惠州电动机保护器

电动机保护器在化工行业抗晃电中的应用　　摘要　　介绍目前常用的抗晃电措施，着重介绍使用电动机保护实现抗晃电的方法。　　0 引言　　“晃电”指的是电网因雷击、对地短路、重合闸、设备起动、发电厂故障及其他原因造成电网电压短时失压、电网电压短时大幅度波动、短时断电数秒等的电能质量事件。化工企业对系统供电可靠性的要求较高，一旦出现供电系统晃电，会引起保护设备欠压误保护、生产设备意外停机，致使生产线瘫痪、事故扩大，导致非常大的经济损失，甚至对操作人员的安全构成威胁。　　1常用的抗晃电的措施　　1.1 UPS抗晃电系统　　DCS、PLC等控制系统的工作电源由UPS电源接入，实现抗晃电的目的。电网正常工作时，给负载供电，同时给储能电池充电;当市电欠压或突然掉电时，UPS电源开始工作，由储能电池给负载供电。　　系统发生晃电时，接触器的线圈依靠UPS供电正常工作，保持主触头的吸合，避免晃电造成电机停机;当母线失电**过一定的时间后，根据二次控制部分设定时间断开输出，避免电压恢复后事故的发生。　　1.2 DC-BANK 抗晃电系统　　变频器抗晃电有如下方法：　　(1)取消变频器低压保护设置，设置快速重起动。该方法缺点是关键电机的停止、重起会影响生产的连续性和造成次品增加，另外低压往往会表现为变频器的过流保护，而取消过流保护会增加变频器本身损坏隐患，因此，这种方式在连续性生产要求较高的石化企业很少使用。　　(2)DC-BANK系统，主要应用于变频电机和PLC/DCS 供电系统。电网正常时变频器由交流母线供电，DC-BANK 系统处于热备状态;电网晃电或备自投切换时，电网电压下降，转换成由DC-BANK 向变频器的直流母线供电，变频器保持正常工作。　　1.3 电动机的抗晃电措施　　交流接触器广泛使用于低压电动机控制系统中，晃电发生后接触器断开，会使电动机停转。　　电动机抗晃电主要为接触器抗晃电，交流接触器的抗晃电方法：　　(1)采用抗晃电接触器(具有延时释放/避开弹跳区的接触器)，晃电出现时接触器不立即释放,也不工作在临界弹跳区。　　(2)在原有的交流接触器上增加延时模块。　　(3)加装再起动控制器。　　(4)使用带有抗晃电功能的电动机保护器。电动机保护器具有过载、断相、不平衡、堵转、阻塞、起动**时、过压、欠压、接地、漏电等保护功能;具有电流测量、电压测量、频率测量、功率测量等测量功能;具有起动控制、抗晃电功能、失压重起等控制功能;具有4-20mA DC变送输出，MODBUS、PROFIBUS通讯功能。　　工作原理如下：95-96接点作为保护接点，保护器上电后处于常闭状态，当出现故障或辅助电源断电后变为常开状态;7-8接点同起动按钮SB2并联，出现晃电后7-8吸合维持控制回路处于起动状态，电压瞬间后可执行重起功能。　　采用直接起动方式的抗晃电控制原理如图10所示，95-96接点功能同图9，7-8接点为起动控制继电器，保护器接收到SB1发出点动起动信号后，7-8吸合并自保持，接触器KM线圈得电接通电机主回路;保护器接收到SB2发出点动停止信号后，7-8输出断开，接触器KM线圈失电，断开电机主回路;发生晃电后，线圈KM失电，电机主回路被切断，保护器根据晃电时间长短自动选择执行“立即重起动”，“分批延时自起动”或“禁止起动”。　　电动机保护器行业标准(JB/T 10736)中对抗晃电(失压重起)功能描述要求：“具有欠电压(失压)重起动保护功能的保护器，因主电路欠电压故障或失压停车，若在“立即重起动时间”内电压恢复至正常(允许重起动设定值以上)时，保护器可使电动机立即恢复至电动机停车前的运行状态(不经过起动延时、降压等过程);若**过“立即重起动失压时间”而在“延时重起动延时时间”设定时间内，电压恢复至欠电压(失压)重起动设定值以上，则电动机按“延时重起动延时时间”延时起动(与正常起动的过程相同)，延时时间允许误差为±10%;若**过“延时重起动延时时间”后电压恢复，则电动机不再自动重起动，恢复电压值误差不大于±10%。”　　2 电动机保护器抗晃工作原理及相关参数的设置　　以安科瑞ARD系列电动机保护为例。