【正文】 第 4 章 DW450 分勵(lì)脫扣器硬件電路設(shè)計(jì) 25 圖 49 驅(qū)動(dòng)電路仿真圖 上圖中 R1 是線圈本身帶有的那部分電阻， L1 是等效之后的電感，將兩者串聯(lián)之后模擬。一般常見(jiàn)的電路仿真軟件有 Protues、 Simulink、 Multisim 等。 圖 49 絕緣柵場(chǎng)效晶體管 當(dāng) PWM 信號(hào)處在低電平狀態(tài)下時(shí)，此時(shí)發(fā)射極電阻 RX1 處在正向偏置晶體管導(dǎo)通，導(dǎo)通管 TX1，而對(duì)于電阻 RX3 進(jìn)行分壓使得晶體管 TX2 導(dǎo)通的基極處在偏置電壓，由串聯(lián)穩(wěn)壓電路 12V 電壓經(jīng)過(guò)限流電阻 RX4 的作用加在到功率 NMOS 管 TX3 的柵極， TX3 開(kāi)通，電磁鐵線圈得電。 絕緣柵場(chǎng)效晶體管全稱金屬 氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管，一般把它分成兩種溝道，分別是 N 溝道與 P 溝道。 這里 R1 和 R2 均取 510K 用兩個(gè)電阻串聯(lián)代替一個(gè)電阻的作用是分壓，防止電阻擊穿。但是輸出范圍在 ~ 之間。 EMC 電路如圖 410。單片機(jī)引腳圖如下圖 43 所 示。它是一種可以同時(shí)用來(lái)完成多個(gè)任務(wù)功能的 CPU 因?yàn)樗膱?zhí)行單元有著極強(qiáng)的分散作用。 （ 3） I/O 端功能強(qiáng)大。如下圖 42 所示。 DW450 分勵(lì)脫扣器動(dòng)作電壓參數(shù)曲線如圖 41 所示。 6 線圈繞組匝數(shù) W 設(shè)計(jì) jdFW ?? （ 37） 第 3 章 欠壓脫扣器執(zhí)行元件計(jì)算 12 電流密度 )/( 2mmmAj ： 24RdUqIj ??? （ 38） 22 / 2204 mmmA??? ?? 所以 22 ????? ?jd FW （匝） 7 線圈繞組電阻設(shè)計(jì) 匝長(zhǎng) ： mcmDl cp 1 1 ?????? ? 電阻： 220 4 dWlR cp?????? （ 39） ??? ??? 42? 驗(yàn)算 1 吸力 cmkgRBQ H / 222212 ????? ?? 吸力 NNF ?? 完全符合我們的要求。 參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì) 1 電磁鐵的結(jié)構(gòu)系數(shù)設(shè)計(jì) HHQK ??? （ 31） cmkg / ?? 螺線管式電磁鐵的最優(yōu)磁通密度與線圈尺寸的曲線得 45005 ?B 高， ??RR l 。 分 勵(lì) 脫 扣 器2 2 0 V 圖 21 工作原理 設(shè)計(jì)問(wèn)題 現(xiàn)在在市場(chǎng)上使用的大量的脫扣器主要部分還是電磁型的，雖然這種電磁型脫扣器在斷電的時(shí)候就會(huì)自己復(fù)位，但是它的線圈并沒(méi)有斷開(kāi)而是一直處在通電的狀態(tài)下，這就會(huì)使得一直伴有功率輸出，而且同時(shí)復(fù)位彈簧一直也處在受力之中，最終會(huì)導(dǎo)致線圈發(fā)熱嚴(yán)重、使得電子器件老化，器件的使用壽命大大減小，同時(shí)彈簧由于長(zhǎng)時(shí)間處在這種狀態(tài)下早就已經(jīng)疲軟失效，這些都是電磁型脫扣設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)常見(jiàn)的問(wèn)題。 斷路器自身有著調(diào)脫扣裝置，其電壓的設(shè)定值（滿足電流的設(shè)定值）應(yīng)在表盤上的刻度上進(jìn)行必要的指示。而且各個(gè)元件越 來(lái)越小，現(xiàn)在很多的新型單片機(jī)做得也越來(lái)越小。 （ 3）斷路器工作時(shí)的極限分?jǐn)嗄芰?yīng)該大于或者等于電路最大短路電流。利用它對(duì)短路電流能夠產(chǎn)生很大的的吸力，可以使得觸點(diǎn)快速斷開(kāi)和閉合，這就能夠在在交流短路電流達(dá)到峰值就提早把把故障電路切斷，因此限流斷路器廣泛用在短路電流相當(dāng)大的電路中。斷路器中常開(kāi)的的觸頭在當(dāng)電源電壓正常工作的時(shí)候可以緊閉，而當(dāng)電磁鐵的線圈部分因此而得到通 電，就會(huì)產(chǎn)生一定的吸力，這樣就能把銜鐵部分帶動(dòng)，主觸頭可以保持在閉合的狀態(tài)上，斷路器也可以處在工作狀態(tài)中。