【专业人士告诉你如何用单片机检测电机的运行状态】专业人士告诉你如何用单片机检测电机的运行状态
这个话题有点意思，联想到我指导学生们做毕业设计了，他们也遇到和题主类似的问题。我来说说吧。
电机的运行状态包括几方面的内容。其一是电机的运行电流，其二是电机的绕组温度，其三是电机的工作电压，还有电机的转速转矩等等。最重要的就是电机电流以及绕组温度。
我们看下图：
图1：电动机的安秒特性曲线
图1中黄色线是就是电动机的安秒特性曲线。
我们设想，在t=0时刻把电压加载到电机绕组中，电机开始起动过程。电机的转子还未旋转时，此时电机的电流最大，叫做电机起动电流峰值，即图1中的Ip，其值在10到14倍额定电流之间。电机转子转速加快后，电机进入起动阶段，就是黄色线的m阶段，此时电流在4到8.4倍额定电流之间，一般按6倍额定电流计算。电机转子转速不断加快，电流不断减小直至额定电流，此时电机进入到正常运行阶段。
我和学生们讨论的内容就是如何侦测电机的起动电流和运行电流。
我们看下图：
图2：ABB的某款马达保护装置（单片机运用）的外部电路
图2的左侧一次回路中配套了电流互感器，把大电流变换为5A以下的电流，单片机由此测得电动机运行电流。我问学生：从电流互感器的二次侧到单片机的模数转换接口之间的电路该如何设计？
学生想的很简单：弄个整流电路，出口处是一只电阻，把电阻上的压降直接输给模数转换即可。
我问他们：1）当电机起动时电阻上的压降急剧增大，该怎么办？2）电阻上的压降是脉动直流，模数转换该如何实现？3）整流二极管本身也存在压降，使得整流电路的输出值会发生改变，怎么办？4）电流互感器存在饱和现象。一般的测量电流互感器过载倍率为2倍，而保护用电流互感器过载倍率为8倍，无法准确测得电机的起动电流，该怎么办？
等了一天，未见题主露面。既然如此，我就不给图，用文字说说吧。
正确的电路设计是这样的：
1）电流互感器二次侧首先串接一只1Ω的电阻，用于电流-电压变换。由于电流互感器二次侧的电流范围是0到5A，故1Ω电阻上的交流电压有效值是0到5V。
2）考虑到二极管正向压降是0.5到0.7V，故此处不能采用二极管桥式整流，必须采用运算放大器执行有源整流，出口处再用二极管去掉负半波，用合适的电容滤波。运放为反相放大器和同相放大器上下组合。由于运放的放大倍数是可知的，故从信号端到输出端的电压倍率是明确的。
3）再往下就是模拟量光电耦合变换。这是必须的，杜绝和消除来自电机一次回路的干扰信号对单片机电路和电源的冲击。
4）AD转换之后得到的值必须修正，修正系数要考虑到电流互感器的变比、有源滤波的变换倍率，以及模拟量光电耦合器的变换倍率，用以得到电机电流的准确值。
5）由于保护用电流互感器的过载倍率最大为8倍额定电流，故系统能判断电机的运行状态和电机起动电流变化。系统不能用于侦测短路电流，故线路中配套断路器是必须的。
6）单片机的电源要特殊处理。当电机发生过载或者短路后断路器保护跳闸，单片机系统应当不受电源切断的影响，并能及时地报告电机故障状态。在实用中，我们统一把交流电源经过UPS后再配套24V开关电源，得到的直流24V电压供系统中众多的电动机保护装置和PLC使用。这里的24V开关电源必须要用主从冗余配套，出口处串联止环流二极管。
由于未见题主回复，估计他对自己的帖子也不感兴趣。单片机监测电机运行的其它电路，例如电压、转速、电机温度等等就不再介绍了。
值得提醒的是：单片机构建的电动机保护装置可用于监视电机运行，可用于起动和控制电机，但不能用于电机的调速以及电机的软起动。电机的调速和软起动必须采用变频器和软启动器。
由于单片机电动机保护装置价格低廉，在实际工程中得到大量使用，并且有不同的厂家和规格可供选用。
就写到这里吧。
我手上有一个电路图，是早期用晶体管构建的电动机保护电路。我们来看一看：
图3：早期用晶体管构建的电动机保护器电路
注意看电流互感器TA1~TA3，它们用于采集电流，接着就是二极管整流和滤波，再来就是过载脱扣和短路脱扣信号采集。其中过载脱扣还用电容做了延时。T1和T2是施密特触发器，T3是出口继电器驱动。注意施密特触发器与信号采集处理单元中间有正或门，它的意义是什么？
图3虽然简单，但提供了很多信息，相信题主参阅此图后会有很深的体会。
另外，图3中的电源采用的是速饱和电流互感器供电。为何如此？
检测电流可以用采样电阻加电流采样专用的放大器，比如ina199之类的器件，把电机和采样电阻串联，然后用放大器放大采样电阻上的电压然后输入单片机adc就可以。或者有的电机驱动芯片自带高侧或低侧的电流反馈功能，用法类似。
