湖南工程学院
毕业设计说明书题目：低压断路器智能脱扣器的设计
专业班级：
学生姓名：学号：
完成日期： 2012年6月10号
指导教师：黄绍平
评阅教师：谢卫才
2012年6月10号
湖南工程学院 (论文)
诚信承诺书
本人慎重承诺和声明：所撰写的《低压断路器智能脱扣器的设计》是在指导老师的指导下自主完成，文中所有引文或引用数据、图表均已注解说明来源，本人愿意为由此引起的后果承担责任。
设计(论文)的研究成果归属学校所有。
学生(签名)
年月日
湖南工程学院应用技术学院
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：低压断路器智能脱扣器的设计
姓名专业电气工程及其自动化班级学号
指导老师黄绍平职称教授教研室主任林友杰
一、基本任务及要求：
本课题要求设计一个以单片机作控制器的低压断路器智能脱扣器，要求具有过载、短路、欠电压、过电压、三相不平衡、接地保护、负荷监控、电气量测量、通信（RS-485）等功能，采用LCD 显示。在规定时间内，完成以下工作：
1．整体方案的确定；
2．硬件系统设计；
3．程序设计与仿真调试；
4．提交毕业设计论文。
二、进度安排及完成时间：
（1）2月27日至3月11日：查阅资料，熟悉课题；撰写文献综述和开题报告
（2）3月12日至3月25日：整体方案的确定
（3）3月26日至4月8日：毕业实习.撰写实习报告。
（4）4月9日至4月29日：硬件系统设计
（5）4月30日至5月21日：程序设计与软件仿真调试
（6）5月22日至6月10日：撰写毕业设计论文。
（7）6月11日至6月16日:毕业设计答辩
目录
摘要...................................................................... I Abstract ................................................................. II 第1章绪论 (1)
1.1脱扣器概述 (1)
1.2 课题研究目的及意义 (1)
1.3 课题内容概述 (2)
1.3.1 硬件电路设计 (2)
1.3.2 软件设计 (2)
第2章智能脱扣器硬件设计 (3)
2.1 硬件总体方案 (3)
2.2单片机的选用 (4)
2.3 模拟信号检测单元 (5)
2.4 单元电路设计 (7)
2.4.1 真有效值转换电路 (7)
2.4.2 过载保护 (9)
2.4.3 短路保护 (12)
2.4.4 模拟脱扣电路 (14)
2.4.5 脱扣输出电路 (16)
2.5 负载监控 (17)
2.6 自诊断和监察 (18)
2.7 电源选择 (18)
2.8 通信接口 (18)
2.8.1 RS-485 通信接口电路 (19)
2.9 硬件抗干扰设计 (20)
2.9.1 抗干扰设计 (21)
2.9.2 RS-485抗干扰措施 (23)
第3章软件设计 (24)
3.1 软件系统的总体设计 (24)
3.2 初始化子程序 (25)
3.2.1 定时器初值的设定 (26)
3.2.2 定时器T1的设定 (26)
3.2.3 定时器T0的设定 (26)
3.2.4 与A/D转换相关的寄存器 (26)
3.2.5 A/D控制寄存器ADCON1的设定 (27)
3.2.6 A/D控制寄存器ADCONO的设定 (27)
3.3 过流判断子程序 (28)
3.4 过流处理子程序 (28)
3.4.1 过流处理子程序流程图 (28)
3.4.2 非首次过流处理子程序 (28)
3.5 中断子程序 (29)
3.6 软件抗干扰设计 (31)
结束语 (33)
参考文献 (34)
致谢 (35)
低压断路器智能脱扣器的设计
摘要：本文论述了智能型断路器的国内外发展状况，指出以单片机为核心的新型智能脱扣器是断路器脱扣系统的发展趋势。与以前的脱扣器相比，这种新型智能脱扣器具有功能强、适用范围广、保护准确可靠等优点。通过对电力系统各种故障的分析，综合国内外现有资料和用户要求，提出合理的、先进的技术指标，建立起智能脱扣器三段保护特性的数学模型，确定单片机系统及其外围功能单元的设计原理，通过系统的硬件和软件综合设计，实现了对断路器的智能控制，对于电力系统中短路、过载、可接地等故障实现智能保护，实时显示线路运行时电流或故障信息，采用按键和数码显示。作为人机交互方式，方便设置各参数的整定值、查询故障信息，试验脱扣等。智能脱扣器还具有模拟脱扣、MCR脱扣、温度监控等多种后备保护方式，并且留出了多台断路器联网保护与集中监控的通信接口，为本装置进一步发展智能控制及保护系统创造了条件。为保证本装置各项功能的可靠实现，对于单片机系统噪声进行系统的分析，采用多种容错方法和软、硬件抗干扰措施，以提高智能脱扣器在工业环境下的稳定性和可靠性。
关键字：断路器；智能脱扣器；单片机；智能保护；监控
Design on the Intelligence Releaser
of Low-Voltage Circuit-Breaker
Abstract：The low-voltage breaker is a kind of switch electrical appliance .It can get-on and cut the distribution circuit and protect all kinds of faults. It can be widely used in the low-voltage distribution system. The releaser executes the function of breaker. The traditional releasers always are electromagnetic and it is not easy to control their trait. The task uses the microelectronics technology and single-chip technology and utilizes microprocessor to develop the mini-intelligence releaser. It can not only fulfill the function of releasing, i.e. fulfill the protecting function which is pre-designed, but also select the parameters of motion, i.e. it can realize protecting in the multi-situations. By using the system, the target of remote controlling is realized .All of them strengthen the releasers functions and make it accord with requirements of distribution system. The basic principles of the design are accounted detail，the selective bases and the operational principle of the hardware are introduced chiefly and the design reasons and program means of the software are recommend in this thesis. Keywords: circuit breaker；intelligence and ability releaser；mamuscri；intelligent protection；monitoring
第1章绪论
