【文章內(nèi)容簡介】 常情況下通過零序電流互器 TAN 的一次側(cè)電流的相量和等于零，公式如下 0LNII?? (11) 這樣， 各相線工作電流在零序電流互感器環(huán)形鐵心中所產(chǎn)生的磁通量和也為零，公式為 0LN???? (12) 因此，這時零序電流互感器的二次線圈沒有感應(yīng)電壓輸出，漏電斷路器不動作，對被保護電路保持正常供電。當被保護電流有人觸電或出現(xiàn)其他接地捅電故障時，由于漏電電流的存在，使得通過電流互感器一次側(cè)的各相負荷電流 (包括中性線電流 )的相量不再為零，也就是 L N nI I I??? (13) 它為剩余電流，在本文中表示漏電電流。一般在被保護電路中，如果被保護的電路中電流相量和不為零，那么磁通就會在其鐵心中產(chǎn)生，公式如下 L N n? ? ???? (14) 此時漏電脫扣器會收到其二次繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢信號，當這信號達到一定值時，電子控制的漏電脫扣器動將會發(fā)出相應(yīng)操作，此操作會使漏電保護器主開關(guān)斷開，從而在極短的時間內(nèi)主動切開電源，避免事故的發(fā)生 [8]。 智能漏電保護器 智能漏電保護器的主要特點 當線路 發(fā)生漏電 情況 以及人身觸電 時，漏電保護器能夠斷閘 保護， 當發(fā)生短路和電流過載時也可以派上用場，另外 在 一般 情況下 亦可以當做 線路的轉(zhuǎn)換 開關(guān)使用，其在許多場合中有著廣泛應(yīng)用。漏電保護器主要由放大器、零序電流互感器和漏電動作脫扣器等部分組成，其可靠性良好，性能相對穩(wěn)定。 智能型漏電保護器除了具備傳統(tǒng)保護器的各種用途外，而且還可以顯現(xiàn)各種電路指標，例如電流，電壓，功率，功率因數(shù)，這些指標根據(jù)需要可以隨時顯現(xiàn)，設(shè)置和修改。前者較后者來說，它擁有許多領(lǐng)先的地方： ，靈敏度好 ，適應(yīng)性高 ，更適合現(xiàn)代復(fù)雜配電電網(wǎng)的要求。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 8 智能漏電保護器工作原理 智能漏電保護器的工作原理為將零序電流互感器測到的信號送到運算放大器對信號進行放大，再由帶 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機對漏電電流信號進行高速采樣和數(shù)字轉(zhuǎn)換，求得直流漏電電流平均值、緩變交流漏電電流有效值，并以此有效值求出突變漏電電流值，最后將處理得到的數(shù)據(jù)結(jié)果與規(guī)定的額定動作值進行比較，當實際電流值達到額定動作值時，根據(jù)用戶的延時要求，驅(qū)動斷路器斷開，并實現(xiàn)自動重合閘和漏電電流跟蹤和記憶功能 [9]。 漏電保護器主要由檢測 單元 、中間環(huán)節(jié)和執(zhí)行機構(gòu) 三個部 分組成 。 檢測元件為 零序 電流互感器，它由封閉的環(huán)形鐵心和一次、二次繞組構(gòu)成，一次繞組有被保護電路的相、線電流流過， 其作用是將采集到的漏電流信號轉(zhuǎn)換成中間環(huán)節(jié)可以接受的電壓或功率信號。 中間環(huán)節(jié)采用運算放大器和單片機控制系統(tǒng)，對漏電信號進行處理 (變換、放大和比較 )和動作控制。因此通常包括放大器、比較器和脫扣器等。 執(zhí)行單元通常由 脫扣器的保護器或交流接觸器 的器件組成 。 根據(jù)中間環(huán)節(jié)發(fā)出的指令，來切斷保護電路的電源。 圖 22 表示 智能型漏電保護器的 動作 原理： 零 零 零 零 零零 零零 零 零 零 零 零 零零 零零 零零 零零 零 圖 22 智能型漏電保護器的原理 展示 圖 本章小結(jié) 當線路 發(fā)生漏電 情況 以及人身觸電 時，漏電保護器能夠斷閘 保護， 當發(fā)生短路和電流過載時也可以派上用場，另外 在 一般 情況下 亦可以當做 線路的轉(zhuǎn)換 開關(guān)使用，其在許多場合中有著廣泛應(yīng)用。 漏電保護器主要由放大器、零序電流互感器和漏電動作脫扣器等部分組成，其可靠性良好，性能相對穩(wěn)定。 智能型漏電保護器除了具備傳統(tǒng)保護裝置的各種用途外，而且還可以顯示各種電路指標，各種指標也可以顯示，設(shè)置和修改。具有穩(wěn)定性高，功能靈活，自適應(yīng)強，性價比高的優(yōu)點。