为实现抗晃电功能，电动机保护器需带有抗晃电模块，将交流电输入接在抗晃电模块的输入端，抗晃电模块的输出接到电动机保护器的辅助电源输入端，电动机保护器的电压测量信号取自接触器上级，防止晃电时接触器脱开，无法测得恢复电压。线路正常供电时抗晃电模块的内部储能装置处于储能状态，晃电期间由抗晃电模块储能设备向电动机保护器供电，维持电动机保护器正常工作。当系统电压恢复到“重起动电压”后，电动机保护器对晃电持续时间进行判断，时间小于“立即重起动失电时间”立即吸合“输出继电7-8起动电动机;晃电时间长于“立即重起动失电时间”，而小于“允许失电时间”，执行延时重起动;晃电时间长于“允许失电时间”，不执行起动。　　电动机保护器可以实现晃电立即重起动、失压延时重起动、失压时间过长闭锁起动，并且带有过载、断相、堵转、阻塞、过压、欠功率等全面的保护功能，可以确保电动机的平稳运行，并减少系统投资。　　3 结束语　　本文介绍了几种常见的晃电处理方法，着重介绍电动机保护器实现抗晃电的方法。电动机保护器 浅谈ARD3电动机保护器设计原理   　　摘 要：本文着重介绍ARD3电动机保护器的具体设计方法，给出硬件原理图和软件流程图。文章按照产品的各硬件功能模块进行展开说明，介绍硬件功能模块时，对硬件功能模块原理图进行详细分析，结合各种实际应用的情况说明此处硬件是怎样设计的，为什么这样设计以及这样设计的优缺点。通常电动机保护器工作的条件比较恶劣，为使产品性能方面较加稳定可靠，需要使用一些抗干扰措施，文中介绍的这些抗干扰措施在实际使用中被证明是成功的。　　关键词：电动机保护器;ARD3;保护功能;ModBus　　0 引言　　随着电子技术的发展，电动机保护器正向基于现场总线的智能型方向发展。我公司设计的ARD3电动机保护器立足于国内**水平，是具有智能保护和可通信功能的电动机保护器。产品系列电流范围齐全，产品系列额定电流范围1.6～800A;可测量的电流范围宽，可以达到10倍电机额定电流;采用**的软件算法和可靠的硬件设计，对电动机的过载、断相、三相不平衡、堵转、阻塞、过压、欠压等故障进行有效判断和可靠保护，过载保护采用计算分析当前电动机的热容量的方法，根据热容情况判断电动机的过载状态，此种方法可以发挥电动机的过载能力;配有可编程开关量输入、继电器输出，用于实现远程主站对电动机运行状态的遥信监视和直接起动、自耦降压、星-三角等起动方式;带有标准RS-485接口ModBus通讯协议实现计算机联网。　　1 硬件设计　　ARD3电动机保护器用H8/3687FP单片机实现电动机的保护功能。在硬件方面主要由三相电流信号采样、漏电流采样、电压信号采样、键盘接口、显示部分、控制输出、报警输出、通信接口等几部分构成，下面分别对其中的关键部分作简要介绍：　　1.1 信号采集单元　　ARD3电动机保护器采用交流采样算法计算被测信号。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)，然后将采样得到的离散信号进行真有效值运算，从而得到被测信号的真有效值，这样就避免了被测信号波形畸变对采样值的影响。　　信号采集单元的功能取样、整流、放大互感器二次测的输出信号，将这些信号转换为单片机可处理的信号。ARD3电动机保护器中处理三相电流信号、剩余电流信号、电压信号的信号采集放大电路原理都相同，现以一路电流信号采集放大电路为例说明电路工作原理。　　信号采集放大电路如图1所示。在图中二极管A1、A7是双向二极管，对后级电路起到过压保护作用。当输入的信号在正常范围内，A1、A7不起作用，当输入信号**出正常范围(或有脉冲干扰信号出现)时，A1、A7导通，防止**出后级电路端口范围的信号进入后级电路，破坏后级A/D电路。CR1为取样电阻，将从CT1输出的电流信号转变为电压信号。LM324和CR4，CR7，CR10，CR13组成同相放大电路将电压信号放大后输入A/D转换电路。　　LM324采用双电源供电，这样可以保证LM324输出电压达到5V充分利用A/D转换提高显示精度。