基于MCS－51單片機的斷相與相序保護系統(tǒng)的設計

1　引 言

斷相與相序保護是較大功率三相交流電動機及不可逆轉(zhuǎn)傳動設備中的交流電機起動設備中不可缺少的部分，通常使用模擬的斷相與相序保護繼電器，隨著數(shù)字技術，尤其是微計算機技術的發(fā)展，數(shù)字式斷相與相序保護技術就成為現(xiàn)實，它具有體積小、能耗低、準確可靠、便于計算機控制系統(tǒng)接口的優(yōu)點，并逐漸成為三相交流電動機起動保護的主流。

2　斷相與相序保護系統(tǒng)簡介

2．1　三相交流電動機控制系統(tǒng)　　

三相交流電動機電源控制回路如圖2—1所示。按下QA按鈕，若電源A、B、C三相正常時，電動機就能正常起動工作；若三相電源中任何一相熔斷器開路或供電電源與原認定相序錯相時，控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號，切除CJ主回路電源，三相交流電動機不能起動，從而達到保護設備的目的。

2．2　數(shù)字式斷相與相序保護技術的原理

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三點可以得到對圖2—3所示，同一時刻讀取a、b、c三點的狀態(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，同時讀取各點的狀態(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，對各種狀態(tài)下的編碼進行組合、比較，可以發(fā)現(xiàn)它們之間的規(guī)律：相序正常（為ABC）時，編碼110011101重復出現(xiàn)；錯相時，編碼為110101011；若斷相時，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現(xiàn)這一功能。

2．3　電路實現(xiàn)及工作過程

a．由于整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，因此本系統(tǒng)在8031單片機最小應用系統(tǒng)的基礎上增加信號處理這部分電路（如圖2—2所示電路）實現(xiàn)的，若應用中還有其它功能，可以很方便地加以擴展。

b．工作過程：

上電工作時，首先進行初始化，CPU響應中斷后，對244進行采樣，每隔3．3 ms讀一次數(shù)據(jù)，讀到110時，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)與標準編碼110011101和110101011進行比較，采樣到的數(shù)據(jù)與編碼110101011相符時，此時三相電源一定錯相，若與上述兩種標準編碼都不相符時是斷相，對這兩種情況的處理，CPU發(fā)出報警信號，切斷主回路電源，電機不能起動。若采樣到的數(shù)據(jù)與編碼110011101相一致時，說明三相電源正常，CPU發(fā)出接通信號，電機起動；當電機正常起動后，可以根據(jù)實際情況重新設定采樣時間，CPU可以按設定時間或者3．3 ms重復進行采樣、判斷，防止工作過程中的斷相與錯相，達到準確、可靠地保護設備的目的。

3　結(jié)束語

本文介紹的數(shù)字式斷相與相序保護技術原理簡單，實用性強，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算機控制的軟起動器的斷相與相序保護，取得了滿意的效果。