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 9 第 3 章 漏電保護器的硬件設(shè) 計 硬件設(shè)計整體思路 零 零 零零 零 零 零 零 零零 零 零零 零 零 零零 零 零 零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零 圖 31 智能漏電保護器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 智能型漏電保護器的硬件主要由漏電檢測電路、相位同步電路、漏電動作電流 和延時 設(shè)定電路、 液晶 顯示電路、單片機控制單元和動作執(zhí)行單元等部分組成。 漏電檢測電路由零序電流互感器和信號處理單元組成 ,這部分電路將檢測出漏電信號送到單片機的 A/D 輸入通道，轉(zhuǎn)換為單片機可以處理的數(shù)字信號 。 相位同步電路負責將電網(wǎng)的電壓信號與漏電信號的相位進行比較 ,單片機根據(jù)它們的相位差來判斷各相漏電電 流 。 漏電動作電流和時間設(shè)定電路是來設(shè)定額定漏電動作電流及動作時間 ,根據(jù)需要也可以設(shè)定為單片機自動選擇額定漏電動作電流 。漏電數(shù)字顯示單元主要呈現(xiàn)發(fā)生故障時線路中的漏電電流的大小以及執(zhí)行操作的原因，通常由單片機控制。 動作執(zhí)行單元直接由單片機控制，完成漏電保護功能。 本文采用 PIC16F877 系列單片機 ， 在智能型漏電保護器中起著“大腦”的作用。 智能化漏電保護器是在 PIC16F877 單片機的控制下完成的 ,其控制軟件由四部分組成 ,即上電初始化模塊、漏電信號分析模塊、漏電電流顯示模塊、漏電動作輸出模塊。上電初始化模塊主 要完成上電后的初始化 ,對PIC16F877 的端口進行初始化 ,還包括根據(jù)外部設(shè)置狀態(tài)確定額定漏電動作哈爾濱理工大學學 士學位論文 10 電流和動作時間。漏電信號分析模塊主要通過 A/D 轉(zhuǎn)換后 ,將漏電模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 ,對于三相電網(wǎng)來說 ,還要將各相漏電電流分離出來。漏電電流顯示模塊采用動態(tài)掃描輸出方式，交替顯示總漏電電流、 A 相漏電電流、B 相 漏電電流、 C 相漏電電流。漏電動作輸出模塊主要是將漏電電流與漏電動作值進行比較，當漏電電流大于設(shè)定值時 ,單片機發(fā)出動作信號 [10]。 電路基本原理圖如 32 所示： V D D47K47KR S E T10K10K 10K 10KS1S2S4S3V D D4. 7K0. 5K20KD31 2H E A D E R 2N12N 2222AP C 817 12V+ 12VV S S1V D D2V E E3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714L C DC O N 145VR3R7R1R2R5C1C2C3R6+ 5VVV+互感器二次側(cè)0. 4uF470P F4uFD1L M 339AL M 33924K5K M5K M5K M5V1234i ( t )R A 5M C L R / V P P1R A 0/ A N 02R A 1/ A N 13R A 2/ A N 2/ V R E F 4R A 3/ A N 3/ V R E F +5R A 4/ T 06R A 5/ A N 4/ S S7R E 0/ R D / A N 58R E 1/ W R / A N 69R E 2/ C S / A N 710V D D11V S S12O S C 1/ C L K I N13O S C 2/ C L K O U T14R C 0/ T 1O S O15R C 1/ T 1O S I16R C 2/ C C P 117R C 3/ S C K18R D 0/ P S P 019R D 1/ P S P 120R C 4/ S D I / S D A21R C 5/ S D O22R C 6/ T X / C K23R C 7/ R X / D T24R D 2/ P S P 225R D 3/ P S P 326R D 4/ P S P 427R D 5/ P S P 528R D 6/ P S P 629R D 7/ P S P 730V S S31V D D32R B 0/ I N T33R B 134R B 235R B 336R B 437R B 538R B 6/ P G C39R B 7/ P C G40U1P I C 16F 877Y112M H ZC130uFC230uF 圖 32 硬件電路基本原理圖 零序電流 互感器的選擇 零序電流為整個系統(tǒng)的最原始信號，它直接決定了系統(tǒng)的精確與否，是一個很關(guān)鍵的參數(shù)。