基于c8051f360单片机的电动机微机保护

摘要 随着计算机和信息技术的迅速发展,特别是单片机的诞生,人们考虑用单片机实现设备的智能化,利用单片机技术,以传统保护为参考,研制一种多功能电动机保护装置,以替代传统的单一的保护装置,实现对电动机及时、有效的保护与控制。 本次 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 介绍了微机保护的发展历史、技术特点和发展方向。文章以电动机保护理论为基础，对电动机常见故障进行了分析，并以检测的电流、电压信号为故障判据，设计了以C8051F360单片机为核心的微机保护装置。C8051F360单片机主要完成数据采集、数据处理和保护、以及人机对话功能。 最后，文章对系统的抗干扰问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 进行了分析，提出了一些硬件抗干扰措施。 关键词：电动机，微机保护，故障分析，单片机 Abstract With the rapid development of computer and information technology, especially the birth of single chip microcontroller (SCM), people consider to use it to achieve the intelligent of devices. Using SCM technology and the traditional protection as a reference, the people develop a multi-purpose motor protection device to replace the traditional protective device, and can make the motor protection and control timely and effective. The design introduces the development history, the technical characteristics and development direction of the microprocessor-based protection. The common motor failure was analyzed based on the theory of the motor protection. And the C8051F360-centered microprocessor-based protection device is designed according to current and voltage signal failure criterion. C8051F360’s major task is to do the data collection, data processing and protection, and man-machine dialogue. Furthermore, according to the analysis of disturbances in the whole motor's protection system, some hardware measures of antiamming are taken in the system. Key words： motors, Microprocessor-based Protection, Protective algorithm, Microcontroller 目录 1 绪论    1 1.1微机保护的发展和特点    1 1.2电动机保护的发展    4 1.3智能微机保护装置的特点    8 1.4本课题提出的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和要做的主要工作    10 2 大型电动机保护方法研究    12 2.1电动机常见的故障    12 2.2短路保护    13 2.3欠压保护    14 2.4堵转保护    15 2.5负序过电流保护    16 3 微机保护算法    23 3.1采样方案    23 3.2全周波傅氏算法    24 4 电动机微机保护的硬件研究与设计    28 4.1保护装置原理框架图    28 4.2硬件工作原理    29 4.3采样滤波电路设计    29 4.4 单片机介绍    30 4.5 8255芯片及应用    31 4.6人机界面设计    32 4.7通讯接口设计    35 4.8看门狗电路    36 5 电动机保护装置的软件设计    38 5.1软件设计的模块化    38 5.2系统软件工作原理    39 6 系统抗干扰设计    47 6.1干扰的影响    47 6.2硬件抗干扰措施    48 7 小结    50 参考文献    51 致谢    52 附录Ⅰ 外文翻译    53 附录Ⅱ 硬件原理图    67 1 绪论 1.1微机保护的发展和特点 继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它对保证系统安全、稳定和经济的运行起着非常重要的作用，在其技术实现上需要满足四个基本要求，即:可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可靠性，即指发生了属于应该动作的故障时，保护装置能可靠动作，也就是不发生拒绝动作，而在其他任何不属于动作的情况下，不能动作，也就是不发生误动作;选择性，即指电力系统发生故障时，保护装置只能将故障设备切除，保证系统中的非故障设备仍然可以继续运行，以尽量缩小停电范围;速动性，即指保护装置应该能快速切断故障，特别是作用于断路器跳闸的保护装置要求动作迅速;灵敏性，即指保护装置应该能在事先规定的保护范围内部故障时，不论故障点的位置以及故障的类型如何，都能灵敏地感觉到并正确地反映。 电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，促进了继电保护装置的不断发展。继电保护装置经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机继电保护阶段。 微机继电保护指的是以数字式计算机(包括微型机)为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的。 60年代中期，有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究，为后来的继电保护发展奠定了理论基础。 计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格大幅度下降，可靠性、运算速度大幅度提高的微型处理器为微机继电保护的发展和实际应用奠定了物质基础;数据采集、数字滤波和保护算法方面深入的理论研究为微机继电保护的发展提供了理论基础。从而，促使微机继电保护的研究出现了高潮。 70年代后期，出现了比较完善的微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。90年代，电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代。 我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过10年左右的奋斗，到了80年代末，微机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。 自1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用之后，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护不断涌现，并且各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。因此到了90年代，我国继电保护也进入了微机时代。 随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，一些新的改善继电保护性能的原理和方案，特别是基于故障波形特征或者高频分量的保护原理，以及神经网络和模糊集原理的智能化保护方案，受到更多的重视并逐步得到实际应用，这也对微机保护装置硬件提出了更高的要求。由于集成电路和计算机技术的飞速发展，微机保护装置硬件的发展也十分迅速，结构更加合理，性能更加完善。微机继电保护装置的硬件结构的发展大致可以分为以下几个阶段： (1)第一阶段以单CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式A/D模数转换器构成，硬件及软件的设计符合“四统一”设计 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 (2)第二阶段以多单片机构成的多CPU硬件结构为主，数据采集系统为电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件软件的设计吸取了第一代微机保护装置成功运行经验，利用多CPU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可以定位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施以及防止拒动与误动的措施。 (3)第三阶段以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不需引出芯片，电路简单的特点，抗干扰性能进一步加强，并且完善了通信功能，为实现变电站自动化提供了方便。 如今，计算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大的数字信号处理器(DSP )被逐渐运用到电力系统微机继电保护之中，充分发挥其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，满足了电力系统监控的实时性和处理算法的复杂性等更高的要求，并为不断发展的新理论和新算法应用于电力系统的实践奠定了技术基础。由于DSP的价格较高，影响了DSP在微机继电保护领域的推广应用。随着数字信号处理器芯片和开发工具的价格下降，可以预期数字信号处理器将会在微机继电保护装置中发挥重要的作用。 目前，微机继电保护技术的发展不断地向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化方向发展。研究和实践证明，与传统的继电保护相比较，微机保护有许多优点，其主要特点如下： (1)改善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护;可引进自动控制、新的数学理论和技术如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等，其运行正确率很高也已在运行实践中得到证明。 (2)可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障测距等功能。 (3)工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准;装置体积小，减少了盘位数量;功耗低。 (4)可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响，不易受元件更换的影响;且自检和巡检能力强，可永软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。 (5)使用灵活方便，人机界面越来越友好，在操作方面采用触摸面板进行整定值操作，采用画面方式显示文字、图、表，采用智能化人机接口等，提高了操作性能并使维护调试变得更加方便，从而缩短维修时间;同时依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性和结构。 (6)可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。微机保护装置本身就是一台采样、测量装置，可以在调度室或变电站集控室对各种模拟量，如电流、电压、有功、无功、功率因数等进行监控，可以在调度室或变电站集控室对保护装置的定值进行修改和整定，并且可以对保护装置的控制字进行读写，从而控制保护装置的投退和工作方式的改变。另外，可以存多套保护定值，完全可以达到每套定值对应一种常用的系统运行方式，这样，每次修改定值的工作量变得非常小，仅仅需要改变一下定值区号而已。这些特点，是实现变电站综合自动化或无人值班的重要基础。 1.2电动机保护的发展 三相交流异步电动机因其结构简单、成本低廉、运行可靠、维护方便、机械特性能满足大多数生产机械的要求等优点被广泛地应用于发电厂、化工厂以及工矿企业中，成为所有动力设备中的主力军，其耗电量占总发电量的70%以上，所以电动机的节电在节能中具有举足轻重的作用。在电动机节能运行方面己作了许多工作，取得了一定效果，但忽略了电动机保护在节能中的重要作用。电动机在烧毁过程中因发热所消耗的电能是极大的，每年仅因电动机烧毁所耗电能达数十亿kWh，因材料报废所产生的间接耗能更是巨大的，所以必须重视电动机保护这一重要环节。目前在技术先进国家电动机保护己具有较高水平。 据有关部门统计，全国每年烧毁电动机的数量在20万台次左右，总容量约4000万kW，直接损失达16亿元左右，间接损失高达百亿元。因修复电动机每年消耗电磁线5000万kg，生产lkg铜线需33.4kWh电能，每年为此需消耗16.7亿新型电动机微机保护测控系统的研究与设计kWh电能。所以，“节约用电，节约原材料就是节约能源。节约能源就是通过采用技术上可行的，经济上合理和有利于环境保护的一切措施，用以消除用电过程中不合理和浪费现象”。因此，抓好电动机保护的研究与推广工作，对国民经济和节能有着重要的意义。 另外，科技的发展和生产的现代化推动了电动机设计制造技术和生产使用的发展，而采用了现代科技设计制造并且在生产现代化和控制自动化条件下使用的电动机又对电动机的保护提出了更高更新的要求。 从电动机制造和发展的过程来看，由于采用新型电磁材料与绝缘材料的结果，在增加出力的同时，其体积和重量不断减少。为了将生产成本降到最低，现代大型电动机的设计与制造正走向“极限设计，容量相同的电动机与30年代相比重量减少了一半以上，体积减小了约1/3。这意味着新型电动机额定电流与耐热限度电流(或称允许过载电流)及启动电流与耐热限度电流的差额较小。这样的电动机对不正常运行条件十分敏感，电动机所能承受的过负荷能力急剧下降。 从电动机制造和发展的过程来看，由于生产自动化及各种自动化控制、顺序控制设备的出现，要求电动机经常运行在频繁启动、制动、正反转、间歇以及变负荷等多种方式。在上述各种不同运行状态下，电动机的发热情况及其所受到的电动力和热力的冲击相差悬殊。而电动机的经济使用周期(寿命)，正与它所受到的启动次数和持续时间密切相关。现代生产机械中，由于自动化的需要，对电动机的运行要求越来越高[9,10]。同时，由于电动机与配套机械连接在一起，当电动机发生故障时，经常波及生产系统。因此，对电动机实行有效保护，是保证生产系统正常工作的一项重要任务。某种程度上讲，电动机的保护与电动机的设计制造、控制使用同等重要。 我国电动机保护历史已有半个世纪之久，电动机保护的发展大致可以分为以下几个阶段： （1）以熔断器、接触器和热继电器构成的保护方式:熔断器与刀开关是使用最早、最简单的保护方式。熔断器主要是用于短路故障或严重过载时保护供电设备和供电网络的，实际上它对电动机不起直接保护作用。当熔体熔断时，又往往会造成电动机缺相运行而烧毁。许多人把熔断器的作用看作是保护电动机，是一个概念错误。现行的熔断器熔体截面选择按电动机额定电流1.5 -2.5倍来选择是不符合实际的。电动起动时受到5-7倍大电流冲击，但因时间短，理论上是可以在熔体不熔断的情况下通过熔体，但由于熔体在制造工艺、时效和安装上存在随机“缺陷”，在电动机起动时很容易发生部分相首先熔断，而使电动机处于缺相运行，造成烧毁事故。热继电器是我国50年代初从前苏联引进的产品，是用于电动机因过载引起的过电流保护装置。因为热继电器具有反时限特性和结构简单、使用方便等优点，一直延用至今。但是热继电器对起动过程中的电动机不起保护作用，且环境温度对热继电器参数影响较大，不稳定，双金属片整定方法粗糙。热继电器安装在电动机壳外，一旦发生通风受阻、扫锉、堵转、长期轻微过载使电动机绕组产生热积累等，热继电器就无法保护电动机。原因是热继电器串接在主电路中，与电动机绕组温度无直接关系。另外热继电器本身是一个耗能元件，在动作过程中要消耗较多的电能。而当热继电器真正起到保护作用动作几次，其本身的电阻丝、绝缘材料会因过热而迅速损坏，不能继续使用，必须全套更换。 (3)温度继电器保护方式:温度继电器也是采用双金属片制成的园盘形继电器，其结构简单、动作可靠，装在电动机内部靠温度动作。但动作缓慢、返回时间长，不适合在小型电动机中使用。 (4)电子式保护装置保护方式:随着电子技术的迅速发展，电子式电动机保护装置应运而生。该类产品具有成本低、体积小等特点，但其保护过于简单，对许多场合的电动机不适用。 (5)微机型电动机保护装置保护方式:随着电力系统微机继电保护的不断发展，并有其与传统保护明显不同的特点，在电动机保护中得到不断的应用。微机型电动机保护装置只需要通过采集电动机各序分量，经过计算，判断保护动作与否，非常简单、实用和可靠。许多新的电动机保护原理和方案，以及能够改善电动机保护性能的一些复杂先进算法在微机型电动机保护装置中也很容易得到实现。这些使得微机型电动机保护装置保护功能齐全，动作迅速、可靠性高，并能准确快速反映故障，具有装置动作指示，可记录和查询装置动作类型、动作时间以及故障特征值，便于故障分析，正常运行时可对电动机的运行状况进行监测。所以，微机型电动机保护装置逐渐被广大用户所接受，逐渐取代传统的保护方式成为电动机保护方式中的主流。 1.3智能微机保护装置的特点 电动机微机保护系统之所以能被推广和应用，是因为它具有传统继电保护无法比拟的优越性。其优越性可以分为以下几方面： 1.3.1性能优越 微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护无法实现的新功能。微机保护还可以具有故障参数记忆、故障录波等功能，可以自动打印记录故障前后各电气参数的数值、波形以及各种保护的动作情况等，供故障分析用。此外，较之传统的保护装置，微机保护的软件不易受电源波动、周围环境温度变化及元件老化的影响，因此微机保护的性能比较稳定。 1.3.2可靠性高 微机保护可以具有自诊断功能，能不断地对装置各部位进行自动检测，可以准确地发现装置故障部位，及时报警，以便处理。体现可靠性的重要方面在于抗干扰能力，微机保护在硬件上采取电磁屏蔽、光电隔离等一系列抗干扰措施外；在软件上采取数据有效性分析，多次重复计算、自动校核等软件措施，使微机保护能自动纠错，即能加入自动地识别干扰和排除干扰的措施，防止干扰引起微机保护误动作。此外，装置还采用多重化措施，进一步提高保护的可靠性。微机型智能保护装置充分运用微电子技术和计算机技术等各种先进技术，这些先进技术的应用使得保护装置能够根据运行状态，通过感知、推理、学习、决策等手段自动地选择最佳模式进行控制与保护，极大地提高了保护装置的可靠性。 1.3.3灵活性强 各种类型的微机保护所使用的硬件和外围设备可通用。不同原理、特性和功能的微机保护主要取决于软件。通常，可以在一套软件程序中设置不同的保护方案，用户根据需要来选择，也可以根据系统运行的实际条件或故障情况随机变化，使保护具有自适应能力。当系统发展需要改变保护原理或性能时，则只需将程序加以修改，这种灵活性是传统保护不可比拟的。 1.3.4调试维护工作量小 传统的继电保护装置，如机电型、整流型、晶体管型继电保护装置，调试工作量都很大，尤其是一些复杂保护更是如此。微机保护装置是由硬件和软件程序两个大部分组成，若硬件完好，对于己成熟的软件，只要程序和设计的一样，就会达到设计要求。再者，微机保护可以具有自诊断功能，能对硬件和软件进行自检，一旦发现异常就会发出报警，使得现场维护工作量大大减少。 1.3.5经济性好 经济性包括装置的投资费用和运行的维护费用。随着大规模集成电路技术的发展和微机的广泛应用，微机硬件价格不断下降，而传统的继电器价格却在同期内相对上升。装置整体体积也因采用大规模集成电路而大大减小，这使得运输费用也相应降低。此外，由于微机保护可以具有自诊断功能，所以微机保护装置的维护费用较低，这样可以节省大量的人力物力，其经济效益是可观的。 1.3.6多功能化和综合应用 微机保护很容易实现保护以外的其他功能，这些功能是传统保护很难实现的。像故障录波和各种数据的打印。微机保护还可以扩大数据的应用范围，如为中心调度所提供电压和功率等运行数据，也可以进一步将保护、控制和监视等功能统一设计、协调配合，实现整个电力系统监视、控制、保护的综合自动化，进一步实现电力系统计算机网络控制管理。 1.4本课题提出的解决方案和要做的主要工作 高压电动机保护是一个集保护、测量、控制、分析、远动等多功能于一体的大型系统工程，要走向成熟、稳定、全面尚需一个较长的应用、探索、完善和提高的过程。高压电动机保护应该在哪些方面作进一步发展，是值得我们探讨的，历史与现状的分析，国内外的发展历程可以说明，未来的高压电动机保护将会成为电力系统的高效率、高质量、高水平的运行系统的重要组成部分。 高压电动机保护装置应具有以下功能： （1）监视高压电动机的运行状况，一旦发现故障或不正常运行状态，立即发出报警功能。 （2）具有短路保护、负序过电流保护、欠压保护、堵转保护等主要功能。 （3）通信功能 选择合适的通信方式，实现与上位机及时、准确的传送报警数据，同时能接收上位机控制指令。 本 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 的主要工作内容如下： (1)对电动机保护原理和保护算法进行深入分析研究，对保护判据了进一步优化。同时完善了保护装置的保护功能。应用对称分量法对高压电动机的各种故障进行分析，把高压电动机的故障分为对称故障和不对称故障，采用电动机定子过电流程度和电流的负序分量作为故障判据。算法方面，对三采样法、全周波傅式算法、均方根值进行了研究。采用全周波傅式算法既能抗干扰又能满足装置对测量的要求，在设计的装置中采用了该方法，达到了预期的目的； (2)经过对各种类型处理芯片的综合比较采用80C196处理芯片，完成对微机电动机保护硬件系统和总体方案设的设计。保证装置的整体抗干扰优良，为人机界面提供硬件支持，解决硬件可靠性问题； (3)在高压电动机早期故障诊断方面，提出了一种基于小波变换的针对非平稳故障信号的消噪方法，仿真结果表明小波变换理论非常适合于突变信号或非平稳信号的消噪，该方法不仅可以消除噪声，更重要的是可以将突变信号保留下来，而突变信号中极有可能包含故障的早期特性，这为早发现故障赢得了时间，一定程度上提高了被保护对象的安全性； (4)基于对设备运行现场干扰情况的考虑，本文从装置的软件、硬件两方面针对抗干扰作了分析，提出了软件、硬件应该采取的措施。这些方法和措施在抗干扰试验中证明是有效的，加强了保护装置自身稳定运行的可靠性。 