單片機(jī)的出現(xiàn)，使得電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的發(fā)展有了質(zhì)
發(fā)布時(shí)間：2022-03-14 20:42
電動(dòng)機(jī)保護(hù)器實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：三相電流顯示、電壓顯示、報(bào)警、故障脫扣、故障記憶、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、缺相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、相序保護(hù)等、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)。而傳統(tǒng)的電子式電機(jī)保護(hù)器能實(shí)現(xiàn)的功能都比較單一。例如：過(guò)流保護(hù)器、缺相保護(hù)器等，電子式電機(jī)保護(hù)器是通過(guò)傳統(tǒng)的模擬線路來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)，要實(shí)現(xiàn)如此綜合的功能，其線路將會(huì)變得非常復(fù)雜，整個(gè)裝置的體積也會(huì)非常龐大。而單片機(jī)的出現(xiàn)，使得電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，在智能化、功能多樣化、小型化、模塊化、性能可靠性等方面達(dá)到前所未有的水平。
用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能，在硬件方面主要由三相電流信號(hào)采樣、漏電流采樣、電壓信號(hào)采樣、鍵盤(pán)接口、顯示部分、控制輸出、報(bào)警輸出、通信接口等幾部分構(gòu)成，下面分別對(duì)其中的關(guān)鍵部分作簡(jiǎn)要分析。
一、三相電流采樣部分
這部分設(shè)計(jì)直接關(guān)系到電流的采樣精度。因此，必須通過(guò)理論分析、反復(fù)實(shí)驗(yàn)方能確定。這部分線路可采用整流線路，也可采用直接交流比例變換電路，采用哪種線路則直接決定了程序是采用直流采樣還是交流采樣，程序設(shè)計(jì)將完全不同，通信設(shè)備。
若采用直流采樣則線路需采用整流線路，整流線路包括半波整流、橋式全波整流、精密半波整流、精密全波整流等幾種形式，二極管半波整流和橋式全波整流都存在二極管的導(dǎo)通壓降影響整流線路線性的問(wèn)題，特別是在信號(hào)電壓較低的時(shí)候，影響更大。為了減小二極管導(dǎo)通壓降的影響，應(yīng)選擇肖特基二極管作整流器件，如IN5819，但需要注意的是IN5819耐壓值較低（只有40V），因而采樣電壓信號(hào)不宜過(guò)大。精密半波或全波整流線路在許多資料中皆有介紹，在此無(wú)庸贅述。這種線路的優(yōu)點(diǎn)是避免了整流二極管正向?qū)▔航档挠绊?，但同時(shí)增加了線路的復(fù)雜程度，而且還需要為放大器提供正負(fù)電源，增加了電源部分的成本。在實(shí)際使用中應(yīng)權(quán)衡利弊，綜合考慮才能作出選擇。
二、顯示部分
在工控儀表中常常使用LED數(shù)碼管作為用戶界面，其優(yōu)點(diǎn)是亮度高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但只能顯示有限的幾個(gè)字符，要想表達(dá)比較豐富的信息十分困難。目前，一些高檔儀表中開(kāi)始采用字符型液晶顯示器或圖形液晶顯示器，有的還含有中文字庫(kù)模塊，直接用中文顯示，從而使界面十分直觀，易于理解和操作。但同時(shí)增加了線路的成本，特別是圖形液晶顯示模塊價(jià)格太高，一般低價(jià)位的儀表無(wú)法接受。
單片機(jī)與LED數(shù)碼管接口一般采用串行通訊方式，配接移位寄存器來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管工作，設(shè)計(jì)不同的驅(qū)動(dòng)程序可實(shí)現(xiàn)不同的顯示方式。例如：數(shù)碼管閃爍、小數(shù)點(diǎn)位數(shù)自動(dòng)變換，特殊字符顯示等。為了減小數(shù)碼管的功耗，一般采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，也就是在一個(gè)周期（T）內(nèi)只在（1/3—1/2）T的時(shí)間內(nèi)顯示，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比可改變數(shù)碼管的亮度。另外需注意數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電壓不能太高，如果用+5V電源驅(qū)動(dòng)就需加限流電阻或降壓二極管。其中用降壓二極管較好，可防止因數(shù)碼管點(diǎn)亮的筆數(shù)發(fā)生變化而造成的電壓波動(dòng)，從而保證數(shù)碼管亮度穩(wěn)定。
單片機(jī)與字符型LCD模塊接口的數(shù)據(jù)線仍可采用串行接口方式，而控制信號(hào)可直接由單片機(jī)I/O口控制。如果數(shù)據(jù)線采用并行方式，將占用單片機(jī)大量的資源，因而不宜使用。在編制驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，在性能許可的情況下應(yīng)注意盡量減小數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線的信號(hào)頻率，這樣可減小電磁干擾。
三、控制輸出
控制輸出部分可采用機(jī)電式繼電器或固體繼電器。前者價(jià)格便宜，市場(chǎng)產(chǎn)品豐富，驅(qū)動(dòng)線路也比較簡(jiǎn)單，但可靠性和使用壽命有限，且在觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生“火花”，嚴(yán)重時(shí)可影響系統(tǒng)的正常工作。因此，在PCB板布局時(shí)應(yīng)將繼電器盡量遠(yuǎn)離單片機(jī)并靠近儀表的輸出端口。另外，在繼電器線圈兩端應(yīng)并聯(lián)續(xù)流二極管，否則在繼電器線圈斷電瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，從而破壞電路。固態(tài)繼電器具有壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定，無(wú)火花等特點(diǎn)，隨著其價(jià)格的逐漸降低和性能的完善已開(kāi)始被廣泛使用，但小功率的固態(tài)繼電器價(jià)格仍比普通繼電器高很多倍，因此，在電機(jī)保護(hù)器中絕大部分均采用普通繼電器。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，人們希望有兩個(gè)獨(dú)立的控制輸出，一個(gè)作為主回路控制輸出，另一個(gè)為輔助輸出，作為報(bào)警或其它功能的控制。
