11电Y311124604顾蕾吴志祥基于SoC的DW45断路器用欠压脱扣器研究与设计参考模板Word格式文档下载.docx

1、1.2.2低压断路器的工作原理和分类 21.2.3低压断路器的典型结构 21.2.4低压断路器的主要参数 21.3欠压脱扣器原理 21.4永磁欠压脱扣器的发展趋势 2第2章 永磁脱扣器的现状与改进 22.1脱扣器国家标准浅析 22.2常见欠压脱扣器分析 32.2.1工作原理 32.2.2设计缺陷 32.3新型永磁脱扣器的设计理念 32.4机械要求 32.5本章小结 3第3章 永磁欠压脱扣器执行元件计算 33.1常见导磁材料的分析 33.3本章小结 3第4章 迅速发展的单片机技术 44.1 PIC单片机概述 44.4本章小结 4第5章 永磁欠压脱扣器硬件电路设计 45.1技术指标与参数 45.2

2、系统原理框图设计 55.3主电路设计 55.3.1主电路设计 55.3.2单片机选择 55.4电源输入电路设计 55.5电源电路设计 55.5.1常用电源的比较分析 65.5.2电源电路设计 65.5.3稳压电路设计 65.6采样电路设计 65.7电磁驱动功率储能电路设计 65.8驱动电路设计 65.8.1常见电路通断控制方法对比 65.8.2常见MOS管驱动电路 65.8.3驱动电路设计 65.8.4驱动电路仿真 75.9远控电路设计 75.10本章小结 7第6章 永磁脱扣器软件设计 76.1单片机UPD78F9202的软件开发 76.2系统初始化 76.3 A/D采样程序设计 86.3.1

3、A/D转换框图 86.3.2A/D转换与系统动作点 86.3.3A/D采样程序设计 86.4滤波程序设计 86.4.1常用滤波方法的比较 86.4.2滤波程序设计 86.5比较程序设计 86.6定时程序设计 86.6.1定时器基本框图 86.6.2间隔定时器 86.7总流程图设计 86.8本章小结 8致谢 9参考文献 10附录1 12附录2 13第1章 绪论1.1智能电网的发展现状智能电网是建立在集成、高速、双向通信网络基础上的电网的智能化。它与现有1.2低压断路器介绍1.2.1低压断路器的概述低压断路器又叫自动空气开关或自动空气断路器，简称断路器。它既可以手动开1.2.2低压断路器的工作原理

4、和分类1.2.3低压断路器的典型结构低压断路器通常由触头（图1-1中1触头），脱扣器（如图1-1中7、8、14），电动操作机构（如图1-1中15按钮），释能电磁铁转动操作手柄（如图1-1中4转轴），加长手柄闭锁装置等组成。1.2.4低压断路器的主要参数1.断路器的额定电流参数1.3欠压脱扣器原理欠压脱扣器是断路器上的保护性部件之一，能在电源电压发生变化时时断路器工1.4永磁欠压脱扣器的发展趋势第2章 永磁脱扣器的现状与改进2.1脱扣器国家标准浅析欠压脱扣器是低压断路器的关键元件之一，在现行国家14048.2-2008文件中对脱扣器有以下标准。1.型式2.特性3.过电流脱扣器的电流整定值对于具有

5、可调式脱扣器的断路器，电流的整定值（或电流整定值的范围）应标明在脱4.过电流脱扣器的脱扣时间整定值2.2常见欠压脱扣器分析2.2.1工作原理常见电压脱扣器是将欠电压继电器或脱扣器与开关电器组合在一起，当外施电压下降，甚至缓慢下降至额定电压的70%35%范围内，与开关电器组合一起的欠电压继电器的脱扣器应动作，使电器断开。2.2.2设计缺陷目前使用的欠压脱扣器多是电磁型的，虽然它在断电的时候能实现自动复位。但2.3新型永磁脱扣器的设计理念新型永磁型欠压脱扣器仅在需要动作时，控制电路输出瞬时功率，驱动线圈完成2.4机械要求本设计中要求电磁铁吸合力F20N，行程为7mm。2.5本章小结本章对欠压脱扣器

