作者：施慧莉 张雪娟

    前言

    由于生产自动化及各种自动控制、顺序控制设备的出现，要求电机经常运行在频繁的起动、制动、正反传、间歇以及变负荷等各种方式。电机的运行要求越来越高。同时，由于电机与配套机械连在一起，当电机发生故障时，经常波及生产系统。因此，对电机实行有效的保护是保证生产系统正常工作的一项重要任务。

    随着科学技术的发展，电机保护装置中逐渐使用了电子保护装置。在国外，目前电子保护装置已在电力系统和电机保护装置中获得了广泛应用，国内也开始推广[1]。电子保护装置的优点是：基本上由静止元件组成。它动作速度快，不存在机械位移和磨损，精度和寿命一般均比有触点继电器高，耐冲击和振动，可靠性好。另外，电子电路动作功率小，灵敏度高。

    数字信号处理器(dsp)具有流线型操作功能和单周期完成乘法的结构，由其组成的系统能实时进行频谱分析。高速14位a/d转换器max126带多路开关和采样保持器，非常适用电机信号的采集。为了实现对电机的可靠保护，提出了以tms320lf2407的为核心，对过载、轻载、不平衡、断相、过压和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。

    1 系统基本原理和设计思想

    电机运行中常常会出现不正常的运行状态。这些不正常的运行状态包括：过载、堵转、短路、轻载、不平衡、断相、过压、欠压和漏电。电机保护是在检测三相电压ua、ub、uc，三相电流ia、ib、ic和漏电流il的基础上做出的。具体过程如下：

    (1) 设置各个参数，由pc机发出控制信号；

    (2) 采样三相电压、三相电流和漏电流，得到实时值；

    (3) 利用fft算法对数据进行处理和计算，得到三相电压、电流的有效值、有功功率、无功功率以及功率因数；

    (4) 判断电机是否处于不正常的运行状态；

    (5) 通过rs-485接口把数据发送到显示部分，显示在lcd上。

    系统的硬件框图如图1所示。cpu选用ti公司的tms320lf2407，其丰富的硬件资源在系统中得到了充分的应用，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。

    图1 硬件框图

    2 系统硬件设计

    2.1 tms320lf2407

    tms320lf2407也称为dsp控制器，是ti公司专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制而设计的[2-4]。tms320lf2407采用高性能静态cmos技术，使得供电电压降为3.3v，减小了控制器的功耗；30mips的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30mhz），从而提高了控制器的实时控制能力。它包括了两个事件管理器模块eva和evb，能够实现：三相反相器控制；pwm的对称和非对称波形；3个捕获单元；16通道a/d转换器。事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。

    2.2 tms320lf2407和max126的接口电路

    tms320lf2407芯片内部虽然包含双10位的a/d转换模块，但只能同时采样和转换两个输入通道，不满足电机监控系统同时采样多路的要求。max126是maxim公司生产的高速14位逐次比较型a/d转换芯片，4路同步采样/保持器可以对4个通道的信号同时采样。

    本系统采样7路信号，所以使用两片max126芯片，且都工作于a组多路开关、4路采样，转换时间为12ms。dsp和max126的接口电路如图2所示[5]。通过不同的i/o操作就可以控制max126正常工作。

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