低压断路器是低压配电系统中的主要元件，其保护功能的触发是由脱扣器实现的。早期脱扣器的过载保护功能是利用了双金属片在通过人电流时受热产生变形，从而使机械系统动作来实现的。由于不同金属片的受热形变系数不同、所以可以近似模拟多种时间/电流特性曲线。其缺点是体积较大，过流保护特性不够理想。70年代开始出现了电子式脱扣器，90年代逐步推出了智能型脱扣器。智能型脱扣器由于采用了计算机技术、数字处理技术、控制理论、传感技术和通信技术等，使其功能更趋完善。除实现了各种保护功能外，还有监察显示功能、故障记录功能、通信等各种辅助功能，现已在低压配电系统中得到了广泛应用。
1.1脱扣器概述
低压断路器主要用来对发电机、电动机、变压器和电缆等设备进行过载，短路和接地故障保护。脱扣器是断路器的中枢部件，它承担着断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。
早期的脱扣器为电磁式的。其工作原理是利用双金属片在流过电流时发热变形而使脱扣器动作，这类脱扣器制造调整困难，精度低和可靠性差。
传统的断路器保护功能是通过脱扣器中机械系统的动作来实现的，其效果也不够理想。为了防止用电设备故障以及在供电网络出现异常时损坏用电设备，在传统断路器的基础上逐步开发出更可靠和更具保护性能的断路器。
随着微电子技术的发展，集成电路的出现，大大缩小了普通电子电路的体积，因而出现了以专用集成电路为基础的多功能脱扣器，从而促进了多功能断路器的发展。同时微型计算机技术的发展也为低压电器的智能化提供了条件。智能脱扣器是智能断路器的核心部件，它不仅能够提供普通断路器的各种保护功能，还能实时显示电路中的各种参数(电流、电压、功率、功率因数等)，以及和PC机进行通信等功能。
1.2 课题研究目的及意义
90年代随着微处理器的蓬勃发展，出现了带微处理器的智能型脱扣器，标志着进入了智能化阶段。而今在信息技术和计算机网络的发展下，并借鉴国外低压电器领域的先进技术，利用近年来出现的现场总线技术，使智能脱扣器与中央控制设备实现双向通信成为可能，可见具有此类功能的产品前景十分广阔。因此，对其的研究非常符合目前低
压电器的发展趋势，尤其我国开发智能化电器正处于起步阶段，从我国配电系统发展的实际需要看，随着石油、化工、冶金及高层建筑等行业的技术进步，此类智能化电器必将在我国存在着巨大的潜在市场。此外，将智能化脱扣器做成独立于某一型号断路器的通用型产品也成为了一个发展趋势。因此，开发和研制新一代的智能脱扣器具有重要的现实意义。
1.3 课题内容概述
智能化脱扣器在结构上大致可以分成检测和传感模块、信号处理模块、动作模块，即将电路参数检测、信号处理、执行单元分离开来，故只要在参数检测和信号处理单元进行相应的设计或修改，一个脱扣器就可以实现传统意义上的几个脱扣器的功能。智能化脱扣器采用了微处理芯片，从而可使其配备应用软件，在硬件不变的情况下具备较大的适用性和升级能力。智能化的另一个较大的功能是可以实现通信化。可通信化是在脱扣器产品中加入相关通信芯片或电路，使脱扣器的各种状态和工作参数能通过各种传输媒质（如现场总线、串行接口线等）与线路上的其他电气设备交流，适应了当前电气设备智能化级网络化的趋势。
1.3.1 硬件电路设计
主要由检测单元、采样滤波单元、整定值设定单元、中央处理单元、故障状态显示单元及脱扣执行单元组成。主回路电流经过电流互感器的变换和隔离, 将主回路大电流转换为弱电流。然后, 通过采样电阻将电流信号转换为电压信号, 经过滤波放大, 送到单片机自带的A/ D 单元, 进行模拟量到数字量的转换。中央处理单元根据A/ D 转换的值进行逻辑运算, 然后综合设定的整定值进行判断, 发出控制命令。在工作过程中, 实时扫描显示模块并和上位机通信, 通过上位机可设定整定值以及监控电流值; 实时检测脱扣线圈的好坏, 一旦发现脱扣线圈断线, 则发出报警, 通过RS485 向上位机报告。
1.3.2 软件设计
软件设计由主程序和中断程序组成。主程序包括采样数据的处理、故障的判断、保护特性与控制信号输出、通信数据的收发及处理等。中断程序包括定时器中断、通信中断等。软件结构设计的目的是分清任务的执行顺序，明确任务执行条件和分支，重复执行某项任务直到定义的条件满足为止。软件程序设计的目的则是将各任务进一步细化，直到分解为程序设计语言的语句。本设计系统软件主要由初始化程序、数据采集程序、计算程序、查表程序、主程序等部分组成。
第2章智能脱扣器硬件设计
供电线路中的电流通过电流互感器将其转换为可供电路板处理的信号, 经过整流电路后进行采样滤波, 然后经放大处理送入微处理器。微处理器将模拟信号用A/ D 转换为数字信号,然后结合设定的动作电流和时间整定值, 对数字信号进行处理和分析, CPU 作出判断, 对显示模块端口进行扫描, 通过显示模块显示供电系统的当前状态; 在此同时, 若满足脱扣条件则发出脱扣命令, 执行机构脱扣, 对用电设备进行及时而有效的保护。
2.1 硬件总体方案
本设计研究的智能脱扣器采用单片机作为主控单元，使其控制其它外围电路来实现各种功能。硬件设计的总体思路是:智能脱扣器通过互感器将主电路的电压、电流信号转换成模拟电路可以处理的电平信号:经过真有效值转直流单元，将交流电压信号转换成单片机可处理的直流电压信号;中央处理单元则对这些信号进行采样、模数转换、运算和处理，运算结果和整定值测量值由液晶显示器(LCD)进行显示比较后输出符合预设保护特性的电平信号，这些信号经放大后可直接驱动脱扣器的执行机构动作。串行通信接口采用RS一485标准，它可以与上位机连接和通信。此外，还应设计模拟电路以使电路出现短路电流时，脱扣器能瞬时动作。硬件电路主要包括以下几个部分，如图2-1所示:
操作机构执
行
输
出
驱
动
电
路
抗干扰电路
Ia Ib Ic In 空
心
互
感
器
信
号
处
理
真有效
值转换
微处
理器
脱扣
输出
模拟
脱扣
自诊断环境
温度检测通
信
接
口
串
行
储
存
器
键
盘
显
示
图2-1 硬件设计原理图
2.2单片机的选用
本设计在综合考虑设计要求、所要实现的功能以及性能价格比的基础上，通过对各种微处理器的比较，决定选用Microchip公司的PICI6C73芯片作为本设计的微处理器。PIC16C73芯片不仅能够实现所需的全部功能，而且工作速度快、价格比较便宜(只有三十元人民币左右)，这使得产品的生产成本大幅度降低，有利于增强产品的市场竟争力。其主要硬件资源包括:
(1)4096xl4位EPR服程序存储器
(2)192字Y通用RAM
(3)22根双向I/0线
(4)3个8位的定时器/计数器
(5)n个内部和外部中断源
(6)有5个通道8位A/D转换器
(7)T2C和3线SPI兼容的同步串行接口SSP
(8)串行通信接口SCI提供异步串行通信接受器和发送器USART功能
(9)时钟频率可从直流到20MHz
由于PICI6C73自带有5个通道的8位A/D转换器，所以省去了A/D转换器件，同时通过软件编程可以选择采样通道，这就省去了多路开关等器件。因此使外围电路大大简化，有效的减小了电路板的面积。PIC16C73还带有一个串行通信接口SCI，这个SCI 可被设置成可以与诸如CRT终端和PC机等外围设备进行通信的全双工异步系统。因此，利用SCI可以方便的实现智能脱扣器与PC机之间的通信。此外，PIC16C73还具有监视定时器(看门狗)、上电牌电复位、程序代码加密保护等功能。
本设计所用到的引脚及其功能如下：引脚9，10是振荡器晶体输入/输出引脚；引脚1是芯片复位编程电压输入引脚；引脚2、3、4是A心通道模拟输入，可分别连结三相线路中的一相；引脚5是A/D通道模拟输入/基准电压V比f 输入，通过改变其输入电压的大小，可调整动作电流的基准值，从而改变动作时间;引脚17，18是异步发送/SCI 同步时钟线和异步接线SCI同步数据线;引脚8，19接地,引脚1、20接电源正极。
2.3 模拟信号检测单元
模拟信号包括低压电网的电流、电压和接地故障电流。采用小型的空心互感器或铁芯互感器，将它们直接接在低压线路上来获取电流和电压信号。由于电流变化范围很大，低压电网的短路电流比正常负荷电流大得多，而接地电流却很小，因此本方案中对大电流信号和小电流信号采用不同的电流互感器来获得，即大电流信号从空心互感器得到，小电流信号从铁芯互感器得到。
