5200瓦电机多大电流正常(5500瓦电机是多大电流)

随着电力电子装置应用，电网质量严重降低，电能质量的监控与治理势在必行。本文提出了基于电网参数采集和以太网远程监控技术实现电能治理现场和远程监控的设计方案。硬件上结合ARM和以太网控制芯片W5200搭建网络监测系统，采用PC机与控制器通信实现远程通信，同时通过投切电容实现无功治理；软件部分分别介绍了控制器和上位机远程监控PC机软件。通过一段时间的实际运行证明了此设计方案是切实可行的。

随着电力电子技术的不断发展，电力电子设备得到了广泛应用，使得电网负荷中的感性负载占很大比例，如变压器，电动机等，同时也产生了电网谐波。无功功率会增加设备容量以及线路损耗，同时冲击性无功功率负载还可能引起电压剧烈波动，使得电网质量严重降低。

而谐波的危害更大，谐波使得元器件产生附加的损耗，此外谐波可能影响各种电气设备的正常运行，如机械振动、噪声和过电压，使得变压器、电容器局部过热、绝缘老化，寿命缩短，严重时发生爆炸，发生事故。同时也可能影响邻近系统的数据通信，严重时系统无法正常通信。

为了保证电网安全稳定运行，必须综合治理这些影响电网的关键因素。治理的关键是对电网参数的实时准确的监测与分析。电网参数的通信方式比较多，主要有串口通信接口、USB接口、GPRS以及网络接口等。以太网通信传输速率高，便于实时数据通信，从而进行数据分析，减轻现场工作强度，对电网长期运行评估预测意义重大。

本文基于ARM和W5200设计了一种无功补偿控制器，其具有无功补偿，电压电流谐波等参数测量，数据统计存储以及以太网接口等功能，使用该控制器和后台PC软件可构建远程监控系统，实现电能质量的远程监控。

1.1 远程监控系统设计

远程监控系统的组成结构如图1所示。

图1 系统组成结构图

系统主要由4个部分组成，无功补偿控制器，以太网模块，远程PC终端以及输出控制单元部分。控制输出单元是TDS系列智能电力电容器，可实现就地无功补偿。以太网模块主要实现电网数据的网络传输。远程PC终端实现了远程数据的监视，远程设置参数，历史数据采集，远程电容器控制等功能。无功补偿控制器的设计是本文的重点。

1.2 无功补偿控制器设计

如图2所示，无功补偿控制器主要由以下8个模块组成,，各模块的主要作用分别为：

图2 无功补偿控制器组成框图

无功补偿控制器的主控芯片选择意法半导体公司基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器STM32F103。硬件总体设计包括电源设计、复位电路、晶振模块、JTAG/SWD接口、人机接口、采集部分、RS485、SPI网络接口及存储设备等。

2.1 主控芯片

STM32F103最高可工作在72MHz,包含5个USART、2个DMA控制器、3路SPI、3个ADC、ADC包含16路通道，提供电压检测器，提高了抗干扰能力，可保证系统的稳定运行。

2.2 晶振模块

晶振主要提供主控芯片的时钟信号，W5200的工作时钟是由STM32的软件控制的。STM32内部虽自带RC振动器，可产生8 MHz时钟，但精度较差。因此选用外接独立晶振提供8 MHz时钟源。

2.3 电源设计

运行现场不可能直接提供芯片的工作电源，就需要进行电源转换。设计采用传统电源设计模式：220V交流电压通过变压器变压，整流桥整流，电容滤波，最后稳压芯片稳压后输出直流电源。稳压芯片选用ASM1117，电压转换成3.3 V直接给STM32与W5200供电。

2.4 采集部分

由于STM32具有12位ADC采样，采样速度最快可达到1 us采集一次，精度也可保证，因此，直接将电网信号转换成STM32口线可以采集的信号接到STM32口线上。

采集的具体流程图如图3所示。

图3 电网信号采样流程图

电信号经过互感器采样后，加上滤波放大电路和电压转换电路后转换为电压信号，由于STM32采集的模拟量范围是 0～3.3V，所以要再经过一个电压偏移电路，加上基准电压，就形成 STM32所能处理的模拟量信号。滤波电路选用最简单的 RC 滤波电路，主要滤除外界对电网信号造成的干扰。电网信号的检测采用电流、电压互感器实现。