图1中通过运放将输入信号进行分档处理，小信号从P1.0输出大信号从P1.1输出。这样处理是因为：电动机保护器要处理的电流范围很宽(要从电动机1倍额定电流到10倍额定电流)，分档处理可以提高测量精度。　　1.2 I/O单元　　电路开关量由IN1～IN7输入，通过光藕后产生IS1～IS7，并行信号IS1～IS7输入到74HC165，通过74HC165将并行信号转换为串行信号传送给CPU。电阻R11～R18起到限流作用保护光耦中的二极管不被损坏。RS1～RS8是上拉电阻与电容CS～CS8配合使用既可以稳定光耦输出电平又可以在上电时对光耦起到保护作用。　　继电器控制电路如图3所示。JDQ1～JDQ4与CPU连接，三极管QJ11～QJ14的供电电压是+5V，三极管QJ1～QJ4的供电电压是+24V。现以QJ11，QJ1这路控制电路来说明电路工作原理，当CPU输出高电平时三极管QJ11不导通，OUT11不会输出电流光藕不会导通，JT1也输出高电平，QJ1不会导通继电器不会动作。当CPU输出低电平时三极管QJ11导通，OUT1输出高电平使光耦导通， JT1变为低电平，三极管QJ1导通OUT1输出低电平使继电器发生动作。　　控制输出部分可采用机电式继电器或固体继电器。前者价格便宜，市场产品丰富，驱动线路也比较简单，但可靠性和使用寿命有限，且在触点动作时会产生“火花”，严重时可影响系统的正常工作。因此，在PCB板布局时应将继电器尽量远离单片机并靠近仪表的输出端口。另外，在继电器线圈两端应并联续流二极管，否则在继电器线圈断电瞬间会产生较高的感应电压，从而破坏电路。固态继电器具有寿命长、性能稳定，无火花等特点，本产品中考虑到产品的可靠性要求采用固态继电器。　　1.3 通讯单元　　通讯电路实现将CPU串口输出电平转换到RS485电平。本电路的巧妙之处在于数据收发直接由硬件来控制，不用CPU参与控制，这样可以节省CPU资源简化程序设计。　　1.4 CPU单元　　CPU单元是电机保护器的**单元。信号采集，各种报警处理，通信功能，显示功能……都是由它来完成的。本产品采用的CPU芯片是瑞萨公司的H8/3687芯片，该芯片功能如下：62条基本指令; RTC(片上实时时钟，可作为自由运算计数器使用)，SCI(异步或者时钟同步串行通信接口)2路，1路IIC接口，8路10位A/D，8位定时器2个(Timer B1,TimerV)，16位定时器1个(TimerZ)，看门狗定时器，14位PWM，45个I/O引脚(H8/3687N有43个I/O引脚)，包括8个可直接驱动LED的大电流引脚(IOL=20mA,@VOL=1.5V)，片上复位电源POR电路，片上低电压检测电路(LVD)。该芯片有两种封装形式：LQFP-64(10mm×10mm)FP-64(14mm×14mm) 。CPU单元电路如图5所示。　　因为A/D功能，IIC功能，RTC，定时器，看门狗等功能都已经集成到芯片内部，所以CPU单元的电路十分简洁，各引脚只需外接增加端口驱动能力的上拉电阻和稳定信号的滤波电容即可。　　2 软件设计　　系统软件要完成三相电流、1路剩余电流、三路电压A/D，各种保护量计算，保护功能判断处理，显示电压、电流，故障记录，按键处理，通讯，变送等功能。只有合理安排程序流程来完成这些功能，保护器才能可靠工作。　　3 抗干扰措施　　电动机保护器作为保护电动机装置要具有很强的抗干扰性。在本产品软硬件设计过程中采取如下措施提高产品的抗干扰性：1硬件方面：电源部分加EMC滤波器，高频变压器次级与初级加高压电容，输出部分加滤波电路;信号采集部分增加滤波电路;在作信号处理的各芯片输入口处加端口保护电路;在各芯片电源输入处加去藕电容;继电器两端并联续流二极管，加光耦与CPU端口隔离;不使用的CPU端口定义为输出状态;PCB板布局时模拟部分与数字部分作分区处理，模拟信号在模拟区域内布线，数字信号数字区域内布线，二者不进入彼此区域内;布线时尽量加粗电源线与地线，信号线走线时走145o线，不走直角线;使用CPU内部看门狗监控程序运行。2软件方面：各路信号采集都使用软件滤波，增加采样值的准确性。