2 大型电动机保护方法研究 高压电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中电动机常常运行在环境恶劣的场合(如高温、高湿、尘埃、腐蚀等)，导致电动机的过流、短路、断相、绝缘老化等事故频发，据调查全国约有20%的电机因故障被烧毁，近30%的电动机带缺陷运行，给正常生活和日常维护造成沉重负担，特别是高压电动机，大功率电动机容量大，不仅造价高，更因为往往都是应用于大型工业设备的重要场合，一旦发生故障所造成的直接或间接经济损失更为惨重。因而对大型电动机的保护问题被人们广为高度重视。 在本章的后面几节中，对电动机的故障特征及电动机常见的故障和不正常运行方式进行分析并给出保护装置具体实现的方法。 2.1电动机常见的故障 电动机常见的故障可分为对称故障与不对称故障两大类。对称故障包括过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏。此类故障明显特征是电流幅值的显著变化。不对称故障有：断相、逆相、相间短路、匝间短路等。这类故障是电动机运行中最常见的一类故障，不对称故障对电动机的损害不仅仅是引起发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。此类故障明显特征是电机电流出现负序电流和零序电流。电动机在发生不对称故障时，应用对称分量法可将三相电流分解为正序、负序和零序分量。电动机在正常运行时负序和零序分量没有或很小，旦发生不对称故障则将会大幅值出现，因此通过检测过流幅值、负序和零序电流分量、电流不平衡率，母线电压为基础的故障判据具有很高的灵敏度和可靠性。 2.2短路保护 电动机的短路故障是比较严重的一种故障，危害性很大，在进行短路保护时，即要避开起动电流，同时保护装置应是电流速断保护。当电动机定子绕组短路时，由于短路而产生的短路电流不仅会使绕组的绝缘破坏，导致电动机损坏，而且会导致供电电网电压下降，从而影响其它用电设备的正常运行。因此必须要装配有短路保护装置。本文相电流速断保护是装置通过检测电动机A、B、C三相工作电流的最大值，算法上能够自动判别电动机是起动时间内还是在起动时间后，起动时间内和起动时间后的速断值可分别整定，从而可有效地躲过电动机的起动电流，保护装置在判断电动机电流值大于速断保护的整定值后，立即动作，跳开电动机。 2.2.1相电流速断保护整定原则 ISQ=K1IS I1=K2Ie 其中:ISQ—速断动作电流高值(电动机启动过程中速断电流动作值)(A) IS—电动机启动电流最大值； Ie—电动机额定电流； I1—电动机速断电流； K1为安全系数，一般在1.1~1.3范围内取值。 K2为过电流倍数，一般在2~9范围内取值。 2.2.2相电流速断保护动作判剧 IMAX=MAX(Ia,Ib,Ic) 即IMAX≥ISQ在电动机启动过程中 IMAX≥I1在电动机启动结束后 t≥t1 式中，IMAX：A、B、C相电流(Ia，Ib，Ic)最大值(A)。 ISQ：速断动作电流高值(电动机启动过程中速断电流动作值)(A)。 I1： 速断动作电流低值(电动机启动结束后速断电流动作值)(A)。 t：  整定的速断保护动作时限ms。 2.3欠压保护 当供电系统出现短路故障，导致电压降低或电压消失时，电动机转矩急剧下降。在电压恢复电动机自起动时，将有数倍于额定值的大电流流过电动机，使电网电压降低，同时电动机端电压也降低，造成电动机起动困难或根本不能自起动。另外如果供电电压恢复的较慢，则电动机长期处于起动状态，此时，电动机或配电系统均受相当大的起动电流作用，这时在长时间的起动电流作用下，会导致绝缘过热甚至损坏。由此可见，为减少供电系统的电压降，保证重要电动机自起动，保障电动机的安全，应设置欠压保护，切除不重要电动机和根据生产过程及技术保安条件要求不允许自起动的电动机。这样当供电系统恢复正常时，可保证一部份有必要自起动的电动机顺利起动，同时可人工控制各电动机的先后起动顺序，使电动机的起动电流先后错开，保持供电系统稳定。 2.3.1欠压保护的装设原则 (l)对于能自动起动的重要电动机，不装设低压保护：但当装有自动投入装置的备用机械设备时，为满足联动投入的要求，应装设带10秒时限跳闸的低电压保护。 (2)为了保证重要电动机的自起动，在其它的电动机上应装设带0.5秒时限跳闸的低压保护。 (3)当电源电压长时间降低或中断时，根据生产工艺过程和技术保安条件等要求不允许自起动的电动机，应装设带10秒时限跳闸的低压保护。 由上分析可见，一般对比较重要的电动机，为提高工作的可靠性，允许电压降低或消失后又恢复供电时自起动，对这一类电动机一般不设置欠压保护。 2.3.2欠压保护整定 在阻力转矩一定的情况下，当供电电压降低到足以引起电动机制动时的电压称为临界电压。此时欠压保护应能反应并将电动机切开。根据规程规定，低压保护的动作电压，对不重要的电动机取0.7Ue，延时时间为0.5s：对重要电动机取0.5Ue，延时时间为10s(U e为二次额定电压)。 本文装置通过测量电动机母线电压来实现欠压保护，当电动机母线电压降低到整定动作值U欠以下，且时间大于整定值t欠时，进行跳闸保护。 (1)欠压保护动作值U欠整定范围：10~90V，级差0.1v； (2)欠压保护动作时间t欠整定范围：0.1-10s，级差0.01s。 2.4堵转保护 电动机因机械原因、负荷过大等原因造成转子被卡死或低速运转会造成过热而危及电机，必须予以切除。 图2.1电动机堵转保护逻辑图 I13为堵转电流定值；T13为堵转时间定值。 堵转保护逻辑图如图2.1： 在启动情况下，电动机的启动电流一般随启动时间逐渐减少；而发生堵转时，电动机的电流一般是呈上升趋势。电动机处于堵转状态下允许的时间很短，堵转保护采用短时限保护。保护装置应能可靠地区分电动机的正常运行和堵转。启动过程中出现堵转，由启动时间过长保护提供保护；运行过程中出现堵转，会引起电流剧增，当电动机的任一相电流超过堵转电流整定值I1，并达到堵转整定时限时，本保护动作作用于出口跳闸。在一定意义上，堵转保护可作为电动机运行过程中短路保护的后备保护。堵转保护电流I13可按电动机铭牌堵转电流的一半整定；保护时间不，可参考电动机的允许堵转时间整定，一般整定为允许堵转时间的0.9倍。 2.5负序过电流保护 负序保护所针对各类非接地性不对称故障，如断相、不平衡运行、局部匝间短路等。应用对称分量，可以分析各种故障下的负序电流。以下以断相为例进行分析。电动机断相故障主要两大类情况如下图： 图2.2Y型接法三相异步电动机A相断开 2.4△接法三相异步电动机绕组断开 图2.3△接法三相异步电动机A相断开 对于电动机断相而言，绕组断相表现较为复杂。由于电动机绕组接法有Y形和△形接法两种，故其断相表现有所不同。对于Y形接法的电动机，主回路的任一处断相可根据线电流来判断；对于△形接法的电动机，若在绕组中出现断相，则只能根据三相电流的不对称来判断了。由对称分量法分析，当电动机发生断相等不对称故障时，定子电流可分解出负序电流分量，该电流的取值决定于电动机的负序阻抗对正序阻抗的比值，负序电流会使电动机的转子绕组中产生2倍工频的单相交流电流，造成电动机机端过热，转子振动；另外，电动机断相运行时由于负序磁场的存在，基波旋转磁场质量变差，机能、能量转换能力降低。设Y形接法三相异步电动机A相断开，如图2.2所示。电源电压虽对称，但由于断线处出现电压△U，所以在电动机端点A、B、C处三相电压是不对称的，电动机负载越大，断相时电压的不对称程度越大。 图2.5Y型接法三相异步电动机A绕组 断开正序阻抗等效图 图2.6Y型接法三相异步电动机A绕组 断负序阻抗等效图 应用对称分量法得出A相断开后的三相异步电动机正、负序相阻抗等效电路如图2.5，2.6所示 图2.5中rl代表定子绕组的电阻，jx1代表定子绕组的漏抗；rm代表与定子铁芯损耗相对应的等效电阻(有功损耗)，jxm代表与主磁通相对应的铁芯的电抗： ，jx2代表折算到定子边的转子绕组电抗和漏抗； 图2.6中， 代表定子绕组的电阻，j 代表定子绕组的漏抗；rm代表与定子铁芯损耗相对应的等效电阻(有功损耗)，j xm代表与主磁通相对应的铁芯的电抗； jx 代表折算到定子边的转子绕组电抗和漏抗； 在不计磁路饱和的影响下，电动机的运行可看成是在正序对称电压和负序对称电压分别作用下运行的叠加，叠加图如图2.7： 在正、负序电压作用下产生各序相应的电流、功率及其转矩，而综合转矩M是在序转矩Ml和负序转矩M2的合成。M=M1-M2由于电动机正常运行中，转差率S很小，则正序阻抗Z+远小于负序阻抗Z-，即负序电压很小也会引起大的负序电流。负序电流产生的负序转矩为制动转矩，使输出转矩和功率减小，在负载不变情况下，引起电动机转速下降，非故障相电流增大，引起绕组过热而烧毁电动机。另一方面，在三相电压不平衡时，三相感应电动机的负序阻抗与其启动期间的阻抗相似，而此时在不平衡电源上运行的电动机将产生不平衡电流，所引起的线电流不平衡为线电压不平衡的数倍，三相电流可能明显地不同，而且电流较大的那一相中加重的发热将使电动机的温升加剧，最严重的不平衡形式是一相断路，这种情况将会很快导致电动机烧毁，所以保护装置要有不平衡(断相)保护功能。 图2.7正、负序对称电压叠加图 2.5.1断相电流特性分析 如图2.2，对Y形接法，设A相断开，流入电动机的电流为： (2.1) 应用三相对称分量法： （2.2） 、 、 为三相不对称电流，a=e °、a2=e °、a3=1由欧拉公式ejφ=cosφ+jsinφ得：           （2.3） 由此可见，在A相断开时，正序、负序电流大小相等，方向相反。 B、C端点间电压推导如下：         （2.4） 联立以上两式得： （2.5） ∴ （2.6） =                                           （2.7） 式中：Z+—三相异步电动机正序相阻抗 Z-—三相异步电动机负序相阻抗 在忽略励磁阻抗的影响时，Z+、Z-计算如下： =2r1+2jx1+（ ） +j2（x1+ ）          （2.8） ∴                         （2.9） 电流有效值为： （2.10） 在电动机运行过程中发生缺相故障： 0T21；T21为负序电流I段延时整定值； 2)由于负序保护能反映例如局部匝间短路之类的轻微故障，对于电动机故障的早期诊断具有很大优势。但是由于实际供电电源总存在一定的不对称，即使在正常运行时，电动机也会有一定的负序电流存在，负序保护整定必须躲过这一不平衡电流。负序电流Ⅱ段动作条件如下： I2≥I22；I22为电动机负序电流Ⅱ段电流定值；I2为负序电流； T>T22；T22为负序电流Ⅱ段延时整定值； 3 微机保护算法 3.1采样方案 参数的测量可分为直流采样和交流采样两种。 3.1.1  直流采样 在微机应用初期，一些参数的测量普遍采用直流采样，直流采样是把交流电压、电流信号转化为0～5V的直流电压，再送到A/D转换器。即A/D转换器采样的模拟量为直流信号。直流采样的好处是不经过采样装置处理的，所以采样周期和速度不受限制，软件设计简单，计算方便，对采样值只需做比例变换即可得到被测量的数值。但直流采样方法存在一些问题：测量精确度直接受整流电路的影响，整流电路参数调整困难。直流采样的整流电路中二极管半波整流和桥式全波整流都存在二极管的导通压降影响整流电路线性的问题，特别是在信号电压较低的时候，影响更大。而实际中一般选用精密整流电路，这种电路的优点是避免了整流二极管正向导通压降的影响，但同时增加了电路的复杂程度，而且还需要为放大器提供正负电源，增加了电源部分的成本。而且一个系统的全电量采集需要多个整流器件、使得装置的结构庞大、可靠性降低。 3.1.2  交流采样 交流采样是相对直流采样而言，直接对交流电压和电流波形进行采样。在一些比较高档的仪器仪表中，人们普遍采用交流采样。采样方式是按一定周期(称为采样周期)连续实时采样被测信号一个完整的波形(对于正弦波只需采样半个周期即可)，即交流采样是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再用一定的数值算法将采样得到的离散信号进行真有效值运算，从而得到电流信号的真有效值，这样就避免了被测信号波形畸变对采样值的影响。