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矿用掘进机专用综合保护装置的研究

作　者: 李洪亮
导　师: 李文江
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 掘进机综合保护对称分量法数字滤波粘连高压漏电检测
分类号: TD421.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文主要对掘进机的综合保护部分进行了设计研究。在保护原理方面,以传统的检测过流幅值为基础,利用对称分量法增加了对负序、零序电流分量的判断,充分的考虑了软件编程的方便优点,运用了数字滤波技术,抗干扰性能良好。算法上采用傅里叶算法,并对傅立叶算法及其推广算法的滤波性能进行了深入分析。硬件设计采用模块化的设计思想,增加了粘连高压漏电检测模块、低压漏电与温度检测模块、瓦斯检测模块等,主CPU采用集成的系统级芯片8051F020微处理器作为保护装置的核心。人机接口CPU采用8051单片机,两个CPU之间采用RS-232通信。软件设计方面采用模块化设计理念,编程语言采用以C语言为主汇编语言为辅的混合编程的方法。装置体积小、功耗降低、使用操作方便,实现了对掘进机全方位的综合性保护。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-16
  1.1 掘进机专用综合保护装置在煤炭开采中的重要意义  11
  1.2 掘进机综合保护装置的发展及研究现状  11-14
    1.2.1 基于热继电器、熔断器和过流继电器的掘进机的电气保护设备  11-12
    1.2.2 基于模拟电子式电动机保护器的掘进机保护装置  12
    1.2.3 基于数字电子式电动机保护器的掘进机保护装置  12-13
    1.2.4 基于 PLC及其辅助模块的掘进机保护装置  13-14
  1.3 课题的内容  14-16
2 掘进机综合保护装置的各种保护原理及故障判据  16-29
  2.1 掘进机综合保护装置常见保护形式  16-17
  2.2 掘进机用矿用隔爆型三相异步电动机故障特征分析  17-23
    2.2.1 三相异步电动机的故障特征及保护类型  17-18
    2.2.2 基于过流、负序和零序电流的故障判据  18
    2.2.3 对称分量法在故障诊断中的应用  18-23
  2.3 矿用隔爆三相异步电动机的综合保护  23-29
    2.3.1 过载保护  24-25
    2.3.2 短路故障分析及保护判据  25-26
    2.3.3 两段式负序过流保护  26-27
    2.3.4 单相接地故障分析及保护判据  27
    2.3.5 欠压和过压故障分析及保护判据  27-28
    2.3.6 矿用电动机的其他保护  28-29
3 微机保护的数据采集和算法  29-40
  3.1 保护装置的数据采集电路  29-31
    3.1.1 电压形成回路  29
    3.1.2 采样电路  29-31
  3.2 微机保护的算法  31-40
    3.2.1 傅氏算法在微机保护中的应用  32-33
    3.2.2 傅氏算法及其推广算法的滤波性能分析  33-38
      3.2.2.1 全波傅氏算法与全波差分傅氏算法  33-35
      3.2.2.2 半波傅氏算法与半波差分傅氏算法  35-37
      3.2.2.3 改进的全波傅氏算法  37-38
    3.2.3 各序分量的算法实现  38-40
4 保护装置的硬件设计  40-61
  4.1 掘进机综合保护装置硬件组成及各种功能的实现  40-41
  4.2 保护模件的功能和原理  41-56
    4.2.1 掘进机综合保护装置硬件主CPU的选择  41-42
    4.2.2 开关量的输入和输出回路  42-44
      4.2.2.1 开关量输入回路  42-43
      4.2.2.2 开关量输出回路  43
      4.2.2.3 开出驱动与开出自检电路原理  43-44
      4.2.2.4 自检告警闭锁  44
    4.2.3 保护装置电源模块的设计  44-46
      4.2.3.1 L4960单片集成稳压器的性能指标基本工作原理  45
      4.2.3.2 L4960组成的开关电源电路  45-46
    4.2.4 NL检测模块电路原理  46-49
      4.2.4.1 真空接触器真空管的粘连和漏电检测电路原理  46
      4.2.4.2 高压绝缘检测电路原理  46-49
    4.2.5 LW检测模块电路原理  49-53
      4.2.5.1 低压漏电检测电路原理  49-51
      4.2.5.2 电机温度保护电路  51-53
    4.2.6 瓦斯闭锁保护电路  53-54
    4.2.7 运行故障显示表头的设计及工作原理  54-55
    4.2.8 通讯接口电路  55-56
      4.2.8.1 UART1增强型串行口介绍  55
      4.2.8.2 电平转换电路—RS-232收发器  55-56
      4.2.8.3 电平转换电路—RS-485收发器  56
  4.3 人机接口模件的功能与原理  56-61
    4.3.1 人机接口模件的地址分配电路  56-57
    4.3.2 8051与82C55A的硬件接口电路  57-58
    4.3.3 键盘电路  58-59
    4.3.4 液晶显示电路  59
    4.3.5 硬件时钟的接口电路  59-60
    4.3.6 人机接口模件的看门狗电路  60-61
5 保护装置的软件设计  61-70
  5.1 保护装置的软件总体设计  61-62
  5.2 保护模件的软件设计  62-65
    5.2.1 主程序模块  62-63
    5.2.2 采样程序设计  63-65
  5.3 人机接口模件的软件设计  65-68
    5.3.1 主程序模块  65-66
    5.3.2 键盘扫描程序模块  66-67
    5.3.3 液晶显示程序模块  67-68
  5.4 通讯部分的软件设计  68-70
    5.4.1 通讯方式  68
    5.4.2 MODBUS协议介绍  68-69
    5.4.3 CRC(循环冗余码)校验技术  69-70
6 综合保护装置的电磁兼容性  70-76
  6.1 电气设备的电磁兼容性设计  70-72
    6.1.1 三相异步电动机的电磁兼容设计  70
    6.1.2 开关电器的电磁兼容设计  70-72
  6.2 控制电路的抗干扰设计  72-76
    6.2.1 硬件抗干扰措施  72-74
      6.2.1.1 电源设计  72-73
      6.2.1.2 信号滤波  73
      6.2.1.3 开关量输出隔离  73
      6.2.1.4 地线设置  73
      6.2.1.5 印刷电路板布线  73-74
      6.2.1.6 元器件的选择  74
      6.2.1.7 其他  74
    6.2.2 软件抗干扰措施  74-76
7 综合保护装置的性能测试  76-79
  7.1 静态模拟实验  76
  7.2 实验结果与分析  76-79
结论与后续工作  79-80
参考文献  80-82
致谢  82-83
作者在攻读硕士期间发表论文情况  83-84
附录  84-85
  A1 掘进机电控系统  84-85
  A2 掘进机综合保护装置实物图  85
  A3 人机接口模件实物图  85

矿用掘进机专用综合保护装置的研究

内容摘要

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