一种电机故障检测与保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电机故障检测与保护装置，包括电压电流采集器和电机工作监控设备；电压电流采集器中，信号采集变换模块采集三相电机的电流、电压信号并将其变换成小电压信号送入数模转换模块进行数模转换，微控制器进行数据处理分析和故障判断并控制继电器保护电路模块与故障指示模块进行保护和报警；显示模块显示电机的工作参数和状态；按键模块设定电机的额定参数和故障保护动作时间；电机工作监控设备实时监控电机参数与状态，设置被保护电机的额定参数和故障保护动作时间；电机工作监控设备通过通信模块与电压电流采集器进行数据传输。本发明专利技术可以实现数据的远程传输，不受任何距离的限制，提高检修的效率，同时也走向了产业的全面智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种电机故障检测与保护装置
本专利技术属于电机故障检测与保护
，具体涉及一种电机故障检测与保护装置。
技术介绍
在实际的工程应用中，工作环境的恶劣、日常维护的缺乏，经常容易引起电机的故障甚至是损坏，对工业生产和人们的生活造成了巨大的影响和损失。因此，实现对电机的实时监测、故障判断和及时切除是保证电机安全可靠运行的前提。早期，电动机的保护一般以熔断器、双金属片热继电器、电动机保护用自动开关、电磁型继电器等机械式保护装置为主。熔断器是一种当电流大于一定值时，熔断器熔体将因为自身的热量而熔断，以此断开回路，使得电动机停止运行。熔断器安装简便，价格低廉，但其功能少，在电动机发生故障发生的过载等故障时，无法起到保护作用。另外，将熔断器用于保护三相异步电动机时，若其中一相的熔断器因电流过大而断开，则会导致三相异步电动机发生断相，引起一系列事故和损失。热继电器的工作原理是基于双金属片热效应：双金属片由一对金属片整合而成，二者膨胀系数相异。当电流流过，发生的热效应会使得双金属片向膨胀系数较小的一边弯曲，电流值与弯曲程度成正比。当电流大于整定电流值大小一定的倍数时，就会使脱扣装置动作，继而将主电路断开，实现其保护功能。热继电器电动机保护器具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点，并具备反时限特性。因此，被广泛应用于电动机过载保护。但是，热继电器应用于电机保护领域任然具有一定局限性：①热继电器的保护特性具有一定程度的分散性，其稳定性较低，易受到周围环境因素的影响，如对环境温度、机械振动等有较大的要求；②可重复性较差，对于电机频繁起动、重载起动、多次短时过载等情况，起不到较好的保护作用；③其功能较为单一，不能对电机起动过程中的故障、短路故障等进行有效保护。当电动机存在轻微过载时，绕组产生的热积累导致温度过高，但其无法直接检测电动机绕组的温度，故对这种情况也无法进行有效保护。目前，传统的8/16位单片机已经广泛运用于电气保护中。但是它们仅仅具有基本的数据采集和控制功能，在人机对话、数据查询、远程连接等方面能力有限，缺少必要的网络通讯功能。如果将网络通讯以及智能化远程控制加入到电机保护中，可以给电机的保护带来意想不到的效果，极大地规避了大规模的设备损坏情况，节省大量的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种电机故障检测与保护装置。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种电机故障检测与保护装置，包括电压电流采集器和电机工作监控设备；电压电流采集器包括微控制器、信号采集变换模块、数模转换模块、显示模块、继电器保护电路模块、故障指示模块、按键模块和通信模块；信号采集变换模块采集三相电机的电流、电压信号并将其变换成小电压信号送入数模转换模块进行数模转换；数模转换模块转换输出的数字信号进入微控制器进行数据处理分析和故障判断，当诊断出电机发生故障且已到保护时间，微控制器控制继电器保护电路模块与故障指示模块进行保护和报警；显示模块实时显示电机的工作参数和状态；按键模块，用于设定不同型号电机的额定参数和故障保护动作时间；电机工作监控设备用于实时监控电机的额定参数和当前工作下的电流、电压、功率、状态；以及设置被保护电机的额定参数和故障保护动作时间；电机工作监控设备通过通信模块与电压电流采集器进行数据传输。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的微处理器为STM32F103C8T6，所述数模转换模块采用MAX187。上述的通信模块为无线通信模块或GSM移动手机卡；所述无线通信模块选用ESP8266。上述的继电器保护电路模块光电耦合器件控制的继电器的开关来达到对电机电源的控制；当出现电能过大或功率过大故障时，微控制器输出控制信号，使电机跳闸，同时发出报警信号，避免电机产生更大的损坏。上述的电压电流采集器采用I2C通信的EEPROM来存储电机发生故障的时间、电流、电压参数，还可以实现参数设定，断电后设定的参数保存进外部RAM中，无需重新设定。上述的显示模块选用LCD1602液晶屏显示电机的额定参数、工作电压、工作电流；并在电机出现故障时，显示故障信息和保护动作时间。上述的故障指示模块为外接于显示模块的LED发光二极管，用于检测电压、电流、与上位机通信状态的指示灯。上述的通信模块经由阿里云服务器将电机工作监控设备与电压电流采集器连接成一个网络系统，进行实时监控与数据传输。