【正文】 哈爾濱理工大學學 士學位論文 30 致謝 本論文的順利完成離不開李永勝老師的悉心指導和幫助，在近三個月的時間中，如果沒有李老師的督促和幫助，我很難在這么短的時間內完成。 了 漏電保護器的 軟硬件 設計 智能化 漏電保護器的硬件部分包括漏電檢測、相位同步、漏電動作電流的整定、漏電數字呈現、微控制部分、動作執(zhí)行環(huán)節(jié)等。 整合 技術 把檢索到的漏電流處理后送到 單片機的 數模 輸入端， 實施數字操作 。 現對本論文的主要工作情況進行總結： 發(fā)展概況 展開 了論述， 對 智能漏電保護器的保護原理 展開了分析和論證 。但傳統的漏電保護器在某些情形下的保護存在死區(qū)問題，故不能很好的完成漏電保護，存在著很大的安全隱患。因控制系統是很繁雜的且編寫程序的工作量大，因此選擇合適的編程方法相當關鍵。對于變化不快的的漏電信號，可以實時跟蹤顯示，從而根據情況切換漏電電流的動作范圍。對于軟件的編程，一般常用的程序設計方法有三種：模塊化設計、自上而下逐步求精設計、結構化設計。Y E SN OY E SN O 圖 49 突變漏電電流計算模塊 三 通過 每周期的三相不平衡漏電電流， 求 出相鄰 的 兩 個 T 內 其各 自 的變化值： a?? ， b?? ， c?? ， 兩相漏電電流的變化 1?? ， 2?? 可由 突變漏電電流 t?? 求差值獲得，把 1?? ， 2?? 做差 得到 t?? ，然后分析 是否在誤差范圍內 ，如果 t?? 與突變相的夾角小于 20 度， 則規(guī)定 此漏電電流即為該突變相的突變漏電電流。零 IΔ b = Ib Ib 39。零 Ic 39。 c o s θ |零s in θ /√ 3 零 0 零 零 零 零Ia 零 Ib 零 Ic 圖 48 突變漏電電流計算模塊 二 哈爾濱理工大學學 士學位論文 27 零 IΔ a 零 IΔ b 零 IΔ c 零 零零 零 零 零 零 零 零 M id 零M a x 零 M inIΔ t零 零 零 零 零 零 零IΔ 1 = M a x M in 零IΔ 2 = M id M inIΔ a 零 IΔ b 零 IΔ c 零 2 零 1零IΔ a 零 IΔ b 零 IΔ c 零 2 零 1零IΔ 1 2 IΔ 2 零 IΔ 1 3 IΔ 2 ?零 零 零 5 .3 零 零 零 零 零 零零 IΔ tIΔ t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 零零 零Ia 39。 本文在這里采取 A 相電壓作為相位參考 標準 ， 把 漏電電流滯后相位 ? 檢測出來 ， 確定此電流的相位基本信息，進而 將漏電信號 I 復原為各相不平衡漏電電流， 通過求得此電流來進一步執(zhí)行相關的后續(xù)操作，具體的 程序計算框 圖如圖 47 和 48 表示 ： 哈爾濱理工大學學 士學位論文 26 N u m _ B r e a k 零 12 4 0 = θ 3 6 0 ?θ = θ 2 4 01 2 0 = θ 2 4 0 ?θ = θ 1 2 0零 零 s in θ 零 零 s in θ /√ 3零 零 c o s θ零 零 零 零 零 零 零 零 零零 零 零Y E SN OY ESN O 圖 47 突變漏電電流計算模塊 一 N u m _ B r e a k 零1零 零 s in θ /√ 3 零零 零 c o s θ 零c o s θ 零 零 零 零 零S in θ /√ 3 + c o s θ S in θ /√ 3 c o s θ零 零l/|s in θ /√ 3 177。 本電路可以檢測電力網的電壓和電流之間 0180 度的相位差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。模塊 二主要的作用是 在電流周期 T 的最后 2 個 采集 周期內， 人工添加 最后 2 個采樣 處 數據的平方， 核算出平方和取平均 ， 然后再開方計算出 有效值，進入漏電動作控制輸出模塊 [15]。數據結果的論證解決 由 兩 個模塊 實現 ， 程序框圖 如圖 45 和 46 所示。 