基于AT89C51保护的多台电动机过载监测

摘要：异步电动机长时间过载会造成电动机损坏，本文研究的是基于AT89C51单片机的一种可同时监控、保护八台异步电动机的保护方案。该方案通过传感器、单片机等器件可实施实时监控、实时保护，且可根据需要实现多台同时控制。

关键词：电动机发热;单片机;多台控制

异步电动机因其结构简单、成本低，运行维护方便和较好的机械特性而在工业控制与各电气传动系统中有着广泛的应用。但其运行情况直接影响到工农业生产的各个部门及整个经济的发展，由于工作环境和条件的不同，容易发生机械和电气故障，烧毁电动机绕组的事故时有发生。因此，如何针对易发的过载故障建立全面有效地保护，一直是人们关注、研讨和开发的课题。

过载是一种非正常运行状态，一定范围或一定时间内的过载是允许的，但长时间过载是不允许的。长时间过载会导致电机的热量积聚，其电气绝缘水平会逐渐下降，最终导致绝缘击穿，设备损坏。由于过载原因而造成电动机损坏，在电动机故障总数中占相当大的比例，因此必须装设过载保护。要做好该保护，首先要明确电动机的发热情况。

1、发热机理

电动机在实际运行时，电流是随负载和电网电压变化而变化的。因此，稳定温升 也是变化的，用上面二式都无法精确计算电动机绕组的温升。电动机在负载变化时绕组内的温

升变化示意图如图2所示：

由图2看出，随着负载的变化，稳定温升发生变化，电动机绕组的温升发生相应的升温和降温过程，在整个运行时间范围内，无法用一个函数表达式计算电动机的温升。因此，本文把电动机的发热过程离散为一个个小区间，在每一个小区间上，电流可看作一个定值，在此区间上利用（6）式即可求解电动机的升温和降温过程。

实践证明，绝缘结构的使用寿命与温度之间呈指数关系。因此，它对温度十分敏感，若工作温度每超过A级绝缘8℃（B级10℃，F级12℃，H级14℃）其使用寿命就要平均缩短一半。传统的热继电器是利用电流的热效应使触头系统动作的，由于热继电器是由双金属片构成其敏感元件，在动作值附近不能可靠分离，且热继电器通过了大的短路电流或经受机械碰撞后，双金属片易产生永久性变形。热继电器的动作还与周围环境有关，当环境变化时，双金属片会发生零点漂移，因而在一定动作电流下动作时间会发生误差。且热继电器的时间常数比电动机小得多，对电动机的频繁启动、过载不能准确可靠地保护。

3、系统设计

（1）设计思路

本保护采用数字化技术，把微型计算机技术引入到电动机的过载保护中，采用有别于传统的电流监控保护技术，从监测电动机的温升入手，当电动机过载时，电动机的温升达到极限温度时即采取动作，切断电动机的电源，对其进行保护。

例如环境温度为10℃，电动机采用B级绝缘时，过热保护的温升动作值为：

= 130-10=120℃

这样避免了环境温度对动作时间的影响;同时还比国家标准规定的电动机B级绝缘正常工作时极限允许温升80℃高出40℃。当环境温度降低时，电动机正常工作时的允许温升就可提高。因此，电动机的过载能力由于环境的改善而得到了提高。

常用的热继电器仅能保护一台电动机，而本方案可一次性监控、保护八台电动机。为机电产品的电气设计带来了极大的方便。

（2）硬件设计

单片机保护采用的是基于AT89C51单片机的电子式过载保护继电器，主要包括传感器、信号调理电路、输入键盘、A/D转换器、地址锁存器、单片机、温度显示、报警控制等。

3.2.1  传感器AD590

温度传感器的作用是将电动机的温度转变成电流信号，再将信号传送给信号调整电路。其技术参数为：线性电流输出 ，测温范围为-55℃～+150℃，線性度好、整个测温范围内非线性误差小于±0.3℃。

3.2.2  信号调理电路

信号调理电路的作用是将传感器获得的电流转换成A/D转换器所能识别的工作电压。

3.2.3  输入键盘

输入键盘采用数字式键盘，所有设定值和其他参数均可用键盘直接输入，检测和试验可用功能键直接进行。

3.2.4  A/D转换器ADC0809

A/D转换器用以实现模拟量向数字量的转换，ADC0809把信号调理电路输出的信号转换成单片机能工作的数字信号。

3.2.5  AT89C51单片机

AT89C51单片机在整个系统中是一个智能型器件，它把前面的信号处理后跟设定温度相比较，若超过允许温升值则产生报警控制，同时显示温度。

3.2.6  报警控制

报警控制的执行机构由光电耦合器、场效应管、桥式整流二极管等组成，通过控制交流接触器线圈的通断实现电动机的启动与停止。光电耦合器的延迟时间在10 之内，场效应管的接通与断开时间为 级，因此满足快速响应的要求。

通过以上系统的研制，此保护装置可同时显示多路电动机的温度，通过单片机输出位控信号，让显示器同时显示机位号和温度，温度可精确道±0.1℃;并且，可同时执行有过载情况的电动机。

参考文献：

[1] 、《浅析单片机在电动机保护中的应用》，张晶、吉林广播电视大学学报，2015.2;

[2] 、电动机热特性研究及单片机电动机热保护器的研制，曲戈，沈阳工业大学，2002.5;

[3] 、过载保护数学模型及其算法的研究，迟长春，河北工业大学，2008.5

作者简介：

徐良芝，女，1973.4出生，无锡机电高等职业技术学校副教授;研究方向：电工电子、自动控制

（作者单位：无锡机电高等职业技术学校）