铁心电磁式电流互感器一直是电力系统主要的电流检测工具，在继电保护应用中占主导地位，但是它本身有着难以克服的缺点。首先，这类互感器的体积、重量随着电流等级的升高而增加，价格上升也很快。其次，高压输电线路中使用的铁心式互感器中必须充油，防爆困难，安全系数下降。第三，在传统的电器设备二次测量和保护电路中，采用了各种电磁式或电动式仪表及电磁式继电器，它们的线圈都需要从互感器中汲取能量，所以铁心电磁式互感器都必须有相应的负载能力。但对智能电器而言，其二次电路已全部由智能监控单元取代，监控单元本身所需的功率比传统设备大大降低，不再需要互感器输出较高的功率。此外，互感器铁心的磁化曲线（B-H曲线）线性范围有限，在智能电器应用环境下，被监控的电流变化范围往往很大，当原边电流很大时，铁心会饱和，这将使副边电流波形发生畸变，影响测量和保护精度。在有些场合下，如低压框架式断路器中，流过主触点的电流变化范围可以从几安培到短路时的几千安培，要在这样大的范围内进行测量检测，用传统的铁心电磁式电流互感器根本无法实现，必须采用新的电流互感器（Rogowski线圈）。
Rogowski线圈组成的空心电流互感器具有结构简单、输入电流变化范围宽、线性度好、性能价格比好等特点，是目前在智能电器中应用比较多的一种电流传感器。Rogowski线圈基于电磁感应原理实现电流的测量，其工作原理如下图2-2所示：
2-2 线圈原理图
空心互感器(Rogowski线圈)直接套在低压线路上，由于没有铁芯，所以在电流较大时会出现磁饱和，测量范围大，在几十安到几万安的电流范围内，都能保持良好的线性度,所以它作为过负荷电流和短路电流的检测是很合适的。但是，空心互感器在测量小电流时输出信号小，使得采样和A／D转换误差大，测量精度低，因此采用铁芯互感器对电参数进行测量。保护信号和测量信号来自不同的电流互感器就兼顾了电流的检测精度和范围。接地故障电流信号的取得，可在低压线路中性线上接一个铁芯互感器测得中性线I N电流,则接地电流I G为：
I G=I A+I B+I C-I N
(2-1)
当I G不为零时，说明发生了接地。接地电流较小，需要将信号放大。要说明的是，不能根据I N是否为零来判断是否发生了接地故障，因为当三相电流不平衡时也有中性线电流。电压信号由电压互感器获得，作为测量和欠压、失压保护。
2.4 单元电路设计
2.4.1真有效值转换电路
(1)AD536A简介
AD536A 是美国AD公司推出的执行从真有效值到直流值转换的单块集成电路，它的性能与混合电路和模块化电路相类似，甚至超过了他们。AD536A可直接计算输入的任何复杂波形(包括交、直流成分)的真有效值，它的峰值因数补偿电路使在峰值因数达到7时只有1%的测量误差。AD536A 宽扩的带宽扩展了其测量性能，使它可以测量电压值在100m v以上频率为300KHz并带有3dB误差的信号电平。
AD536A 有效值转换器的非预先可用状态的重要特性是有一个辅助的dB输出功能。有效值输出信号的对数值被发送到一个单独的引脚上，使其可以在60dB的动态范围内进行dB转换。利用外部提供的参考电流，用户能方便的设置0dB电平，使其可以对应从0.1v到2V之间的任何有效值。
AD536A 的输入输出补偿晶片的电平、正负极波形的对称性以及在7V时的有效值满量程精度都经过激光微调，所以不加外部微调电路也能保证其单位比例精度。
AD536A 的输入输出都进行了完善的保护，其输入电压能大大高于电源电压，而其输出电路则有短路保护功能。AD536A由输入连接引起的电源电压损耗不会影响测量精度。
(2)AD536A的工作原理
AD536A 嵌入了有效值隐含解方程式电路，从而克服了动态范围小以及其它直接计算有效值时固有的限制。AD536A的实际执行原理如下所示:
由均方根定义有：
2
1
n
in
i
V
Vrm s
n
=
=
∑
(2-2)
经变换得：
2
21
n
in
i
V
Vrm s
n
=
=
∑
(2-3)
2
[]
in
rms
V
Vrms Avg
V
=?(2-4)
(3)AD536A 的标准连接
AD536A 的连接非常简单，所需的唯一外部元件是用来建立平均时间常数的电容。在这种配置中，AD536A 将测量输入的交、直流电压的有效值，由于滤波电容的作用，在低频输入时将出现误差。例如在使用4uF 电容时，如输入信号频率为10Hz ，则其输出的有效值附加平均误差为0.1%。为此有必要测定AD536A 应用在本设计时的转换精度。
(4)AD536A 的转换精度测定
由AD536A 技术资料手册知，当AD536A 采用5V ±供电时，其所允许输入的交流信号的典型有效值为0-2V 。由于采用士5V 供电，所以输入交流信号的最大有效值为2V 。 测量AD536A 转换精度时，接入电容 4.7av C F μ=，所用电表为DT9973型多功能高精度万用表，其转换精度等级为0.005。实验中采用同一块万用表分别测量交流输入端和有效值输出端，实验电路如图2-3所示:
c +5V
VI N
+VS NC NC VS NC C AV
NC
d B C OM B UFO UT R L B UFI N I OUT
AD536A -5V 互感空心
器的输出
U
Uo ut
图2-3 AD536A 转换精度试验电路
(5)AD536A 与PIC16C73的接口电路
在大多数有效值的精确测量中，AD536A 只要外接一个滤波电容就可工作。在这种连接中，由于滤波电容的作用，可获得高精度的直流输出。B 、 C 相电路的接法与A 相完全相同，为简单起见，图中未画出。
AD536A 与PIC16C73的接口电路如图2-4所示。
RA0/AN02RA1/AN13RA2/AN24RA3/AN3/VRE F 5RA4/T0CKI 6RA5/AN4/SS 7RB0/INT 21RB122RB223
RB324RB425
RB526RB627RB7
28
RC0/T1OSO/T1CKI
11RC1/T1OSI
12RC2/CCP113RC3/SCK/SCL 14RC4/SDI/SDA
15RC5/SDO
16RC617RC718MCLR/VPP 1OSC1/CL KIN 9OSC2/CL KOUT 10PIC16C73
c
+5V
VIN +VS NC NC VS NC CAV
NC
d B COM BUFOUT RL BUFIN I OUT
AD536A -5V
互感空心
器的输出
U
图2-4 AD536A 与PIC16C73的接口电路
图中D1、D2组成双向稳压电路，用来保护AD536A ，以免其因输入电压过大而损坏。
2.4.2 过载保护
过载保护装置一般可分为测量部分、逻辑部分和执行部分，如图2-5所示。
输入信号
输出信号
测量部分
逻辑部分
执行部分
整定值
图2-5过载保护原理框图
测量部分时刻监视着被保护线路的运行状态，不断的采集电流信号并加以处理送入
逻辑部分，逻辑部分不断的把输入信号和整定值比较，以便判断保护装置是否应该动作，它的输出信号经放大后驱动执行部分的动作元件。
目前电网中使用大量的功率补偿器、软起动器、电力电子调速装置和不间断电源等，这些装置都会使配电系统产生高次谐波，而热双金属脱扣器和模拟式脱扣器都不能反映故障电流的真实有效值，造成断路器的误动作。智能脱扣器为了对过载故障电流真实反映其真实值，必须计算电流的有效值。
11,1()()()()
n
j n k j j k
k j
k n k t t t l x t t t t t ωω+=≤+-=
=
--∑
(2-5)
数值积分的基本思想就是将积分区间[0，T]细分为若干个小区间，在每一个小区间上用插值多项式代替被积函数，并对插值多项式进行求积，其结果就是所求积分
2
()T i t dt ?
的近似值。
令
2
()(),
f t i t =设插值节点为：120......h n t t t t T ≤<<<<≤
则拉格朗日插值多项式为：1
()()()n
n k k k P t f t l t ==∑ (2-6)
其中：11,1()(),()()
n
j n k j j k
k j
k n k t t t l x t t t t t ωω+=≤+-=
=
--∑
11
()()n
n k
k t t t
ω+==
-∏ (2-7)
由于
1
()()n
T k
k
k f t dt A
f t =≈
?∑?