上述的微控制器进行数据处理分析和故障判断，包括：傅里叶有效值计算：采用FFT蝶形算法对离散的、量化的采样数据进行滤波和计算电机工作电气量的有效值；相位检测：根据离散的、量化的采样数据计算电机的三相电流每两相之间的相位差；零/负序电流分量计算：根据对称分量分析法计算电流的零、负序分量；故障判断和保护：分析三相电流的有效值、零序电量、负序电量和每两相的相位差值，判断电机是否出现故障，若出现故障，则分出故障的归属类型，并拉高相应故障保护程序的启动标志位，根据电压、电流参量，确定其具体的故障类型来匹配相应的保护措施。上述的保护措施分为：过电流保护，针对对称故障进行数据分析与保护；负序电流保护，针对非对称故障中的非接地故障进行数据分析和保护；零序电流保护，针对非对称故障中的接地故障进行数据分析和保护。本专利技术具有以下有益效果：1、专利技术基于微控制器，如ARMCortex-M3内核的STM32F103C8T6控制器，对电机进行保护，利用微控制器可编程的12位ADC模拟采集模块采集电机工作时的电压、电流，计算出相对应的功率，及时检测电机的工作状态，如果发生故障，触发继电器及时给电机断电；建立ESP8266网络，方便数据采集系统与上位机进行通信，由上位机软件显示采集到的数据和继电器中断控制。本专利技术在电机的工作电流和电压等参数超出规定范围时，分析判断出故障类型，并及时对电机进行保护。2、本专利技术除了使用STM32之外还可以使用其他具有高速采集数据能力的硬件处理器进行代替(比如FPGA、DSP、树莓派等)，本专利技术上位机通信，除了使用无线通讯模块进行AT指令透传之外还可以使用GSM移动手机卡将电机故障信息通过短信的方式发送到手机端。3、本专利技术将FFT蝶形算法运用到交流采样，将傅里叶分析运用到电学分析，通过FFT蝶形算法可以快速对电机的交流信号进行离散化处理，提高终端处理数据的效率，由此可以减小电机因终端数据处理不及时而导致保护出口来不及跳闸，从而造成电机的损坏。4、本专利技术利用PC端和手机端软件实现对电机的高效管控，在上位机与WIFI之间架构一个云服务器，可以真正实现数据的远程传输，不受任何距离的限制，管控人员同时也可以通过手机APP和电脑客户端随时随地给电机发布指令，甚至可以对整个生产车间的电机进行组合式管理，提高检修的效率，同时也走向了产业的全面智能化。附图说明图1为本专利技术装置总体硬件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机故障检测与保护装置，其特征在于，包括电压电流采集器和电机工作监控设备；/n电压电流采集器包括微控制器、信号采集变换模块、数模转换模块、显示模块、继电器保护电路模块、故障指示模块、按键模块和通信模块；/n信号采集变换模块采集三相电机的电流、电压信号并将其变换成小电压信号送入数模转换模块进行数模转换；/n数模转换模块转换输出的数字信号进入微控制器进行数据处理分析和故障判断，当诊断出电机发生故障且已到保护时间，微控制器控制继电器保护电路模块与故障指示模块进行保护和报警；/n显示模块实时显示电机的工作参数和状态；/n按键模块，用于设定不同型号电机的额定参数和故障保护动作时间；/n电机工作监控设备用于实时监控电机的额定参数和当前工作下的电流、电压、功率、状态；以及设置被保护电机的额定参数和故障保护动作时间；/n电机工作监控设备通过通信模块与电压电流采集器进行数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机故障检测与保护装置，其特征在于，包括电压电流采集器和电机工作监控设备；
电压电流采集器包括微控制器、信号采集变换模块、数模转换模块、显示模块、继电器保护电路模块、故障指示模块、按键模块和通信模块；
信号采集变换模块采集三相电机的电流、电压信号并将其变换成小电压信号送入数模转换模块进行数模转换；
数模转换模块转换输出的数字信号进入微控制器进行数据处理分析和故障判断，当诊断出电机发生故障且已到保护时间，微控制器控制继电器保护电路模块与故障指示模块进行保护和报警；
显示模块实时显示电机的工作参数和状态；
按键模块，用于设定不同型号电机的额定参数和故障保护动作时间；
电机工作监控设备用于实时监控电机的额定参数和当前工作下的电流、电压、功率、状态；以及设置被保护电机的额定参数和故障保护动作时间；
电机工作监控设备通过通信模块与电压电流采集器进行数据传输。


2.根据权利要求1所述的一种电机故障检测与保护装置，其特征在于，所述微处理器为STM32F103C8T6，所述数模转换模块采用MAX187。


3.根据权利要求1所述的一种电机故障检测与保护装置，其特征在于，所述通信模块为无线通信模块或GSM移动手机卡；所述无线通信模块选用ESP8266。


4.根据权利要求1所述的一种电机故障检测与保护装置，其特征在于，所述继电器保护电路模块光电耦合器件控制的继电器的开关来达到对电机电源的控制；
当出现电能过大或功率过大故障时，微控制器输出控制信号，使电机跳闸，同时发出报警信号，避免电机产生更大的损坏。


5.根据权利要求1所述的一种电机故障检测与保护装置，其特征在于，所述电压电流采集器采用I2C通信的EEPROM来存储电机发生故障的时间、电流、电压参...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐蕾，姜翟跃，徐浩南，张敬昊，巫乐文，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32