Мікроконтролерна система захисту асинхронного двигуна

Abstract

У вступі коротко описано причину високої популярності асинхронних двигунів серед всіх електричних машин, та зазначено важливість розробки системи захисту, через можливість виходу з ладу асинхронної машини під час експлуатації без належного захисту. Коротко наведено порівняння традиційних методів захисту, в яких присутнє використання релейно-контакторного обладнання з сучасними електронними рішеннями. У першому розділі досліджено галузь присвячену системам захисту електродвигунів, описано можливі аварійні режими, які можуть виникнути під час експлуатації досліджуваного типу двигуна, а саме причини їх виникнення та способи їх запобігання. Також наведено приклади традиційних та більш сучасних апаратів для захисту асинхронних двигунів, і більш детально описані переваги мікропроцесорних рішень в цій сфері. Також, на основі дослідженої інформації, було створено електричну-принципову схему мікроконтролерної системи захисту асинхронного двигуна для двох способів з’єднання обмотки статора. У другому розділі детально описано структуру системи захисту, а саме опис частин які входять в систему, та їхню доцільність. Окрім того, виконано вибір мікроконтролера та детальний підбір комплектуючих для системи захисту, а саме вибір системи давачів та релейно-контакторних апаратів. До того ж проведено розрахунок електронних компонентів системи, без яких неможливо було б домогтись безпечної передачі інформації на мікроконтролер з обраних давачів, та добитись гальванічної розв’язки між силовою та низьковольтною частиною системи. У третьому розділі описано детальний процес розробки програмної частини системи захисту, починаючи від короткого опису алгоритму, побудови на основі попереднього опису – блок-схеми описаного алгоритму, вибору середовища для програмної реалізації потрібного алгоритму та опис реалізації коду, що включає визначення підключеного обладнання до мікроконтролера, реалізацію функцій для роботи з постійною пам’яттю обраного мікроконтролера, та функціоналу для отримання і правильної подачі інформації з давачів, доцільної залежно від стану системи – світлової індикації, перевірку отриманої інформації з давачів на потенційні небезпечні відхилення, роботу з мережею WiFi, та розробку веб-інтерфейсу, що дозволить користувачам зручно і швидко налаштовувати та моніторити стан системи з асинхронним двигуном. В кінці розділу, наведені скріншоти, створеного за описаною методикою, веб-інтерфейсу та наведено приклад спілкування з розробленою системою через інтернет-запити, що дозволяє неабияк розширити можливості інтеграції цієї системи а автоматизовані системи управління. У четвертому розділі проведено аналіз питань, що стосуються такого важливого аспекту як охорона праці, в контексті мікроконтролерної системи захисту асинхронного двигуна. Проаналізовано закони України та нормативно-правові документи, що потрібно враховувати при розробці подібних систем. Розглянуто метеорологічні питання, та важливість впровадження заходів з електробезпеки та пожежної безпеки. У п’ятому розділі проведено економічний розрахунок, для отримання вартості розробки мікроконтролерної системи захисту асинхронного двигуна, враховуючи заробітню плату фахівців, розмір відрахувань в державні фонди та ціну комплектуючих на даний момент. Також пораховано величину витрат на експлуатацію системи захисту та економічний ефект, від початку активної експлуатації розробленої системи захисту. Об’єктом дослідження бакалаврської кваліфікаційної роботи є трифазний асинхронний двигун. Предметом дослідження є мікроконтролерна система захисту асинхронного двигуна. Мета роботи – розробка системи захисту трифазного асинхронного двигуна, вибір мікроконтролера, потрібних давачів, виконавчих апаратів та реалізація алгоритму захисту.The introduction briefly describes the reason for the high popularity of induction motors among all electrical machines, and the importance of developing a protection system, due to the possibility of an failing during operation without proper protection. A brief comparison of traditional protection methods, which include the use of relay-contact equipment with modern electronic solutions, is given. The first section examines the field of electric motor protection systems, describes the possibilities of emergency modes that may arise during the operation of the motor type, namely the causes of their occurrence and methods for their prevention. Examples of traditional and more modern devices for protecting induction motors are also given, and the advantages of the microprocessor solutions in this area are described in more detail. Also, based on the researched information, an electrical schematic diagram of a microcontroller-based induction motor protection system for two methods of connecting the stator winding was created. The second section describes in detail the structure of the protection system, as well as a description of the parts included in the system and their feasibility. regardless, the selection of the microcontroller and the detailed selection of components for the protection systems were carried out, namely the selection of sensor systems and relay-contact devices. In addition, the calculation of electronic computer systems was carried out, without which it would be impossible to achieve safe transmission of information to the microcontroller from the selected sensors, and to obtain galvanic isolation between the high and low voltage parts of the systems. The third section describes the detailed process of developing the software part of the protection system, starting with a brief description of the algorithm, building a block diagram of the described algorithm based on the previous description, choosing an environment for software implementation of the required algorithm, and describing the implementation code, which includes determining the equipment connected to the microcontroller, implementing functions for working with the non-volatile memory of the selected microcontroller, and a function for receiving and correctly submitting information from sensors, appropriate depending on the systems - light indication, checking the status of the information received from sensors for detected dangerous deviations, working with a WiFi network, and developing a web interface that allows users to conveniently and quickly access and control the status of the system with an asynchronous motor. At the end of the section, screenshots created by the described method, web interface and the given example of communication with the developed system via Internet requests are given, which allows it to expand the possibilities of integrating this system into an automated control system. The fourth section analyzes labor protection issues in the context of a microcontroller protection system for an induction motor. The laws of Ukraine and regulatory documents that must be obtained when developing such systems are analyzed. Meteorological issues and the importance of implementing electrical safety and fire safety measures are considered. In the fifth section, an economic calculation is performed to obtain the cost of developing a microcontroller protection system for an induction motor, taking into account the salaries of specialists, the amount of deductions to state funds and the price of components at the moment. The cost of operating the protection system and the economic effect from the start of active operation of the developed protection system are also calculated. The object of research of this bachelor's thesis is a three-phase induction motor. The subject of the research is a microcontroller-based protection system for an induction motor. The goal of this work – development of a three-phase induction motor protection system, selection of a microcontroller, necessary sensors, actuators and implementation of the protection algorithm.