【正文】 由于其欠電壓保護(hù)功能，當(dāng)高壓側(cè)因檢修或故障停電時(shí)，空氣開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，恢復(fù)送電時(shí)需要人工重新合閘。(2)輸出與輸入之間采用光電隔離，可實(shí)現(xiàn)在以弱控強(qiáng)的同時(shí)，做到強(qiáng)電與弱電完全隔離，兩部分之間的安全絕緣電壓大于2 kV，符合國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)。耦合隔離器控制觸發(fā)器開(kāi)關(guān)電路吸收保護(hù)網(wǎng)絡(luò)輸入端輸出端零壓檢測(cè)器圖327 固態(tài)繼電器結(jié)構(gòu)框圖 它一般有5部分組成，其中耦合隔離器的作用是在輸入與輸出兩端電氣上完全隔離下傳遞信號(hào)，控制觸發(fā)器是為后級(jí)開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通提供觸發(fā)，吸收保護(hù)電路的功能是為了防止電源的尖峰和浪涌對(duì)開(kāi)關(guān)電路造成損壞而采用的RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻，零壓檢測(cè)器用于控制開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)刻消除射頻干擾，開(kāi)關(guān)電路是用來(lái)接通或關(guān)斷直流和交流負(fù)載的大功率器件。 主回路設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，風(fēng)機(jī)的保護(hù)部分對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，他決定了這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命及運(yùn)行的可靠性。在使用中往往于啟動(dòng)器串聯(lián)在主回路中一起作用，此時(shí)由啟動(dòng)器的接觸器來(lái)承載啟動(dòng)電流的考核，而其他電器只承載通常運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)過(guò)載電流分段的考核，至于保護(hù)功能由配套的保護(hù)裝置來(lái)完成。當(dāng)由上電進(jìn)入發(fā)射模式時(shí)，TXEN必須保持lms以后才可以往DIN發(fā)送數(shù)據(jù)。接收模塊總是先接受碼流中的同步信息,一旦收到同步信息后立即進(jìn)行位同步,獲得位同步后,進(jìn)行碼同步,碼同步完成后開(kāi)始接收1 個(gè)地址信息。圖316 風(fēng)機(jī)故障顯示電路 在本電路中需要用8輸入或/或非門(mén)對(duì)信號(hào)進(jìn)行選通，下面來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下8輸入或/或非門(mén)芯片CC4078的工作原理。單一的數(shù)據(jù)位更新無(wú)需對(duì)整個(gè)顯示重新寫(xiě)入。另外由于光耦會(huì)產(chǎn)生一些高頻的噪聲，通常在R2處并聯(lián)電容，構(gòu)成低通濾波器，具體電容的值由輸入頻率以及噪聲頻率確定。在后面可以看到，在合理的外圍電路設(shè)計(jì)中，真正影響輸出/輸入比值的是二者的比值K3,線性光耦正利用這種特性才能達(dá)到滿意的線性度的。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端和輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。該電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試非常簡(jiǎn)單,在R和R4確定后,只需根據(jù)輸出電壓Vo的變化范圍確定R1的阻值即可。而其他大多數(shù)寄存器的上電復(fù)位、在正常工作期間用信號(hào)復(fù)位或WDT超時(shí)溢出復(fù)位，在休眠期間信號(hào)復(fù)位以及在掉電鎖存復(fù)位后都會(huì)被復(fù)位成“復(fù)位狀態(tài)”。 圖33 外部時(shí)鐘輸入工作方式 測(cè)試范圍類型頻率OSC1/pFOSC2/pF XT455kHz68～10068～1002MHz15～6815～684MHz15～6815～68 HS 8MHz10～6810～6816MHz10～2210～22以上值僅為推薦值所使用的諧振器455kHzPanasonicEFO——A455K04B177。（僅用于40/44引腳芯片）。低功耗型：在4MHz時(shí)鐘下，電源電壓為5V時(shí)，典型工作電流值小于2ma；在32kHz時(shí)鐘下，電源電壓為3V時(shí)，典型工作電流值小于20μA；典型待命狀態(tài)電流值小于1μA。由于有溫度檢測(cè)，需要A/D轉(zhuǎn)換，且需要較多的I/O口，所以單片機(jī)采用PIC系列微控制器[8]。所以在本設(shè)計(jì)中采用了方案一。復(fù)位電路采用MAX6304芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。（℃）。提供數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)的DCLK 應(yīng)與微控制器輸入端相連，其余引腳用來(lái)監(jiān)視LOCK 信號(hào)（在引腳CHP_OUT）。無(wú)線通信芯片種類繁多，方案選擇CC1000來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。它具有體積小、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。