【正文】 它是靠電磁線圈的作用來實(shí)現(xiàn)接通和斷開電路的。在主回路的設(shè)計時，在供、配電線路中要用到熔斷器，根據(jù)參數(shù)要求選用RT16熔斷器，可以用作線路和設(shè)備的短路和過載保護(hù)。HSQ6系列屬于PC級的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器 ,在轉(zhuǎn)換電源期間中止向負(fù)載供電。在本設(shè)計中選用了DW15200空氣開關(guān)，低壓斷路器選用DZ20200型。在電路中常用的框架式空氣開關(guān)DW15型空氣開關(guān)由于其先進(jìn)的過載、欠電壓和短路保護(hù)性能，常作為低壓側(cè)總保護(hù)開關(guān)使用。在此過程中，繼電器主要起了傳遞信號的作用。中間繼電器作用是用來傳遞信號或同時控制多個電路，也可直接用它來控制小容量電動機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件，它的結(jié)構(gòu)和交流接觸器基本相同，只是電磁系統(tǒng)小些，觸點(diǎn)多些。（二）器件選型熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理制成的一種保護(hù)用繼電器，廣泛地用于電動機(jī)的過載保護(hù)，對于非頻繁起動的低壓電動機(jī)，通常使用電磁起動器操作起動，并同時用熱繼電器作過載保護(hù)同時用熔斷器作短路保護(hù)對于頻繁起動的電動機(jī)，則使用空氣斷路器和電磁起動器操作起動，JR36系列熱繼電器適用于交流50Hz或60Hz，主電路額定電壓至660V，電流至160A的電力系統(tǒng)中作為三相交流電動機(jī)的過載和斷相保護(hù)，有溫度補(bǔ)償，自動與手動復(fù)位功能。(6)過零觸發(fā)型固態(tài)繼電器對外界的干擾非常小。輸出額定電壓有220～380V交流電壓及30～180 V直流電壓。(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。(3)輸出無觸點(diǎn)、無噪音、無火花、開關(guān)速度快。圖329　交流固態(tài)繼電器的工作波形 (1)輸入控制電壓低3～14V，驅(qū)動電流?。?～15mA），輸入控制電壓與 TTL 、DTL 、HTL 電平兼容，直流或脈沖電壓均能作輸入控制電壓。而在相應(yīng)的控制回路中產(chǎn)生的射頻干擾也大大減少。如此時控制端信號關(guān)斷后，負(fù)載電流也隨之減小至BTA雙向可控硅的維持電流時可自行關(guān)斷，切斷負(fù)載電源[20]。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓大于過零電壓時,V1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，SCR、BTA可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)IC1光敏三極管截止時（控制端無信號輸入時）,V1通過R2獲得基極電流使之飽和導(dǎo)通，從而使SCR可控硅門極觸發(fā)電壓被箝在低電位而處于關(guān)斷狀態(tài)，最終導(dǎo)致BTA雙向可控硅在門極控制端R6上無觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)。LED發(fā)光二極管指示輸入端控制信號，VD1可防止當(dāng)輸入信號正負(fù)極性接反時以保護(hù)光耦I(lǐng)C1。圖328 過零輸出型交流固態(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。過零型交流SSR是只當(dāng)加入控制信號后，交流電壓過零時固態(tài)繼電器為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號后，SSR要等交流點(diǎn)的正負(fù)半周的零電位時（嚴(yán)格說是負(fù)載電流小于可控硅導(dǎo)通的維持電流時）SSR才斷開。通常是4端組件，兩個輸入端和兩個輸出端，下圖為其結(jié)構(gòu)框圖。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耦合，而沒有任何可動部件和觸頭，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。圖326 風(fēng)機(jī)控制回路圖 主回路中器件的選型（一）固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（SSR）是一種無觸點(diǎn)通斷功率型電子開關(guān)。此時由單片機(jī)送出的高電平啟動或低電平停止信號控制接觸器線圈的得電與失電，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行與停止的控制。這里的 KM7常閉提供手動操作的，當(dāng)線圈得電后，常閉打開，這時的KM8線圈不帶電，固態(tài)繼電器起作用，進(jìn)行手動啟動電機(jī)。圖325 主回路圖二下面對于風(fēng)機(jī)在控制回路中的原理做一說明。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)，用了一個空氣開關(guān)，一個熱過載繼電器，一個接觸器，六個小型繼電器，一臺小風(fēng)機(jī)配了三個小繼電器，一旦發(fā)生缺相，立即報警，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。風(fēng)機(jī)的保護(hù)可以有很多種方案，下面介紹了兩種方案。AO系列微型電動機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表323所示：型號容量W轉(zhuǎn)速r/mi額定電流A功率%功率因數(shù)啟動電流A最大轉(zhuǎn)矩AO632237028006AO631225028006AO634437014006AO632425014006表323 AO系列微型電動機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)注：額定電壓380V，頻率50Hz，連續(xù)工作，可逆。