交流采样的关键技术有几个方面： 1.采样周期应远小于被测信号周期，这对于工频电流信号是不成问题的，因为目前单片机的处理速度已经足够。 2.要从硬件上避免采样信号畸变，这就需要从几个方面来努力：①保证电流互感器在测量范围内输出的电压信号波形失真小。②电流互感器的采样信号到单片机输入接口往往需要比例放大，这就要求信号变换电路失真要小。③防止噪声干扰，一般的做法是在单片机输入口加一个高频旁路电容。交流采样电路中除去了阻容滤波电容，因而在响应速度方面比直流采样有极大改善，特别对于那些对响应特性要求较高的随动系统非常有益。尽管交流采样有很多直流采样无法比拟的优点，但因其会增加软件编程的难度并要占据较大的存储空间而在一些较简单的小型系统中较少使用。 交流采样法主要取决于两个因素：测量精度和测量速度。交流采样相当于用一条阶梯曲线代替一条光滑的正弦曲线，其原理性误差主要有两项：一项是用时间上的离散数据近似代替时间上的连续数据所产生的误差，这主要取决于A/D的转换速度和CPU的处理速度；另一项是将连续的电压和电流进行量化而产生的量化误差，这主要取决于A/D转换器的位数。交流采样对A/D转换器的转换速度和采样保持器要求较高；为了保证测量精度，一个周期内，必须保证足够的采样点数，而且采样计算程序相对复杂，对CPU要求较高。随着电子技术的飞速发展，如今的微机、单片机的处理速率大大提高，同时也出现了种类繁多而且性能价格比很好的A/D转换器，这些为交流采样奠定了坚实的基础。交流采样省去了整流器件，降低了造价，简化了装置构成。 3.2全周波傅氏算法 它是采用某一正交函数组作为样品函数，将这一正交样品函数组与待分析的时变函数进行相应的积分变换，以求出与样品函数频率相同分量的实部和虚部系数，进而可以求出待分析的时变函数中该频率的谐波分量的模值和相位。 设被采样电流i(t)和电压u(t)包含直流分量和各次谐波分量，则分解 为傅氏级数： (3.22) (3.23) (3.24) (3.25) 其中 实部：                     (3.26) (3.27) 虚部：                       (3.28) (3.29) 这种算法在计算机上实现时，是对离散的采样值进行运算，假设在一个周期采样N个点， ，_……_， ， …… ，可用N个采样值的总和代替上述积分运算。 ， ， 则实部： (3.30) 同样得：                          (3.31) 同样有虚部：        (3.32)                                    (3.33) 式中N—一个周期T中的采样次数 —第k个采样值。 当n=1时，为基波情况，实部和虚部为： (3.34) (3.35) (3.36) (3.37) 由此可得到： (3.38) (3.39) 傅氏算法优点是能够有效地抑制各次谐波，有数据滤波作用。但由于用离散值累加代替连续积分，所以结果受频率的影响，此外，由于此种算法得出结果时间长，所以响应速度较慢。现在己有快速傅氏算法等用以克服这些缺点。 全周波傅氏算法，计算精确，并能抑制各种谐波。在本文保护装置中，选取全周波傅氏算法作为系统的采样算法。 4 电动机微机保护的硬件研究与设计 4.1保护装置原理框架图 由单片微机与其它外围器件和装置连接起来的硬件，在软件的操作下运行以执行预定的保护或控制任务。硬件是微机保护系统的基础，软件设计必须与硬件协调，从而完成微机保护功能。本文装置由C8051F360单片机为核心的主控单元，前向数据采集单元，保护执行驱动单元。如下图为系统硬件框图： 图4.1  保护装置原理框架图 如上图所示，为系统的电气原理图，系统的控制核心采用单片机C8051F360。 4.2硬件工作原理 信号输入电路系统中数据采集所使用的传感器是电压互感器和电流互感器。电压互感器二次侧电压、电流互感器二次侧电流的模拟量首先进入电流电压变换模件进行交流变换，然后进入滤波元件滤波后进入ad转换器，接着通过光电耦合去除干扰，进入单片机C8051F360，由单片机微处理器读取转换的结果通过一定的算法进行信号处理和故障判断。 看门狗MAX813L芯片可以实现对CPU的实时监控，当CPU运行异常时，看门狗将对整套系统强行复位。 在人机接口模块，用户通过键盘可以查询各个保护情况；单片机发出的事件报告和采样信息也通过显示器显示。 通讯接口总线，通过与上位机通信，使系统调度人员能在远方了解系统的运行情况，并能远方修改定值、执行操作命令等，从而实现变电站综合自动化的远方监控功能。 4.3采样滤波电路设计 本系统故障检测信号取自于电动机UAC相线电压、三相线电流、负序电流和零序电流，共六路模拟输入信号，实时的电压和电流信号经过PT和CT的转换，成为可处理的低电平信号，经过预处理电路。 图4.2 电压采样电路图 预处理电路主要完成对信号的滤波，滤除测量要求之外的高次谐波。然后在信号采集电路中对信号进行多路同步采样，其中电压采样电路如图4.2。电压信号经稳压电路并转化成电压有效值，经运算放大后ad转换机。再通过光电耦合滤除干扰进入单片机。电流采样电路为： 图4.3 电流采样电路图 在单片机中经内部程序的判定后确定保护状态，从而完成保护。 4.4 单片机介绍 Intel公司生产的C8051F系列单片机是一种高度集成的SOC型芯片，除兼容8051的微控制器内核、指令系统、数字外设部件外、还具有数据采集和控制系统的模拟部件及其他数字外设部件，包括MUX、程控放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、SPI、USB、双UART、PCA、内时钟、PLL、内置大容量FLASH以及片内XRAM等大量的资源，使单片机既能处理数字信号，又能处理模拟信号，成为真正的混合信号系统级芯片或片上单片机系统。 C8051F360具有指令运行速度高，I/O端口功能可采用软件配置，使始终系统更加完善；多种复位方式可实现C2接口的在系统调试以及进一步降低功耗的特点。 4.5 8255芯片及应用 4.5.1 8255及端口 8255是可编程外围并行接口芯片，有三个8位的并行口，端口既可编程为普通的I/0口，也可编程为选通I/0和双向传输口，8255为总线兼容型的，可与C8051F360的总线直接接口。 8255并行I/0端口A口、B口和C口都是8位的，可以编程为输入或输出端口，其中C口可以编程为两个4位端口，A口和B口八位(字节)寻址，C口可分高四位和低四位来寻址。同时，三个端口的特点有所不同，口A输入和输出都带锁存，口B和口C输出有锁存，但输入无锁存。 4.5.2  8255的命令字和工作方式 8255的A1, AO口为端口地址线，选择如表4.1 A1 A0 选通的端口 0 0 口A 0 1 口B 1 0 口C 1 1 命令字口       表4.1 工作方式命令字的具体格式如下： D7=1 D6 D5 D4  D3 D2 Dl DO DO：口C下半部(PC3-PCO), 1=输入，0=输出； D1：口B, 1=输入，0=输出； D2：口B方式选择，1=方式1, 0=方式0； D3：口C上半部(PC7-PC4), 1=输入，0=输出； D4：口A，1=输入，0=输出； D6, D5：口A方式选择，00=方式0,  O1=方式1,  10=方式2； 8255的工作方式，共有方式0、方式1、方式2三种： 方式0是基本输入/输出方式，这种方式下，端口按方式选择命令字指定的方式输入或输出，输出时具有端口锁存功能。输入时只有口A有锁存功能。 方式1是选通输入/输出方式，在这种方式下，8255的三个端口被分成A组和B组  (端口A和端口C的高四位为A组，端口B和端口C的低四位为B组)，A组中口A为I/0口，口C的三位为其提供联络信号。B组中，口B为I/0口，口C的三位为其提供联络信号。 方式2为双向传输方式，只适用口A。口A上作在方式2时，口C提供5个联络信号。 4.6人机界面设计 4.6.1 液晶显示电路设计 DMF50174NT3-FW型液晶显示器是由日本OPTRFX公司生产的产品.它由 点阵构成.具有分辨率高、接口方便、设计简便(内嵌控制器)、功耗低、价格便宜等优点。常常用于各种便携式设备显示前端仪器中。基于 点阵的显示屏具有多种扩展功能供用户选择，大大方便了用户，提高了系统的集成度与实用性。其内嵌控制器为SED 1335控制器，它具有丰富的指令系统，较强的I/0缓冲区。 C8051F360的P0连接到8255A，8255A的PC口与液晶显示模块的数据口连接，C8051F360的RD,WR直接用作液晶显示模块的读、写控制信号。液晶显示模块的引脚RESET挂在+5V上。通过调节电位器W1的大小能够改变液晶显示器的对比度。液晶显示器在本保护装置中用来显示装置的告警信息、故障报告、测量值及其他命令菜单等。 图4.4 显示设计电路图 SED1335控制器是日本SEIKO EPSON公司出品的液晶显示控制器，是一种宽工作电压型2.7～5.5V控制器，它在同类液晶显示控制器产生中是功能较强的一个。其主要特点有： （1）带有较强功能的I/O缓冲器； （2）指令功能丰富，四位数据可并行发送，最大驱动能力为640×256点阵； SED1335的硬件部分由MPU接口单元、内部控制单元、驱动单元等组成。接口单元具有功能较强的I/O缓冲器。SED1335控制板外形尺寸为90×50mm，板上有两个接口：分别为J1和J2，其中J1为单片机控制板接口（16针），J2为液晶显示器（LCD）接口。下表所列是与单片机系统进行接口的引脚功能说明。 管脚 名称 有效电平 功能 1 GND 0V 电源地 2 Vcc +5V 正电源 3 Vadj 负 显示对比度调整 4 WR 低 写信号 5 RD 低 读信号 6 CE 低 片选信号 7 A0 高/低 高：写命令字或读数据 低：写数据参数或读数据 8 RST 低 复位信号 9～16 DB0～DB7 高/低 数据线         表4.2 芯片MPU引脚功能 4.6.2  键盘电路设计 键盘是典型的输入设备，其功能是为了查询系统的工作状态，实现简单的人机通信。键盘由三个键组成，分别为：向上、向下、确认组成。向上、向下用于选择菜单，查询各个保护的状态等。键盘设计如图4.5所示： 图4.5 键盘设计电路图 4.7通讯接口设计 在实际应用中，常会出现控制与工作现场不在同地点的情况。本设计充分考虑后在系统设计时添加了通讯部分，以实现远方通讯和控制。该部分为预留的通讯接口，信息传输采用串行方式。如图4.6 图4.6通讯模块电路图 通讯部分电路图如上图所示，下侧接口为通讯预留口，可直接以插口的形式与上位机连接。上侧通过MAX232与单片机分别实现与数据的输出与输入。 本文选用RS-232通讯协议进行通讯。RS-232 通讯协议作为现在最常用的串行通讯协议，通讯距离长，可靠性更高，扩展性能好，具有非常广的使用范围。 本章主要介绍了电动机保护装置的硬件设计。分析了设计中的几个重点模块：模拟量采样、人机接口界面等。硬件部分是是保护装置的物质基础，是后面软件开发的前提条件。 4.8看门狗电路 工业环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而最终造成微机系统故障的多数现象为“死机”。究其原因是CPU在执行某条指令时，受干扰的冲击，使它的操作码或地址码发生改变，致使该条指令出错。这时，CPU执行随机拼写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序“跑飞”或进入“死循环”。为使这种“跑飞”或进入“死循环”的程序自动恢复，重新正常工作，一种有效的办法是采用硬件“看门狗”技术。用看门狗程序的运行。若程序发生“死机”，则看门狗产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运行。 