检测电机速度可以用编码器或者测速发电机之类的传感器，把编码器或者测速发电机与电机同轴连接。编码器会把电机的速度信号转换为不同频率的波形，用单片机的定时器m/t法量编码器输出的频率就能得到速度。测速发电机则是把速度信号转为电压信号，用单片机的adc量电压就行。
检测电机位置可以用绝对编码器或者旋转变压器或者自整角机之类的东西。绝对编码器就是直接接单片机输出数字的位置信息，旋转变压器输出的交流电整流之后用单片机adc采样就能获得位置，自整角机一言难尽。。。。
这个话题有点意思，联想到我指导学生们做毕业设计了，他们也遇到和题主类似的问题。我来说说吧。
电机的运行状态包括几方面的内容。其一是电机的运行电流，其二是电机的绕组温度，其三是电机的工作电压，还有电机的转速转矩等等。最重要的就是电机电流以及绕组温度。
我们看下图：
图1：电动机的安秒特性曲线
图1中黄色线是就是电动机的安秒特性曲线。
我们设想，在t=0时刻把电压加载到电机绕组中，电机开始起动过程。电机的转子还未旋转时，此时电机的电流最大，叫做电机起动电流峰值，即图1中的Ip，其值在10到14倍额定电流之间。电机转子转速加快后，电机进入起动阶段，就是黄色线的m阶段，此时电流在4到8.4倍额定电流之间，一般按6倍额定电流计算。电机转子转速不断加快，电流不断减小直至额定电流，此时电机进入到正常运行阶段。
我和学生们讨论的内容就是如何侦测电机的起动电流和运行电流。
我们看下图：
图2：ABB的某款马达保护装置（单片机运用）的外部电路
图2的左侧一次回路中配套了电流互感器，把大电流变换为5A以下的电流，单片机由此测得电动机运行电流。我问学生：从电流互感器的二次侧到单片机的模数转换接口之间的电路该如何设计？
学生想的很简单：弄个整流电路，出口处是一只电阻，把电阻上的压降直接输给模数转换即可。
我问他们：1）当电机起动时电阻上的压降急剧增大，该怎么办？2）电阻上的压降是脉动直流，模数转换该如何实现？3）整流二极管本身也存在压降，使得整流电路的输出值会发生改变，怎么办？4）电流互感器存在饱和现象。一般的测量电流互感器过载倍率为2倍，而保护用电流互感器过载倍率为8倍，无法准确测得电机的起动电流，该怎么办？
等了一天，未见题主露面。既然如此，我就不给图，用文字说说吧。
正确的电路设计是这样的：
1）电流互感器二次侧首先串接一只1Ω的电阻，用于电流-电压变换。由于电流互感器二次侧的电流范围是0到5A，故1Ω电阻上的交流电压有效值是0到5V。
2）考虑到二极管正向压降是0.5到0.7V，故此处不能采用二极管桥式整流，必须采用运算放大器执行有源整流，出口处再用二极管去掉负半波，用合适的电容滤波。运放为反相放大器和同相放大器上下组合。由于运放的放大倍数是可知的，故从信号端到输出端的电压倍率是明确的。
3）再往下就是模拟量光电耦合变换。这是必须的，杜绝和消除来自电机一次回路的干扰信号对单片机电路和电源的冲击。
4）AD转换之后得到的值必须修正，修正系数要考虑到电流互感器的变比、有源滤波的变换倍率，以及模拟量光电耦合器的变换倍率，用以得到电机电流的准确值。
5）由于保护用电流互感器的过载倍率最大为8倍额定电流，故系统能判断电机的运行状态和电机起动电流变化。系统不能用于侦测短路电流，故线路中配套断路器是必须的。
6）单片机的电源要特殊处理。当电机发生过载或者短路后断路器保护跳闸，单片机系统应当不受电源切断的影响，并能及时地报告电机故障状态。在实用中，我们统一把交流电源经过UPS后再配套24V开关电源，得到的直流24V电压供系统中众多的电动机保护装置和PLC使用。这里的24V开关电源必须要用主从冗余配套，出口处串联止环流二极管。
由于未见题主回复，估计他对自己的帖子也不感兴趣。单片机监测电机运行的其它电路，例如电压、转速、电机温度等等就不再介绍了。
值得提醒的是：单片机构建的电动机保护装置可用于监视电机运行，可用于起动和控制电机，但不能用于电机的调速以及电机的软起动。电机的调速和软起动必须采用变频器和软启动器。
由于单片机电动机保护装置价格低廉，在实际工程中得到大量使用，并且有不同的厂家和规格可供选用。
就写到这里吧。
我手上有一个电路图，是早期用晶体管构建的电动机保护电路。我们来看一看：
图3：早期用晶体管构建的电动机保护器电路
注意看电流互感器TA1~TA3，它们用于采集电流，接着就是二极管整流和滤波，再来就是过载脱扣和短路脱扣信号采集。其中过载脱扣还用电容做了延时。T1和T2是施密特触发器，T3是出口继电器驱动。注意施密特触发器与信号采集处理单元中间有正或门，它的意义是什么？
图3虽然简单，但提供了很多信息，相信题主参阅此图后会有很深的体会。
另外，图3中的电源采用的是速饱和电流互感器供电。为何如此？