INT 上升 脈沖 和 TMR2 中斷服務程序 框 圖如 43 所示 ： 零 I N T 零 零 零 零 零 零 零零 零 零 零 零 零 零 零 零 零零 零 零 零 零 零 零 1零 零 零 零 零 零 零 零 零 零零 零 零 零 零 零 零 2零 零 零 零 零 零 零零 零 零 零N OY E SY E SN OY E SN O 圖 43 INT 上升沿中斷流程圖 TMR2 定時器中斷 在每兩個上升沿來臨時，我們使用 40 倍工業(yè)頻率定點對漏電流采集和變換，電流周期被相等地劃分為 40 份時， TMR2 定時器中斷，在一個中斷 T內每個 TMR2 采樣一次，同時作相關的數據操作。 當 電頻 f 改變 時會讓 漏電動作特性 變化，這種情況可通過采用自主檢測電頻 ，自 我跟隨 電頻的變化 的手段來躲避，從而提高 周期的 精準度 。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 20 零 O n e C y c le 零 零零T M R 1 零 零 零 零 零 零 零 零 零零 零 零 零 零 零零 零 零 零 零 零 零 零零 O n e D a t e 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 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 O n e C y c le 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N OY E SY E SY E SY E SN ON ON ON OY E SY E SN OY E SN O a) 主程序流程圖 哈爾濱理工大學學 士學位論文 21 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 1 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Y E SN O b) 主程序延時子程序流程圖 圖 41 主程序和子程序流程圖 上電后的初次工作由上電初始化部分來實現。 主程序設計 本部分要完成的主要目標有： 測緩變漏電電流 、記錄分合閘次數，數據的顯示 本論文的控制軟件部分由為上電初始化、中斷服務、漏電信號處理、漏電動作輸出、漏電電流顯示五部分組成。當然在硬件處理上也有類似的體現，即先局部后全局。各個模塊都有與外部聯系的端口，各個模塊可被單獨處理和調試，最終組裝成一個完整的系統，來實現需要的用途。模塊是指某個程序按作用被分成多個彼此之間既不相互影響又有一定 關聯的單體。 程 序設計可以把復雜的問題轉換為簡單的問題，然后再用計算機執(zhí)行。面對突然變化的漏電信號來說，其要與此時的漏電電流動作值進行對比，依據用戶延時要求，使控制器下斷開，實現漏電保護的目的，還能保護過程中實現反時限、自動重合閘及自鎖功能。對漏電信號進行采集和處理是保護器智能模塊的主要功能。 軟件一般由上電初始化、中斷程序、漏電信號處理、漏電電流顯示等部分組成。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 19 第 4 章 漏電保護器的軟件設計 軟件設計整體思想 硬件和軟件是一個實用型系統的兩大組成模塊。對 PIC 單片機作了簡單的介紹和分析，對各個應用到的電路的原理進行了必要的分析。 V i n1GND3+ 5 V2V i n2GND1 5 V3123J P 2 1 2 V 電源接口H E A D E R 30 .3 3 u F0 .3 3 u F0 .1 u F0 .1 u F4 7 0 u F4 7 0 u FL M 7 8 0 5L M 7 9 0 5+ 5 V 5 V 圖 310 5V電源電路設計 本章小結 本章主要介概述了智能漏電保護器硬件構成以及用到的電路。由于繼電器對于其電源的要求不高，出于節(jié)約成本的考慮，將 12V 的交流電壓信號經整流橋進行全波整流之后通過電容進 行平波，然后直接作為哈爾濱理工大學學 士學位論文 18 ＋ 12V 和 － 12V 的直流電源。 電源部分設計 我們采用多繞組變壓器，將 220V的相電壓變換為 12V 的交流電壓信號，經過全橋整流后變換為直流后為后續(xù)電源轉換電路供電。 