2.5 复位电路

复位电路可靠性是整个系统运行正常的关键。本系统采用了常规的阻容复位和芯片MAX706S结合的复位方式。系统采用了双看门狗方式，一个为STM32的内部独立看门狗，一个为MAX706S提供的硬件看门狗。由于W5200的工作电源需要3V以上，而STM32只需2V就可正常工作，此时MAX706S提供的低电压复位信号起作用，这样就保证了系统的正常运行。

2.6 SWD接口

为便于主控芯片程序的调试和下载，就需要设计调试接口。较JTAG接口，SWD接口简单，只需两根口线就可以实现，接口电路如图4所示。

图4 SWD接口电路

2.7 SPI网络接口

由于W5200集成了TCPIP协议的网络控制器，对软件设计人员水平要求不高，通过SPI接口就可实现网络连接，比较适合单芯片实现TCPIP协议栈、10/100M以太网MAC和PHY。W5200 内部有32K的存储器用于通信数据的存储，通过简单的端口编程，用户可实现以太网通信，而不必要处理复杂的以太网控制。W5200的SPI接口可以支持高达80MHz的时钟。

图5 网络模块结构图

模块的结构如图5所示,ARM芯片提供了时钟信号,复位信号,控制信号,RJ45接口提供了以太网通信接口,网络指示灯指示网络的工作状态。

W5200支持8个独立的端口同时工作，可以实现同一无功控制器通过网络交换机受控于多台上位机终端。

2.8 串口通信模块

为了实时采集多台电容器的实时工作状态及其电容器信息，同时实现电容器的实时控制，为保证数据通信的可靠性，采用传统的RS485通信。

同时，无功补偿控制器备用了2个RS232接口，可用来连接GPRS模块实现远程数据采集和电表数据采集。

3.1 开发环境（MDK）

MDK开发平台是一个针对ARM处理器的专用集成开发环境。可以使用C/C++和汇编语言方便开发应用程序。MDK的在线调试与仿真，对软件开发具有很大的帮助。

3.2 软件设计

整个系统的软件流程图如图6所示。

图6 软件流程图

本系统的软件设计主要包括ARM的应用程序的开发和μC／OS-Ⅱ操作系统[10]的移植2个基本部分。ARM的应用程序主要包括数据测量、显示程序、数据存储程序、USB数据读取程序、按键扫描处理程序、电容器通信、网络通信程序、电容器控制和程序和报警输出程序等。μC／OS-Ⅱ操作系统是协调STM32对程序的任务管理和调度。

3.3 终端PC机软件

上位机远程监控PC机软件开发环境采用C++ Builder和SQL数据库结合设计。C++ Builder集成开发环境提供了可视化窗体设计器，集成编辑器和调试器等系列可视化快速应用程序开发设计，程序员可轻松建立和管理自己的程序和资源。SQL数据库用来将采集的数据实时存储起来，便于以后查询与现场故障分析等。

PC机与无功补偿控制器之间采用标准的电网101规约进行通信，便于接入已成型的智能电网中，实现了电网数据的遥测，设定参数的遥调和电容器状态远程显示及远程控制。

如图7所示，PC机与无功控制器联机正常运行的实际情况，可见实时现场的电网参数基本上都可以监测到，三相功率因数均达到0.93以上，也取得较好的补偿效果。

图7 上位机远程监控软件运行图

经过一段时间的实际运行，运行情况良好，电网功率因数达标，证明该设计方案是切实可行的。

本文以STM32为主控芯片，设计了一种控制器，具有无功补偿功能。同时，通过驱动W5200网络控制芯片实现了电网参数的实时远程监控与电容器的远程控制。该网络接口硬件设计简单，成本低，开发周期短，便于应用。而电网的长期在线监测，有利于电网的维护与故障分析。

本文编自《电气技术》，原文标题为“基于W5200的电能质量远程监控系统设计”，作者为夏文、冯国伟 等。