不同類型的零序電流互感器的零序電流范圍以及指標也不一樣，那么就有必要挑選合適的零序電流互感器。 通常的零序電流互感器的原方零序電流小于 2～ 5A 時有較大的變化和相位差別，滿足不了微處理器檢測裝置的要求， LWJZ3 型的零序電流互感器的精準度比較高，即使原方零序電流在 ～ 時，也能保證所需要的精度，電流超過 時更為精準，變比誤差小于 1%，角誤差在 1 度以下。輸出信號還要通過平波電抗器進一步操作。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 11 單片機的選擇 PIC 系列 單片機 由美國 Micrchip 科技公司 生產(chǎn)的， 公司主要從事和生產(chǎn)各類型，功能的單片機，性價比高 ，在單片機領(lǐng)域影響巨大。 PIC 采用了 RISC結(jié)構(gòu)的嵌入式微處理器， PIC 系列 的單片機的指令更為精簡，硬件可靠性高，制作獨特 。 相對于初學者來說它是最方便入門學習的 ， 同時它也是使 用 最廣泛 的單片機品種之一 [11]。 PIC16F877 單片機內(nèi)部資源 很多 ， 在 工業(yè) 生產(chǎn)制造方面應(yīng)用很廣 。它具有以 下優(yōu)點： 。 ，僅僅有 35 條，絕大數(shù)為單周期指令 ，執(zhí)行速度快。 ，驅(qū)動能力強。 PIC 采取全靜態(tài) CMOOS 設(shè)計，功損很小很小。片內(nèi)有上電復(fù)位電路、跟蹤顯示電路、 RC 振蕩器電路選擇等，不必再增設(shè)外圍電路，節(jié)約經(jīng)濟，損耗小。 。 1K 字節(jié)的存儲器空間， PIC 系列的單片機能夠存放的指令數(shù)可達 1024條，而 MCS51 這樣的單片機，大約只能存放 600 條指令?？梢姳?51 單片機優(yōu)越的多。 。 發(fā)光二極管 LED、光電耦合器或者微型繼電器等可以通過 I/O 端口直接驅(qū)動。 。 PIC 系列單片機采用相對獨立的尋址方式。 可以最大程度地減少或免用外接器件，常用的電復(fù)位電路、 I/O引角上拉電路、看門狗定時器等上面都有集成。 。 對于 PIC 系列中的任一款單片機的來說，任何一套免費軟件綜合開發(fā)環(huán)境，都能實現(xiàn)程序編寫和模擬仿真。 。 PIC 單片機不搞簡單的功能堆積。眾多型號的單片機其運行性能有高有低，片上功能資源有多有少，但始終保持了高度一致的可移植性。這樣，設(shè)計工程師就可以在最初定方案時挑選一款功能最恰當?shù)男酒S著開發(fā)的深入，能夠隨時方便的將整個設(shè)計移植到其他型號的單片機上，保證最終產(chǎn) 品中使用的單片機不會有太多的資源浪費，提高了產(chǎn)品的性價比。 通過以上的羅列， PIC 系列單片機有很多獨具的優(yōu)勢，因此本論文用這一系列的單片機作為微控制單元，具體型號為 PIC16F877，引腳圖如圖 33所示： 哈爾濱理工大學學 士學位論文 12 M C L R /V PP1R A 0/ A N 02R A 1/ A N 13R A 2/ A N 2/ V R E F4R A 3/ A N 3/ V R E F+5R A 4/ T 06R A 5/ A N 4/ SS7R E 0/ R D / A N 58R E 1/ W R / A N 69R E 2/ C S/ A N 710V D D11V SS12O SC 1/ C L K IN13O SC 2/ C L K O U T14R C 0/ T 1O SO15R C 1/ T 1O SI16R C 2/ C C P117R C 3/ SC K18R D 0/ PSP 019R D 1/ PSP 120R C 4/ SD I /SD A21R C 5/ SD O22R C 6/ T X / C K23R C 7/ R X / D T24R D 2/ PSP 225R D 3/ PSP 326R D 4/ PSP 427R D 5/ PSP 528R D 6/ PSP 629R D 7/ PSP 730V SS31V D D32R B 0/ I N T33R B 134R B 235R B 336R B 437R B 538R B 6/ PG C39R B 7/ PC G