(2-8)
所以
(1)
2
(1)0
()
()()()()(1)!
n T T T T n n f
i t dt f t dt P t dt t n ξω++=
=
+
?+?
?
?
?
(1)
(1)00
()
()()()(1)!
n n
T
T
k k n k f
f t l t dt t dt n ξω++==
?+
?+∑
??
(1)
(1)0
()
[()]()()(1)!
n n
T
T k k n k f
l t dt f t t dt n ξω++==
?+
?+∑??
()()n
k k k A f t R f ==?+∑ (2-9)
其中：()R f 为求积公式余项，
1
()()
n
T k
k
k f t dt A
f t =≈
?∑?
为插值型积分公式 (2-10) 要使式(2-8)具有n 次代数精确度，就要求求积公式（2-8）对于
2()1,,,...,n
f t t t t
=都
成立，即要求式（2-11）成立。这是含有求积节点k t 和求积系数k A 的方程组，为确定k
A 值，需要解此方程组，这里选定求积节点2
I t ，则方程组（2-11）是关于k A 的线性方程
组，方程组的系数行列式是由求积节点
1k t T m s
?=组成的范得蒙行列式，因此方程组有
唯一的一组解使求积公式（2-12）具有n 次代数精确度。
11n
T k
k A dt T ===∑?
20
112
n
T
k k k A t tdt T ===
∑
?
2
2
3
1
13
n
T
k k k A t t dt T ===
∑
? (2-11)
…
1
1n
T
n n
n k k
k A t t dt T n
===
∑
?
解此方程组得：12......k n T A A A A n
======
由此可得22222
120
()(...)
,T R M
n T T I
T i t dt I I I T n
n
=
=+++?=
?
令
2
222
121(...)
R M n T I I I I T
n
=
+++
222
121(...)RM n I I I I n
=+++ (2-12)
T --采样周期
T ?--采样间隔
n --采样次数
若上式中取1T ms ?=，采样周期T 为20ms,采样频率相当于1000Hz,一般智能化脱扣器采样频率取1000-1620Hz ，此时计算误差在5%左右。
2.4.3 短路保护
在大型电力系统中，为了限制单相接地短路电流，一般均采用人为的方法将系统中性点经电抗器或消弧线圈接地，使单相接地电流不至超过最大可能的三相短路电流。因此在计算短路电流时，均按三相短路来进行。
实际计算中，对于系统中电压的微变可不予考虑，认为系统电压保持不变，即
K T U =常数
，对于这样的系统称为无穷大系统。
设有如图2-6所示无穷大系统，三相短路前后均为对称电路，故可只讨论一相，其端电压为振幅恒定的正弦波。在正常运行时电路中通过负载电流，若突然在d 点发生短路，此时电路被短路点分成两个独立回路，右边电路中的电流由原来的值逐渐衰减，直到电感中的储存能量在电阻中转变为热能消耗尽为止。左边电路由于存在电源提供能量，短路瞬间出现过度过程。由于电路中存在电感，所以电流不会发生突变。
Z Z'
i d
u=U m
sin(wt+a)
图2-6 系统短路等效电路图
各相中的电流与相电压满足下列微分方程式
s i n ()d d m di u R i L
U t dt
ωα
=+=+
(2-13)
解微分方程可得：
s i n ()s i n ()R R
t
t
m L L d zqm
d zq fq U i t ce
I t ce i i Z
ωα?ωα?--
=
+-+=+-+=+ (2-14)
积分常数c 可由t=0时初始条件求得：
sin()sin()m zqm d c I I α?α?=---
(2-15)
短路后的短路全电流为
sin()[sin()]R t
L d zqm d m d i I t I e
ωα?α?-=+-+- (2-16)
即由短路电流表达式可知，当合闸相角
0,0,
m I α== 此时的短路电流为最大值，即
c o s t
T
d z q m
z q m i I t I e ω-=-+ (2-17)
合闸瞬间短路电流的最大值出现在短路后的半个周期，即t=10ms 时，要使电力系统损失最小，脱扣器就必须在短时间内检测到短路电流并发出脱扣信号分断线路。 短路保护分为两段：短路短延时和短路瞬动。在短延时保护中，对采集到的电流信号进行有效值处理，每一个采样周期采集20个点，用数值积分的方法计算有效值，CPU 将其与整定值比较，并作出逻辑判断。
为了保证在出现短路情况时，脱扣器能瞬时动作，特别采用四运算放大器LM324来实现此功能，其连接图如图2-7所示。本设计采用LM324四运算放人器用于整定值比较电路。如图2-7所示，LM324是由四个完全相同的运算放人器组成，其中运算放人器1.2.3的同向输入端分别接三相交流电流信号经AD536A 转换后得到的直流电压信号;它们的反向输入端并联后接短路电流信号整定值，由于基准电压设为0.2V ，且按过流时最大峰值。
1低压断路器及智能化脱扣器概述 1.1 低压断路器 随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 1．2 脱扣器的发展过程 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该脱扣器只能实现瞬时保护功能。随着断路器的发展，其额定工作电压，电流以及分段能哭和保护功能不断发展，脱扣器也随之发展起来。在采用油阻尼，空气阻尼，钟表结构等作为延时元件后，脱扣器实现了过载延时和短路延时等功能。采用热双金属片的热
式脱扣器也逐步出现，到20世纪60年代初，由于电子技术的普及和应用，出现了半导体脱扣器。现用的脱扣器出来热式脱扣器，电磁式脱扣器外，还有半导体是脱扣器。进入20世纪90年代初依赖，低压断路器的保护紧跟国际发展趋势，由电子式向数字智能化方向发展，脱扣器的过流脱扣系统由微处理器控制。它除了保持了电子式脱扣器的各种优点外，还具有保护精度高，调节范围广，操作方便等特点。特脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
《数字电子技术》课程设计报告 8路智力抢答器 设计与制作 设计要求： 1、可同时供8名选手或8个代表队参加比赛； 2、主持人控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答 的开始； 3、抢答器具有数据锁存和显示的功能； 4、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由 主持人设定； 5、具有报警功能。 成绩：评阅人： XX科技学院理学院
8路智力抢答器 设计与制作 8路智力抢答器是一种用数字电路技术实现由主持人控制、定时抢答、报警功能的装置。他是在规定的时间内进行抢答。一旦有人抢答，显示器上会同时显示抢答时间和抢答选手号码。当超出规定时间时，即使抢答，不会显示选手号码。 8路智力抢答器包括组合逻辑电路和时序电路。通过此次设计与制作，进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于8路智力抢答器包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。 一、设计要求 （一）设计指标 1、计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、 2、 3、 4、 5、 6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0——S7。 2、给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。 3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管行显示出选手的编号，
同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 4、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响。 5、参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 6、如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。 （二）设计要求 1、画出电路原理图（或仿真电路图）； 2、元器件及参数选择； 3、电路仿真与调试； （三）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 （四）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 二、原理框图 抢答器系统原理框图如下所示。它由主体电路和扩展电路两部分组成，主体电路完成基本抢答后，选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答，扩展电路完成定时
