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电动机智能监控器的设计与研究

作　者: 房树彬
导　师: 周腊吾
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 电动机智能监控器综合保护任务调度模块化设计数据分析
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

电动机智能监控器是电动机控制中心的现场监控设备，用以提供电动机的多功能综合监控与保护，并实现与控制中心监控层间的通信。本文在分析电动机对智能监控器功能要求的基础上，开发了一种用于监控和保护工业生产现场电动机的电动机智能监控器，实现了控制中心对工业生产现场电动机的全分布式智能化监控和管理。本文从电动机的基本运行原理着手，深入分析了电动机发生各类故障时的特征量与故障原因之间的相互关系，制定了以判断定子电流的正序、负序、零序分量或其组合为主，以检测电压、热电阻、外部故障等为辅，多种保护判据的较为全面的异步电机综合保护方案。并对电动机工作状态的识别，发热与冷却过程统一的热容量计算公式，零序接地保护的防误动措施等问题进行了讨论，提出了一种电动机智能监控器结构和算法。电动机智能监控器的硬件设计采用了模块化设计，使得硬件结构具有一定的通用性。中央控制模块采用TI公司的MSP430F14916位单片机，简化了电路设计，提高了模块工作可靠性。显示模块和监控器本体相互独立，作为可选配件，以适应不同用户的需求。监控器软件设计采用层次化结构和实时任务调度，满足了监控器实时性的要求，保障了工作的可靠性和功能可扩充性，完成了监控器软硬件的设计和安装，分析了监控器测量误差，给出对应的验证数据。通过电动机保护原理的分析及仿真验证，证明了电动机智能监控器结构合理，算法正确，满足工程设计要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 电动机智能监控器研发的意义  10-12
  1.2 电动机智能监控器的历史和现状  12-13
  1.3 本文的主要内容  13-14
第2章电动机常见故障与综合保护算法  14-25
  2.1 电动机故障及其诱发因素  14
  2.2 电动机工作状态的识别  14-15
  2.3 电动机综合保护方案  15-23
    2.3.1 负序电流保护  16-17
    2.3.2 电流速断保护  17-18
    2.3.3 正序过电流保护  18
    2.3.4 定子绕组过负荷保护  18-19
    2.3.5 热过载保护  19-21
    2.3.6 零序电流保护  21-22
    2.3.7 温度保护  22
    2.3.8 失压/欠压保护  22-23
  2.4 本章小结  23-25
第3章电动机智能监控器的硬件设计  25-36
  3.1 电动机智能监控器的功能要求  25
  3.2 方案设计  25-26
  3.3 电动机智能监控器硬件系统结构  26
  3.4 各功能模块及电路设计  26-32
    3.4.1 主控模块设计  26-27
    3.4.2 模拟量输入模块设计  27-30
    3.4.3 开关量输入输出模块设计  30-31
    3.4.4 电源模块设计  31-32
    3.4.5 键盘指示灯模块设计  32
  3.5 显示模块的通信接口设计  32-33
  3.6 上位机的通信接口设计  33
  3.7 热敏电阻测量  33-35
    3.7.1 二阶低通有源滤波器的类型与选择  34
    3.7.2 Sallen-Key 二阶低通滤波器设计  34-35
  3.8 本章小结  35-36
第4章电动机监控器的软件设计  36-46
  4.1 MSP430F149 单片机程序设计的特点  36-37
  4.2 实时多任务调度及其实现方法  37-38
    4.2.1 实时多任务调度方法  37
    4.2.2 监控器任务划分  37-38
    4.2.3 任务调度与管理  38
  4.3 监控软件设计  38-42
    4.3.1 前后台系统和嵌入式 RTOS  38-39
    4.3.2 本装置监控软件系统的特点  39-40
    4.3.3 各类任务的划分  40-42
  4.4 监控器实现的通信  42-45
    4.4.1 Modbus 通信协议  42
    4.4.2 与上位机的通信  42-43
    4.4.3 与显示模块的通信  43-45
  4.5 本章小结  45-46
第5章实验结果和误差分析  46-51
  5.1 电流环输出测试结果与分析  46-48
  5.2 热过载保护特性测试结果与分析  48-49
  5.3 电流速断保护特性测试结果与分析  49
  5.4 电源端口浪涌和快速瞬变脉冲群实验  49-50
  5.5 本章小结  50-51
结论  51-53
参考文献  53-56
致谢  56

电动机智能监控器的设计与研究

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