低压智能断路器的研究与设计.doc
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本科毕业论文（设计、创作）
题目：
低压智能断路器的研究与设计
学生姓名：
学号：
0801002115
所在系院：
专业：
入学时间：
2010 年 9 月
导师姓名：
职称/学位：
副教授/博士
导师所在单位：
完成时间：
2014 年 6月
安徽三联学院教务处制
第页
安徽三联学院毕业论文
低压智能断路器的研究与设计
摘要：
论文阐述使断路器智能控制的技术，设计控制单元使之达到智能化。
其意义使之达到智能保护的效果，主要是设计控制单元的硬软件。
在本文中，分析断路器的原理和相关算法，确定单片机及其功能单元周围的原则，全面的硬件设计后，对系统的软件设计，实现断路器智能。
对短路、过载和接地等故障的相关参数进行实时检测。
叙述它紧要功能模块相关原则、设计方案，智能控制重点是C8051单片机，因为它是核心处理器，其任务是对数据进行收集、对故障线路进行保护，从而达到断路器自动控制的效果。
软硬件设计是以模块化和开放性为原则的。
硬件的串行芯片采用标准化和模块化，还留下空间，为今后的扩大提供条件；而软件选用层次化、多任务原则，提升软件系统灵活性、可移植性。
关键词：
断路器；智能控制器；过流保护；
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Researchanddesignoflow-voltagecircuitbreakerintelligent
Abstract:
Paperdescribesthetechnologyofcircuitbreakerintelligentcontrol,intelligentcontrolunittodesign.Theeffectofitssignificancetointelligentprotection,mainishardforthedesignofthecontrolunitsoftware.
Inthisarticle,analyzedtheprincipleofcircuitbreakerandrelevantalgorithm,determinethesinglechipmicrocomputeranditsfunctionalunitsaroundtheprinciple,thehardwaredesignofacomprehensive,thesoftwareofthesystemdesignandrealizationofintelligentcircuitbreaker.Forshortcircuit,overload,andearthingfaultoperationrelatedparameters,suchasthereal-timedetection.DescribeitsimportantfunctionmodulesrelatedprincipleanddesignschemeofintelligentcontrolwithafocusontheC8051singlechip,becauseitisthecoreprocessor,itstaskistocollectdata,thefaultlineprotection,soastoachievetheresultofautomaticcontrolcircuitbreaker.Thehardwareandsoftwaredesignbasedonmodularandopenprinciples.Usingstandardizedandmodularhardwareserialchip,butalsoleaveaspace,providetheconditionsforfutureexpansion.Andhierarchical,multitaskingsoftwarechoosesprinciple,improvesoftwaresystemflexibilityandportability.
Keywords:
circuitbreaker;intelligentcontroller;overcurrentprotection；
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目录
1绪论 1
1.1课题研究的意义与目的 1
1.1.1课题研究的意义 1
1.1.2课题研究的目的 2
1.2智能断路器在国内外发展的现状 2
2智能低压断路器的原理及理论分析 4
2.1低压智能断路器控制单元的算法分析 4
2.1.1电压、电流的计量 4
2.1.2电网频率、功率因数及功率的计量 5
2.2保护的原理及实现 5
2.2.1过电流保护特性曲线的运用 6
2.2.2保护的实现 6
3智能低压断路器的硬件设计 8
3.1硬件设计准则 8
3.2智能控制器的硬件电路设计 8
3.3嵌入式片上系统 9
3.3.1C8051系统单片机 9
3.3.2数据采集模块 10
4智能低压断路器的软件设计 12
4.1软件设计概述 12
4.2主要程序设计 12
4.3定时采样 15
4.4键盘程序设计 15
4.5故障处理 17
4.6自检程序设计 18
结论 20
致谢 21
参考文献 22
第21页
安徽三联学院毕业论文
1绪论
1.1课题研究的意义与目的
1.1.1课题研究的意义
随着电力工业的发展，各种功能的电力线保护装置也应运而生，并得到迅速发展。