低压断路器型号的含义是什么？ 举例： HUM18-63C32/1 HU-----企业代号(环宇)，M18---产品型号，63-----壳架等级， C------使用类别:照明电路(或者一般电路) 32-----额定电流，1-------1P(1极) 断路器DW17-400/3：DW-万能自动空气断路器； 17-设计代号；“-400”-额定电流(A)；“/3”-3极。 （1）由线路的计算电流来决定断路器的额定电流；（大概有99%的设计者做到了这一条）。 （2）断路器的短路整定电流应躲过线路的正常工作启动电流。（大概有30%的设计者注意到了这一条）。 （3）按线路的最大短路电流来校验低压断路器的分断能力；（大概有10%的设计者注意到了这一条）。 （4）按照线路的最小短路电流来校验断路器动作的灵敏性，即线路最小短路电流应不小于断路器短路整定电流的1.3倍；（大概有5%的设计者注意到了一条）。 （5）按照线路上的短路冲击电流（即短路全电流最大瞬时值）来校验断路器的额定短路接通能力（最大电流预期峰值），即后者应大于前者。 问：空气开关（断路器）的极性和表示方法是怎样的？ 单极220V 切断火线（小型断路器） 双极220V 火线与零线同时切断（DPN零线火线双进双出断路器） 三级380V三相线全部切断 四级380V三相火线一相零线全部切断。 断路器极数选用 对于微型断路器来说，1P+N、1P、2P一般都用来作为单相用电器的通断控制，但效果不同。 1P------单极断路器，具有热磁脱扣功能，仅控制火线（相线）； 1P+N----单极+N断路器，同时控制火线、零线，但只有火线具有热磁脱扣功能；2P------单相2极断路器，同时控制火线、零线，且都具有热磁脱扣功能。 所以,可以得出以下结论： 1、为减少成本，用1P就可以，但上级断路器必须有漏电脱扣功能，检修时为防止火、零错乱造成事故，必须切断上级电源； 2、为检修时避免1条的问题，可用1P+N（即DPN）； 3、用2P的理由：对于同样是18mm模数的断路器壳体而言，内部装1P和装1P+N 是有区别的，前者在短路事故状态下的“极限分断能力”肯定要高于后者，毕竟空间是影响分断能力的一个重要因素。所以，对于比较重要、检修与操作频繁、容易出现故障的用电回路，最好还是用2P（成本高些）。 1P+N=一极+零线保护的（如室内用电保护），常用于室内；1P=单极的，常用于单相小负荷（如室内照明回路）；2P=二级，常用于较大负荷（如室外照明回路）。P---极。1P就是一个单个的开关，2P就是俩开关，1P+N就是开关内部一个
智能断路器的设计方案 一． 系统的整体框架 二． 智能断路器各个模块映射的通信协议栈及通信特点 断路器位置 刀闸位置 弹簧状态 合闸控制信号 开关位置信息 分合闸命令 断路器 遥控 储能电机操作电流 刀闸电机操作电流 分闸线圈操作电流 合闸线圈操作电流 开关触头的温升 灭弧室真空度 分闸速度 合闸速度 保 护电流 测量电流 保护电压 测量电压
从图中可以瞧出:MMS映射了全部的A协议集与T协议集,复杂程度最高。但就是该模块主要实现的就是断路器参数的在线检测与远程控制,因此对通信的实时性要求并不高,基本上就是以人的反映时间为准。 GOOSE模块直接映射到了以太网,其目的就是保证分合闸GOOSE报文的快速传递,因此它的特点就是:通信映射简单,但就是实时性要求高,GOOSE报文的时延必须小于2ms。 SMV也直接映射到了以太网,其特点就是:实现简单,但就是实时性要求最高,SMV的时延必须控制在微秒级。 三．具体的实现方案 1.方案一
图中所示为南瑞的开关设备智能装置实现方案。CPU采用Freescale公司高性能32位微处理器,考虑到GOOSE与SMV的强实时性要求,在系统中嵌入Vxworks专业硬实时操作系统。MMS,GOOSE,SMV全部在嵌入式单系统中实现。 其优点就是:结构紧凑,硬件平台比较简单,实现起来相对容易; 缺点就是:①采用专业的实时操作系统直接提高了研发经费,个人觉得仅仅为了满足GOOSE与SMV的实时性而采用Vxworks有点浪费; ②由于该系统只采用了61850定义的逻辑节点进行建模,因此系统在线检测的信息种类相对偏少。应该按照62271-3标准进行建模,个别的检测参数如果在标准中没有对应的数据对象,可以考虑扩展建模。 ③由于CPU的IO口有限,该方案中的电流互感器与电压互感器采样信号只能以QSPI(同步队列串行接口)方式通过CPU的IO口送入CPU中。这种方式下将不可避免的会造成采样值的巨大时延,产生很大的相位偏移。这种 时延在电子式互感器的设计规范中将不可容忍。 2.方案二
目录 第一章概述 (1) 1.1 智能抢答器的简要介绍 (1) 1.2 抢答器的控制要求 (1) 1.3 抢答器的控制特点分析 (2) 第二章硬件电路设计 (2) 2.1 PLC机型的选择步骤与原则 (2) 2.2 LED显示器的设计 (4) 2.3 PLC与七段数码管直接连接阻值计算 (4) 2.4 IO分配表 (5) 第三章程序设计 (5) 3.1 梯形图设计 (5) 3.2 程序运行过程分析说明 (8) 第四章组态简介 (9) 4.1组态王的简单介绍 (9) 4.2关于组态的设计 (10) 4.3组态王的运行结果 (12) 总结 (13) 文献参考 (14)
皖西学院2013届本科课程设计报告 第一章概述 1.1 智能抢答器的简要介绍 抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。在各类竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一名选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答过程中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。利用PLC来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使有两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题；而且其控制方便、灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可以改变竞赛抢答器的抢答的方案。 1.2 抢答器的控制要求 （1）竞赛抢答器能使4个队同时参加竞赛抢答。 （2）设裁判队为裁判台，参赛队为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并设有开始按钮SB0和复位按钮SB5；参赛台设有按钮。1-4号参赛台分别对应按钮SB1-SB4。 （3）智能抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下开始按钮SB0后30s内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器将发出“违规”信号。30s时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答的情况下，抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时显示，并由数码管显示出抢到题的参赛队号。抢到题的队必须在30s内答完题，如30s内还没答完，则作超时处理。赛场还设有时间数码显示器和显示抢到答题队号的数码显示器。 （4）在某个题目结束后，裁判员按下裁判台上的复位按钮SB5，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答做好准备。 表1-1各硬件与座位的对应关系
脱扣特性曲线的意思，应用场合不同会有不同的特性曲线（电流-脱扣时间）。B特性适用于纯阻性负载和低感照明回路； C特性适用于感性负载和高感照明回路； D特性适用于高感负载和较大冲击电流的配电系统； K特性适用于电机保护和变压器配电系统； 他们的热脱扣特性和电磁脱扣特性是不一样的 特性字母后面的数字是指额定电流 如果想有更深的了解可参照GB10963 瞬时过载能力，B：2倍、C：5倍、D：10倍 IEC60898 标准规定的III 级限流要求 B 型曲线： 保护短路电流较小的负载(保护短路电流较小的负载) □脱扣特性: 瞬时脱扣范围(3～5) In C 型曲线： 保护常规负载和配电线缆(配电保护) □脱扣特性: 瞬时脱扣范围(5～10) In D 型曲线： 保护起动电流大的冲击性负荷(如电动机，变压器等)(动力保护) □脱扣特性: 瞬时脱扣范围(10～14) In K型脱扣曲线：具备1.2倍热脱扣动作电流和8～14倍磁脱扣动作范围，适用于保护电动机线路设备，有较高的抗冲击电流能力――――――――――――――――― 对于微型断路器来讲，共有四种磁脱扣曲线类型的断路器，脱扣曲线A/B/C/D 1、A型脱扣曲线：磁脱扣电流为（2-3）In,适用于保护半导体电子线路，带小功率电源变压器的测量回路或线路长且电流小的系统
2、B型脱扣曲线：磁脱扣电流为（3-5）In，适用于保护住户配电系统，家用电器的保护和人身安全保护 3、C型脱扣曲线：磁脱扣电流为（5-10）In，适用于保护配电线路以及具有较高接通电流的照明线路 4、D型脱扣曲线：磁脱扣电流为（10-20）In，适用于保护具有很高冲击电流的设备，如变压器，电磁阀等 如果是微断的话：B型是3~5倍额定电流时脱扣C型是5~10倍额定电流时脱扣D型是10~14倍额定电流时脱扣按断路器脱扣反时限的特性（也就是说过载电流越大，脱扣时间越短），和脱扣特性曲线图（主要是看在多大的电流下多长时间左右脱扣）。然后按用电设备的要求来选用。一般照明可以选B型或C型（选C型情况更多，属于常用的），动力设备或小型（小功率）电机可以选D型。