6、的现状做了加深入的分析，通过对两种不同控制形式欠压脱扣器的第3章 永磁欠压脱扣器执行元件计算3.1常见导磁材料的分析3.3本章小结 迄今为止，虽然电磁铁设计的方法种类翻多，但是没有一套既能使设计严谨、准确，又能使计算简单、方便的设计方法。很大部分参都只能按照以往经验或经典值来进行选择，再经理论性的复算，最后制作实物样品加以验证才能知道所设计结构参数是否合理，不合理时还需修改然后再次复算制样。第4章 迅速发展的单片机技术单片机是集成电路芯片的一种，它采用超大规模集成电路技术，把具有数据处理4.1 PIC单片机概述PIC单片机可以用来开发和控制外围设备。执行具有分散作用，是能执行多任务的CPU。与

7、人类较器。4.4本章小结单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式设备等领域中。第5章 永磁欠压脱扣器硬件电路设计5.1技术指标与参数1.技术指标本课题按照现行国家14048.2-2008文件标准设计，即电源电压下降到额定电压的70%Ue35%Ue时，欠电压脱扣器能使断路器脱扣。电源电压低于额定电压的35%Ue时，欠电压脱扣器能保证断路器不合闸。当电源电压达到额定电压的85%Ue110%Ue时，欠电压脱扣器能保证断路器正常工作。本论文将以220V电压结合普遍情况进行永磁欠压脱扣器的分析、设计与研究。2.主要参数其主要考核技术指标为：1）额定电压Ue：220V20%； 2）吸合点

8、电压 0.8Ue，动作准确度2V；3）脱扣点电压 0.5Ue，动作准确度4）额定电压脱扣力 20N；5）最小可动作间隔时间：0.3s。永磁欠压脱扣器动作电压参数曲线如图5-1所示。图5-1 永磁型欠压脱扣器动作电压参数曲线5.2系统原理框图设计永磁欠压脱扣器的主要原理框图如图5-2所示。本设计主要由单片机、EMC抗干扰电路、全波整流电路、信号采样电阻R1和R2、电源电路 、延时时间拨码开关组（ T ） 5.3主电路设计主电路是介于电源电路和控制电路之间的脱扣器执行指令动作执行电路。5.3.1主电路设计图5-3主电路和储能电容简化电路图是对图5-2的简化，包括C1、永磁电磁铁线5.3.2单片机选

9、择针对本次设计的永磁欠压脱扣器而言，计算量不是很繁重，控制任务不是很复杂，采1.UPD78F9202系列单片机的特点2.引脚配置5.4电源输入电路设计电路电源接通经热敏电阻器NTC后经电磁兼容性（EMC）电路抗干扰抑制，形成二次电源。全桥BG1整5.5电源电路设计为了保证系统的正常工作，电源电路是必不可少的。任何微机处理系统，电源设计都是十分重要的环节。本系统中存在两种不同的电源需要，给NEC单片机供电的+5V电压和提供给线圈驱动电路的+15V电压，设计上要统一考虑。5.5.1常用电源的比较分析在电路中电源的选取十分的关键，下面是对两种常见稳压电源的比较分析。5.5.2电源电路设计串联型稳压电

10、路以稳压管稳压电路为基础。稳压管稳压电路输出电流较小，输出5.5.3稳压电路设计给单片机供电常选用由LM7818三端稳压器构成的线性稳压电源，虽然LM78系列三端稳压器所需的外围器件很少，市场普及率高，价格便宜，但是该系列三端稳压器5.6采样电路设计采样电路是具有一个模拟信号输入，一个控制信号输入和一个模拟信号输出的电路。该电路的作用是在某个规定的时刻接收输入电压，并在输出端保持该电压值至下次采样开始为止。5.7电磁驱动功率储能电路设计5.8驱动电路设计驱动电路控制电磁铁上电流的通断，驱动电路响应信号的速度直接决定了脱扣器脱扣动作的快慢，对脱扣器的脱扣性能有着巨大的影响。5.8.1常见电路通断