只需要一個(gè)外部電阻，就可以正確地驅(qū)動(dòng)所有LED的段地址。當(dāng)溫度在45℃55℃時(shí)，通常采用全部投入的方式，不利于節(jié)能，也不利于設(shè)備的維護(hù)。本設(shè)計(jì)須完成風(fēng)冷式電力變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)部分的設(shè)計(jì)，主要包括以下工作：（1）收集電力變壓器溫度控制系統(tǒng)的控制原理的實(shí)際資料，確定要保證變壓器風(fēng)冷系統(tǒng)正常運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班所需的遠(yuǎn)程通訊功能，必須采用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)來(lái)完成；為保證風(fēng)機(jī)能可靠安全運(yùn)行，必須收集一既能被單片機(jī)驅(qū)動(dòng)又能保證風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行的元件。變壓器溫控器總存在一些問(wèn)題，如測(cè)溫誤差大、抗干擾能力差等，這些都是在工程界非常棘手的問(wèn)題。為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，應(yīng)該對(duì)變壓器的油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而實(shí)際運(yùn)行中這種控制方式有不少的缺點(diǎn)，如風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)全部投入，沖擊電流太大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案第一節(jié) 系統(tǒng)工作的一般原理傳統(tǒng)的電力變壓器由人工控制風(fēng)機(jī)，每臺(tái)變壓器有6組風(fēng)冷式電動(dòng)機(jī)需要控制，每組風(fēng)機(jī)的保護(hù)通過(guò)熱繼電器實(shí)現(xiàn)，控制風(fēng)機(jī)電源回路通過(guò)接觸器，而風(fēng)機(jī)啟停的邏輯判斷通過(guò)測(cè)量變壓器的油溫和變壓器的過(guò)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)，工作原理如圖21所示。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可可控制八個(gè)數(shù)碼管，特別適用于需要I/O口較多的系統(tǒng)。MAX6304是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉電源后的短時(shí)間內(nèi)再次開(kāi)啟電源，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)工作不正常，這些都很可能是由單片機(jī)監(jiān)控電路設(shè)計(jì)的不可靠引起的。當(dāng)8位數(shù)據(jù)位中的最后一個(gè)字節(jié)位D0 裝入后，整個(gè)數(shù)據(jù)字才被裝入內(nèi)部配置寄存器中。AD系列產(chǎn)品以AD590M的性能最佳，其測(cè)溫范圍是55—+150℃，℃，相應(yīng)時(shí)間僅20μs，℃，功耗約為5mW。但價(jià)格較高。另外本方案還具有很好的經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性，可滿足各種不同變壓器的要求。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分方便。還可選擇不同的振蕩器工作方式，有高速，低功耗CMOS FLASH/EEPROM技術(shù)。 圖32 LP、XT和HS的石英/陶瓷振蕩器 注： （1）C1和C2的推薦值見(jiàn)表34和表35。當(dāng)然，用戶還必須考慮所使用的振蕩電阻和電容變化的影響，圖36是PIC16F877芯片與外部振蕩電容和電阻連接的電路圖。圖32中R8是鉑電阻，其阻值為R(1 +δ),其中R為鉑電阻在0℃時(shí)的阻值。（1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源阻抗較大，通常為幾百K歐姆。HCNR200/201的內(nèi)部框圖如311所示 圖311 HCRN200內(nèi)部框圖其中2引腳作為隔離信號(hào)的輸入，4引腳用于反饋，6引腳用于輸出。電阻的選型需要考慮運(yùn)放的線性范圍和線性光耦的最大工作電流IFmax。MAX7219為8位LED顯示驅(qū)動(dòng)電路，可以連續(xù)的驅(qū)動(dòng)8位7段數(shù)據(jù)顯示。在故障顯示電路中，過(guò)載故障顯示是當(dāng)其中的任意一組風(fēng)機(jī)發(fā)生過(guò)載后，過(guò)載繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槔^電器線圈的得電而接通，觸點(diǎn)一側(cè)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行，過(guò)載信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離送入主控室的單片機(jī)，單片機(jī)接到低電平信號(hào)，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。nRF401 還有待機(jī)工作方式,可以更省電和高效。nRF401無(wú)線收發(fā)芯片有多種工作模式。