智能家居照明控制无线开关系统设计与实现 1 系统设计方案 随着电子技术的不断发展，无线技术在智能化中扮演着越来越重要的角色。本设计是一种能实现远距离照明控制的无线遥控开关系统，由发射系统和接收系统两部分组成。系统使用无线收发模块构成射频发射和接收电路，发射部分主要由按键编址电路、编码电路和发射模块组成；接收部分主要由接收模块、单片机控制电路和负载电路组成。 发射系统采用1 节12 V 干电池供电，接收系统采用3 节1.5 V 干电池供电，单片机采用5 V 直流电源供电，电源系统节能、简便。 2 系统实现 2.1 元件选取及系统框考虑到系统的兼容性、实用性、低成本和节能性，选用AT89S52 单片机，用PT2262/2272 无线收发模块实现315 MHz 的无线通信。AT89S52 单片机是ATMEL 公司生产的一种非易失性存储技术制造的低功耗、高密度CMOS8 位单片机，片内含8 KB ISP （In -system programmable）的可反复擦写1 000 次的Flash 只读程序存储器，兼容标准MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 PT2262/PT2272 是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗、低价位通用编解码电路；PT2262/PT2272最多可有12 bit（A0-A11）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），12 bit（A0-A11）三态地址端管脚任意组合可提供531 441 地址码，PT2262 最多可有6 bit （D0-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17 脚串行输出［2］。 电路的系统框
低压断路器智能脱扣器的设计与实现 黄绍平,李永坚(湖南工程学院,411101) 摘要:智能化开关设备是在传统开关设备中引入计算机技术、数字处理技术和通信技术而形成的新一代开关设备。本文介绍了低压断路器智能脱扣器的设计方案和具体实现方法,这种智能脱扣器具有测量、保护、通信和断路器状态在线监测等功能。文中着重阐述了硬件系统的原理和具体电路,并对软件设计要点进行了介绍。 关键词:低压断路器;智能脱扣器;测量;保护 中图分类号:TM561文献标识码:B文章编号:1004-0420(2004)03-0008-03 Design and implement on intellectualized release of low voltage circuit breaker HUANG Shao-ping,LI Yong-jian (Hunan Institute of Engineering,411101) Abstr act:Intellectualized switchgear is a new generation switchgears,which syncretizes microco mputer technology,digi2 tal processing technology,and communication technolo gy.In this paper,a design project and the implement methods for the in2 tellectualized release of low voltage circuit br eaker are introduced.This kind of intellectualized r elease have some functions, such as measurement,protection,co mmunication and on-line monitor ing fo r the status of cir cuit breaker.The principle of its hardware system and the detailed circuits ar e explained,and the design points of software are o ffered. Key wor ds:low v oltage cir cuit breaker;intellectualized r elease;measurement;protection 0引言 低压断路器(又称自动空气开关)是低压电网中一种重要的控制电器和保护电器,应用非常广泛。低压断路器一般由触头系统、灭弧装置、脱扣器和操动机构等4部分组成。其中,脱扣器是低压断路器的检测和故障处理单元,它对被保护电路进行电参数的检测和判断,决定断路器是否动作和如何动作。传统的低压断路器采用电磁式和热式脱扣器,其动作精度低,动作值整定困难;而且,为了获得不同的保护特性,要配置不同的脱扣器。随着配电自动化的发展,使用传统脱扣器的低压断路器已不能适应新的要求。于是,运用计算机技术、数字信号处理技术和通信技术的智能脱扣器成为国内外开关电器行业的研究开发热点。 智能脱扣器也叫做智能控制器或智能控制/保护单元,它一般具有以下功能: a.保护包括电流三段保护(长延时过电流、短延时过电流、瞬时短路)、单相接地故障保护、欠压保护等,而且保护参数可设定; b1测量可测量电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电能等各种电量,并可以显示; c1断路器状态在线监测例如:1断路器操作次数统计)))监测断路器是否达到规定机械寿命次数或达到需要进行维修的次数;o开断电流加权值)))间接监测断路器触头的电磨损,预测其剩余电寿命; d1通信智能脱扣器与配电自动化系统的主控计算机(上位机)进行通信,一方面,上传电参数测量值、断路器工作状态(断开还是闭合)、故障信号、断路器自诊断信息等;另一方面,上位机可对断路器进行遥控(断路器分、合闸)、遥测、遥调(调整保护整定值)、遥信的/四遥0功能。目前,世界上各大开关电器制造商均推出了智能型低压断路器(装有智能脱扣器的断路器),如ABB公司的F 系列,施耐德公司的M系列,西门子公司的3W N 系列和3VF系列,三菱公司的AE系列等,这些产品均在国内有所应用。国内一些电器厂家也推出 ) 8 ) 机床电器2004.3研究#开发)))低压断路器智能脱扣器的设计与实现
智能控制开关设计 智能控制开关设计电源，单从对电源输出的控制来说，可以有几种控制方式。其一是单片机输出一个电压（经DA芯片或PWM方式），用作电源的基准电压。这种方式仅仅是用单片机代替了原来的基准电压，可以用按键输入电源的输出电压值，单片机并没有加入电源的反馈环，电源电路并没有什么改动。这种方式最简单。其二是单片机扩展AD，不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，调整DA的输出，控制PWM芯片，间接控制电源 的工作。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中，代替原来的比较放大环节，单片机的程序要采用比较复杂的PID算法。其三是单片机扩展AD，不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，输出PWM波，直接控制电源的工作。这种方式单片机介入电源工作最多。第三种方式是最彻底的单片机控制智能控制开关，但对单片机的要求也最高。要求单片机运算速度快，而且能够输出足够高频率的PWM波。这样的单片机显然价格也高。DSP类单片机速度够高，但目前价格也很高，从成本考虑，占电源成本的比例太大，不宜采用。廉价单片机中，AVR系列最快，具有PWM输出，可以考虑采用。但AVR单片机的工作频率仍不够高，只能是勉强使用。下面我们具体计算一 下AVR单片机直接控制开关电源工作可以达到什么水平。AVR单片机中，时钟频率最高为16MHz。如果PWM分辨率为10位，那么PWM波的频率也 就是开关电源的工作频率为16000000/1024=15625(Hz)，开关电源工作在这个 频率下显然不够(在音频范围内)。那么取PWM分辨率为9位，这次开关电源 的工作频率为16000000/512=32768(Hz)，在音频范围外，可以用，但距离现代开关电源的工作频率还有一定距离。不过必须注意，9位分辨率是说功率管导通－关断这个周期中，可以分成512份，单就导通而言，假定占空比为0.5，
HSW1型智能型万能式低压断路器检修规程 1 范围 1.1本规程适用于杭州之江开关股份有限公司生产的智能型万能式断路器规程。 1.2本规程适用于#5、#6机组中的所有低压智能型断路器。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改或修订版均不适用于本标准，然而，其鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB14048.2《低压开关设备和控制设备低压断路器》 1EC60947—2《低压开关设备和控制设备低压断路器》 DL/.T596.1996电气设备预防性规程 DL/.T617.1997气体绝缘金属封闭开关设备技术文件 华北电力集团公司二000年《电力设备交接预防性试验规程》 3 总则 3.1本规程规定了HSW1系列智能型万能式低压断路器 3.2预试项目按相关标准执行 4 型号含义 5 结构特点 断路器为全体布置形式，且有结构紧凑，体积小的特点。 触头系统封闭在绝缘底板内，且每个触头边都用绝缘板隔开，形成一个小室，智能型脱扣器，手柄操作机构，电动操作机构依次排在前面形成各自独立的单元，如其中一个单元坏了，可将其拆下换上新的一般无需检修。 企业代号 极数（四极标以4，三极时不标） 断路器的壳架等级额定电流 设计序号 万能式断路器 HS W 1
