基于ATMEGA64的电机智能保护器设计和实现

论文摘要

在现代工业生产乃至日常生活中,经常要用到各种各样的电动机,随着国民经济的不断增长,其需求量与使用量也在不断增加,成为国民经济生活中不可或缺的角色。但在实际的生产过程中,由于电网波动、负载冲击等影响经常造成电动机故障甚至损坏,对国民经济造成巨大影响,本文对电动机保护展开研究。首先介绍了电动机保护的意义、发展现状和存在的问题,针对电动机各种故障特征建立了相应的数学模型,讨论了交流电流保护的理论和算法。然后介绍了电动机保护器硬件系统的构成和ATMEGA64单片机的特点,探讨了I2C现场总线及ModBus现场总线在电机保护器中的应用。论文开发了一个电动机实时监控保护系统,该系统以计算机为上位机,通过ModBuS现场总线连接各电动机保护系统构成通讯网络,可对多个电动机的工作状态进行实时监控和保护。上位机可以通过ModBus总线远程监测网络上每个保护器的工作状态和得到电动机的运行参数,设定电动机保护器参数。电动机保护系统以ATMEGA64单片机为核心CPU,通过交流采样测量电动机运行时的三相电流,并通过傅立叶算法计算出三相实时电流有效值、负序、零序电流来实现对电动机的综合保护。论述了合理分配单片机CPU资源和建立ModBuS通讯协议的方法。最后,通过有效的实验,验证了该系统的有效性和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 系统开发背景
• 1.2 电机保护器的历史及发展现状
• 1.2.1 电机保护器的发展概况
• 1.2.2 电机保护理论的发展概况
• 1.3 系统基本特点与论文主要内容
• 1.3.1 本文研究的内容
• 1.3.2 本电机保护器的基本特点
• 1.3.3 论文章节安排
• 1.4 小结
• 第2章 电机保护原理
• 2.1 电机故障及判断依据
• 2.1.1 启动时间过长保护
• 2.1.2 堵转保护
• 2.1.3 定时限过载保护
• 2.1.4 反时限过载保护
• 2.1.5 欠载保护
• 2.1.6 接地/漏电保护
• 2.1.7 缺相保护
• 2.2 电机保护原理
• 2.2.1 信号采样原理
• 2.2.2 电机保护算法
• 2.3 小结
• 第3章 电机保护器硬件设计
• 3.1 微处理器介绍
• 3.1.1 CPU 选型原因
• 3.1.2 AVR 单片机特点
• 3.2 输入电路设计
• 3.2.1 开关量输入电路设计
• 3.2.2 采样信号输入
• 3.3 输出回路设计
• 3.3.1 开关量输出回路设计
• 3.3.2 使用PWM 实现D/A 转换
• 3.4 CPU 周边电路
• 3.4.1 振荡电路
• 3.4.2 系统复位与看门狗电路
• 2C 电路设计'>3.4.3 I²C 电路设计
• 3.5 人机接口电路设计
• 3.5.1 键盘电路设计
• 3.5.2 LCD 电路设计
• 3.6 通信系统设计
• 3.7 小结
• 第4章 电机系统保护软件设计
• 4.1 系统开发环境选择
• 4.2 电机保护器软件设计
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 定时器中断程序设计
• 4.2.3 故障、通信与按键处理程序设计
• 4.4 系统菜单式操作界面设计
• 4.5 下位机通讯模块设计
• 4.5.1 MODBUS 协议介绍
• 4.5.2 本系统所用通讯格式详解
• 4.5.3 本系统对应数据的地址表
• 4.6 小结
• 第5章 平台性能测试
• 5.1 测试设备
• 5.2 测量精度测试
• 5.3 保护功能测试
• 5.3.1 保护动作精度测试
• 5.3.2 保护时间精度测试
• 5.4 模拟量输出测试
• 5.5 开入开出测试
• 5.5.1 开入测试
• 5.5.2 开出测试
• 5.6 测试过程中所发现问题及解决
• 5.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