通过采取一系列的措施，产品的抗干扰性能大幅提高，本产品一次性顺利通过3C安全认证型式试验。　　4 结论　　ARD3电动机保护器采用**的设计方案，集测量、保护、控制、通讯于一身，产品性能安全可靠，可以对电动机实施可靠有效的保护。ARD3电动机保护器在实际使用中完全可以替热继电器、温度继电器等传统的电动机保护产品，替代各种指针式电量表、信号灯、电量变送器等常规元件，简化电动机控制电路，减少柜内电缆连接及现场施工量。ARD2F智能电动机保护器　　ARD2F智能电动机保护器是安科瑞电气股份有限公司*的产品，适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶以及民用建筑等领域。采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的起动**时、过载、堵转、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、过压、欠压、温度、tE保护等多种情况进行保护，设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因，并通过LCD中文液晶显示屏、状态指示灯等各种方式，将电机的运行状态清晰、直观地显示出来。该保护器具有RS485远程通讯接口，DC4~20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统，实现电动机运行的远程监控。　　下面以安科瑞电气股份有限公司ARD2F产品为例，介绍ARD2F智能电动机保护器的功能和技术参数。　　符合标准　　GB14048.1-2000低压开关设备和控制设备总则　　GB14048.4-2003低压开关设备和控制设备 机电式接触器和电动机起动器　　GB/14048.5-2001低压开关设备和控制设备 控制电路电器和开关元件，*1部分：机电式控制电路电器　　GB/T17626.4-2006电速瞬变脉冲群抗扰度试验　　GB/T17626.5-2006浪涌(冲击)抗扰度试验　　适用环境　　工作温度：-10℃~+55℃　　储存温度：-20℃~+65℃　　相对湿度：5%~95%不结霜　　海拔：≤2500m　　污染等级：2级　　防护等级：IP20　　安装类别：III级　　运用场合：煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域　　选配功能　　Q — 起动控制(包含K功能)　　K —开关量输入　　T — 温度保护　　J — 报警　　C — 通讯接口　　L — 漏电保护　　M — 4～20mA模拟量输出　　U — 电压功能　　SR — SOE事件记录　　技术参数　　保护器辅助电源　　AC85V-265V/DC100V-350V　　功耗5VA　　电机额定工作电压　　AC380V/AC660V，50Hz　　电动机额定工作电流　　1.6A(0.4A-1.6A) (采用小型电流互感器)　　6.3A(1.6A-6.3A)(采用小型电流互感器)　　25A(6.3A-25A)(采用小型电流互感器)　　100A(25A-100A)(采用小型电流互感器)　　250A(63A-250A)(采用电流互感器)　　800A(250A-800A)(采用电流互感器)　　继电器输出触点，额定负载容量　　4路，AC250V，3A;DC30V，3A　　开关量输入　　12路，光耦隔离　　SOE事件记录容量　　8个事件记录　　通讯　　RS485 Modbus协议　　智能电动机保护器安装尺寸 (单位mm )　　ARD2F主体安装方式为标准35mm导轨式安装　　ARD2F显示模块安装方式为嵌入式，外形尺寸为90mm*70mm，开孔尺寸为 86mm*66mm，LCD液晶显示(90FL)。　　