电动机微机保护故障分析保护原理保护算法软硬件设计 第4页

由上述四公式及有效值 和得：

三采样法优点是响应速度比较快、计算量小，但从精度上看，如果输入信号波形是纯正弦的，这种算法没有误差，但实际上如果信号发生畸变，比如干扰、噪声、非正弦分量信号，这样得到的计算结果将会有很大的变化。

3.2全周波傅氏算法

它是采用某一正交函数组作为样品函数，将这一正交样品函数组与待分析的时变函数进行相应的积分变换，以求出与样品函数频率相同分量的实部和虚部系数，进而可以求出待分析的时变函数中该频率的谐波分量的模值和相位。

设被采样电流i(t)和电压u(t)包含直流分量和各次谐波分量，则分解

为付氏级数:若图片无法显示请联系QQ752018766,电动机的三段保护软硬件设计系统免费,转发请注明源于www.751com.cn

其中

实部：         (n=1,2,3．．．．．．)

　　　        （n=1,2,3．．．．．．)

虚部：         （n＝1,2,3．．．．．．）

　　　　　　　（n=1,2,3．．．．．．）

这种算法在计算机上实现时，是对离散的采样值进行运算，假设在一个周期采样N个点，1₁，1₂……I_n，u_l，u₂……u_n，可用N个采样值的总和代替上述积分运算。

则实部：

同理得：

同样有虚部：           

式中N—一个周期T中的采样次数

u_k—第k个采样值。

当n=1时，为基波情况，实部和虚部为:

由此可得：

傅氏算法优点是能够有效地抑制各次谐波，有数据滤波作用。但由于用离散值累加代替连续积分，所以结果受频率的影响，此外，由于此种算法得出结果时间长，所以响应速度较慢。现在己有快速付氏算法等用以克服这些缺点。

3.3均方根值算法

定义采样电流和电压i(t)，u(t)的有效值为:对交流电压和交流电流是采用离散化处理方法求取，由周期连续函数的有效值定义，将连续函数离散化，根据一个周期内采样瞬时值及每周期采样点数，采用矩形法可得出电流、电压有效值的表达式为:

式中:N一一每个周期均匀采样点数;

i_k—第k点电流采样值;

u_k-第k点电压采样值。

同样由连续周期函数的功率定义可得离散表达式：

均方根法不仅适用于正弦电量的测量，而且可准确测量波形畸变的电量，通过与软、硬件滤波配合可准确测量正弦与非正弦信号，并可剔除瞬时干扰，根据测试表明当N>20采样点时，在精度上完全达到要求。

如上所述的三采样法虽然响应速度快，但它前提是要求输入信号波形是纯正弦的，但实际现场运行时信号波形是发生畸变的，除非另外采用一定的措施，否则计算结果有误差。

而全周波付压算法，尽管计算精确，并能抑制各种谐波，但如不对其改进，提高计算速度，由于响应慢而应用有限。根据实践本人认为均方根值法是用于电机保护的较好算法，能够满足电机保护要求。在本文保护装置中，选取均方根值算法作为系统的采样算法。它可测量畸变波形，计算量也不是太复杂。在辅助措施配合下，软件滤波、数据处理，在速度和准确性方面能够满足电动机保护的要求。

                   4 电动机保护装置的硬件设计

4.1对硬件的技术要求

对硬件的基本技术要求有：

1、抗强电磁干扰能力。在变电站中，各种电磁干扰能通过各种途径影响弱电设备的正常运行，甚至导致设备失效;

2、抗高、低温能力;

3、转换精度高。由于本保护装置还带有测量功能用于监控系统中，为满足测量的精度要求，对A/D转换器的精度要求高;

4、运算速度快。由于本装置要完成的功能甚多，某些保护的算法甚为复杂，因此需要运算速度快的微处理系统;

5、国际标准的模块化结构，互换能力强。设计灵活，既可以集中组屏，也可以分散安装于开关柜上。

5电动机保护装置的软件设计

    系统中的信号采集、控制决策确定及控制量输出等各项功能都要通过软、硬件共同来实现。

    控制系统中的应用软件是根据系统的各项功能要求而设计的，它首先应该可靠地实现系统的各项功能。为此本装置软件设计的主要原则是:

    ①软件的设计与硬件电路的设计综合进行。在软件设计时尽量发挥单片机高性能的潜力，进行硬件的软化，以减不控制系统硬件电路无器件的数量，降低控制系统的造价和提高系统的可靠性。

    ②各功能程序实现模式化、子程序化，这样便于程序的测试、移植和修改，同时程序设计尽量考虑模块的通用性，这样模块的反复利用率高，可以节省大量的程序存储单元。

    ③对程序存储区和数据存储区进行合理规划，为功能的扩展预留空间，以提高程序运行的速度，使软件升级更为容易与简单。

    ④在系统软件设计中，同时要进行抗干扰设计。软件抗干扰是微机控制系统中提高可靠性和抗干扰能力。

    ⑤在程序中尽量避免使用浮点数运算，因为执行这些子程序会占用较多的时

间，而工业控制对是动机保护动作实时性要求较高，例如当电动机发生短路故障后，要求保护动作时间必须小于0.2s，这就使单睛机没有足够的时间去反复调用这些子程序。

5.1系统软件工作原理

由于系统的主控部件为单片微型计算机，它的工作完全靠软件支持，即单片机怎样接收控制指令和故障输人电信号;怎样对这些信号进行判断;怎样输出控制信号等等，都离不开程序.该系统的程序设计采用模块化结构，即将具有特定任务的一部分作为一个单元，编制一段程序，在必要时可多次调用，成为一个功能模块，如漏电保护模块(LD );短路保护模块(DL);断相保护模块(DX);过载延时模块等等.系统主程序如图2所

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