【文章內(nèi)容簡介】 元、控制單元、顯示單元、參數(shù)調(diào)整單元等組成。 輸入單元是斷路器中電流互感器的次級線圈輸入點。 電源單元產(chǎn)生整個控制器電子電路工作需要的+5V電源。 信號處理單元是對輸入的電流信號進(jìn)行放大。 控制單元主要是對處理過后電流信號進(jìn)行判斷，根據(jù)不同情況發(fā)出不同指令。 顯示單元為發(fā)光二極管，滿足過載預(yù)報警功能。 參數(shù)調(diào)整單元是根據(jù)使用條件直接調(diào)節(jié)參數(shù)，滿足現(xiàn)場可調(diào)功能。 電源單元 輸入、電源部分工作原理 圖6 電源框圖 +5V電源的產(chǎn)生：是由電流互感器的能量線圈產(chǎn)生，該信號經(jīng)過整流后通過穩(wěn)壓電路然后得到。 優(yōu)點：自供電模式，不外接電源，方便、簡單、安全。 缺點：（1）它與通過斷路器的電流有關(guān)，當(dāng)通過電流小于一定值時，由此產(chǎn)生的電源會功耗不夠，使控制器不能正常工作。 （2）電源受通過斷路器的電流影響較大，容易受到干擾。 措施：（1）對傳統(tǒng)的電流互感器進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)低壓斷路器通過電流的特點增加匝數(shù)、減小線徑，使它功率損耗。 （2）盡量使用低功耗元件，減小功率損耗。 （3）對穩(wěn)壓電路進(jìn)行必要的處理，使受干擾程度降低。 （4）必要的時候可以增加一個外部電源供電。 、工作電路介紹 圖7 電源穩(wěn)壓及基準(zhǔn)電路本電路通過信號采集得到的信號經(jīng)過由DDDD4組成的電橋電路進(jìn)行全波整流，得到15V的電壓輸出。再通過電容CC2和三端穩(wěn)壓器LM7805CT對15V的不平滑電壓變成5V的平滑的直流電壓，即一級穩(wěn)壓。再通過TL431ACD對上一級得到的電壓進(jìn)行可調(diào)分壓，最后得到更加穩(wěn)定的5V基準(zhǔn)電源。 信號處理單元1）信號處理的算法。 有效值計算子程序完成電流、電壓的均方根值計算，有A、B、C、N四相電流，接地電流，三相電壓共8個物理量。有效值處理一周期處理一次，對于50Hz工頻周期為20ms。A/D采樣率為一周期64點（N=64），將A/D采樣的64點數(shù)據(jù)平方和后取平均值，乘以相應(yīng)的系數(shù)，就是對應(yīng)的有效值。（1） 電壓： （4－1）（2） 電流： （4－2） 2）A/D采樣程序流程圖。 A/D采樣定時器中斷方式實現(xiàn)，利用定時器的精確定時，可確保A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的正確性。程序中對每個周波進(jìn)行64點采樣，每間次轉(zhuǎn)換后計算當(dāng)次轉(zhuǎn)換電流值，進(jìn)行瞬時保護(hù)處理，以提高斷路器瞬時保護(hù)的響應(yīng)速度。 圖8 A/D采樣程序流程圖 圖9 信號處理電路 本電路主要作用是對取樣信號進(jìn)行反相放大，以獲得合適的信號電壓送到A/D輸入進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。進(jìn)行反相放大是為了得到兩個相位固定的電壓值進(jìn)行對比以使信號更加接近真實值；CC2有一定的濾波作用。采用反相放大的好處是只需要單電源，這樣的話電源部分就可以簡單些。其中放大器選用的器件是LM311。 A/D基準(zhǔn)電路集成電路adc0804為微處理器內(nèi)部A/ 用于保證電流采樣的精確度。 圖10 A/D基準(zhǔn)電路 脫扣機構(gòu) 脫扣機構(gòu)可以直接用繼電器來實現(xiàn)。繼電器是一種電控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關(guān)，在開關(guān)過程中無機械接觸部件，因此固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。固態(tài)繼電器專用的固態(tài)繼電器可以具有短路保護(hù)，過載保護(hù)和過熱保護(hù)功能，與組合邏輯固化封裝就可以實現(xiàn)用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統(tǒng)中。 固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為Solid State Relay，簡稱SSR。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。　　固態(tài)繼電器工作可靠，壽命長，無噪聲，無火花，無電磁干擾，開關(guān)速度快，抗干擾能力強，且體積小，耐沖擊，耐振蕩，防爆、防潮、防腐蝕、能與TTL、DTL、HTL等邏輯電路兼容，以微小的控制信號達(dá)到直接驅(qū)動大電流負(fù)載。主要不足是存在通態(tài)壓降（需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。過零觸發(fā)型AC—SSR為四端器件，其內(nèi)部電路如圖1所示。