單片機(jī)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用本科畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2025-07-14 14:54本頁(yè)面
【正文】 [4]。圖33 采樣保持電路 A/D轉(zhuǎn)換微機(jī)保護(hù)裝置必須對(duì)同一時(shí)刻的電量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以保證各路信號(hào)間的相對(duì)關(guān)系。在ATmega16L單片機(jī)中，有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC，對(duì)電機(jī)保護(hù)裝置而言使用ATmega16L片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器能夠滿(mǎn)足要求。ADC與一個(gè)多路模擬開(kāi)關(guān)連接，通過(guò)分時(shí)復(fù)用的方式，能對(duì)來(lái)自端口A的8 路單端輸入電壓逐個(gè)進(jìn)行采樣。其轉(zhuǎn)換結(jié)果為： （）其中，VIN為被選中引腳的輸入電壓。使用AVR的ADC需要注意：ADC的分辨范圍在以GND為基準(zhǔn)的0 V到參考電壓的范圍內(nèi)。 V參考電壓為例，ADC的分辨范圍在0 V之間，而從PT，CT來(lái)的交流信號(hào)是雙極性信號(hào)，因此在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前，必須要對(duì)輸入電平進(jìn)行變換，以獲得單片機(jī)能接收的信號(hào)[13]。圖34所示電路為全波精密整流電路，通過(guò)整流電路將采集來(lái)的交流信號(hào)負(fù)半波翻轉(zhuǎn)，從而獲得單片機(jī)能接收的單向脈動(dòng)信號(hào)。圖34 全波精密整流電路在A1半波精密整流電路中，當(dāng)Ui0時(shí)，Uo=－KUi(K0),當(dāng)Ui0時(shí)，Uo=0。若利用反相求和電路將－KUi與Ui負(fù)半周波形相加，就可實(shí)現(xiàn)全波整流。分析：由A2所組成的反相求和運(yùn)算電路可知，輸出電壓： （）當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，；所以 （）經(jīng)整流電路后，調(diào)整的交流電壓、電流變成ADC可以接受的單向脈動(dòng)電量，且幅值為正，Ui、Uo的波形如圖35所示。 圖35 電壓波形的轉(zhuǎn)換三相電流的測(cè)量采用三個(gè)電流傳感器，本系統(tǒng)采用GCT211B型電流互感器，它是一種保護(hù)型的互感器，輸入范圍為0100A，輸出為05A，內(nèi)部具有隔離和屏蔽電路，使得被測(cè)電流信號(hào)不被強(qiáng)電所干擾。輸出交流信號(hào)經(jīng)過(guò)精密整流電路整流、低通濾波、采樣保持、運(yùn)放后通過(guò)CPU的一路ADC送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算，便可以得到電流值。其工作原理圖見(jiàn)圖36所示。圖36電流采集工作原理圖三相電壓的測(cè)量采用三個(gè)交流電壓互感器，再送給A/D轉(zhuǎn)換器采樣，由單片機(jī)對(duì)交流信號(hào)采樣、計(jì)算出電壓的有效值。(1)本系統(tǒng)采用TV10131型微型精密交流電壓互感器，TV10131是一種電流型電壓互感器，其體積小、精度高、外形美觀、機(jī)械和耐環(huán)境性能好、電壓隔離能力，典型應(yīng)用如圖36（a）和圖37（b），性能參數(shù)見(jiàn)表31。9廣西大學(xué)學(xué)士論文 單片機(jī)在電機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用 圖（a）圖（b）圖37 TV10131型電壓互感器典型應(yīng)用電路表31 TV10131性能參數(shù)使用方法輸入電壓輸出電壓相移非線(xiàn)性度線(xiàn)性范圍額定電流隔離耐壓圖（a）法≤1000Vac≤≤30′≤％2mA/2mA≥2000V ≤1000Vac≤1/2倍Ic電源電壓≤5′≤％2倍額定2mA/2mA≥2000V(2)系統(tǒng)電壓的測(cè)量電路如下圖所示，采集來(lái)的交流電經(jīng)過(guò)橋式整流后變成直流電，再經(jīng)電位器調(diào)節(jié)后送到的A/D口進(jìn)行摸/數(shù)轉(zhuǎn)換。 圖37 系統(tǒng)電壓的處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理圖如圖38所示。圖38 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理圖（1）AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)[4]，即： （3 .4）式中：IT——流過(guò)器件（AD590）的電流，單位為181。A；T——熱力學(xué)溫度，單位為K。它的主要特性如下：①AD590的測(cè)溫范圍為－55～+150。②AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓從4V到6V變化，電流IT變化1181。A，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正相電壓和20V反相電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。③輸出電阻為710MΩ。④精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在－55～+150范圍內(nèi)，非線(xiàn)性誤差為177。