因此達(dá)到對被控對象進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控的目的[20]。在實(shí)際電路中，用6個上述的類似電路對電機(jī)進(jìn)行監(jiān)視控制。設(shè)計中采用三極管和光耦來驅(qū)動繼電器，來控制電機(jī)的起停。 輸出驅(qū)動電路設(shè)計設(shè)計中要對電機(jī)進(jìn)行控制，只需要控制電機(jī)的啟動和停止，不需要調(diào)速，因此較為簡單，是普通的開關(guān)量控制。過壓保護(hù)——過壓保護(hù)是根據(jù)最小線電壓或最大線電壓和額定電壓的比值，來判斷是否起動保護(hù)功能。詳細(xì)分析電動機(jī)損壞的主要原因，能夠幫助正確地使用和維護(hù)電動機(jī)，并能減少不應(yīng)有電動機(jī)的損壞。此外，對電動機(jī)的控制還可以采用無觸點(diǎn)方式，即采用軟啟動控制系統(tǒng)，電動機(jī)主回路由晶閘管來連接和分?jǐn)?，有的為了避免在這些元件上的持續(xù)損耗，正常運(yùn)行中采用真空接觸器承載主回路（并聯(lián)晶閘管上）負(fù)載，這種控制有程控或非程控，近控或遠(yuǎn)控，慢速啟動或快速啟動等多種方式，另外，依賴電子線路，很容易做到如電子式繼電器那樣的各種保護(hù)功能。如電動機(jī)直接啟動時，往往產(chǎn)生4～7倍額定電流的啟動電流，可以由接觸器或斷路器來控制，電器的觸頭應(yīng)能承受啟動電流的連接和分段考核，應(yīng)該要選用可頻繁操作的接觸器。第六節(jié) 主回路部分設(shè)計 風(fēng)冷機(jī)的保護(hù)簡要介紹風(fēng)冷式電動機(jī)是電動機(jī)的一種形式。（5）如果PCB板的 VCO電感設(shè)計合理,當(dāng)模塊處于接收狀態(tài)時,nRF401的第4 177。圖322 無線通信電路（3）在電路板的正反兩面均使用大面積鋪銅作為接地面,使所有的器件容易去耦,兩面的鋪銅應(yīng)使用多個過孔相連,所有對地線層的連接必須盡量短,接地過孔應(yīng)放置在非?？拷暮副P處[1617]。（2）外接VCO電感應(yīng)選用高頻電感,Q45 ,精度為2%,本設(shè)計采用深圳順百科技有限公司的LQW18AN22NG00,電感的精度對無線通信的距離有較大的影響,也可使用精度為 5 %的,但通信距離會大大減小。在本設(shè)計中的無線通信電路如下圖322所示。應(yīng)用電路及設(shè)計應(yīng)注意問題在實(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這五個腳即可。從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數(shù)據(jù)，DOUT也不會有數(shù)據(jù)輸出，并且至少保持5ms。Power Up與TX間的切換從加電到發(fā)射模式過程中，為了避免開機(jī)時產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。nRF401無線收發(fā)芯片有多種工作模式。Standby與RX之間的切換從待機(jī)模式到接收模式，當(dāng)PWR UP輸入設(shè)成1時，經(jīng)過3ts 時間后，DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效。重要時序參數(shù)TX與RX之間的切換當(dāng)從RX切換TX模式時，數(shù)據(jù)輸入腳(DIN)必須保持為高至少1 ms才能收發(fā)數(shù)據(jù)。圖319 nRF2401引腳排列各引腳功能如下：VSSPA、VSS為參考接地端；VDD為電源端，接+；VDDPA為功率放大+；ANTANT2為天線接口端；XCXC2為晶振端；IREF為參考電流端，通過22K電阻接地；PWRUP為上電端；CE為工作狀態(tài)使能端；CS為片選端，控制對nRF2401的PWRUP、CE和CS引腳狀態(tài)組合設(shè)置，控制nRF401的主工作方式，當(dāng)狀態(tài)組合為0，0、1或0、0時，芯片分別處于掉電狀態(tài)；CLKCLK2為通道2時鐘信號端，由控制器提供，在突發(fā)傳遞模式下，控制器在時鐘上升沿由DATA引腳向nRF401寫入數(shù)據(jù)，在下降沿從nRF401的DATA引腳讀出數(shù)據(jù)；DRDR2為通道2接受數(shù)據(jù)就緒信號端；DATA、DOUT為通道2數(shù)據(jù)端，控制器與nRF401由CLK、DR和DATA組成的三線接口交換傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通道1可接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，通道2 只能接收數(shù)據(jù)[15]。其主要特性如下：●工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段eFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合；●采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；● 靈敏度高，達(dá)到．105dBm(nRF401)；●功耗小，接收狀態(tài)250~A，待機(jī)狀態(tài)僅為8 A(nRF401)；●最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；●低工作電壓(2．7v)，可滿足低功耗設(shè)備的要求；●具有多個頻道，可方便地切換工作頻率；● 工作速率最高可達(dá)20Kbit／s(RF401)；●僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調(diào)試；●因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1 000米(與具體使用環(huán)境及元件參數(shù)有關(guān))。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。接收到地址信息后, 用接收的目的地址同自己的身份碼進(jìn)行比較,若身份碼相符就將數(shù)據(jù)送給上位機(jī),不符則忽略[15]。