摘要：用PIC16F76单片机来实现三相电动机的过流、断相、欠相、以及三相电流不平衡的保护，以及电动机温度保护。
关键词：PIC单片机；温度保护；温度传感器；智能电机保护器
本文主要介绍了该保护器的主要硬件电路的设计，（软件设计另行发表）对电动机的故障能够实时记忆，并能进行故障分析，经过现场的长期使用说明，该保护器能较好地对电动机进行多方面的保护，并得到用户好品。
一、主芯片简介及主要电路介绍：
PIC16F76是美国Microchip公司的PIC系列单片机，具有高性能，低价位，内置看门狗，程序保密可靠等特性。为了实现对电动机的可靠保护，以PIC单片机为中心，我研制了一套对电动机过流、短路、断相、堵转、轻载、过压、不平衡、欠压等常见故障具有综合检测保护功能的智能电机保护器，并具有温度保护功能，用以实时对电动机进行监控。
PIC16F76单片机是八位微处理器，属于中档的八位微处理器，时钟频率可以从直流到20MHz，指令周期可达200ns。PIC16F76具有内部和外部中断处理能力和深达8级的硬件堆栈，在电路设计或者软件设置上有很大的弹性。另外它具有A/D模块、CCP模块等。双向I/O口具有驱动电流大（灌电流可达25mA）等优点。因此，它的抗干扰性能比一般的单片机要好，非常适用于工业现场的控制应用。
二、保护器主程序流程：
当保护器送电时，主控板从E2 PROM读出数据，送到显示板，接收主控板发送的未起动标志，此时用户可以操作显示板，设置各个参数。设置结束后，传送设置完成标志到主控板。主控板储存显示板设置完成的各种参数。电机起动完成之后，主控板发送起动完成标志到显示板，显示板显示电机三相电流、电压值等参数。同时对各类参数进行判断。该保护器的软件采用汇编语言进行编程，多达6800条语句，控制软件主要由主控程序、显示程序、通讯程序等组成。
三、保护器硬件：
保护器的电源采用由TOP222为主芯片的开关电路，电流传感器采用快速饱和铁芯绕制而成，具有良好的电气隔离特性和线性度。
保护装置面板上设置了3个按键，分别为“位移”键，“增加”键和“确定”键。通过这三个按键，在参数设定状态下可以非常方便地对保护器的所有参数进行设定，并将数据保存于24C16串行EEPROM中。还可以根据用户的需要关闭一些不需要的功能。
四、单片机控制及显示回路
PIC16F76单片机，其丰富的硬件资源在本保护器中得到了充分应用，加上少量的外围器件，就构成了一个功能完善、简便适用的系统。由8位串行输入电力驱动器6B595，作为LED显示驱动芯片，其最大驱动能力达到500毫安，和8位移位寄存器74HC164，组成保护器的显示部分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆PIC16F76主要外围部分包括电流传感器的输入接口、操作按键接口，温度信号的检测接口，继电器输出控制电路接口，外部E2 PROM接口电路等。为了保证系统的性能，用24C16作为外部存储器芯片，用于记忆电动机的设置参数，以及在运行过程中，发生故障时的电流、时间等数据。
五、电流采用回路
本保护器的电流互感器接受的电流信号是5A或1A的电流，电流互感器二次电流经OP07双极性运算放大器和LM4558双运算放大器，将交流的电流信号转换为单片机能够接受的电压信号。将A、B、C三相电流信号分别送到单片机的2、3、5口。
六、外存储器及时钟晶振回路
为了能够记忆电动机在故障报警或故障跳闸时的时间，采用了DS1302作为时钟芯片，并在电路中安装了3V的扣式记忆电池，使在断电的情况下，时钟能够正常的运行。
七、继电器控制回路
保护器的继电器输出回路分为过流跳闸、过流报警、和温度保护三个故障状态，分别由单片机的17、18和16口来控制。保护电路的执行都是通过继电器的通断来完成的，当电动机发生故障后，单片机发出高电平，三极管8050导通，继电器动作。同时使相应的发光二极管点亮，来显示电动机故障，在显示屏上相应的数据闪烁，来显示电动机的故障类别。
八、温度保护控制回路
电动机在运行中，需要对电动机的运行温度进行实时监控，这就需要在电动机的外壳上或线圈内安装温度传感器，为了使现场的接线简单，采用AD590作为本保护器的温度传感器，AD590是电流输出型两端温度传感器，是AD公司利用PN结构正向电流和温度的关系，制成的电流输出型两端温度传感器。
九、4—20 mA变送输出回路
电动机保护器的运行电流，通常需要在远程计算机上进行监控，一般都通过4—20mA电流信号远程传输到DCS系统，本保护器设计了4—20mA电流变送功能。单片机将采集到的电动机A、B、C三相电流的值，经取平均运算后，通过单片机的P13口，送至LM358运算放大器，在LM358的反向输入端和正向输入端分别设计了调零和调量程的电位器。经调理后产生和三相电流平均值相对应的4---20mA的电流信号。
十、通讯功能
本保护器通过RS485半双工主从式通讯，计算机为主机，保护器为从机，采用VB开发的上位机系统软件，运行于WindowsXP操作系统，人机界面友好，设置简洁明快、操作方便。保护器与计算机采用RS485主从式通讯，距离长，可以连接256台电动机保护器。所有收发信号均为ASCII码。主机开机时，可分别发送几种状态的指令码，然后等待从机回答。上位机对电动机三相电流、电压、设置参数等运行状态进行监控，并且可以在上位机上实现对电机保护电流，延时起动时间、过欠压值等各种参数进行设定。
结论
基于PIC16F76单片机的电动机智能保护器，充分利用了PICl6F76单片机的资源，用较少的外围器件构成了一个功能完善、性能优良的廉价应用系统，保证了电动机的可靠运行，经过各大化工厂、发电厂、矿山机械等的实际应用，为实现电动机保护装备低成本开发和电动机的上位机控制，提供了切实可行的途径，有着广泛的推广价值。
论文作者:张宏宇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
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