11、控制方法对比5.8.2常见MOS管驱动电路驱动电路（Drive Circuit），位于主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进路。1.MOS管概述MOS管是场效应晶体管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，英文名MOSFET，属于绝缘栅型。常见MOS 5.8.3驱动电路设计本设计中MOS管驱动线圈电路有两个，一个驱动正向绕组，一个驱动反向绕组，两路电路工作原理相同，在此以反向绕组电路说明其工作过程。释放绕组驱动电路如图5-13所示， 5.8.4驱动电路仿真本设计采用Multisim进行电路仿真，MOS驱动电路仿真如图5-14所示。在仿真过程中用示波器观察SF输入电压和MOS管TF4的电压变化

12、情况。因为SF实际由单片机输出，端口最高电压为5V，故选用频率为10KHz，电压为5V的时钟电压脉冲替代。仿真过程中也可逐个给以高低电频进行分阶段调试。5.9远控电路设计5.10本章小结第6章 永磁脱扣器软件设计6.1单片机UPD78F9202的软件开发1.PM+的启动和编译1）启动PM+。在正常的安装方法下，点击开始程序-NECTools32-PMplus可以启动PM+。2）PM+启动后，显示窗口如图所示。在折叠试菜单中点击File-Open Workspace，并打开工作区选择对话框。3）选择sevendemo.prw。2.启动SM+ 和仿真执行6.2系统初始化1.看门狗定时器初始化2.低

13、电压检测器初始化3.时钟发生器初始化4.端口初始化5.中断初始化6.3 A/D采样程序设计本设计中选用的带有A/D装换功能的UPD78F9202单片机，内含10位A/D转换器，设计分析如下。6.3.1A/D转换框图6.3.2A/D转换与系统动作点6.3.3A/D采样程序设计6.4滤波程序设计6.4.1常用滤波方法的比较6.4.2滤波程序设计6.5比较程序设计6.6定时程序设计6.6.1定时器基本框图6.6.2间隔定时器6.7总流程图设计6.8本章小结致谢这篇论文的完成首先应该归功于指导老师吴志祥副教授。吴老师在欠压脱扣器设计、单片机的应用等方面都给予了大量的指导和帮助。在写论文期间，本人遇到了

14、不少的困难，尤其是在电磁铁设计与硬件设计这两个部分。在此期间吴老师即使工作再繁忙也会抽出时间来帮忙解决疑难问题，让人从中受益匪浅。承蒙吴老师的悉心指导，才能完成这篇论文，在此向吴老师致以深深的敬意和由衷的感谢。还要感谢在论文资料收集、整理期间给予本人关心和支持的同学，最后感谢参与论文评阅的所有老师，谢谢各位老师对论文提出的宝贵意见和建议。参考文献1吴志祥.基于ATtiny单片机的永磁型欠压脱扣器的设计J.工矿自动化，2008：119-121；2本健.永磁操动机构磁路及控制系统设计学位论文.华中科技大学，2003；3童诗白.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，2006；4周志敏.我国智能电器的现

15、状与发展趋势J.2002:1-4；5游一民.关于永磁机构中永磁工作点的讨论J.高压电器，2002：39-41；6钱家骊.中压断路器用永磁机构中线圈不同布置的分析J.高压电器，2000：22-28；7GB 14048.12006/IEC 60947-1:2001低压开关设备和控制设备第1部分:总则S；8GB 14048.22008/IEC 60947-2:2006低压开关设备和控制设备第2部分:断路器S；9李文卓.一种新型永磁电动操作机构J.上海交通大学学报，2007:492-496；10邹积岩.王毅，开关智能化的概念与相关的理论问题J.高压电器，2000；11陈德桂.电磁机构的计算机辅助设计M