此外，工业现场由于诸多大型用电设备的投入或撤出电网运行，往往造成系统的电源电压不稳，当电源电压降低或掉电时，会造成重要的数据丢失，系统不能正常运行。若设法在电源电压降至一定的限值之前，单片机快速地保存重要数据，将会最大限度地减少损失。本设计采用MAX813L制作看门狗电路有效地保护了系统的正常运行。其引脚功能及工作原理说明： (1)手动复位输入端 当该端输入低电平保持140 ms以上，MAX813L就输出复位信号.该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的抖动。与TTL/CMOS兼容。 (2)工作电源端（VCC）：接+5V电源。 (3)电源接地端（GND）：接0 V参考电平。 (4)电源故障输入端（PFI） 当该端输入电压低于1．25 V时，5号引脚输出端的信号由高电平变为低电平。 (5)电源故障输出端（PFO） 电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。 (6)看门狗信号输入端（WDI） 程序正常运行时，必须在小于1.6 s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。若超过1.6 s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出， 8号引脚由高电平变为低电平。 (7)复位信号输出端（RST） 上电时，自动产生200 ms的复位脉冲；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。 (8)看门狗信号输出端（WDO） 正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。其连接电路为： 图4.7 看门狗电路图 5 电动机保护装置的软件设计 系统中的信号采集、控制决策确定及控制量输出等各项功能都要通过软、硬件共同来实现。 控制系统中的应用软件是根据系统的各项功能要求而设计的，它首先应该可靠地实现系统的各项功能。为此本装置软件设计的主要原则是： 1 软件的设计与硬件电路的设计综合进行。 ② 各功能程序实现模式化、子程序化。 ③ 对程序存储区和数据存储区进行合理规划。 ④ 在系统软件设计中，同时要进行抗干扰设计 ⑤ 在程序中尽量避免使用浮点数运算。 5.1软件设计的模块化 模块化编程是一种软件设计方法，各模块程序分别编写、编译和调试。最后模块一起链接。模块化编程有以下优点： （1）模块化编程使程序开发更有效，小块程序更容易理解和调试。当知道模块的输入和输出的要求时，就可直接测试小模块。 （2）同类的需求较多时，可把程序放入库中以备以后使用，例如，显示驱动，若要再使用显示驱动。则由库中把它取出(必要时可修改)，而不必全部 重新编写了。 （3）模块化编程使得要解决的问题与特定模块分离，很容易找到出错的模块大大简化了调试。 5.2系统软件工作原理 本保护装置采用C8051F360作为CPU处理数据。由于系统的主控部件为单片微型计算机，它的工作完全靠软件支持，即单片机怎样接收控制指令和故障输人电信号；怎样对这些信号进行判断；怎样输出控制信号等等，都离不开程序.该系统的程序设计采用模块化结构，即将具有特定任务的一部分作为一个单元，编制一段程序，在必要时可多次调用，成为一个功能模块。系统主程序如图5.1所示 一旦电动机起动，系统主程序按要求对各项保护进行运算和逻辑判断，完成各项保护功能。从图中可看出各功能模块的层次及调用情况.系统接通电源后，首先对单片机各口线、内RAM,外设、以及启动时间等作必要的预置工作，然后进人信号检测.电机启动处理从检测到电机电流信号开始，为避过启动瞬间的冲击电流设置了启动过程延时处理，在此期间只对短路和断相故障作检测处理(图中略).电机启动过程结束后正常运行时，单片机循环对故障进行连续不断的检测，一旦故障发生，则首先判别故障的优先级， 然后分别对各种故障进行处理.在对某种故障进行处理的延时期间，还不断地对高于其优先级的故障进行交叉检测(例如：在过载反时限延时期间要对漏电和短路进行检测识别)，以实现电机的可靠保护。 在各故障处理子程序中，系统根据每类故障的算法要求，运算、判断后输出报警、跳闸信号，同时存放汉字故障信息，供以后查询调用。 各种故障的处理原则是：有故障则故障立即被显示，具体何时切断电机电源对电机实现保护则根据故障性质而定，各种故障从发生到保护有不同的延时时间。 图5.1  系统程序流程图 5.2.1测量保护模块的程序设计 测量保护主程序主要完成电动机数据的采集、存储、数据处理以及故障判断和处理等功能。进入测量主程序之后，首先开启软件定时器中断，并立即执行一次软件定时器0中断服务程序，在其中断服务程序中，设置下一次软件定时器0中断的时间间隔，在其中断服务程序中完成电动机数据的采集、存储、数据处理以及故障判断和处理等功能，中断返回后，等待下一次中断。需要注意的是，由于在中断服务程序中需要进行大量的数据运算以及外部存储器读写操作，要占用相当多的CPU时间，所以采样间隔不能太短，若太短，可能会导致在还没有完成对本次采样数据进行相关处理之前启动了下一次采样，这会导致数据混乱。 其流程图如图5.2所示： 图5.2 测量程序流程图 5.2.2 A/D采样程序 A/D采样程序是测量主程序的重要组成部分，它的主要任务是依次采集A/D转换六路模拟输入通道的实时数据，并将其存入预定存储单元，以供后续程序取用。采样子程序的流程图如图5.3所示： 图5.3 A/D采样流程图 5.2.3数据处理程序 数据处理程序流程图如图5.4所示： 图5.4 数据处理程序流程图 数据处理程序也是测量主程序的组成部分，它的主要任务是在A/D采样子程序的采样结束之后，从预定的RAM单元中取出各路通道最近一个周波内采集的数据点，并根据有关算法计算各路电压或电流的有效值和正负序分量，然后将其存入预定单元，并发送至液晶显示模块显示。须注意的是，显示之前应将显示数据转换为十进制数的BCD码表示，然后查表得各位数字的显示码，并发送置液晶显示模块显示。 5.2.4故障处理程序 故障处理模块是中断采样服务模块的一个分支，其功能是根据数据处理模块得到的结果，以及各种保护的原理和整定值进行判断，以决定是否动作或报警。在本装置中，故障处理模块是由瞬时电流速断保护、低电压保护、断相保护、堵转保护等模块组成的。其流程如图5.5所示： 图5.5 故障处理程序流程图 由流程图可见，进入定时限过流保护模块后，首先要判断此种保护有无投入，如果没有投入，则进入下一保护模块。如果投入了，则会将数据处理模块得到的结果与过流整定值比较，如果小于整定值，进入下一保护模块，反之则会起动定时器，如果在整定的时间内故障没有消失，则在出口未被闭锁的情况下装置动作于跳闸。 5.2.5人机接口模块的软件设计 人机接口模件中的主程序模块是一个循环显示、自检、查询键盘的程序，其框图如图5.6所示： 图5.6 人机接口程序模块框图 6 系统抗干扰设计 6.1干扰的影响 电动机保护装置承担着保护电动机以及电力系统安全、可靠运行的重要任务，因而对可靠性和稳定性的要求较高。解决可靠性和稳定性的措施是多方面的，而提高保护装置的抗干扰能力是其重要的一方面。 对于微机控制系统，大量干扰的存在会导致系统硬件的损坏，即使不造成系统硬件的损坏，也可能会便控制系统运行不正常，或运行失灵。 在一个测控系统中，抗干扰措施采取得不好，干扰会对测控系统产生一些不良的影响，它表现在： ①数据采集误差加大。 ②控制状态失灵。 ③数据受干扰而发生变化。 ④程序运行失常。 由此可见，干扰的存在是值得注意的事情，对一个微机控制系统，良好的干扰能力是实现控制功能的前提条件。 电动机保护的可靠性要求体现在两个方面：不误动、不拒动。一般地，由于微机保护装置工作在不停的以极高速度和极短周期循环执行程序状态，即处在一种动态工作过程中，所以只要这个过程不终止，干扰就不会产生拒动，至多是增加一点动作延时。保护的防拒动措施主要是万一干扰引起程序执行停顿或进入死循环状态时能立即使保护重新自动启动。 如何防止干扰和元器损坏引起装置误动，这是保护抗干扰的重点。主要有以下措施： ①防止可能的干扰进入装置内部； ②增加对程序代码、关键硬件的实时检测功能，在于扰引起程序代码的错误和关键元器件故障后能及时采取相应的措施； 2 容错设计。 6.2硬件抗干扰措施 在装置的硬件设计中，为了增加装置的抗干扰性能而采取的抗干扰措施有以下几种： (1)接地的处理：为增强装置的金属机壳对外部干扰的屏蔽作用和保障人身安全，在采用密封机箱作为保护装置外壳的同时，将外壳接大地；为有效地抑制共模干扰，保护装置内部的零电位全部悬浮，即不与机壳相连，并且尽量提高零电位线与机壳之间的绝缘强度和减少分布电容，因此，各印制板电路周围均用地线或+5V电源线封闭起来，以减少印制板上其他部分与机壳间的直接耦合，这样当外部共模干扰侵入时，系统各点对机壳的电位随电源线一起浮动，而相互间的电位不变。 (2)屏蔽与隔离：装置外壳是金属材料，可以对电场和磁场进行屏蔽；内部开入、开出量都采用光电隔离器与外界在电气上隔离；数字电路的振荡器是高频电路，容易对其他电路造成辐射干扰，故使振荡器尽量靠近CPU，并且连线短而粗。 (3)滤波与去耦：交流模拟信号输入通道有前置带通滤波器，兼有抗干扰的作用；在需要提供电源作为内部电源的半导体芯片的正电源和地线上并联一个 的去耦电容；在各插件的与总线板接口处的正电源和地线之间并联一个 的电解电容和一个 的电容，前者抑制低频干扰，后者抑制高频干扰。 (4)总线的负载平衡：虽然单片机的数据/地址/控制总线都有一定的负载能力，但是如果总线带的负载失衡，可能会影响总线信号的逻辑电平，因而在装置的硬件设计上，尽可能使同类型总线上的负载均匀分布。 (5)上拉电阻：总线不用时，处于高阻悬空状态，比较容易受到外界的电磁干扰，可能会产生错误的信息，因而在总线上配置上拉电阻可以提高装置的抗电磁干扰的性能。 (6)看门狗电路：程序在运行过程中由于受到干扰而出现运行出轨导致CPU死循环的情况，可以在硬件上加一个看门狗电路去监视和恢复程序的正常运行。在系统硬件设计过程中，可采取如下的措施,以提高系统的可靠性，增强系统的抗干扰能力。 7 小结 本论文在分析我国电动机保护装置的现状基础上，开发了以C8051F360单片机为核心的电动机智能保护系统，初步完成了该保护系统的设计要求。本论文主要完成了以下工作： (1)以电动机智能保护原理为理论基础，结合装置硬件部分的设计，对装置的软件部分进行了简单的设计； (2)对有关的软件流程进行了编写； (3)对系统中可能存在的干扰问题进行了分析，并提出了硬件抗干扰的一些具体措施。 在本设计中尚有许多不足之处，在以后的学习中需进一步改进和提高，使系统更加完善。 参考文献 [1]公茂法.黄鹤松.杨学蔚等编著. MCS-51/52单片机原理与实践 [2]陈德树.计算机继电保护原理与技术.北京:中国电力出版社，1992 [3]张宇辉编著. 电力系统微型计算机继电保护. 中国电力出版社 [4]景胜.我国微机保护的现状与发展.继电器，2001, 29(10): 1-4 [5]冯建华.赵亮编著. 单片机应用系统设计与产品开发. 人民邮电出版社 [6]葛耀中.继电保护技术的新进展.继电器，1998, 26(1): 1-7 [7]陈皓，汪波，黄洲.微机保护装置硬件结构.电力自动化设备，2000, 20(2)，32一36 [8]张清.电动机保护及多功能保护器.机床电器，1998, (3): 33-35 [9]贺家礼，宋从矩.电力系统继电保护原理.第三版.