基于DSP的感应电动机智能保护器设计
摘要
1997年国家机械部等八部委联合发文宣布:从1997年12月31日起,停止生产热继电器等落后机电产品,逐步以新型电子式电动机保护器代替热继电器。因此,智能型电动机保护器的研究、开发、生产势在必行。本文主要针对目前国内电机保护装置保护功能单一、人机界面不友好、通信功能不完善、集成度不高等缺点,以感应电动机为研究对象,将DSP和对称分量法及PROFIBUS-DP总线相结合,设计出集保护、控制、测量,通信功能为一体的感应电动机智能型保护装置。
本系统以TI公司处理速度快、功能强大的TMS320LF2407A型号DSP为核心组成系统,用来完成数据采集和处理及保护动作的执行任务;利用可靠性高、实时性好、抗干扰能力强的PROFIBUS-DP总线作为数据传输总线,实现各现场级保护器和中央监控系统之间的数据通信,以达到在中央控制室就能实现对现场各电机进行控制及分析电机故障等功能。
因为传统过流保护在电机发生不对称故障时不能够进行有效保护,本文引入了对称分量法作为电机保护的基本理论以检测电机运行中的不对称故障。本装置通过测量电机运行时的零序和负序分量,应用对称分量法,能够对电动机进行短路保护、断相保护、三相不平衡保护、接地保护、堵转保护、欠电压保护、过载保护、过电压保护。
本系统的硬件设计已制作成印刷电路板,各功能模块通过了相应的软件设计和调试,并经实验证明,可以通过PROFIBUS-DP现场总线与中央监控系统建立正常通信。
Eight national department, included the national machine department, declared in 1997 that no more over-temperature relay would be produced and lated-model electronic motor protection would replace over-temperature relay stage by stage from December 31,1997.It is imperative for the research, development and production of Intelligent Protector. The original takes the Induction Motor as research target. In this article, proposes to combine the Symmetrical components method with the DSP (Digital Signal Processor) control technique and PROFIBUS-DP BUS technique in an effort to design intelligent Protector for Induction Motor, which includes protection, control, measurement and communication.
Based on TMS320LF2407 that produced by TI Co., the system chiefly completes the data synchronization collecting, regulating and executing the protective action. by using PROFIBUS-DP Field-bus which has the advantages of high reliability and high speed transmission, a distributing network system is composed for communication between motor protector and central controlling system, so that the central controlling system can monitor the motor protector and diagnose fault of corresponding motor.
The traditional over-current protector can not effectively protect motor when there is a imbalanced fault. In this paper, the Symmetrical components method is employed as basic theory of motor protection to fulfill the diagnosis of imbalanced fault. The intelligent protector can deal with the following motor faults such as short-circuit, loss of phase, imbalance, locked rotor, overload, low-voltage, over-voltage by measuring negative sequence current, positive sequence current and zero sequence current and processing the current data with the Symmetrical components method.
PCB has been designed for hardware of the system, software has been designed and adjusted for every function module. It is proved that the system can communicate with central controlling system through PROFIBUS-DP.
本系统以TI公司处理速度快、功能强大的TMS320LF2407A型号DSP为核心组成系统,用来完成数据采集和处理及保护动作的执行任务;利用可靠性高、实时性好、抗干扰能力强的PROFIBUS-DP总线作为数据传输总线,实现各现场级保护器和中央监控系统之间的数据通信,以达到在中央控制室就能实现对现场各电机进行控制及分析电机故障等功能。
因为传统过流保护在电机发生不对称故障时不能够进行有效保护,本文引入了对称分量法作为电机保护的基本理论以检测电机运行中的不对称故障。本装置通过测量电机运行时的零序和负序分量,应用对称分量法,能够对电动机进行短路保护、断相保护、三相不平衡保护、接地保护、堵转保护、欠电压保护、过载保护、过电压保护。
本系统的硬件设计已制作成印刷电路板,各功能模块通过了相应的软件设计和调试,并经实验证明,可以通过PROFIBUS-DP现场总线与中央监控系统建立正常通信。
Eight national department, included the national machine department, declared in 1997 that no more over-temperature relay would be produced and lated-model electronic motor protection would replace over-temperature relay stage by stage from December 31,1997.It is imperative for the research, development and production of Intelligent Protector. The original takes the Induction Motor as research target. In this article, proposes to combine the Symmetrical components method with the DSP (Digital Signal Processor) control technique and PROFIBUS-DP BUS technique in an effort to design intelligent Protector for Induction Motor, which includes protection, control, measurement and communication.
