浅谈 ARD3 电动机保护器设计原理 

    摘要：本文着重介绍 ARD3 电动机保护器的具体设计方法，给出硬件原理图和软件流
程图。文章按照产品的各硬件功能模块进行展开说明，介绍硬件功能模块时，对硬件功能
模块原理图进行详细分析，结合各种实际应用的情况说明此处硬件是怎样设计的，为什
么这样设计以及这样设计的优缺点。通常电动机保护器工作的条件比较恶劣，为使产品性
能方面更加稳定可靠，需要使用一些抗干扰措施，文中介绍的这些抗干扰措施在实际使

 

用中被证明是成功的。

    

 

引言

    随着电子技术的发展，电动机保护器正向基于现场总线的智能型方向发展。我公司设计
的 ARD3 电动机保护器立足于国内先进水平，是具有智能保护和可通信功能的电动机保
护器。产品系列电流范围齐全，产品系列额定电流范围 1.6～800A；可测量的电流范围宽，
可以达到 10 倍电机额定电流；采用先进的软件算法和可靠的硬件设计，对电动机的过载、
断相、三相不平衡、堵转、阻塞、过压、欠压等故障进行有效判断和可靠保护，过载保护采用
计算分析当前电动机的热容量的方法，根据热容情况判断电动机的过载状态，此种方法
可以最大发挥电动机的过载能力；配有可编程开关量输入、继电器输出，用于实现远程主
站对电动机运行状态的遥信监视和直接起动、自耦降压、星-三角等起动方式；带有标准
RS-485 接口 ModBus

 

通讯协议实现计算机联网。

    1 

 

硬件设计

    ARD3 电动机保护器用 H8/3687FP 单片机实现电动机的保护功能。在硬件方面主要由三
相电流信号采样、漏电流采样、电压信号采样、键盘接口、显示部分、控制输出、报警输出、通

 

信接口等几部分构成，下面分别对其中的关键部分作简要介绍：

    1.1 

 

信号采集单元

    ARD3 电动机保护器采用交流采样算法计算被测信号。采样方式是按一定周期（称为采
样周期）连续实时采样被测信号一个完整的波形（对于正弦波只需采样半个周期即可），
然后将采样得到的离散信号进行真有效值运算，从而得到被测信号的真有效值，这样就

 

避免了被测信号波形畸变对采样值的影响。

    信号采集单元的功能取样、整流、放大互感器二次测的输出信号，将这些信号转换为单
片机可处理的信号。ARD3 电动机保护器中处理三相电流信号、剩余电流信号、电压信号的
信号采集放大电路原理都相同，现以一路电流信号采集放大电路为例说明电路工作原理。
    信号采集放大电路中二极管 A1、A7 是双向二极管，对后级电路起到过压保护作用。当
输入的信号在正常范围内，A1、A7 不起作用，当输入信号超出正常范围（或有脉冲干扰
信号出现）时，A1、A7 导通，防止超出后级电路端口范围的信号进入后级电路，破坏后
级 A/D 电路。CR1 为取样电阻，将从 CT1 输出的电流信号转变为电压信号。LM324 和
CR4，CR7，CR10，CR13 组成同相放大电路将电压信号放大后输入 A/D

 

转换电路。

    LM324 采用双电源供电，这样可以保证 LM324 输出电压达到 5V 充分利用 A/D 转换提