V S S1V D D2V E E3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714L C DC O N 1 45V單片機R B 1R D 7R D 6R D 5R D 4R D 3F D 2R D 1R B 3R B 2R B 4 圖 39 液晶顯示模塊電路圖 當 RS 和 R／ W 都為低電平時可以寫入指令或顯示的地址；當 RS 為高電平、 R／ W 為低電平時，可以寫入要顯示的數據；當 RS 為低電平、 R／ W為高電平時，可以讀出忙信 號和地址計數器的值。本設計中采用 HITACHI 公司生產的 LM020L 液晶屏，可顯示一行 16 個字符，并內置 HD44780 主控制驅動電路。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 17 液晶顯示模塊設計 液晶顯示屏，由于具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、壽命長、不 產生電磁輻射污染等優(yōu)點而成為單片機系統中理想的顯示器件。并聯上二極管后，即可將線圈的 電壓穩(wěn)定于 二極管的正向導通電壓， 故能防止 N1 管等驅動元件 被損壞 。 2 0 KD312H E A D E R 2N12 N 2 2 2 2 AP C 8 1 7 1 2 V+ 1 2 VR C 5J P 1 圖 38 動作執(zhí)行電路原理圖 二極管 D3(單向導通性 )是為了 防止 N1 等驅動 元器件 被擊穿損壞而設置，起到保護的作用 。當漏電電流動作條件滿足時， RC5 處 輸出高電平，經光電隔離后 使 C、 E 兩點之間“導通”。正常情況下， RC5 端 輸出低電平，經光電隔離后使 C、 E兩點之間“斷開”。 PC817 在本設計中用于將單片機控制部分與后面的繼電 器動作部分相隔離，提高系統的安全性。通過繼電器的分合，以達到操作接觸器或斷路器的跳閘或合閘作用 。 JP1 代表保護器控制信號輸入端。圖 38 表 示的是漏電保護器的動作執(zhí)行電路 。以下主要講控制模塊。 RP 和 C一起作為鉗形頭的負載并取得與 i(t)成比例的電壓，經低通濾波和 A/D 轉換后，由 LCD 顯示出來。 本電路可以檢測電力網的電壓和電流之間 0180 度的相位差，而且不需要切斷被測電路。 漏電信號分析模塊中在對漏電信號進行處理時 ,需要將漏電信號分為三相漏電電流 ,以便輸出顯示。在三相電網中，只單純地顯示三相漏電矢量和 ,還不能完全滿足用戶的需要。智能漏電保護器可以完成這一工作，它可以顯示三相漏電電流，可以簡單的顯示出三相漏電的矢量和， 更具人性化。 在檢測電流的大小時，根據試驗電流的周期 (工頻 )按照每個周期 40 個點進行采樣，采樣一個周期后，根據電流互感器的衰減倍數以及提升電壓的數值，通過軟件算法計算出實際的電流有效值。低 電位時 按下按鍵有效，單片機 手動 復位。由于系統原因或其他故障，會造成電源電壓跌落。因程序不能正常運行等原因，或在程序執(zhí)行過程中沒有對看門狗定時器 WDT 進行及時清 0， WDT 就會出現超時溢出，這時就會引發(fā)單片機復位。當 VDD 上升到規(guī)定值 ～ 時，就產生一個有效的復位信號，經過 72ms+1024 個時鐘周期 Tm 的延時周期，使單片機復位。 。 PIC16F877 單片機的實現復位或引起復位的條件和原因可以歸納為以下 4 類： 。當某個按鍵為低電平時執(zhí)行相應的動作 (低電平代表鍵按下 )。全部引腳有第二功能，部分引腳有第三功能 RB0RB7 3340 I/O 端口 B 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口，做輸入時內部有弱上拉電路，此外部分引腳有第 2 功能 RC0RC7 1518 2124 I/O 端口 C 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口此外還有第 2 第 3 功能 RD0RD7 1920 2530 I/O RD 端口