2為輸入端，4為輸出端。R0為限流電阻，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開，V1構(gòu)成反相器，RRV2和晶閘管V3組成過零檢測電路，UR為雙向整流橋，由V3和UR用以獲得使雙向晶閘管V4開啟的雙向觸發(fā)脈沖，RR7為分流電阻，分別用來保護(hù)V3和V4，R8和C組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾。繼電器的工作原理如圖11 繼電器圖11 要指出的是所謂“過零”并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在10～25V或(10～25)V區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觸發(fā)，如圖2所示。圖中交流電壓分三個區(qū)域，Ⅰ區(qū)為10V～+10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號時不能使SSR導(dǎo)通。Ⅱ區(qū)為10～25V和(10～25)V范圍，稱為響應(yīng)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)只要加入輸入信號，SSR立即導(dǎo)通。Ⅲ區(qū)為幅值大于25V的范圍，稱為抑制區(qū)在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號，SSR的導(dǎo)通被抑制?！　‘?dāng)輸入端未加電壓信號時，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，V1飽和，V3和V4因無觸發(fā)電壓而截止，此時SSR關(guān)閉。當(dāng)加入輸入信號時，光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使V1截止。此時若V3兩端電壓在(10～25)V或10～25V范圍內(nèi)時，只要適當(dāng)選擇分壓電阻R4和R5，就可使V2截止，這樣使V3觸發(fā)導(dǎo)通，從而使V 4的控制極上得到從R6→UR→V 3→UR→R7或反方向的觸發(fā)脈沖，而使V4導(dǎo)通，使負(fù)載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2中的Ⅲ區(qū)內(nèi)時，則因V2飽和而抑制V3和V4的導(dǎo)通，而使SSR被抑制，從而實現(xiàn)了過零觸發(fā)控制。由于10～25V幅值與電源電壓幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就將過零電壓粗略地定義為0～177。25V，即認(rèn)為在此區(qū)域內(nèi)，只要加入輸入信號，過零觸發(fā)型AC—SSR都能導(dǎo)通?！　‘?dāng)輸入端電壓信號撤除后，光耦合器中的光敏晶體管截止，V1飽和，V3截止，但此時V4仍保持導(dǎo)通，直到負(fù)載電流隨電源電壓減小到小于雙向晶閘管的維持電流時，SSR才轉(zhuǎn)為截止?！　SR的輸出端器件可分為雙向晶閘管和兩只單向晶閘管反并聯(lián)形式。若負(fù)載為電動機一類的感性負(fù)載，則其靜態(tài)電壓上升率dv/dt是一個重要參數(shù)。由于單向晶閘管靜態(tài)電壓上升率(200V/μs)大大高于雙向晶閘管的換向指標(biāo)(10V/μs)，因此若采用兩只大功率單向晶閘管反并聯(lián)代替雙向晶閘管，一方面可提高輸出功率；另一方面也可提高耐浪涌電流的沖擊能力，這種SSR稱為增強型SSR?！　?控制單元、顯示單元、復(fù)位電路 本電路由微控制器STC12C5A60S2及其外圍電路組成，晶振電路為單片機提供運行時鐘，以保證其正常運行。通過A/D轉(zhuǎn)換將電流信號由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，讀取編碼開關(guān)所設(shè)定的值并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)相關(guān)的設(shè)定值和所采到的電流值進(jìn)行有關(guān)的運算和處理，執(zhí)行有關(guān)的操作，如只亮綠燈，系統(tǒng)正常運行；黃燈或紅燈亮，則發(fā)出過載報警，控制系統(tǒng)發(fā)出脫扣命令等。指示電路由發(fā)肖二極管構(gòu)成，廟宇電路由編碼開關(guān)構(gòu)成。下面以100A電流系列為例來說明有關(guān)發(fā)光二極管顯示情況。表1 發(fā)光二極管顯示情況點燈情況狀況顯示只亮綠燈正常運行（實際電流＜）綠燈和黃燈同時點亮滿負(fù)荷運行（ Ir1）只亮黃燈過載報警（ Ir1）只亮紅燈過載報警（實際電流＞ Ir1） 對于圖12的各個單元電路的總體描述如下：如圖晶振電路由24MHz晶振和電容CC2構(gòu)成；電容的作用是與晶振組成一個諧振電路；從而輸出較穩(wěn)定的正弦波振蕩提供給單片機。 復(fù)位電路由開關(guān)和電容C電阻RR2組成；用以拉低單片機復(fù)位引腳，使單片機在需要的時間復(fù)位。 左