苏晓勇 曾彩玲 傅熳雅 韦海月 张营

【摘  要】本文提出以单片机作为核心的电动机保护系统，详细的说明单片机如何应用在过载保护、堵转保护、启动时间过长保护、缺相运行保护等几个比较常见的保护系统中。并作出总结把单片机应用到电动机保护系统中可以稳定可靠的保证电动机在运行的过程中不被损坏。

【关键词】单片机;过载保护;堵转保护;启动时间过长保护;缺相运行保护

引言：随着国民经济的发展，电动机是电能转化为机械能的重要工具。电动机的使用几乎遍及到各个行业。是工业、农业和国防建设正常有序开展的重要保证。但是在日常生活、工业生产中电动机因为各种原因损坏的情况屡见不鲜。因为其时刻都在承受着电压波动，高温，负荷变化冲击等各种不利因素带来的危害，所以确保电动机的正常安全运行就显得尤为重要。

基于单片机作为电动机保护系统的优势电动机保护系统的主要功能应该包括：过载保护、电机堵转保护、漏电保护、缺相保护、短路保护等。如果用传统的模拟电路要实现这么全面的功能，那么这个保护系统的线路势必会相当的复杂，整个系统的体积也会变得异常的庞大。所以现在模拟电路所实现的功能都比较单一，不能周全的保护电动机不被其他原因损坏。但是单片机的出现，使得电动机的保护系统有了本质的变化其相比模拟电路的优点是保护范围广、性能稳定可靠、显示直观、操作方便、体积小等。因此电动机能够得到更好的保护，其损坏率也显著的下降。

基于单片机的电动机过载保护电机过载是一种非正常的运行状态，电动机在一定范围内或者一定时间内的过载是被允许的，但是大范围或者长时间的过载是不允许的。长时间过载电动机运电流超过额定值，导致电机线圈和电缆发热。电流的增加使电动机的温升超过允许值，导致绕组绝缘降低，电阻增加，甚至会烧坏绕组。过载损坏电动机的原因主要是运行电流超过额定电流导致绕组发热引起的，所以过载的严重程度可以通过电动机绕组温度来判断。当达到极限温度是采取切断电动机电源，对其进行保护。

单片机过载保护使用的是基于AT89C51单片机的电子式过载保护继电器，主要包括信号电路、传感器、地址锁存器、报警控制、单片机等。

1、传感器AD590

温度传感器的作用是将电动机绕组温度转换成电流信号，其测温范围为-50℃—+150℃，线性度好。整个测温量程内温度误差小于0.3℃。

2、地址锁存器

地址锁存器的作用是让单片机分时复用

3、报警控制

通过控制交流接触器线圈断电、通电来控制电动机的停止与启动。光电耦合器的动作时间在0.1ms之内，满足快速保护的要求。

4、AT89C51单片机

它把电动机输送来的温度信号处理后和允许温度比较，如果超过允许温度值就会产生报警控制，同时显示温度。

单片机对电动机的堵转保护

对于单片机堵转保护电路来说主要有三部分组成：电流采集模块、限流采集模块、驱动保护模块组成。保护系统采用24V直流电源供电，一路供驱动电路，另外一路给控制系统供电。因为系统耗电量主要是电机驱动电流，所以采集电机的相电流作为衡量电机有无堵转的依据。信号输出的电流在4-20mA之间，极限报警值可以通过设定，只要电流达到极限报警值就报警。当电流超过平均电流值的30%就会报警，作为平均报警值。系统原理图如下图所示：

在电动机运行时，当运行电流大于设定的额定堵转电流I1时，同时超过额定时限I2时，本保护作用于出口跳闸。堵转保护在电动机运行时自动闭锁，停止运行时自动投入。同时在一定意义上堵转保护可以作为短路保护的备用保护，堵转电流值可以参考电动机额定运行电流的倍数，一般在2-4倍范围内取值。

单片机对电动机启动时间过长保护的应用

正常情况下电动机启动结束后，电动机的运行电流是小于额定电流的。但是启动时间过长是电动机启动结束后电动机的运行电流仍然比额定电流大较多。这个保护是当在限定的启动时间结束后，运行电流仍然比额定电流大很多，本保护动作，出口跳闸切断电动机电源。

单片机对电动机缺相保护的应用

三相异步电动机因为电源断相运行而烧坏的数量很惊人，但是部分使用人员对电动机缺相运行的危害认识不足，而且传统的电动机缺相保护装置原理复杂，造价过高，自身故障率高等原因，致使电动机缺相保护发挥不了效果。使用单片机和其附属电路配件构成的相序监测系统是一种简单可靠的控制方式，同时能够降低保护系统的投入成本，下面介绍一下这个保护系统的主要构成。

（1）单片机AT89C2051：单片机是系统的核心部件，在硬件上，借施密特触发器获得有用输入信号用来控制程序的运行。还用于驱动输出信号控制指示灯和继电器的动作。

（2）降压电压：三相电源相间电压为220V，这样的高压是不能直接引进电子电路的。我们考虑到介入后续电路的电源是2V左右，所以一定要进行降压。一般使用电阻进行降压。

（3）光电隔离：开关量输入输出通道和模拟量输入输出通道，都是干扰窜入的渠道，要切断这些渠道，就要去掉外部输入输出通道之间的公共地线。实现彼此电气隔离，这里我们用光电耦合隔离。这种方法实现了高低压的隔离，使用广电信号作为中间信号，即用来传输又用来隔离，提高线路的抗干扰能力。

（4）直流稳压电源：电子电路中通常都需要电源稳定的直流电源供电。本装置的芯片和继电器使用的都是6V的电源供电。

（5）继电器电路：继电器的响应时间小于0.1ms。可以保证电动机发生缺相故障时立刻跳闸切断电动机供电，从而保证电动机不被损坏。

总结语

把单片机应用到电动机保护系统，很大程度上提高了电动机的保护特性。使用单片机的保护系统保护范围广，显示直观，性能稳点可靠。而且是智能化系统，电动机的保护参数可以由用户根据电动机的型号和环境而自行设置。本文只是提到了几种电动机损坏率较高的常见故障，其实单片机可以应用电动机的绝大部分故障保护。如果能够大范围的把单片机应用到电动机保护系统，相信电动机的损坏率会大大的降低。

參考文献：

[1]徐建俊  电机与电气控制项目教程  机械工业出版社

[2]王占元，王宁  交流电机的使用和维护  机械工业出版社

[3]潘留占  杨杰慧  单片机控制的三相电机保护器

（作者单位：闽江学院物理与电子信息工程学院）