nRF401 的工作過程為: 在發(fā)射開始時首先發(fā)射同步信息,令收/ 發(fā)雙方同步,同步結(jié)束后傳輸目的地址,然后傳送采集數(shù)據(jù)。nRF401 還有待機(jī)工作方式,可以更省電和高效。具有工作半徑大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。nRF401 發(fā)射速率可達(dá)20 kb/ s。該芯片使用 433 MHz ISM頻段,是真正的單片 UHF 無線收發(fā)一體芯片,他在一個20 腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換等,是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品[14]。nRF401單片UHF無線收發(fā)芯片可以滿足設(shè)計的要求，其硬件電路的設(shè)計過程在以下進(jìn)行詳細(xì)講解。第五節(jié) 無線通信系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計中要實(shí)現(xiàn)變壓器的無人看守，因此需要將現(xiàn)場的溫度信號，故障信號送入控制室，以便于工作人員隨時掌握變壓器現(xiàn)場的運(yùn)行情況。CC4078芯片的引腳排列圖如圖317所示。當(dāng)過壓時，過壓信號經(jīng)過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，立即做出響應(yīng)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。在故障顯示電路中，過載故障顯示是當(dāng)其中的任意一組風(fēng)機(jī)發(fā)生過載后，過載繼電器的常開觸點(diǎn)就會因?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)過載運(yùn)行，過載信號經(jīng)過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，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。電路圖如下圖316所示。其中LOAD、DIN、CLK分別接到單片機(jī)的RCRCRC3，此外還應(yīng)注意對于MAX7219連接到V+和ISET端的電阻REST可對數(shù)碼管亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在本設(shè)計中選用了阻值為33 K歐姆的電阻。從DIN端進(jìn)來的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在輸出引腳DOUT上，以便在級聯(lián)應(yīng)用時傳到下一個MAX7219。圖314 MAX7219的時序圖芯片的數(shù)據(jù)傳輸時序如圖314所示，在時鐘脈沖CLK上升沿的作用下，16位串行數(shù)據(jù)依次從DIN端輸入到MAX7219的移位寄存器，然后在LOAD的上升沿被鎖存到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)或控制寄存器中。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。這個芯片具有低功耗工作模式以及數(shù)字化的光亮控制。只需要一個外部電阻，就可以正確的驅(qū)動所有LED的段地址。MAX7219為8位LED顯示驅(qū)動電路，可以連續(xù)的驅(qū)動8位7段數(shù)據(jù)顯示。若采用液晶顯示，能滿足設(shè)計的要求，但因其價格昂貴，所以設(shè)計不采用液晶進(jìn)行顯示。一般的顯示大都采用使用單片機(jī)的I\O口作為數(shù)碼管的位選線和段選線，或者使用移位寄存器。電路圖如下圖313所示。 SET 鍵為溫度范圍設(shè)定開始鍵，UP 為溫度的遞增鍵，DOWN 為溫度的遞減鍵，每按下一次，溫度變化一度。 經(jīng)過線形光耦的隔離可以很好地抑制現(xiàn)場的各種干擾，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計要求的技術(shù)指標(biāo)。 確定Vcc=5V，輸入在04V之間，輸出等于輸入，采用LMV321運(yùn)放芯片以及上面電路，下面給出參數(shù)。另外，由于工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)的運(yùn)放滿足虛短特性，因此，考慮IPD1的限制，R2的確定可以根據(jù)所需要的放大倍數(shù)確定，例如如果不需要方法，只需將R2=R1即可。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。為了能使輸入范圍能夠從0到VCC，需要運(yùn)放能夠滿擺幅工作，另外，運(yùn)放的工作速度、壓擺率不會影響整個電路的性能。輔助電路與參數(shù)確定：上面的推導(dǎo)都是假定所有電路都是工作在線性范圍內(nèi)的，要想做到這一點(diǎn)需要對運(yùn)放進(jìn)行合理選型，并且確定電阻的阻值。忽略運(yùn)放負(fù)端的輸入電流，可以認(rèn)為通過R1的電流為，根據(jù)R1的歐姆定律得：通過R3兩端的電流為，根據(jù)歐姆定律得：其中,為光耦2腳的電壓，考慮到LED導(dǎo)通時的電壓（）基本不變，這里的作為常數(shù)對待。下面對HCNR200/201的典型電路進(jìn)行分析，對電路中如何實(shí)現(xiàn)反饋以及電流電壓、電壓電流轉(zhuǎn)換進(jìn)行推導(dǎo)與說明。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；* 信號帶寬：直流到大于1MHz。HCNR200和HCNR201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，差別在于一些指標(biāo)上。輸入信號經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)化，電壓的變化體現(xiàn)在電流IF上，IPD1和IPD2基本與IF成線性關(guān)系，線性系數(shù)分別記為K1和K2,即K1與K2一般很?。?），并且隨溫度變化較大（%%之間），但芯片的設(shè)計使得