范例　　型 号：ARD2-25/CKSR　　辅助电源：AC220V　　电机额定电流：6.3A~25A　　应用场合：三相电机　　测量参数：三相电流、三相平均电流　　附加功能：RS485通讯、2路开关量输入、8个事件记录　　型 号：ARD2F-25/CJMQTSR+90FL　　辅助电源：AC220V　　电机额定电流： 6.3A~25A　　应用场合：三相电机　　测量参数：三相电流、PTC电阻值　　附加功能：起动控制、温度保护、报警输出、RS485通讯接口、Modbus协议、4-20mA模拟量输出、8个SOE事件记录　　显示方式：90FL(中文液晶显示)　　型 号：ARD3-250/CLTUEpSR+90L　　辅助电源：AC220V　　电机额定电流： 63A~250A　　应用场合：三相电机　　测量参数：三相电流、线电压、有功功率、功率因数、剩余电流、电能　　附加功能：RS485通讯接口、Modbus协议、漏电保护、温度保护、过压保护、欠压保护、相序保护、欠功率保护、8个SOE事件记录　　显示方式：90L(中文液晶显示)电动机保护器   ARD系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。智能马达保护装置　　智能马达保护装置 ，适用于额定电压至AC 690V、额定电流至AC 800A、额定频率为50/60Hz的电动机。产品体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。　　下面以安科瑞电气股份有限公司ARD3为例，介绍低压电动机保护器的功能和技术参数。　　ARD3电动机保护器采用模块化的产品结构形式，包括主体(保护控制功能模块)、互感器检测模块、远程显示模块。根据需要选配ARD3的功能模块或附件，与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域。　　安科瑞电气股份有限公司ARD3电动机保护器　　结构精巧、安装便捷　　智能电动机保护器体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。　　显示直观、易学易用　　高清晰的液晶显示界面直观反映测量参数及电动机运行状态。所有测量数据可通过按键轻松翻阅，参数设置可以通过仪表面板进行，也可由通讯口输入。液晶显示界面有背光支持，以方便在光线差的环境下使用。　　安全性好、可靠性高

安科瑞电气股份有限公司[股票代码:300286.SZ]是一家集研发、生产、销售和服务于一体的**企业，致力于为用户端提供能效管理和用电安全的系统解决方案。安科瑞电气具备从云平台软件到传感器的完整生产线，目前已有8000多套各类系统解决方案在全国各地运行，帮助用户实现能源的可视化管理，提供能源数据服务，为用户高效和安全用能保驾**。安科瑞能效管理系统包括变电所运维云平台、安全用电管理云平台、环保用电监管云平台、预付费管理（系统）云平台、智能变配电监控系统、电能质量治理系统、建筑能耗管理系统、工业能源管控平台、漏电火灾监控系统、消防电源监控系统、*门监控、应急照明和疏散指示系统、充电桩收费管理系统、数据中心动环监控系统、智能照明控制系统、IT配电绝缘监测等系统及相关产品。位于无锡江阴市的生产基地--江苏安科瑞电器制造有限公司是江苏省两化融合试点企业，拥有功能完善的产品试验中心，可开展环境、电磁兼容、安全性、可靠性等多种试验。生产过程依托**的信息化管理系统和严格执行ISO9001管理标准，为产品产业化、规模化实施提供了**，仪表年生产能力200万台，电量互感器150万只、节能成套柜10000台套。安科瑞在全国主要城市设立了分公司和办事处，当地配置销售、技术支持团队，快速响应客户需求，为用户提供优质的产品体验。安科瑞高度重视产品质量和技术创新，截止2018年底，公司拥有5项商标、18项发明**、70项实用新型**、93项外观**、147项计算机软件着作权，并参与多个国家或行业标准的制定。经过多年的积累和发展，安科瑞参与了诸多用户端能效管理项目，包括沪昆高铁多个站房电力监控和智能照明控制系统、上海通用汽车能耗管理系统、宁夏医科大学附属医院能源管理系统、天狮大学城宿舍远程预付费系统、山东金麒麟能源管理系统、苏州铁狮门能源管理系统、苏州中心消防电源管理系统等等。