检测电流可以用采样电阻加电流采样专用的放大器，比如ina199之类的器件，把电机和采样电阻串联，然后用放大器放大采样电阻上的电压然后输入单片机adc就可以。或者有的电机驱动芯片自带高侧或低侧的电流反馈功能，用法类似。
检测电机速度可以用编码器或者测速发电机之类的传感器，把编码器或者测速发电机与电机同轴连接。编码器会把电机的速度信号转换为不同频率的波形，用单片机的定时器m/t法量编码器输出的频率就能得到速度。测速发电机则是把速度信号转为电压信号，用单片机的adc量电压就行。
检测电机位置可以用绝对编码器或者旋转变压器或者自整角机之类的东西。绝对编码器就是直接接单片机输出数字的位置信息，旋转变压器输出的交流电整流之后用单片机adc采样就能获得位置，自整角机一言难尽。。。。
Create Planned Independent Requirement (PIR)
1 From SAP Easy access screen open transaction MD61
2 Enter single material or Reqmts plan (for multiple materials) for which demand needs to be created.
3 Enter MRP area and Plant Code “INA2”.
4 Enter version as “00”, which is active version and requirements would be considered in MRP run.
5 Enter the Planning horizon dates for which demand needs to be created.
Enter planning period as month M.
6 Press execut button.
1 From SAP Easy access screen open transaction MD61
2 Enter single material or Reqmts plan (for multiple materials) for which demand needs to be created.
3 Enter MRP area and Plant Code “INA2”.
4 Enter version as “00”, which is active version and requirements would be considered in MRP run.
5 Enter the Planning horizon dates for which demand needs to be created.
Enter planning period as month M.
6 Press execut button.
2022-3-26，晚上这阵儿巨冷无比！今天又是齐聚一堂的一天！三个小姑娘，玩了整整一天！原本约好下周六去我家，最后一想，估计周六要上课，然后就改约了！[偷笑]
每次和别人约去我家的时候总是不凑巧！也给我这个做饭小白充分准备时间，其实早就想好了，涮锅走起，别的不会么！今天尝到我同学的手艺，大家一致好评，太好吃！[鼓掌]
我总是去别人家落下点东西，今天还嘲笑人家Tina妈妈是落蛋鸡子，然后二分钟后光速打脸！因为我忘拿包了！[偷笑]有时就开玩笑说是怕下次不让去了，专门落下的！其实就是脑子不好使，啥也不是！
还能把俄罗斯和乌克兰打仗说成美国和乌克兰！[偷笑] T ina爸爸说我，“你可以以后关注点别的了，不用老看新闻了！”哈哈——是我女儿昨晚睡觉前突然和我说了一句，美国和乌克兰，然后我就给记住了！
晚安！[月亮]下午不睡，真的很累！困得我，回家路上就先写这个，到家就可以洗洗睡了！[困] https://t.cn/R2Wxaeh
每次和别人约去我家的时候总是不凑巧！也给我这个做饭小白充分准备时间，其实早就想好了，涮锅走起，别的不会么！今天尝到我同学的手艺，大家一致好评，太好吃！[鼓掌]
我总是去别人家落下点东西，今天还嘲笑人家Tina妈妈是落蛋鸡子，然后二分钟后光速打脸！因为我忘拿包了！[偷笑]有时就开玩笑说是怕下次不让去了，专门落下的！其实就是脑子不好使，啥也不是！
还能把俄罗斯和乌克兰打仗说成美国和乌克兰！[偷笑] T ina爸爸说我，“你可以以后关注点别的了，不用老看新闻了！”哈哈——是我女儿昨晚睡觉前突然和我说了一句，美国和乌克兰，然后我就给记住了！
晚安！[月亮]下午不睡，真的很累！困得我，回家路上就先写这个，到家就可以洗洗睡了！[困] https://t.cn/R2Wxaeh
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