基于MCF51EM256的智能电动机保护器的设计及应用.pdf

基于MCF51EM256的智能电动机保护器的设计及应用 1 2 3 郭浩 李红军 陆伟 （1. 郭浩，安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801） （2. 李红军，北方特种能源集团西安庆华 西安 710025） （3. 陆伟青，安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801） 摘要：采用Freescale公司Coldfire-V0架构内核的32位处理器MCF51EM256芯片， 设计了一款高性能的ARD2L智能电动机保护器，并对该保护器的硬件和软件设计 方案进行详细介绍。该保护器集众多保护功能于一体，提高了电动机运行的可靠 性，减少了因电动机运行故障带来的经济损失。 关键字：智能电动机保护器、MCF51EM256、ARD2L、保护时间 0 引言 现代工矿企业中，以电动机作为动力的比例占全部动力的90%以上，它们已是当 [1,2] 今生产活动和日常生活中最主要的原动力和驱动装置 ，为此检测与保护电动 机的正常运行有着非常重要的意义。保护器经历了热继电器、熔断器、电磁式电 流继电器、模拟电子式电机保护器，最后发展到数字电子式电机保护器即当今的 智能电机保护器。本文设计了一款针对电动机在运行过程中出现的起动超时、过 载、欠载、短路、断相、不平衡、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等情况进 行保护的ARD2L智能电动机保护器（以下简称ARD2L），可有效提高电动机运行 [3] 的安全性，降低生产损失，是传统热继电器的理想替代品 。 1 硬件设计 ARD2L 的硬件电路包括主控芯片MCU，频率信号、电流信号、零序电流信号采集 电路，开关量输入模块，继电器输出模块，变送输出模块，RS-485通讯接口，人 机交互单元（状态指示灯、数码管/液晶显示），硬件电路框图如图1所示。 图 1 ARD2L硬件电路框图 1.1 主控芯片 MCU 芯片采用 freescale 公司的 Coldfire-V0架构内核的32位处理器 MCF51EM256，时钟频率最高可达50.33MHz，内置256K 的Flash、16K的RAM、4 2 个独立16位A/D通道、3路定时器、3路SCI通讯接口以及内置RTC时钟、IC、 SPI、KBI接口等多种资源，具有极高的性价比。 1.2 电源 电源是设备能否正常、稳定、可靠工作的关键部分，ARD2L采用安科瑞的通用开 关电源模块。该模块输入电压为AC85V～265V，输入频率45Hz～60Hz，具有多路 隔离电压输出，满足多种功能对不同供电电压的要求。其输出电压稳定、故障率 小，输出纹波 1％；电源输入部分设计加入压热敏电阻、TVS管、防反接二极 管等器件，对过压、过流等有一定的保护作用，同时能使产品通过严酷的EMC [4] 测试。该模块经现场实际使用，具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力 。 1.3 信号采集电路 信号采集电路负责采集电流信号、频率信号和零序电流信号。其中，电流信号采 用互感器隔离输入，将交流信号抬高后送入CPU进行软件差分运算，电流采样电 路如图2所示。以A相6.3A规格为例，采用的电流互感器变比为100A：20mA，5P10 保护型。该方案电流测量在1.2倍范围内达到0.5S精度，在8倍范围内满足5S精 度，而其过载能力按8倍计算，即给互感器加上50.4A 电流，通过取样电阻R 的 1 电流为10.08mA，两端电压为0.886V。同时，给采样信号抬高电压U =1.2V，使