北京:中国电力出版社，1994 [10]M.Kezunovic. Future Trends in Protective Relaying, Substation Automation,Testing and Related Standardization. In: Transmission and Distribution Conference and Exhibition 2002: Asia Pacific. IEEE/PES, 2002, 598一602 [11]Jingxuan Hu, P.G.Mclaren, Erwin Dirks. A Graphical Block Platform forReal-Time DSP-Based Digital Relay Development. In: International Conference on Power System Technology, 2002, 265-269. 致谢 在导师的帮助下，我终于按时完成了我的毕业论文。在此，我对那些曾经或正在帮助我、支持我的老师、家人、同学和朋友表示衷心的感谢! 我最衷心地感谢我的导师——白星振老师，本论文的产出过程自始至终都得到了白老师的悉心指导，从论文的选题到科研课题的确定，从论文的整理到详细审稿、最后定稿无不倾注了白老师的辛勤汗水。 感谢山东科技大学这一培养人才的沃土，在此我不仅学到了专业理论知识，还学到了许多课本之外的许多知识。深深感谢信电学院的各位恩师的教诲和关心！ 所有这些都将会使我在今后的人生道路上更加信心百倍的挑战自我、挑战人生、追求卓越、创造辉煌! 最后，再一次对所有帮助过我的人说一声：“谢谢！”。 附录Ⅰ 外文翻译 Induction motor [13] Electric motors convert electrical energy into mechanical motion and are broadly classified into two different categories： DC (Direct Current) and AC (Alternating Current). Within these categories are numerous types, each offering unique abilities that suit them well for specific applications. In most cases, regardless of type, electric motors consist of a stator (stationary field) and a rotor (the rotating field or armature) and operate through the interaction of magnetic flux and electric current to produce rotational speed and torque. Asynchronous AC motors, also known as AC induction motors (ACIM), are probably the most widely used motor of the day. Induction motors are simple, rugged, reliable and easy-to-manufacture. They include single and poly-phase designs developing power levels from fractional to thousands of horsepower. ACIM includes squirrel-cage and wound-rotor induction designs. Squirrel-Cage_In squirrel-cage motors, the rotor consists of permeable metal containing embedded strips of magnetic material. As the stator magnetic field rotates, the field interacts with the magnetic field established by the magnetic poles of the rotor, causing the rotor to turn at nearly the speed of the rotating stator magnetic field. Wound-Rotor-In wound-rotor designs, the permanent magnets used in the squirrel-cage motor are replaced by a rotor having windings. In this motor, when the stator magnetic field rotates and the rotor windings are shorted, the stator magnetic field motion induces a field into the wound-rotor, once again causing the rotor to turn at nearly the speed of the rotating stator magnetic field. However, if the rotor windings are connected externally through slip rings on the shaft, the winding current can be controlled to increase or decrease the slip speed of the rotor. Principle of Operation of an Induction Machine The basic principle of operation of an induction machine is illustrated by the revolvinghorseshou-magnet and copper-disk experiment pictured in Fig.1.When the horseshou magnet is rotated, the moving magnetic field passing across the copper disk induces eddy currents in the disk. These eddy currents are in such a direction as to cause the disk to follow the rotation of the horseshoe magnet. With the direction of rotation shown in the figure, the eddy current will be as displayed in Fig.1 according to Fleming`s right-hand rule. Fig.1 Rotation of a copper disk following the rotation of a permanent magnet Fleming`s right-hang rule： Place the thumb and the first and second fingers of the right hand so that all three are mutually perpendicullar.With the hand inthis position, the first finger is pionted in the direction of the field, the thumb is in the direction of motion of the conductor, and the second finger is in the direction of the induced voltage. Note that the relative motion of the conductor is opposite to the direction of the magnetic field. By applying Fleming`s left-hand rule, the force on the copper disk is determined to be in the direction of rotation of the magnet. Fleming`s left-hand rule： Place the thumb and the first and second fingers of the left hand so that all three are mutually perpendicular to each other. With the first finger in the direction of the field and the second finger in the direction of the current, the thumb indicates the direction of force. Whereas the copper disk will rotate in the samedirection as the rotating magnetic field, it will never reach the same speed as the rotating magnet, because if it did, there would be no relative motion between the two and therefore no current induced in the copper disk. The difference in speed between the rotating magnetic field anf the copper disk is known as slip, whith is essential to the operation of an induction motor.In induction motors the rotating magnetic field is set up by windings in the stator, and the induced currents are carried by conductors in the rotor. The rotating horseshoe msgnet and copper disk are considerably different in structure from today`s induction motor, but the basic principles of opetation are the same. The rotating magneting field is essential to the functioning of an induction motor. In practical machines this rotating magneting field is achieved by a combination of a space displacement of the windings and a time –place displacement of the exciting voltage. The rotor is formed form laminsted electrical steel punchings, and the rotor winding consis of bars contained in slots punched in the laminations. These bars are short-circuited