【正文】 石家莊鐵道大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 負(fù)載識(shí)別器的設(shè)計(jì) The Design of Load Identifier 2022 屆 電氣工程 系 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2022 年 5 月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 負(fù)載識(shí)別器的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 姓名 指導(dǎo)教師職稱 講師 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 得分 評(píng)閱人 得分 答辯小組組長(zhǎng) 得分 成績(jī)： 院長(zhǎng)（主任）簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題 目 負(fù)載識(shí)別器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣工程系 導(dǎo)師 姓名 導(dǎo)師 職稱 講師 一、主要內(nèi)容 分析電力負(fù)荷中，負(fù)載的種類；通過(guò)采集來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。能識(shí)別出功率較大的純電阻性負(fù)載，并自動(dòng)斷電。 二、基本要求 負(fù)載識(shí)別的算法，并根據(jù)要求，完成軟硬件電路。 三、主要技術(shù)指標(biāo)（或研究方法） 電網(wǎng)電壓： 180～ 220V，瞬時(shí)功率： 300W； 查閱相關(guān)資料，進(jìn)行理論研究 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 高鋒 ． 單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) ． 北京 ： 科學(xué)出版社 ， 2022 劉衛(wèi)國(guó) ． C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) ．北京： 中國(guó)鐵道出版社 ， 2022 陽(yáng)憲慧 ． 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用 ．北京： 清華大學(xué)出版社 ， 1999 五、進(jìn)度計(jì)劃 12 周 課題調(diào)研、收集、學(xué)習(xí)參考資料，查閱外文資料 ，做開(kāi)題報(bào)告 35 周 制定畢業(yè)設(shè)計(jì)方案 69 周 設(shè)計(jì)硬件 電路，確定各元件參數(shù) 1011 周 設(shè)計(jì)軟件部分 1213 周 設(shè)計(jì)整體系統(tǒng) 1415 周 整理并撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交論文給指導(dǎo)老師 16 周 答辯 教研室主任簽字 時(shí) 間 2022 年 12 月 16 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目 負(fù)載識(shí)別器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 一、 本課題的研究背景及意義 近年來(lái)，隨著高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，學(xué)生人數(shù)急劇上升，許多高校都實(shí)行后勤管理社會(huì)化。與此同時(shí)，關(guān)于高校學(xué)生公寓火災(zāi)事故的報(bào)道也日益增多。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，這類火災(zāi)大部分是由于學(xué)生違章使用熱得快、電爐子等大功率阻性負(fù)載造成的。為杜絕此類事故的發(fā)生 ,在確保學(xué)生正常用電的前提下，限制大功率阻性負(fù)載的使用，保障學(xué)生用電的安全性是亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)這種情況而研制開(kāi)發(fā)的智能負(fù)載識(shí)別器， 可自動(dòng)識(shí)別宿舍用電電器。計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等電器可不加限制地正常使用，而電爐子、熱得快等違章電器則無(wú)法使用，從而 消 除了 因使用違章電器帶來(lái)的安全隱患。 二、 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 目前市場(chǎng)上的負(fù)載識(shí)別器有 3 種： (1)功率識(shí)別控制器 : 此類識(shí)別器以功率為識(shí)別參數(shù)，超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的功率閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)跳閘。隨著電器類型的增多，大功率安全負(fù)載的產(chǎn)生，這種產(chǎn)品因無(wú)法滿足現(xiàn)代需求而被市場(chǎng)淘汰。 (2)模擬技術(shù)的惡性負(fù)載識(shí)別器： 該產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是成本較低 ， 效果明顯 ， 對(duì)一般的大功率阻性電熱負(fù)載基本都能識(shí)別 ， 基本解決了學(xué)生宿舍的安全用電問(wèn)題 ； 缺點(diǎn)是只能識(shí)別大功率的阻性電熱負(fù)載 (一般產(chǎn)品只能識(shí)別 300W 以上的阻性負(fù)載 )， 而且隨著用電系統(tǒng)中改變相位設(shè)備 (如計(jì)算機(jī) ， 日光燈 )的增多 ， 產(chǎn)品動(dòng)作值的偏差就會(huì)變大 。 (3)數(shù)字技術(shù)的惡意負(fù)載識(shí)別器： 采用單片機(jī)技術(shù) ， 通過(guò)判斷負(fù)載的變化 ， 負(fù)載的特性對(duì)惡性負(fù)載進(jìn)行控制 ， 不僅可以有效的控制惡性負(fù)載的使用 ， 而且成功解決了模擬產(chǎn)品因用電系統(tǒng)中感性設(shè)備的增多導(dǎo)致相位偏移的問(wèn)題 。 三、 本課題的研究方案 (1)負(fù)載的種類及特性 非線性整流性負(fù)載：這類負(fù)載在供電電壓為標(biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，電流畸變成非正弦波呈脈沖狀，包含了大量的諧波分量，如計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、充電器、采用電子整流器的熒光燈等。 感性負(fù)載：電流和電壓波形相同相位不同， 電 流滯后電壓一定角度， cosφ 小于零而大于 1，如日光燈。 純電阻性負(fù)載：電流和電壓同相位，即 cosφ=1，如 熱得快、電熱杯 、電飯煲、吹風(fēng)機(jī)等。 (2)識(shí)別的原理 阻性負(fù)載尤其是惡性負(fù)載接入電路時(shí)，電路中的功率值發(fā)生臺(tái)階性變化， 電路中的諧波值變化很小，功率因數(shù)接近于 1。