基于MCU和DSP的电机智能监护系统的研究

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自从单片机和数字信号处理器(DSP)技术进入电动机保护领域之后,电机保护的实时性和可靠性变得越来越高。利用微机技术实现电机保护的智能化、多功能化和网络化已成为今后的发展趋势,本论文正是在这一背景下设计了一种泵类负载电机智能监护系统。与普通的电机保护系统相比,该系统不仅能对泵类负载电机本身进行保护,而且能通过将电机看做泵类负载的传感器对其进行监护。   首先论文在参阅国内外文献的基础上,提出了基于对称分量法和轴输出功率的电机和负载保护方案。本文对电机和负载的各种常见故障进行了分析和探讨,得出了各项故障的保护判据。其中针对电机保护包括了过载反时限保护、正序电流分量定时限或速断保护、负序电流分量定时限保护、零序电流分量定时限保护、过压定时限保护、欠压定时限保护、起动时间过长定时限保护等判据;负载保护则包括负载过载与欠载保护判据。   其次,在采样算法选择方面,本文对多点采样法、均方根法、最小二乘法、小波分析法、半波傅里叶变换和全波傅里叶变换等采样算法进行深入的研究和比较后,采用了一种改进全波傅里叶算法对各采样电量进行处理,并通过快速傅里叶(FFT)变换算法在数字信号处理器上得以实现。该算法能滤除电流或电压的直流衰减分量和高频分量的作用,故电机及负载保护方案采用该算法能使故障保护报警或跳闸更为精确和可靠。   第三,在系统的硬件设计方面,系统选用了数字处理能力强大的TMS320LF2407A和具有丰富外设的PIC16F877双CPU结构作为平台核心,采用液晶显示屏作为人机交换界面,设计了电压、电流、频率模拟量采集电路,并使用TMS320LF2407A内置的AD转换模块进行数字化处理。   在软件设计方面,采用了模块化的编程思路,把整个系统软件设计分成TMS320LF2407A芯片、PIC16F877芯片和它们之间的串行通信三个编程模块。模块大部分程序使用汇编语言编写,只在少数计算量大的程序编写使用C语言编程。   最后,以磁铁圆盘模拟电机负载搭建实验平台对电机保护和负载保护可行性进行验证。实验表明,系统能实现电机和负载的各种保护功能。
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