at both ends by a short-circuiting ring. A bar-end ring structure, without the laminated core, is called a squirrel cage. In small-and medium-horsepower sizes, rotors are msde by casting aluminum into the rotor core. In the larger sizes of ac motors, cast-aluminum rotors are not practical, and copper bars are inserted into the rotor slots. These copper bars are shortcircuited at both ends by a copper and ring, and the end ring is brazed or soldered onto the bars.Sometomes bronze or other alloys are used to replace copper in making the cage and ring. The size at which the transition between cast-aluminum and copper rotors takes place varies among notor manufacturers, but virtually all rotors in motor sizes of several thousand horsepower and above is built with bar-type rotors. Another construction feature dependent on motor size is the type of coil winding used. In small-and medium-size ac motors, most coils are random-wound. These cooils are made with round wire, which is wound into the stator slots and assumes a diamond shape in the end turns； however, the wires are randomly located within a given coil, and hence the name “random-wound”. For large ac motors and particularly for high-voltage motors, 2300V and above, form-wound coils are used. These coils are constructed fromrectangular wire, which is bent into shape around forms and then taped. The coil is formed to the proper size so that the complete coil can be inserted into the stator slots at the time the stator is wound. Formwound coils are used for high-voltage windings because it is relatively easy to add extra insulation on the individual coils before inserting them into the stator. Performance Characteristics The rotating field travels around the airgap at a speed of (1) Where r/s= revolutions per second of the rotating magnetic field； f= frequency of excitation, Hz；p= number of poles. The speed of rotation is more commomly expressed in revolutions per minute and is called synchronous r/min, where Synchronous r/min=120f/p                  (2) Fig.2 Speed-torque and speed-current curves for a polyphase induction motor Fig.2 displays the speed-torque and speed-current curves for a polyphase induction motor and shows for these curves the three regions of major interest： Motoring, plugging,and generating. Synchronous speed, defined in E-quation (2) and designated as N, in Fig.1, is the speed at which the rotor is revolving in synchronism with the rotating magnetic field generated by the stator windings, and there is therefore no rotor current and no electrically generatesd torque. Slip is the difference in speed between the rotor and the airgap magnetic field and is defined by Slip = (synchronous r/min-rotorr/min)/synchronous r/min        (3) Equation (3) yields slip as a per-unit value, although it is ofen expressed as a percentage. Breakdown torque is the maximum torque that motor generates in the motoring region； it is shown at the point TBD in Fig.2. The locked-rotor torqueses TL in Fig.2 is the torque produced by the motor at zero speed and is important because this is the torque that must overcome any breakaway forces impose by the load. Normally, a motor operates in the region between TBD and synchronous speed, at the rated full-load torque indicated by TFL on the curve. Slips in the region between zero speed and synchronous speed NS range between 1.0 at zero speed and 0 at synchronous apeed. At speeds sbove synchronous apeed the machine operates as induction generator, and this region of the apeed-torque curve is labeled “Generating” in Fig.2. This region is also characterized by a maximum torque point, also called breakdown torque, and in general the breakdown torque in the generating region exceeds TBD in the motoring region. Slip valuses for speeds above synchronous speed are negative, as is evident form Equation (3). Operation in the generating region results form overhauling load or form the motor being driven by a prime mover. For induction generating action to occur, the machine must have an ource of leading exciting current. This leading excition can be supplied form the power system if the motor is connected to such a system, or it can be provided by capactiors of appropriate value connected across the motor terminals. In recent years, induction generators have found application as wind-driven generatiors； they are connected to a power line and deliver power to the system whenever wind velocities reach a certain minimum value. The third region of speed-torque curve displayed in Fig.2 is the plugging region. A motor traverses this region when it is operating in one direction and then the direction of the rotating magnetic field is suddenly reversed. In Fig.2 the plugging region extends from minus NS (slip=2.0) to zero speed. Plugging is frequently used to accomplish fast reversal but is accompanied by high motor losses and large inrush currents. Equivalent Circuit The induction machine under steady-state conditions can be represented by an electrical network, and since electrical network solutions are readily handled by