因?yàn)橛羞@樣的優(yōu)點(diǎn)，使得他得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)不僅可以用來(lái)保護(hù)電路，例如 PLC 中 220V 電壓的入口處，還可以用于異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電路中，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行必要的安全防護(hù)，它相當(dāng)于熔斷器和熱繼電器相結(jié)合，當(dāng)有大電流通過(guò)時(shí)，不需要對(duì) 其進(jìn)行更改，同時(shí)它可還用于過(guò)載，欠壓，漏電等電路中，因此它是一類常用的器件。 側(cè)重對(duì)硬件的設(shè)計(jì)，盡量對(duì)硬件電路進(jìn)行模塊化，接著對(duì)硬件電路的各塊進(jìn)行調(diào)試以及仿真。 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 題目 ： 具備分勵(lì)保持功能的 DW450分勵(lì)脫扣器設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院： 電氣與光電工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 13 電二 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 13021207 指導(dǎo)教師： 職稱： 教授 評(píng)閱教師： 職稱： 2017 年 6 月 SJ0051 摘要 摘要 電力產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展， 人們的生活越來(lái)越離不開(kāi)電了， 電力安全也變得十分重要。再就選用的單片機(jī)，設(shè)計(jì)與調(diào)試軟件程序部分。 低壓斷路器的分類 低壓斷路器我們一般把它分成很多種類，以下就是主要的幾種主要的分類： 如果按照結(jié)構(gòu)來(lái)分的話，我們可以把它分成框架式以及塑料外殼式這兩種。斷路器大部分都具有短路時(shí)自動(dòng)鎖定的功能，這樣就可以防止發(fā)生斷路器處在事故的時(shí)候但是并沒(méi)有革除的情勢(shì)下合閘。這種斷路器主要型號(hào)有 DZX DWX15 兩 種系列。 （ 4）欠壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。總而言之，脫扣器越來(lái)越智能同時(shí)體積也越來(lái)越朝著小型化發(fā)展， 由于執(zhí)行部件發(fā)生故障的概率比較小，那么欠壓脫扣器的性能，大多數(shù)情況下都是由測(cè)控電路來(lái)決定的，因?yàn)殡姶旁陨砭哂凶詮?fù)位脫扣的功能，而且它仍然被廣泛的應(yīng)用在斷路器上面，并且它的可靠性的大大提高、但是體積卻大大縮小、并且價(jià)格的低廉是未來(lái)總的趨勢(shì)。此標(biāo)志能夠用安培數(shù)或者電流倍數(shù)的值在脫扣器上進(jìn)行明確的標(biāo)示清楚，當(dāng)過(guò)載脫扣器的動(dòng)作特性滿足我們所需的設(shè)計(jì)要求的時(shí)候，此時(shí)在標(biāo)上其額定電流。 第 2 章 分勵(lì)脫扣器的現(xiàn)狀與改進(jìn) 8 螺線管式的電磁鐵在直 交流電路上，都得到了比較廣泛的運(yùn)用。 2 銜鐵半徑設(shè)計(jì) 第 3 章 欠壓脫扣器執(zhí)行元件計(jì)算 10 電磁吸力公式： 22125000RBQH ??? （ 32） 根據(jù)公式 （ 32） 可以求得銜鐵半徑為： cmB QR H 2 21 ??? ?? 3 線圈繞組磁動(dòng)勢(shì)設(shè)計(jì) CTKBF ????? （ 33） 其中： CTK 取 ~ 。 填充系數(shù) Kf LRRqWfK )( 12?? （ 310） 漆包線截面面積： 222 mmdq ???? ?? 8)( 174 ???? ??Kf 第 3 章 欠壓脫扣器執(zhí)行元件計(jì)算 13 2 磁動(dòng)勢(shì) 3 3 2 11 7 4 ????? IWF （安匝） （ 311） 所得數(shù)據(jù)按如圖 31 所示： 釋 放 線 圈支 撐 塊潤(rùn) 滑 套線 圈 骨 架定 位 銷外 殼 （ 靜 鐵 芯 ）動(dòng) 鐵 芯28124 2205 34 53.5吸 合 線 圈 圖 31 電磁鐵結(jié)構(gòu) 第三章我對(duì)欠壓脫扣器在前面研究的基礎(chǔ)之上在做了一次更為深入的分析，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)兩種不同控制形式欠壓脫扣器之間的差異，并根據(jù)差異做出相關(guān)的分析，從而總結(jié)出了分勵(lì)欠壓脫扣器在目前來(lái)說(shuō)依舊存在的不足以及許多地方是需要更加優(yōu)化的地方，同時(shí)也提出了新型分勵(lì)欠壓脫扣器的設(shè)計(jì)思路。 