基于高性能嵌入式MCU的电动机保护器

1 前 言

　　各种高低压型电动机是电力系统中的主要负载之一，因此电动机的保护亦最具重要性。随着计算机技术的发展，电动机保护器正朝着微机化，智能化，综合化，高可靠性方向发展。

　　保护装置最重要和最基本的要求是可靠性。电动机微机保护器的可靠性，在某种程度上取决于CPU本身的可靠性和其抗电磁干扰的能力，而采用总线不出芯片的CPU是国内外公认的最可靠方案。由于CPU的运算速度和位数对可靠性不产生直接影响，因此综合考虑可靠性与运算速度，本保护器选用富士通的MB90F543G作为保护CPU。MB90F543G作为新一代增强型单片机，具有类DSP的结构、4M外部主频、内嵌32位计算指令，高速的32 bit 乘除法加减法、最短指令周期达62.5ns，以及128KFLASH 和丰富的外设（双CAN、双UART、SPI、丰富的IO口），使其易实现多任务实时操作系统。现对该保护器做以下介绍。

2 保护器的硬件系统

　　该保护器由交流采样板（AC）、主控板（CPU）、电源逻辑板（LOGIC）、跳闸板（TRIP）、人机接口板（MMI）构成。

　　2.1 AC板

　　AC板包括电压输入和电流输入两个部分，其原理见图1所示。电压输入元件由电压互感器构成，电流输入元件由电流互感器和并联电阻构成。

图1 AC板原理图

　　2.2 CPU板

　　CPU板由七个部分构成：单片机部分、E2PROM、开关量输入电路、开关量输出电路、通信线光电隔离电路、实时时钟RTC及AD模数转换部分。其中的单片机部分的核心为高度集成的芯片MB90F543G，因此，在CPU板上没有了外引总线，大大提高了装置的抗电磁干扰能力。CPU板上各部分之间的关系见图2所示。

图2 CPU板原理图

　　2.3 LOGIC板

　　LOGIC板上由微型继电器构成跳、合闸及告警信号等逻辑，其原理见图3所示。它具备在电机故障时发出保护跳闸、远方跳闸、远方合闸指令；装置故障时切断CPU板的24V电源；装置告警时发告警信号等功能。并具备信号复归及将电源220V AC变换成24V DC 的功能。

图3 LOGIC板原理图