computers, this method affords an easy technique for analyzing machine performance. (a) (b) Fig.3 Equivalent circuits representing a polyphase induction motor Two versions of the equivalent circuit for a polyphase induction machine are given in Fig.3. Fig.3 (a) shows the equivalent circuit with a parallel branch representing the magnetizing reactance and iron-loss resistor. This implies that the iron loss varies rFE, which, although not a completely accurate representation of the iron-loss phenonmennon, is a sufficiently close approximation for use in most practical design calculations. Fig.3 (b) is the same equivalent circuit shown in Fig.3 (a) except that the parallel branches rFE and xm have been converted to an equivalent series brabch containing rm and xm. The conversion between the iron-loss and magnetizing-reactance parameters form a paralled to an equivalent series branch have been derived by Veinott and are given in the following equations： (4) (5) All of the constants in the equivalent circuit are line-to-neutral quantities based on a wyeconnected machine. If the machine is delta-connected, the the phase quantities must be transfored as follows to an equivalentwye circuit in order to be used in the equivalent-circuit representation： (6) Where =complex impedance (r + jx) in one phase of a delta-connected machine. ZY = impedance to use in equivalent-circuit resentation of Fig.3, which isbased on awye-connected machine. The circuit parameyers appearing in the equivalent circuit are defined as following： r1 = stator-winding resistance, r2 = rotor resistance of stator and rotor, respectively. The totor leakage reactance comprising x1 and x2. rfe = iron-loss resistance in parallel with the magneting reactance. rm = iron-loss resistance in series with magnetizing reactance. xm = magnetizing reactance in the parallel branch circuit shown in Fig.3 (a). x m = magnetizing reactance in the series magnetizing circuit of  Fig.3 (b). 感应电动机 电机能够把电能转化为机械能，而且广泛的分为两个不同类别：交流电机和直流电机。在这两大类里面又包含许多不同的类型，它们各自拥有适合特定应用的独特性能。大多数情况下，尽管电机的类型不同，但均由一个定子（固定区域）和一个转子（转动区域或电枢）组成，并且是通过磁通变化和电流的相互作用而产生旋转速度和转矩的装置。 异步电动机也被称为交流感应电动机(ACIM)，这是当今时代应用最广泛的电机。感应电动机具有简单、坚固 可靠性高和易制造等优点。它们包括单相和多相设计，这些电机具有从小马力到数千马力的性能。 异步电动机包括鼠笼式和绕线式。 鼠笼式——在鼠笼式电动机中，转子由包含有渗透性磁性材料的嵌入金属条组成。当定子磁场旋转时，它与转子产生的磁场相结合，使转子以接近定子磁场旋动的速度运转。 绕线式——在绕线式设计中，用于鼠笼电机中的永久磁铁被绕组线圈代替。这类型的电机中，当定子磁场旋转并且转子绕组短缺时，定子电流产生的感应磁场进入到转子绕组线圈中，再次使转子以几乎和定子磁场旋转速度相同的速度运转。然而如果转子绕组线圈和集电环接在轴上，那么线圈电流能够控制转子转差率。 感应电动机的工作原理 感应式电机的基本工作原理可以通过图1所示的旋转马蹄型磁铁和铜圆盘的实验来说明。当马蹄型磁铁旋转时，穿过铜圆盘的移动磁场在盘中感应出漩涡电流。这些漩涡电流的方向能够引起圆盘跟随马蹄型磁铁旋转。在图1中所示的旋转方向下，根据右手定则将会产生如图所示的涡旋电流。 图1铜盘随永磁铁的旋转而转动 右手定则指出：伸出右手的大拇指、食指和中指，并让他们相互垂直，这样食指的方向为磁场的方向，大拇指指向为导体运动的方向，中指的方向为感应电压的方向。注意，导体的相对运动方向和磁场旋转的方向相反。 运用左手定则得出铜盘受到的力与磁铁旋转方向一致。 左手定则指出：伸出左手的大拇指、食指和中指，并令它们相互垂直，让食指指向磁场方向，中指指向电流方向，则大拇指的方向即为作用力的方向。 尽管铜盘将按照旋转磁场的方向运动，但它绝不会与旋转磁场的速度相同。因为如果二者速度相同，它们之间将不会存在相对运动，从而铜盘中也就没有感应电流的产生。旋转磁场和铜盘间速度之差称为转差率。转差率对于感应式电动机的工作至关重要。在感应电动机中，旋转磁场是有定子中的绕组激发的，感应电流是在转子导体中流动，旋转马蹄磁铁和铜盘在结构上与当今的感应式电动机有很大的区别，但是他们在基本原理上是相同的。 旋转磁场对感应电机是至关重要的。实际的电机中，它是通过空间上交替布置的绕组和时间相位上相互交替的激励电压实现的。 转子是采用层叠的钢片冲压而成的，转子绕组有叠片上冲槽内嵌入的导体条构成。这些导体条在两端通过短路环构成短路。不包括层叠片式铁芯，我们将电导体条和末端环路构成的结构称为鼠笼。在中小功率的感应电机中，采用的是转子铁芯中铸入铝的方式构成转子。在较大功率的交流电动机中，铸铝转子不实用，采用的是在转子槽中插入铜条的做法。这些铜条在两端通过铜短路环短路，短路环是采用纤接或焊接的方式与铜条相连的。有时采用青铜或其他合金代替铜来制作鼠笼和短路环。到底在多大功率上，以铜转子代替铸铝转子因不同的制造商而不同，但是几千马力以上的电动机转子一般采用条型工艺制造。 另一个与电动机容量有关的结构特性是所采用的线圈绕组的类型。在中小型交流电动机中，大多数线圈是散绕的。这些线圈采用的是圆截面导线，这些导线绕置在定子槽中，并将其端部绕制成菱形。只不过在给定绕组中导线是随机分布的，因此得名“散绕”。对于大型交流电动机尤其是高压电动机，如2300V 以上的电动机，则采用模绕线圈。这些线圈采用截面为矩形的导线代替，将它们弯曲成型后缠上绝缘带。在制作定子绕组时，线圈被做成适当的尺寸，以便将整个线圈置于定子槽中。模绕式线圈可用作高压线圈，因为它较容易在将绕组置入定子之前为每个线圈采取额外的绝缘措施。 感应电动机的工作特点 在气隙中运行的旋转磁场的速度为 (1) 其中r/s 为旋转磁场每秒的转数，f为输入的频率(Hz)， P为电磁极数，因为常用的旋转的速度用每分钟的转数表示，称为同步转速 r/min，其中同步转速 r / min =120f/p                        (2) 图2多相感应电动机的转速力矩曲线和转速电流曲线 图2示出多相感应电动机的转速力矩特性曲线和转速电流特性曲线，并示出这些曲线中最为有趣的三个区域，即电动机驱动区、反向制动区和发电区。 式(2)中定义的同步转速在图2中以NS标明，它是与由定子绕组产生的转速相同的转子的转速，因此无转子电流也就无力矩产生。 转差率是转子速度和气隙中旋转磁场的转速差，它可以定义为 转差率=（同步转速 r/min – 转子转速 r/min）/ 同步转速  (3) 式(3)给出的转差率为标幺值，尽管它常用百分数表示。 极限转矩是电机工作的电动机驱动区的最大转矩，如图(2)中的TBD点所示，如图(2)所示，锁定转子转矩TL是电机在零转速时产生的，它很重要。因为它必须克服由负载带来的任何起步阻力。通常电动机工作在TBD和同步转速之间的区域，即在同步转速NS时的转差率为0.0。 在大于同步转速时，电机作为感应发电机工作，在图(2)中这个区域的转力矩特性曲线标明“发电区域”。这个区域也有一个最大转矩点，也称极限转矩，并且通常这个极限转矩比电动机驱动区内的极限转矩TBD还要大。在大于同步转速的转速下转差率为负，这一点可从式(3)中很容易的得出。工作在发电区是由于负载检修或由原动机驱动而导致的。为了工作在感应发电模式，电机必须有一个引导励磁电流。如果电动机联在电力系统上，该电流可从系统获得，或者可以由并联在电动机终端的适当大小的电容器提供。近几年发现，感应发电机还可用作风力发电机。当风的速度达到某个最小值后，它们就与电力线相联并向系统输送电力。 图2所示的速度转矩特性曲线的第三个区域是反向制动区。进入这一区域的电动机会遇到旋转磁场反向突然反转的现象。在图2中，反向制动区的转速从-NS（转差率为2.0）到0，制动区常常用来实现快速速度倒向，但是这往往伴随着大的电动机损耗和大的涌流。 感应电动机的等效电路 在稳态下，感应电机可以用一个电网络来表示。由于很容易采用计算机来求解电网络，因此这种方法为分析电机的工作特性提供了方便。 (a) (b) 图3多极感应电机的等效电路 图3绘出了感应电机的两种等效电路。图3（a）的等效电路采用了一个并联分支来反映磁化电感和铁损。这意味着铁损随着加在rfe两端的电压的平方而变化，尽管尚无能精确反映铁损现象的方法，但在大多数设计计算中这种方法能获得足够近似的结果。图3（b）的等效电路与（a）中相同，只是将并联分支rfe和xm换成了含有rm和x m的串联环节。从并联变换的串联等效电路后铁损和磁化电感的对应关系由Veinott推出如下： (4) (5) 等效电路中的常数均采用星型联接的电机的相参数。如果点击是三角接线的，则必须按照下面方法将先参数转化成为星型接线法下的参数，以便利用上述的等效电路。转换关系如下： (6) 其中 为三角型联接是一条线路的负阻抗(r + jx). ZY为采用图3所示的基于星型联接的电机的等效电路时采用的阻抗。 等效电路中的参数定义如下：r1为定子绕组电阻；r2为转子电阻。各种漏磁通综合构成x1和x2组成的总的漏磁。xfe为与磁化电感并联的反应铁损的电阻。xm为图3（a）中并联支路中的磁化电感；x m为图3（b）所示的串联磁化电路的磁化电感。 附录Ⅱ 硬件原理图