(jī)熱特性研究及單片機(jī)電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器的研制，曲戈，沈陽工業(yè)大學(xué)，2002.5;

[3] 、過載保護(hù)數(shù)學(xué)模型及其算法的研究，遲長春，河北工業(yè)大學(xué)，2008.5

作者簡介：

徐良芝，女，1973.4出生，無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校副教授;研究方向：電工電子、自動(dòng)控制

（作者單位：無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校）