16、.西安交通大学教材供应科，1987；12尹勇，李林清.Multisim电路仿真入门与进阶M.科学出版社，2005；13毛灵通.浅谈PIC单片机及其数据存储器J.华章，2007；14杨益伟.低压断路器及其电流参数的选择J.安徽电气工程职业技术学院学报，2011；15王兆安，黄俊.电力电子技术M.机械工业出版社，2000；16吕晨旭.浅谈智能电网及发展趋势J.数字技术与运用，2011；17高敏.基于SOC永磁型欠压脱扣器的设计学位论文硕士，2009；18王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术.机械工业出版社，2002；19张静，孙建军.一种单稳态永磁操动机构智能装置的研制J.上海电器技术，2007：

17、53-56；20吴志祥.高可靠永磁型欠压脱扣器的研究与设计J.低压电气，2013；21范通让.低压断路器网络化关键技术的研究学位论文.河北工业大学，2001；22许蓉.我国智能电网的发展及其关键技术浅析J.科技致富向导，2012；23 卓惠荣.新一代经济型智能型万能式断路器-1SW15HHJ. 机床电器，2002；24 左全璋，胡双.双稳态永磁操动机构的结构设计和性能计算J.华通科技，2002:13-17；附录1附录2/* For NEC 78k0s/Kxl+ 8-Bit Single-Chip Microcontrollers* NEC Electronics Corporation ass

18、umes no responsibility for any losses incurred * by customers or third parties arising from the use of this file.* Device: UPD78F9202 Compiler:WEC/CC78k0sParameters: -fastest CPU clock （fx=8MHz） （Ring-OSC）*/#define U80 682 /*176V:sampling voltage = 3.33V,R2 = 24K*/#define U50 426 /*110V:sampling vol

19、tage = 2.08V,R2 = 24K*/#define DL_CNT0 0 /*0S*/#define DL_CNT1 90 /*1S*/#define DL_CNT2 190 /*2S */#define DL_CNT3 290 /*3S */#define DL_CNT4 390 /*4S */#define DL_CNT5 490 /*5S */#define DL_CNT6 590 /*6S */#define DL_CNT10 990 /*10S */#pragma SFR#pragma NOP#pragma DI#pragma El#pragma STOP#pragma HA

20、LT#pragma ASM#pragma interrupt IWTTM000 TM00_1ms_IWT /* 16位时间/计数器，1ms定时*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longbit f_1ms; /* 1ms中断*/bit key_10ms; /*中断向量定义*/bit XH_FLG;uint delay_data=0; /* 延时数据定义0 */uint dl_cnt; /* 每10ms减1 */uchar state=0;uint ad_array10=0,0,

21、0,0,0,0,0,0,0,0;uchar tim_10cnt=0; /* 10次A/D转换 */uint ad_dat;uint AD_temp=0;#define ClrlORBit（Reg, ClrBitMap） Reg &= ClrBitMap#define SetlORBit（Reg, SetBitMap） Reg |=SetBitMap#define SF_MOS_OFF ClrlORBit（P2,0x04） /*P22脉冲输出1 */#define SF_MOS_ON SetlORBit（P2,0x04） /*P22脉冲输出0 */#define XH_MOS_OFF ClrlORBit（P2,0x02） /*P21脉冲输出1*/#define XH_MOS_ON SetlORBit（P2,0x02） /* P21脉冲输出0*/void key_scan（void）; /*定义拨码开关*/void init_AD_converter（void）; /*定义A/D转换子程序*/void AD_filtering（ ）; /*定义滤波子程序*/void vol_deal（ ）;void main（void）;void delaylms（void）;void delayl0ms（void）;