6主要技术参数 6.2断路器的最大耗损功率（环境温度﹢40℃）。 HSW1—1000 三级210V A 四级250V A HSW1—4000 三级1200V A 四级1220VA HSW1—2000 三级360V A 四级420V A HSW1—6300 三级1250V A 四级1350V A HSW1—3200 三级870V A 四级1020V A 断路器在不同环境温度下额定电流变动表见下表 注：以上数据仅作为指导、参考用 7 检修周期和内容 因其断路器机械、电器特殊性一般无需检修只能做一般性检查。 7.1周期为小修每年2次 大修随机组大修新投运一年后大修。 7.2检修内容 投运以后的断路器应定期进行清扫，以保持绝缘件，导电件表面的清洁，紧固各部螺丝，以免过热。 检查各部连接销子，有无磨损或丢失。 定期对断路器各转动部位，加润滑油、防止机械犯卡，定期对断路器上一次隔离插头的接触部位应定期清理并涂上新的导电膏。 定期清扫母线，紧固母线各连接螺丝。 临时性检修根据运行情况再定。
四人智力抢答器课程设计 报告 Prepared on 22 November 2020
数字电子技术课程设计报告 设计课题: 四人智力竞赛抢答器 学院: 专业: 电子信息工程 班级: 2010级电信(1)班 姓名: 学号: 日期 2012年 12月9日——2012年12月23日指导教师:
摘要 在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。 通过本学年的《数字电路技术》的学习我们知道了它的原理其实是比较简单的，主要就是通过四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统控制选手的抢答情况，再通过逻辑电路将输入开关、脉冲及输出LED灯、数码管和扬声器连接起来即可。电路由主体电路和扩展电路两部分组成，主体电路主要由74LS175，即4D触发器来构成抢答锁存器，由主持人来控制74LS175的清零端。当清零端为高电平“1”时，选手开始抢答，最先按键的选手相应的LED发光二极管发光，并且扬声器发出声音，同时，由4个Q及门电路组成的锁存电路来控制其他选手再按键时不再起作用。扩展电路主要包括秒脉冲发生电路和定时电路，并且在设计中加入了报警电路，以提示选手和观众。 经Proteus仿真软件验证抢答器原理图无误，可实现设计所要求功能。 关键词：四人智力竞赛抢答器、74LS175、脉冲、锁存器 目录 1 设计任务及要求 (1) 2 比较和选定设计的系统方案、画出系统框图 (1) 方案比较 (1) 系统框图 (3)
3单元电路设计、参数计算和器件选择 (3) 抢答电路设 (3) 定时电路设计 (6) 报警电路设计 (9) 4完整的电路图及电路的工作原理 (10) 完整电路图 (10) 工作原理..............................................................................11 5经验体会. (12) 参考文献 (12) 附录A：系统电路原理图 (13) 附录B：元器件清单 (14)
第23卷第6期2007年6月 甘肃科技 Gansu Science and T echnolo gy Vol.23N o.6 J un.2007 基于单片机控制的智能开关的设计与实现 贺登天,甘重斗,夏春水 (兰州大学信息科学与工程学院电路研究所,甘肃兰州730000) 摘要:文章根据开关控制的要求,提出了基于单片机控制的智能开关的总体设计思路,并以单片机、交流互感器和固态继电路为主要器件,从硬件电路和软件两方面实现了对电路的设计。经过实际测试,电路达到了最初的设计要求。 关键词:智能开关;单片机;电流互感器;固态继电器;控制 中图分类号:TP319 在铁路系统、各种工业现场及用电场所,大量使用到交流断路器(即断路开关)。实际使用的断路器没有自动恢复功能,一旦断开,必须人工手动接通开关提供电源。在一些特殊场所(如铁路信号管控室)不希望人员频繁出入,由此,希望开发一种具有自动恢复功能的电流控制智能开关来替代现有的开关。 1设计要求及总体设计思路 1.1设计要求 由此以上需要提出设计总体要求: (1)可以自动恢复工作:对出现频繁的干扰性故障,智能开关能通过测试电流大小,判断是否接通电源或断开电源,控制开关动作,并在开关断开(保护)电源一定时间后能自动恢复开通状态,避免人工参与控制。 (2)具有自动保护功能:当出现大的损坏性故障时,能迅速停止自动控制,并发出报警信号,由人工参预维修设备。维修完成后,再启动自动控制功能。 (3)开关控制灵活性高:对一定范围内的不同的控制电流,开关不需改动硬件,由参数设置调节完成控制。 (4)开关灵敏度好:开关能迅速对电流的大小变化做出反应,其反应时间至少不慢于普通的断路器。 1.2电路总体设计的思路 基于以上要求,在设计思路上考虑以单片机为核心,通过采样并判断回路电流大小,来控制开关动作,以达到智能化控制的目的。电路的总体设计思路如图1所示,电路主要由电源电路、电流采样电路、单片机及其外围电路以及部、开关控制电路以及报警电路五部分构成。下面对开关各部分电路分别做出设计。2硬件电路设计 硬件电路设计的要求是:(1)能够采样流过该开关的电流大小;(2)能够判断该电流大小是否超负荷,并控制开关动作;(3)具有现实弱电控制强电的转换电路。 基于以上要求,决定选用LPC935做为控制开关的核心器件,LPC933/934/935/936系列是一款单片封装的微控制器,内部集成有看门狗电路及2个四路A/D转换器,适合于许多要求高集成度、低成本的场合,可以满足多方面的性能要求。 另外,用电流互感器来实现对电流的采样,用固态继电器来做为最后的控制开关。下面分几个部分来做详细介绍。 2.1电源电路 电源电路如图2所示。由于LPC935工作电压为+ 3.2V,因此,电源电路设计输入为~220V,输出为直流+ 3.2V电压。 为减小电路板的面积,这里采用上海恒率电源科技有限公司生产的AC-DC电源模块AC220S05DC)6W,其输出电压为+5V,功率6W,再经DC/DC转换成直流+ 3.2V输出,做为整个控制电路的电源。 恒率AC220S05DC-6W为隔离式高效开关电源模块,85VAC~265VAC宽压输入,具有体积小,电磁兼容性好,输出纹波噪声小,输出电压精度高及瞬变响应快等优点。 三端稳压器LM317L及其外围元件构成DC/ DC转换电路,通过调节电位器RV2,使电源输出电压为+ 3.2V,满足电路要求。
基于单片机的智能化断路器设计Design of Intelligent Circuit Breaker Based on MCU 学生： 所在学院： 所在专业： 指导教师： 职称： 所在单位： 论文提交日期： 论文答辩日期： 学位授予单位：
目录 摘要………………………………………………………………………………………I ABSTRACT…………………………………………………………………………………II 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 国外现状和发展趋势 (1) 1.2.1 发展现状 (1) 1.2.2 发展趋势 (2) 1.3 智能断路器的基本原理 (2) 1.4 本文的主要容 (3) 第2章控制器的硬件设计 (4) 2.1 单片机系统 (5) 2.2 电压、电流互感器 (6) 2.3 AD转换模块 (7) 2.3 人机交互模块 (8) 2.4 温度检测与时钟电路 (8) 2.5 通信模块 (9) 2.6 本章小结 (10) 第3章控制器的软件设计 (11) 3.1 主程序 (11) 3.2 保护模块软件设计 (12) 3.2.1 三段电流保护软件设计 (13) 3.2.2 接地故障保护软件设计 (15) 3.2.3 过电压、欠电压保护设计 (16) 3.3 通信模块软件设计 (16) 3.4 本章小结 (17) 第4章控制器的仿真及分析 (18) 4.1 基于Proteus的保护仿真模块 (18) 4.2 过载长延时保护性能测试 (21) 4.3 短路延时保护性能测试 (21) 4.3 单相接地保护性能测试 (22) 4.3 过压保护性能测试 (22) 4.4 本章小结 (23)
. . 基于Zigbee的智能开关的设计与实现 摘要 近年来，智能家居是不断被人们提到的热点话题，其能够提升家居的安全性和舒适性，同时为用户提供了生活便利。除了其出色的用户体验，智能家居还有助于实现居住环境的节能环保，因此成为未来家居的发展方向。 本文首先提出了一种基于Zigbee技术的智能家居系统，该系统由用户手机、网络服务器、网关和若干功能性子节点组成。在此系统架构下，本文针对功能性子节点中的智能开关节点部分，从其硬件电路和软件程序两个角度分析了该类节点实现自动联网、断线自检、无线通讯等功能的原理，并设计了一个具有以上功能的智能开关节点设备。通过对节点的调试，该设备成功实现了用户对智能开关的本地、远程控制。 该智能开关节点便于安装、使用简单、出现故障后能够完成自检，经过长期的测试证明，该节点在整个智能开关系统中能够正常稳定地运行。 关键词：智能家居远程控制ZigbeeCC2530