單片機(jī)系統(tǒng)中，軟件是一個(gè)非常重要部分，這部分能充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，通過(guò)程序可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的智能化控制以及遠(yuǎn)程通訊等功能，限于篇幅，在此不再詳述。
用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能，在硬件方面主要由三相電流信號(hào)采樣、漏電流采樣、電壓信號(hào)采樣、鍵盤(pán)接口、顯示部分、控制輸出、報(bào)警輸出、通信接口等幾部分構(gòu)成，下面分別對(duì)其中的關(guān)鍵部分作簡(jiǎn)要分析。
一、三相電流采樣部分
這部分設(shè)計(jì)直接關(guān)系到電流的采樣精度。因此，必須通過(guò)理論分析、反復(fù)實(shí)驗(yàn)方能確定。這部分線路可采用整流線路，也可采用直接交流比例變換電路，采用哪種線路則直接決定了程序是采用直流采樣還是交流采樣，程序設(shè)計(jì)將完全不同，通信設(shè)備。
若采用直流采樣則線路需采用整流線路，整流線路包括半波整流、橋式全波整流、精密半波整流、精密全波整流等幾種形式，二極管半波整流和橋式全波整流都存在二極管的導(dǎo)通壓降影響整流線路線性的問(wèn)題，特別是在信號(hào)電壓較低的時(shí)候，影響更大。為了減小二極管導(dǎo)通壓降的影響，應(yīng)選擇肖特基二極管作整流器件，如IN5819，但需要注意的是IN5819耐壓值較低（只有40V），因而采樣電壓信號(hào)不宜過(guò)大。精密半波或全波整流線路在許多資料中皆有介紹，在此無(wú)庸贅述。這種線路的優(yōu)點(diǎn)是避免了整流二極管正向?qū)▔航档挠绊?，但同時(shí)增加了線路的復(fù)雜程度，而且還需要為放大器提供正負(fù)電源，增加了電源部分的成本。在實(shí)際使用中應(yīng)權(quán)衡利弊，綜合考慮才能作出選擇。
二、顯示部分
在工控儀表中常常使用LED數(shù)碼管作為用戶界面，其優(yōu)點(diǎn)是亮度高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但只能顯示有限的幾個(gè)字符，要想表達(dá)比較豐富的信息十分困難。目前，一些高檔儀表中開(kāi)始采用字符型液晶顯示器或圖形液晶顯示器，有的還含有中文字庫(kù)模塊，直接用中文顯示，從而使界面十分直觀，易于理解和操作。但同時(shí)增加了線路的成本，特別是圖形液晶顯示模塊價(jià)格太高，一般低價(jià)位的儀表無(wú)法接受。
單片機(jī)與LED數(shù)碼管接口一般采用串行通訊方式，配接移位寄存器來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管工作，設(shè)計(jì)不同的驅(qū)動(dòng)程序可實(shí)現(xiàn)不同的顯示方式。例如：數(shù)碼管閃爍、小數(shù)點(diǎn)位數(shù)自動(dòng)變換，特殊字符顯示等。為了減小數(shù)碼管的功耗，一般采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，也就是在一個(gè)周期（T）內(nèi)只在（1/3—1/2）T的時(shí)間內(nèi)顯示，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比可改變數(shù)碼管的亮度。另外需注意數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電壓不能太高，如果用+5V電源驅(qū)動(dòng)就需加限流電阻或降壓二極管。其中用降壓二極管較好，可防止因數(shù)碼管點(diǎn)亮的筆數(shù)發(fā)生變化而造成的電壓波動(dòng)，從而保證數(shù)碼管亮度穩(wěn)定。
單片機(jī)與字符型LCD模塊接口的數(shù)據(jù)線仍可采用串行接口方式，而控制信號(hào)可直接由單片機(jī)I/O口控制。如果數(shù)據(jù)線采用并行方式，將占用單片機(jī)大量的資源，因而不宜使用。在編制驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，在性能許可的情況下應(yīng)注意盡量減小數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線的信號(hào)頻率，這樣可減小電磁干擾。
三、控制輸出
控制輸出部分可采用機(jī)電式繼電器或固體繼電器。前者價(jià)格便宜，市場(chǎng)產(chǎn)品豐富，驅(qū)動(dòng)線路也比較簡(jiǎn)單，但可靠性和使用壽命有限，且在觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生“火花”，嚴(yán)重時(shí)可影響系統(tǒng)的正常工作。因此，在PCB板布局時(shí)應(yīng)將繼電器盡量遠(yuǎn)離單片機(jī)并靠近儀表的輸出端口。另外，在繼電器線圈兩端應(yīng)并聯(lián)續(xù)流二極管，否則在繼電器線圈斷電瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，從而破壞電路。固態(tài)繼電器具有壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定，無(wú)火花等特點(diǎn)，隨著其價(jià)格的逐漸降低和性能的完善已開(kāi)始被廣泛使用，但小功率的固態(tài)繼電器價(jià)格仍比普通繼電器高很多倍，因此，在電機(jī)保護(hù)器中絕大部分均采用普通繼電器。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，人們希望有兩個(gè)獨(dú)立的控制輸出，一個(gè)作為主回路控制輸出，另一個(gè)為輔助輸出，作為報(bào)警或其它功能的控制。
單片機(jī)系統(tǒng)中，軟件是一個(gè)非常重要部分，這部分能充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，通過(guò)程序可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的智能化控制以及遠(yuǎn)程通訊等功能，限于篇幅，在此不再詳述。