这种保护电路的原理是电流或功率超过一定的基于时间限制，自动切断电源线实现保护负载。
电路断路器是电力系统中最重要的设备之一，主要是用于电路交换的各种继电保护系统，判断线路是否正常运行，若出现故障，则供配电系统关闭。
低压断路器的重要部分是脱扣器，智能脱扣器的智能控制器是更准确的更及时的，因此它被广泛地应用于电力系统。
在供电系统中的低压断路器中的分布更为重要的是，不仅需要保护电路，中断容量和短路电流，但也具有一定的智能化功能的实现，保障供给的选择性保护。
这不仅可以连接或断开连接在正常工作状态下的负载电流，但在正常情况下，过流，短路，电压等现象的情况下，自动切断电路的断路器，从而保护电气设备和电缆；故障排除后，快速恢复供电。
断路器既可工作在本地，也可远程操作。
智能控制器是核心，各种断开电路保护、报警、显示、测试和事故诊断功能，它目前已成一个先进断路器主要标志；它的功能是电能的分配、电路的保护（线路及设备超负荷、短路、欠压、接地故障等），从而控制断路器、维护电源监控系统。
在发生事故时，智能断路器是非常重要的，立即断开电路，避免事故扩大，从而保证设备和人身的安全和设备的正常运行。
根据电力系统的发展，配电自动化提升，电力系统保护装置通过电磁防护，晶体管保护，微机保护。
电磁防护装置是基于电磁和电磁感应原理，它是由一个继电器，一个比较简单的原则，成本低，但其能耗高，动作很慢，抗冲击能力差，可靠性，灵敏度很难得到保障。
然而，晶体管保护装置，体积小，重量轻，功耗低，灵敏度高，动作迅速，无振动，无磨损等，该装置还具有晶体管保护装置抗干扰能力差的缺点，质量不稳定等。
随着电力系统的规模，级别的扩大，网络结构，运作模式是复杂的，传统的控制器已很难满足系统的可靠性，准确性，实时。
根据电子技术的发展，电子控制电器的出现，它是集成电路的基础上。
它与电磁控制装置相比，耗电量低，重量轻，体积小等特点，容易形成复杂的保护装置，然而，抗干扰能力差，高品质的电子元件，焊接效果直接影响器件的性能特性，可靠性。
两种控制电器，如果元件损坏，不能自我诊断，可能造成故障扩大，升级，造成停电，设备损坏，对系统造成损害，用户会伤害。
至今，智能低压断路器是一个发展方向。
智能断路器的“大脑”是智能控制器，微处理器是核心，它是测试、负载监控、故障诊断等功能。
为满足市场请求，提升产品销量，需研发一个实用、价钱公道、完善保护的控制器。
它不仅提供传统断路器保护、控制功能，还要具有选择性、多样性。
例如，可以检测和显示电路的参数（电压，电流，功率因数，功率，磨损，不平衡率，接触率），可进行参数设置，修改各种保护。
保存故障参数，方便查找相关参数。
1.1.2课题研究的目的
钻研本课题的的意义是经过钻研低压控制器，使断路器智能化创造条件，设计硬软件为要点。
微处理器是智能断路器控制器设计的核心，可靠性高，实时性的要求，电磁兼容，并考虑它的体积和成本。
智能控制器的功能依据输入电流值的大小，判断根据长时间延迟装置的过电流控制器执行一个动作的过电流保护装置特性的长、短延时和瞬时的，和执行命令的输出信号。
课题使命为：
剖析并比较过去断路器特征以及不足上，设计断路器智能控制单元。
需要一个实时检测，实时显示，故障值存储，故障报警，参数设置，测试发布功能。
达到整定值和故障存储、查询、修改效果。
智能控制器系统的工作方式为上位机、下位机。
下位机（智能控制器）是系统的基础，测量、低电压保护电路断路器。
上位机主要对控制器控制、调度以及管理。
设计整个系统的任务分为控制器设计、通信接口和协议的设计、上位机管理系统的设计。
实现功能如下：
线路电流实时检测；断路器各种反时限保护特性等；实现硬件监控（监控主电流、接地、负载等），通过软件数据处理后再到显示模块；能够设置断路器整定值；可以查到线路故障参数的相关记录；要拥有自诊断功能。
1.2智能断路器在国内外发展的现状
起初断路器的保护利用某些物理效应，与机械系统的运动来实现的，所以体积大，效果不理想。
为了防止电气设备故障和电源线的影响，当电源网络异常会损坏电气设备，然后逐渐形成了断路器保护功能多更可靠。
20世纪末研发电子式脱扣器，伴随微型计算机技术发展，电气开关智能化变为可能。
智能化电气开关，不仅提供普通断路器保护功能，而且实时显示电路相关参数，其参数能够监视、设定以及修改，故障动作值能够保存在存储器用以查询。
现在国外有代表性的产品有M系列，ABB系列，MGEF2三菱AE系列，3wn系列西门子，可选的功能也有释放这些产品。
我国低压断路器分三代。
第一代是DWl0、DZl0等系列产品，当时水平与国外20世纪中期的水平差不多，上市率是20％—30％。
第二代是包含自主研发的、引进技术的，自主研发的是DWl5、DZ20等56个系列，引进技术的是ME、T0、TG、3TB、B等34个系列，其水平与国外20世纪中下期水平相当，上市率是50％一60％。
第三代的DW45近年的发展，其水平与国外20世纪末期水平相当，上市率是5％--10％。
现在低压断路器在国内的额定电压是交流380V，额定电流是630A—5000A（交流），分断的极限是50KA--120KA，往往拥有3极（可分断A、B、C相）、4极（可分断A、B、C、N相）这两种类型。
智能断路器具有许多传统的断路器具有无可比拟的优点，所以得到发展的国内和国际的关注。
当研发出第一台智能断路器后，法国梅兰日兰（MG）公司、日本寺崎公司、美国西屋公司等陆续研发出有微处理器断路器。
把微处理用进断路器，以至中央处理器和前、后级断路器它
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