. . Design and Implementation of Smart Switch Based on Zigbee Abstract Smart Home is a hot topic in recent years, which can enhance home security and comfort, while providing convenient life. In addition to its excellent user experience, smart home also contributes to energy saving and environmental protection of the living environment, thus becoming the future direction of home. This paper presents a technique based on Zigbee smart home system, the system consists of mobile phone users, network servers, gateways, and several functional temper nodes. In this system architecture, this paper function temper intelligent switching node section, from hardware and software program analyzes the class two node network automatically, breaking the principle of self-test, wireless communications and other functions, and design of the intelligent switching node apparatus having the above functions. By node debugging, the successful implementation of the local device, remote control user intelligent switches. The intelligent switch node is easy to install, simple to use, after a failure to complete the self-test, after a long test proved that the node can be normal and stable operation throughout the intelligent switch system.
低压断路器 一、低压断路器的分类 低压断路器(曾称自动开关)就是一种不仅可以接通与分断正常负荷电流与过负荷电流,还可以接通与分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起通断控制作用外,还具有保护功能,如过负荷、短路、欠压与漏电保护等。低压断路器可以手动直接操作与电动操作,有的还可以实现远方遥控操作。 低压断路器的分类:低压断路器的分类方式很多 按结构形式可分为: 框架式断路器(ACB)又称开启式、万能式断路器。比如ABB的F、Emax系列、施耐德的M、MT系列、穆勒的IZM系列、西门子的WL系列、国产的DW系列等。框架式断路器所有零件都装在一个绝缘的金属框架内,常为开启式,可装设多种附件,更换触头与部件较为方便。有手操动、储能式、非储能式以及电动式等操动形式。按安装方式可分为固定式与抽屉式两种,固定式外壳采用金属材料,外形尺寸较大,防护等级较低;抽屉式采用工程塑料外壳,结构较为紧凑,防护等级高,检修方便,多用在电源端总开关。过电流脱扣器有热磁式、电磁式(单磁)、电子式与智能化脱扣器等几种。断路器具有长延时、短延时、瞬时三段保护及接地保护,每种保护整定值均根据其壳架等级在一定范围内可选择或调整。随着微电子技术的发展,现在部分智能型断路器具有区域选择联锁功能,充分保证了动作的灵敏性与选择性。ACB的最大特点就是容量大、极限短路分断能力高与足够的短时耐受电流,有的断路器的额定电流高达5000 A,额定短时耐受(允许)电流Icw 高达100kA (1S)。这使得ACB的有很好的选择性与稳定性。ACB的功能完善但价格贵,多用于作为低压配电系统的主开关,以及重要的、负载较大的主干线的保护。 塑壳式断路器(MCCB)又称装置式断路器,比如ABB的lsomaxS、Tmax系列、施耐德的NS、NSX系列、国产的DZ20系列等。所有零件都密封于外壳中,辅助触点、欠压脱扣器以及分励脱扣器等多采用模块化,由于结构非常紧凑,MCCB基本不能检修。MCCB多为手动操作,大容量也有选择电动操作。由干电子式保护脱扣器的应用,MCCB也具备了三段保护特性,但由于价格因素,采用热磁式或电磁式脱扣器的断路器用量更大。MCCB的特点就是体积小、接触防护好、安装使用方便、价格相对便宜。但与ACB比,MCCB的容量小,短路分断能力低,选择性与短时耐受能力差。近年来新型MCCB容量已经做到3000A,极限短路分断能力高达150kA以上,但因结构上的原因,短时耐受能力就是最大短板,使选择型MCCB的应用受到局限。由于上述原因,MCCB 主要用于未端线路与一些分干线,主要作电动机、小容量配电线路。 还有一类叫微型断路器(MCB)又称微断,比如ABB的S250系列、施耐德的C65系列、国产的DZ47系列等。实际上也就是塑壳断路器的一种,因其体积很小把它另列,微断的特点就是结构紧凑、接触防护好、安装使用方便、价格便宜,与塑壳式断路器相比容量更小,短路分断能力更低,短时耐受能力更差,主要做微小型电动机、小容量配电线路与照明保护与家用。 按保护负载性质与特性可分为:配电保护型、电动机保护型与家用保护型断路器。 按脱扣器类型可分为:电磁(单磁)脱扣器、热磁脱扣器与电子脱扣器,电子脱扣器还可分为拨动开关式、智能数显式。 按使用类别分为非选择型(A类)与选择型(B类)。 A类,这类断路器不设置任何脱扣延时,只要达到定值立即跳闸。承受短路的时间就就是瞬时脱扣器动作的时间。此时选择断路器可按Ics或Icu满足短路预期电流,考虑到更严格一些的使用条件,一般我们习惯按Ics满足短路预期电流选择。 B类,这类断路器为了实现选择性在小于Icw的短路时延时一定时间脱扣。此时选择断路器就必须按Icw满足短路预期电流。
学年论文 （课程论文、课程设计） 题目：四路智力竞赛抢答器 作者：戎飞 所在学院：信息科学与工程学院 专业年级：电信 09-1 指导教师：王建英 职称：讲师2011 年 06 月 24 日
四路智力抢答器 摘要 抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为A号、B 号、C号、D号参赛台.抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。 数字抢答器由抢答电路,定时电路,报警电路,时序电路组成。优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,用控制电路和报警电路实现报警功能。以上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。 关键字抢答电路定时电路报警电路 DXP Multisim 引言 当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。那么也就必然离不开抢答器，而现在的抢答器朝着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场本文设计
的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠，具有较高的推广价 值。 而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要 进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判 定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。抢答器 在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。通过抢答器 的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者。 正文 一、设计内容及要求 1、设计内容 设计一台供4名选手参加比赛的数字抢答器。 2、设计要求 （1）抢答器同时供4名选手比赛，分别用4个按钮S0 ～ S3表示。 （2）设置一个复位和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 （3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 （4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，定时器进行倒计时，同时扬声器发出短暂的声响。 （5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 （6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示0。