Based on TMS320LF2407 that produced by TI Co., the system chiefly completes the data synchronization collecting, regulating and executing the protective action. by using PROFIBUS-DP Field-bus which has the advantages of high reliability and high speed transmission, a distributing network system is composed for communication between motor protector and central controlling system, so that the central controlling system can monitor the motor protector and diagnose fault of corresponding motor.
The traditional over-current protector can not effectively protect motor when there is a imbalanced fault. In this paper, the Symmetrical components method is employed as basic theory of motor protection to fulfill the diagnosis of imbalanced fault. The intelligent protector can deal with the following motor faults such as short-circuit, loss of phase, imbalance, locked rotor, overload, low-voltage, over-voltage by measuring negative sequence current, positive sequence current and zero sequence current and processing the current data with the Symmetrical components method.
PCB has been designed for hardware of the system, software has been designed and adjusted for every function module. It is proved that the system can communicate with central controlling system through PROFIBUS-DP.
引文
[1]戴琨.我国电机保护现状与发展趋势.陶瓷研究与职业教育.2004,N02:22-24.
[2]刘春玫.基于PROFIBUS通信的电机综合保护:(硕士学位论文).长沙:湖南大学,2006.
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[4]张鹤旭,梁涛,云利军.Profibus现场总线控制系统的设计和开发.北京:国防工业出版社,2007.
[5]PROFIBUS specification.PNO,1997.
[6]李宏任.实用继电保护.北京:机械工业出版社,2002.
[7]陈生贵.电力系统继电保护.重庆:重庆大学出版社,2003.
[8]http://www.chd-etc.cn/bbs/Announce/announce.asp?BoardID=11&ID=1816&ac=pre&rd=486.
[9]何红艳.基于数字信号处理器的微机电动机保护装置的研究:(硕士学位论文).武汉:华中科技大学,2005.
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[11]杭军政,李生民,孙旭霞.电机智能保护器保护算法的研究.机床电器,2007,6:15-17.
[12]罗钰玲.电力系统微机继电保护.北京:人民邮电出版社,2005.
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[15]鞍山宏源自动化工程有限公司.ZDK系列智能马达保护控制器产品设计选型手册.
[16]丹东华通测控有限公司.PDM-810MR-MRL马达保护器使用说明书.
[17]张毅刚,赵光权,孙宁.TMS320LF240X系列DSP原理、开发与应用.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006.
[18]http://www.ic37.com/document/322.htm.
[19]SPC3 and DPS2 User Description.Siemens AG,2000.9.
[20]王潞钢,陆林康,曾岳南等.DSPC2000程序员高手进阶.北京:机械工业出版社,2005.
[21]刘和平,王维俊,江渝,邓力等.TMS320LF24XDSP C语言开发应用.北京:北京航空航天大学出版社。2002.
[22]Siemens AG.Working with PROFIBUS-DP Device Description Data Files GSD.EN50170 Vol2,1998.
[23]雷军.基于DSP+MCU的电机微机保护装置的研制:(硕士学位论文).长沙:中南大学,2007.
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[26]Texas Instruments Incorporated.TMS320LF24X系列DSP的CPU与外设.北京:清华大学出版社,2004.
[27]现场总线PROFIBUS标准(中文版)第一卷.现场总线(PROFIBUS)专业委员会(CPO)2000.9.
[28]现场总线PROFIBUS标准(中文版)第二卷(上).现场总线(PROFIBUS)专业委员会(CPO)2000.9.
[29]现场总线PROFIBUS标准(中文版)第二卷(下).现场总线(PROFIBUS)专业委员会(CPO)2000.9.
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