第六節(jié) 主回路部分設(shè)計(jì) 風(fēng)冷機(jī)的保護(hù)簡(jiǎn)要介紹風(fēng)冷式電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)的一種形式。因此達(dá)到對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的[20]。它利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路（輸入端）與負(fù)載回路（輸出端）之間的電隔離和信號(hào)耦合，而沒(méi)有任何可動(dòng)部件和觸頭，實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器。而在相應(yīng)的控制回路中產(chǎn)生的射頻干擾也大大減少。在此過(guò)程中，繼電器主要起了傳遞信號(hào)的作用。HSQ6系列屬于PC級(jí)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器 ,在轉(zhuǎn)換電源期間中止向負(fù)載供電。(5)有多種規(guī)格可選擇：輸入有電阻限流直流恒流直流和交流等類型。圖328 過(guò)零輸出型交流固態(tài)繼電器的內(nèi)部電路原理圖固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路、隔離（耦合）電路和輸出電路。圖324 主回路一方案二：圖325也是一組風(fēng)機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，用了一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，一個(gè)熱過(guò)載繼電器，一個(gè)接觸器，六個(gè)小型繼電器，一臺(tái)小風(fēng)機(jī)配了三個(gè)小繼電器，一旦發(fā)生缺相，立即報(bào)警，并將這組風(fēng)機(jī)從系統(tǒng)切除，維護(hù)了其他組風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。詳細(xì)分析電動(dòng)機(jī)損壞的主要原因，能夠幫助正確地使用和維護(hù)電動(dòng)機(jī)，并能減少不應(yīng)有電動(dòng)機(jī)的損壞。應(yīng)用電路及設(shè)計(jì)應(yīng)注意問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中，微控制器采用Microchip公司的PIC16F877單片機(jī)，分別用單片機(jī)的RCRCRCRCRE2口各管腳控制nRF401的DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS這五個(gè)腳即可。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器、鎖相環(huán)(PLL)，壓控振蕩器(VCO)，頻率合成器等電路。第五節(jié) 無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)變壓器的無(wú)人看守，因此需要將現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)，故障信號(hào)送入控制室，以便于工作人員隨時(shí)掌握變壓器現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況。主要特性：⑴ 獨(dú)立的LED段碼控制 ⑵ BCD譯碼與段碼兩種模式選擇⑶ 150μA的低功耗關(guān)閉模式（數(shù)據(jù)保留）⑷ 數(shù)字化的光亮控制⑸ 驅(qū)動(dòng)共陰極LED顯示⑹ 24管腳封裝MAX7219和單片機(jī)連接有三條引線（DIN、CLK、LOAD）采用16位數(shù)據(jù)串行移位接收方式。 經(jīng)過(guò)線形光耦的隔離可以很好地抑制現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo)。采用HCNR200/201進(jìn)行隔離的一些指標(biāo)如下所示：* 線性度：HCNR200：%，HCNR201：%；* 線性系數(shù)K3：HCNR200：15%，HCNR201：5%；* 溫度系數(shù)： 65ppm/℃；* 隔離電壓：1414V；* 信號(hào)帶寬：直流到大于1MHz。普通的光耦在數(shù)字隔離電路或數(shù)據(jù)傳輸電路中常常用到，如UART協(xié)議的20mA電流環(huán)。 光電耦合隔離放大電路由于現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾特別大，工作環(huán)境比較惡劣，如果要使溫控器在此環(huán)境中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，就必須解決溫控器的抗干擾問(wèn)題，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，甚至造成巨大的損失。表38為狀態(tài)寄存器STATUS中和位在不同復(fù)位方式下的不同的值，在軟件中可以利用這些位來(lái)確定發(fā)生復(fù)位的方式。%8MHzMurata Erie 177。 由以上對(duì)單片機(jī)的介紹可以看出，PIC單片機(jī)性能高，并且自身帶有10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器，在溫度檢測(cè)信號(hào)后就不需要設(shè)計(jì)專門(mén)電路來(lái)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所以應(yīng)用電路比較簡(jiǎn)單，因此在本設(shè)計(jì)中就選用了PIC16F877單片機(jī)。 （3）低功耗：PIC采用CMOS設(shè)計(jì)結(jié)合了諸多的節(jié)電特性，使其功耗較低，PIC百分之百的靜態(tài)設(shè)計(jì)可進(jìn)入休眠省電狀態(tài)而不影響喚醒后的正常工作。使用戶隨時(shí)了解變壓器及風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。本設(shè)計(jì)的成本較高，但可靠性更強(qiáng)，適用于對(duì)可靠性要求較高且不在乎成本的場(chǎng)合。（二）通訊電路RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD 將串行口的TTL 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)A、B 兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號(hào)還原成TTL電平信號(hào)。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測(cè)溫誤差小，動(dòng)態(tài)阻抗低，傳輸距離遠(yuǎn)，體積小，微功耗等特點(diǎn)。它具有低電壓（～），極低的功耗，可編程輸出功率（20～10dBm），高靈敏度（一般109dBm），小尺寸（TSSOP28封裝），集成了位同步器等特點(diǎn)。DS18B20與單片機(jī)的接口電路如圖23所示。nRF401 是一個(gè)433 MHz 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計(jì)的真正單片無(wú)線收發(fā)芯片,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。 三 相電 源接觸器熱繼電器 風(fēng)冷電機(jī)變壓器過(guò)負(fù)荷變壓器油溫檢測(cè)機(jī)電邏輯處理系統(tǒng)圖21 傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)工作原理圖第二節(jié) 智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)以PIC16F877單片機(jī)為核心完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求對(duì)油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集結(jié)果送入MCU進(jìn)行處理，然后按照工藝要求進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器溫度的全自動(dòng)遠(yuǎn)程和就地監(jiān)控，系統(tǒng)要具有完善的保護(hù)功能，包括過(guò)壓、過(guò)載、缺相檢測(cè)和保護(hù)，還要具備故障自診斷功能，在故障出現(xiàn)時(shí)，給出故障信息，顯示故障類型，便于工作人員及時(shí)進(jìn)行檢修；使用無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)變壓器控制器與中心控制室之間的數(shù)據(jù)通信。（4）根據(jù)設(shè)計(jì)原則完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。針對(duì)電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，可以采用的智能溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)采集、顯示、風(fēng)機(jī)的順序起停。大容量的變壓器已經(jīng)采用導(dǎo)向冷卻，在繞組和鐵心內(nèi)部，設(shè)有一定的油路，使進(jìn)入油箱內(nèi)的冷油全部通過(guò)繞組和鐵芯內(nèi)部流出，這樣帶走了大量的熱量，可以提高散熱效率。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)在我們的生活中，電力安全是至關(guān)重要的，而電力變壓器又是電力系統(tǒng)的重要組成部分。 主要技術(shù)指標(biāo)控制系統(tǒng)的工作電源為220V/50HZ的工頻交流電，容量為31500KVA；風(fēng)機(jī)有6組，每組2個(gè)風(fēng)機(jī)，均勻排列在變壓器四周，；溫度測(cè)量范圍為0100℃，溫度采集精度為177。方案采用PIC16F877單片機(jī)，PIC處理器具有不同于一般微處理器的許多特性，它給出最大系統(tǒng)可靠性，通過(guò)減少外部元件使成本最小。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。采用了MAX7219驅(qū)動(dòng)器，對(duì)溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)輸出顯示，根據(jù)精度要求，設(shè)置一位小數(shù)。所有寄存器都可讀。例如，由ADI公司生產(chǎn)的AD590，就有90J/K/L/M四檔。半雙工通信芯片有SN7517SN7527SN75LBC18MAX48MAX308MAX1482等。在方案一中，單片機(jī)選用了PIC16F877，具有高性能、高可靠性、端口多等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)射功率可調(diào), 最大發(fā)射功率10 dBm,接收靈敏度 105dBm，具有工作半徑大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。中斷能力多達(dá)14個(gè)內(nèi)部/外部中斷源。16位的比較輸出的最大分辨率為200ns，脈寬調(diào)制（PWM）輸出的最大分辨率為10位。在這3種方式下，也可以用外部時(shí)鐘源加在O