以51單片機(jī)為核心的斷相與相序保護(hù)數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1　引　言

斷相與相序保護(hù)是較大功率三相交流電動(dòng)機(jī)及不可逆轉(zhuǎn)傳動(dòng)設(shè)備中的交流電機(jī)起動(dòng)設(shè)備中不可缺少的部分，通常使用模擬的斷相與相序保護(hù)繼電器，隨著數(shù)字技術(shù)，尤其是微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式斷相與相序保護(hù)技術(shù)就成為現(xiàn)實(shí)，它具有體積小、能耗低、準(zhǔn)確可靠、便于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)接口的優(yōu)點(diǎn)，并逐漸成為三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)保護(hù)的主流。

2　斷相與相序保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2．1　三相交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

三相交流電動(dòng)機(jī)電源控制回路如圖2—1所示。按下QA按鈕，若電源A、B、C三相正常時(shí)，電動(dòng)機(jī)就能正常起動(dòng)工作；若三相電源中任何一相熔斷器開路或供電電源與原認(rèn)定相序錯(cuò)相時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，切除CJ主回路電源，三相交流電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。

2．2　數(shù)字式斷相與相序保護(hù)技術(shù)的原理

如圖2—2所示電路，三相交流電源A、B、C經(jīng)降壓模塊處理后輸出三相交流電A′、B′、C′，分別經(jīng)過三組比較器后，在輸出端a、b、c三點(diǎn)可以得到對(duì)圖2—3所示，同一時(shí)刻讀取a、b、c三點(diǎn)的狀態(tài)，就可獲得一組數(shù)據(jù)；同樣，把三組交流電源A、B、C作各種不同狀態(tài)組合，同時(shí)讀取各點(diǎn)的狀態(tài)，也能得到一組組編碼，把這些編碼列成表如表2—1所示。通過上述的分析過程，對(duì)各種狀態(tài)下的編碼進(jìn)行組合、比較，可以發(fā)現(xiàn)它們之間的規(guī)律：相序正常（為ABC）時(shí)，編碼110011101重復(fù)出現(xiàn)；錯(cuò)相時(shí)，編碼為110101011；若斷相時(shí)，既不能得到110011101的編碼，也不能得到 110101011的編碼，這就為我們正確處理斷相與錯(cuò)相提供了理論依據(jù)，因此用數(shù)字電路可以很方便地來實(shí)現(xiàn)這一功能。

2．3　電路實(shí)現(xiàn)及工作過程

a．由于整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因此本系統(tǒng)在8031單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加信號(hào)處理這部分電路（如圖2—2所示電路）實(shí)現(xiàn)的，若應(yīng)用中還有其它功能，可以很方便地加以擴(kuò)展。

b．工作過程：

上電工作時(shí)，首先進(jìn)行初始化，CPU響應(yīng)中斷后，對(duì)244進(jìn)行采樣，每隔3．3 ms讀一次數(shù)據(jù)，讀到110時(shí)，放入指定內(nèi)存，再連續(xù)讀入二次數(shù)據(jù)，CPU把這三次采樣到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)編碼110011101和110101011進(jìn)行比較，采樣到的數(shù)據(jù)與編碼110101011相符時(shí)，此時(shí)三相電源一定錯(cuò)相，若與上述兩種標(biāo)準(zhǔn)編碼都不相符時(shí)是斷相，對(duì)這兩種情況的處理，CPU發(fā)出報(bào)警信號(hào)，切斷主回路電源，電機(jī)不能起動(dòng)。若采樣到的數(shù)據(jù)與編碼110011101相一致時(shí)，說明三相電源正常，CPU發(fā)出接通信號(hào)，電機(jī)起動(dòng)；當(dāng)電機(jī)正常起動(dòng)后，可以根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)定采樣時(shí)間，CPU可以按設(shè)定時(shí)間或者3．3 ms重復(fù)進(jìn)行采樣、判斷，防止工作過程中的斷相與錯(cuò)相，達(dá)到準(zhǔn)確、可靠地保護(hù)設(shè)備的目的。

3　結(jié)束語

本文介紹的數(shù)字式斷相與相序保護(hù)技術(shù)原理簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，很容易地與其它數(shù)字控制系統(tǒng)連接使用，我們用此方案成功地完成了微型計(jì)算機(jī)控制的軟起動(dòng)器的斷相與相序保護(hù)，取得了滿意的效果。