圖 41 DW450 工作狀態(tài)示意圖 依據(jù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，如果當(dāng)采樣電壓大于 70%Ue 的時(shí)候，電磁鐵就會(huì)產(chǎn)生吸合，吸合是一個(gè)脈沖，之后是通過(guò)脈寬調(diào)制使得電磁鐵兩端電壓下降到工作電壓的百分之左右，并且要同時(shí)保持電磁鐵不產(chǎn)生脫扣現(xiàn)象。 E M C電 路全 波 整流 電 路V H過(guò) 零 電 路采 樣 電 路串 聯(lián) 穩(wěn) 壓 電路單 片 機(jī) M o s 管 驅(qū) 動(dòng) 電 路分 勵(lì)線 圈V HLNP W MC D 0 S A 圖 42 PWM 控制技術(shù)方案 輸入線路交流電壓 L,N 在經(jīng)過(guò) EMC 電路進(jìn)行濾波之后，就可以形成兩次電源電壓。 這使得很多使用硬件電路都難以實(shí)現(xiàn)的功能都可以用這個(gè)軟件 輕易做到，這給設(shè)計(jì)電路帶來(lái)極大的方便。 它就像人類身體組織中的大腦環(huán)節(jié)， PIC 共享類似于人的神經(jīng)系統(tǒng)，同時(shí) PIC 單片機(jī)也有著強(qiáng)大的計(jì)算能力以及記憶內(nèi)存的作用，一般存儲(chǔ)器容量有 1K4K 字節(jié)可以用來(lái)專門編寫(xiě)相關(guān)軟件。 第 4 章 DW450 分勵(lì)脫扣器硬件電路設(shè)計(jì) 18 S AV D D1G P 5 / T 1 C K I / O S C 1 / C L K I N2G P 3 / M C L R / V P P4G P 4 / A N 3 / T 1 G / O S C 2 / C L K O U T3V S S8G P 0 / A N 0 / C I N + / I C S P D A T / U L P W U7G P 1 / A N 1 / C I N / V R E F / I C S P C L K6G P 2 / A N 2 / T 0 C K I / I N T / C O U T / C C P 15U 1P I C 1 2 F 6 8 3V C CO U TT 1T 2R E ST 2T 1止 鎖 時(shí) 間 設(shè) 定Z E R O 圖 43 單片機(jī)引腳圖 PIC12F683 單片機(jī)的引腳功能陳列的形式說(shuō)明如下表 41 所示。 L10n/2KVCL210n/KVLNRV1DN468KR7 圖 410 EMC 電路圖 （ 1） CL CL2 是 差模濾波電容， 它的 主要 的功能就是 濾除差模干擾 得影響 ，在電路中取 電容 的區(qū)間是 ~，選取典型值 10n/2KV； （ 2） 選 用 了 壓敏電阻 RV0 并聯(lián) 在 L 與 N 線 之 間 ，是為了起放雷防護(hù)的作用；壓敏電阻的特點(diǎn)是當(dāng)兩端的電壓低于它的設(shè)定值時(shí)，流過(guò)它的電流會(huì)很小， 此時(shí)電路可以看作為斷路；而當(dāng)電壓如果超過(guò)設(shè)定值時(shí)，它的阻值又會(huì)變小，流過(guò)電路的電流增大但不影響其它電路工作， EMC 電路中的各元件也都參照其經(jīng)典值來(lái)選取的。 HT7130 的主要特點(diǎn)有下面幾個(gè)： （ 1） 高輸入電壓（可達(dá) 24V），輸出電壓 3~5%V （ 2） 壓降低，功耗低，溫度系數(shù)低。 VH 的最高電壓為 220 120%=264V，給單片機(jī)提供 3V 的電壓， 264*（ R1+R2+R3） R3=3V,即： R3=，取 10K。就像二極管也有兩種溝道，接下來(lái)我們首先以 N 溝道為例，絕緣柵場(chǎng)效晶體管的結(jié)構(gòu)如圖 49 所示，它是用一種 P 型半導(dǎo)體作為它的基礎(chǔ)， P 區(qū)表面上偶第 4 章 DW450 分勵(lì)脫扣器硬件電路設(shè)計(jì) 23 兩個(gè)挨得距離距離很近的 N 型半導(dǎo)體塊，在 它的表面覆蓋了一層二氧化硅絕緣層但 N 型半導(dǎo)體塊是能夠和外界用導(dǎo)體進(jìn)行導(dǎo)通的，我們把其中的一個(gè)叫作稱之為源極 S，一個(gè)叫作漏極 D，在二氧化硅絕緣層上面兩個(gè) N 區(qū)之間還有一個(gè)柵極 G，柵極與其他部位是絕緣的，如果只接通源極 S 和漏極 D 那是肯定不能導(dǎo)通的，它的組成結(jié)構(gòu)機(jī)理與爽警惕二極管差不多，但是原理卻截然不同。 當(dāng) PWM 信號(hào)為高電平時(shí)，此時(shí)發(fā)射電阻 RX1 處在反向偏置，晶體管將處在截至狀態(tài)下，這個(gè)時(shí)候 TX1 截止，而對(duì)于 TX2 本省又沒(méi)有基極電流而截止。 1. Multisim 仿真軟件 Multisim 軟件在所有電路仿真之中對(duì)模擬電路和數(shù)字電路的仿真是最為方便，而且入門簡(jiǎn)單。示波器中出現(xiàn)的波形如圖 410 所示。 第 4 章 DW450 分勵(lì)脫扣器硬件電路設(shè)計(jì) 26 PWM 頻率與控制 電