計(jì)算機(jī)類負(fù)載接入時(shí)，電路中的 3 次諧波值變化很大。 (3)研究方法 電路的穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化時(shí)，首先判斷電路的功率和電流值是否超過(guò)設(shè)定的閾值，超過(guò)的話系統(tǒng)跳閘，沒(méi)有超過(guò)，系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行判斷。如果電路中的 3 次諧波電流增加，證明有計(jì)算機(jī) 類負(fù)載接入，系統(tǒng)不做任 何動(dòng)作；如果電路中的功率發(fā)生臺(tái)階性變化，功率因數(shù)增加，數(shù)值接近于 1，并且諧波分量變化很小，證明有阻性負(fù)載接入，系統(tǒng)做進(jìn)一步判斷，如果功率值在瞬間達(dá)到平穩(wěn)值，證明是電磁類加熱負(fù)載接入，系統(tǒng)不做任何判斷，如果功率以及電流經(jīng)過(guò)若干周期后達(dá)到平穩(wěn)值，證明有電阻絲加熱類負(fù)載接入，系統(tǒng)跳閘；幾秒后，沒(méi)有惡性負(fù)載的前提下，系統(tǒng)重新供電。 四、 預(yù)期效果 能自動(dòng)識(shí)別房間內(nèi)的用電情況，控制熱得快、電爐 子 、電暖器等大功率惡性負(fù)載的使用，在插上惡性負(fù)載后能在幾秒內(nèi)斷電，拔除惡性負(fù)載后能立即自動(dòng)恢復(fù)供電。對(duì)電腦、日光燈、充電器等日常 用電不加限制，從而大大地降低了火災(zāi)的發(fā)生概率，起到了安全節(jié)能的作用 。 指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日 摘 要 為避免學(xué)生因使用大功率違章電器導(dǎo)致宿舍用電線路過(guò)載過(guò)熱而引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重隱患，設(shè)計(jì)了一種負(fù)載識(shí)別器。 對(duì) 學(xué)生 公寓用電主回路上 的 負(fù) 載進(jìn)行智能識(shí)別，采用單片機(jī)進(jìn)行處理和控制，準(zhǔn)確地判斷電路中接入 負(fù)載的功率 、電壓、電流、諧波等 特性，從而識(shí)別 出 大功率 阻性負(fù)載 電器并限制其使用， 在節(jié)約用電、減少安全隱患的同時(shí) 又不影響常規(guī)電 器的正常使用 。首先對(duì)電壓電流采樣， 經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后送入單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理 ，用 C 語(yǔ)言 程序?qū)崿F(xiàn)惡性負(fù)載的識(shí)別 并斷電，拔除惡性負(fù)載后，系統(tǒng)重新供電，并用 CAN 通信實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。 本設(shè)計(jì)主要分為硬件、軟件和通信三大部分，本文詳細(xì)介紹了負(fù)載的種類及特性，負(fù)載的識(shí)別原理及研究方法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，初步達(dá)到了惡性負(fù)載識(shí)別的目的，從而 消除了 因使用違章電器帶來(lái)的安全隱患 ，對(duì)學(xué)生安全用電具有重大意義。 關(guān)鍵詞 ： 功率識(shí)別 諧波分離 惡性負(fù)載 Abstract To avoid the students using highpowered violate for electrical leads to dormitory electricity line overload overheat and create a risk of fire hidden such serious， designed a kind of load identifier． Recognizing the load in the apartment of students on the electricity main circuit， Adopts singlechip microputer process and control，Accurately determine access to the load circuit power， voltage， current， harmonics and other characteristics， To identify highpower electrical resistance load and limit its use，In the conservation of electricity， reduce security risks at the same time without affecting the normal use of conventional appliances． First， the sampling voltage and current， After conditioning the signal into the microcontroller through its processing， using C language program to identify and implement the load off a vicious， vicious removal of the load，the system resupply． Using the CAN munication to realize data transmission between the PC and the lower level puter． The design consists of hardware， software and munications of three parts， the paper describes the types and characteristics of the load， the load identification theory and research methods， validated by experiment， preliminary achieved the purpose of malignant load identification． Eliminated the safety hidden danger of students because of the use of illegal appliances， it is of great significance in a safe manner． Key words： Power recognition Harmonic separation Malignant load 目 錄 第 1 章 緒論 １ 課題研究的目的意義 １ 課題發(fā)展現(xiàn)狀 １ 本設(shè)計(jì) 主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) ２ 主要研究?jī)?nèi)容 ２ 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) ２ 第 2 章 負(fù)載分類及特征 ３ 學(xué)生公寓常見(jiàn)的用電負(fù)載類型及其特性 ３ 負(fù)載分類及其特性 ３ 各類負(fù)載接入電路后的特點(diǎn) ３ 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 1