（2）AD590的基本應(yīng)用電路：圖38是AD590的封裝形式和AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。 圖38 AD590的封裝及基本應(yīng)用電路因?yàn)榱鬟^(guò)AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，如兩電阻R1和R2之和為1kΩ，那么輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO=。或在室溫下（25）條件下調(diào)整電位器，使VO=+25=（）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。圖39是用于測(cè)量攝氏（）溫度的電路。圖中用電位器R1調(diào)零點(diǎn)，用R2調(diào)增益，方法如下：將AD590放入0的冰水混合溶液中，調(diào)整R1使輸出VO=0V；然后將AD590放入100的沸水中，調(diào)R2使VO=100mV。然后反復(fù)調(diào)整多次，直至0時(shí)VO=0V，100時(shí)VO=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，室溫為25時(shí)，應(yīng)為25mV[4]。圖39溫度測(cè)量電路圖中AD581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40V，輸出為10V。AD301A為高輸入阻抗運(yùn)放，其輸入電阻為2MΩ。輸出電壓100mV/送至A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 開(kāi)關(guān)量輸入輸出設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)量輸入回路在電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，有許多外部觸點(diǎn)的通斷狀態(tài)需要輸入到CPU中，參與控制和保護(hù)。這類(lèi)觸點(diǎn)大致分為兩類(lèi)：一類(lèi)是安裝在裝置面板上的觸點(diǎn)，如裝置整定、調(diào)試用的或在運(yùn)行中定期檢查裝置用的鍵盤(pán)觸點(diǎn)，以及切換裝置工作方式用的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等；另一類(lèi)是從裝置外部經(jīng)端子排引入裝置的觸點(diǎn)，如需要運(yùn)行人員不打開(kāi)裝置外蓋而在運(yùn)行中進(jìn)行切換的各種連接片、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、其他保護(hù)自動(dòng)保護(hù)裝置的觸點(diǎn)和操作繼電器的觸點(diǎn)。對(duì)于裝在面板上的觸點(diǎn)，可直接接至ATmega16L的并行接口PC，則CPU就可以通過(guò)軟件查詢(xún)，隨時(shí)知道外部觸點(diǎn)的狀態(tài)。如圖310所示。對(duì)于從裝置外部引入的觸點(diǎn)，為了避免給微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)引入干擾，采用光電藕合器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，如圖311所示。 圖310 裝置內(nèi)部觸點(diǎn)輸入回路 圖311 裝置外部輸入接點(diǎn)與CPU連接圖 開(kāi)關(guān)量輸出回路開(kāi)關(guān)量輸出除了CPU主系統(tǒng)的端口輸出、信號(hào)線(xiàn)、晶閘管驅(qū)動(dòng)等低壓輸出外，還包括保護(hù)的跳閘出口、合閘出口、中央信號(hào)繼電器驅(qū)動(dòng)等與強(qiáng)電有關(guān)的電路。為提高抗干擾能力，本設(shè)計(jì)采用了光電隔離電路，如圖312所示。圖312裝置開(kāi)關(guān)量輸出回路圖中CPU主系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)后，同一回路的LED指示燈立即點(diǎn)亮，表示光電隔離芯片的出口端已經(jīng)導(dǎo)通，此時(shí)繼電器便發(fā)生動(dòng)作，使裝置的COM端子和OUTJ1端子導(dǎo)通，相當(dāng)于兩者中間的開(kāi)關(guān)合閘，以進(jìn)一步帶動(dòng)相關(guān)的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作。3. 4顯示模塊設(shè)計(jì) 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的顯示模塊有數(shù)碼管(LED)和液晶顯示器(LCD)，用于狀態(tài)監(jiān)視、保護(hù)動(dòng)作報(bào)告和故障錄波等。在本裝置設(shè)計(jì)中，LCD顯示器采用LCM12864ZK液晶模塊。該模塊自帶漢字字庫(kù)，能顯示84行漢字，有串行（3線(xiàn)/2線(xiàn)）和并行（8位/4位）兩用接口，～。為了節(jié)約CPU的端口資源，本裝置采用了串行接口，接線(xiàn)電路如圖313所示。將PSB腳接低電位（即模塊背面S/P短路電阻接在“S”側(cè)），模塊即進(jìn)入串行模式。在串行模式中，CS為片選端，DAT為串行數(shù)據(jù)輸入端，SCK為串行脈沖輸入端，電位器R2可以調(diào)節(jié)液晶亮度。圖313 液晶顯示與鍵盤(pán)接口電路圖到此，硬件部分設(shè)計(jì)基本完成，下面一章開(kāi)始介紹軟件設(shè)計(jì)。
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