智能电器专业课程规划doc
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浏览次数:61   发表日期:2022-10-04 02:07:27   来源:环球体育app下载地址

  等级:湖南工程学院 等级: 课 程 设 计 课程称号 电器智能化原理及运用 课题称号 智能脱扣器脱扣电路规划 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 姓 名 辅导教师 梁锦 杨青 年 12 月 20 日 湖南工程学院 课 程 设 计 任 务 书 课程称号 电器智能化原理及运用 课 题 智能脱扣器脱扣电路规划 专业班级 学生名字 学 号 辅导教师 梁锦 杨青 审 批 谢 卫 才 使命书下达日期 年 12 月 8 日 使命完结日期 年 12 月 20 日 规划内容和规划要求 规划内容: 1. 规划出智能脱扣器脱扣电路。 2.含有模仿脱扣和数字脱扣成效。 规划要求: 给出全体规划框图,画出整机原理图; 给出详细规划思绪,画出电路图; 施行元件采纳磁通变换器; 添加抗搅扰办法; 编写规划说明书; 主 要 设 计 条 件 1.供给试验箱一台; 2.必需元器材和导线.计算机。 说 明 书 格 式 课程规划封面; 使命书; 说明书目录; 规划全体思绪,根底原理和框图; 电路规划; 编写规划说明书; 总结和领会; 附录; 参阅文件; 整机原理图。 进 度 安 排 十五周星期一:下达规划使命书,介绍课题内容和要求; 十五周星期一——十五周星期五:查找资料,确认规划方案,画出草图。 十六周星期一早晨——十六周星期二:电路规划,打印出图纸。 十六周星期三:书写规划报告; 十六周周四:书写规划报告; 十六周星期五:辩论。 参 考 文 献 1. 曹金根,金佩琪. 低压电器和低压开关柜. 北京:人民邮电出版社 2. 周茂祥主编. 低压电器规划手册. 北京:机械工业出版社,1992 3. 王汝文,宋政湘,扬伟. 电器智能化原理及运用. 北京:电子工业出版社, 4.孙传友,孙晓斌,汉泽西等.测控体系原理和规划.北京:航空航天大学出版社, 5.邹积岩.智能电器.北京:机械工业出版社, 6. Klaus Kosack 著,胡明忠, 胡沫非译.SIEMENS低压开关电器和开关设备手册. 北京:机械工业出版社,1999 7.白同云,吕晓德. 电磁兼容规划. 北京:北京邮电大学出版社, 8.《低压电器》、《电工技能杂志》等杂志 目 录 TOC \o 1-3 \h \u 25503 第1章 序言 - 1 - 31364 1.1 导言 - 1 - 13480 1.2 脱扣器概述 - 1 - 24250 1.3 智能脱扣器开展 - 2 - 6199 1.3.1脱扣器现实状况 - 2 - 16658 1.3.2智能脱扣器开展趋势 - 3 - 4410 第2章 智能脱扣器全体规划 - 4 - 8332 2.1智能脱扣器规划原理 - 4 - 4966 2.2 智能脱扣器作业原理 - 5 - 14293 2.3智能脱扣器组成 - 5 - 30018 第3章 智能脱扣器脱扣电路规划 - 7 - 6078 3.1 模仿脱扣电路 - 7 - 20277 3.2数字脱扣电路 - 9 - 32386 第4章 磁通变换器成效及结构 - 11 - 6195 总结和领会 - 13 - 6725 附 录 - 14 - 5324 参阅文件 - 15 - 序言 1.1 导言 随同我们对电力需求日益添加,对电能质量要求日益提高。多年来,我国电力体系及电力设备职业得到了长足开展。随同同计算机技能及信息技能飞速开展,开关电器范畴正阅历新一轮更新换代,新概念电器层出不穷。其间最能代表年代开展、也是开展最为快速是智能化电器。产品逐渐趋于智能化、模块化、组合化,将不相同成效模块按不相同需求组合,是当今低压电器产品开展趋势。智能型脱扣器由于采纳了计算机技能、数字处理技能、操控理论、传感技能和通讯技能等,使其成效更趋完善。除完结了多种维护成效外,还有督查显现成效、毛病计算成效、通讯等多种辅佐成效,现已在配电体系中得到了广泛运用。 1.2 脱扣器概述 前期脱扣器为电磁式,其作业原理是运用双金属片在流过电流时发烧变形而使脱扣器动作,这类脱扣器制造调整困难,精度低和牢靠性差。60年代,美国开端研发电子脱扣器,并运用于低压断路器。电子脱扣器含有维护成效多、延时精度高、选择性好、整定规模大和回来系数高级特色。别的还可以添加接地维护,过载维护成效,使低压电器维护特征更完善,功能得到了提高。今后国外优异工业国家相继开宣布多个电子脱扣器,从分立元件、集成电路开展到运用微型计算机技能智能脱扣器。我国智能脱扣器研讨起步较晚,但在科技人员不懈努力下已获得很大成果,开宣布了多个产品并形成了系列化,在成效上也已达到了必定水平。传统断路器维护成效是通过脱扣器中机械体系动作来完结,其效果也不行抱负。为了防备用电设备毛病和在供电网络呈现异常时损坏用电设备,在传统断路器 根底上逐渐开宣布更牢靠和更具维护功能断路器。随同微电子技能开展,集成电路呈现,大大缩小了一般电子电路体积,所以呈现了以专用集成电路为根底多成效脱扣器,然后促进了多成效断路器开展。一起微型计算机技能开展也为低压电器智能化供给了条件。智能脱扣器是智能断路器要害部件,它不仅可以供给一般断路器多种维护成效,还能实时显现电路中多种参数(电流、电压、功率、功率因数等),和和PC机进行通讯等成效。 1.3 智能脱扣器开展 1.3.1脱扣器现实状况 脱扣器是断路器开展而开展。我国90年代前脱扣器产品以电磁式和热式为主,有少量电子式和智能化脱扣器产品。而国外脱扣器电子化和智能化研讨和制造方面则走前面,现大约抢先我国5~。 智能化脱扣器能使断路器含有更强大成效。我国新研发开发DW45系列等产品脱扣器已含有和工控机、PLC等通讯成效,能供给开关状况、三相电流、电压、功率因数、有功功率等参数。通讯化方面,各国悉数比较注重采纳比较老练现场总线技能。我国现在要害采纳FCS现场总线体系。 智能化脱扣器可完结过电流,电压和分励等传统脱扣器成效。硬件上,微处理器模块、辅佐成效模块和施行单元悉数可以是相同,对电流和电信号处理、显现等不相同,可以软件规划里完结。别的,过电流维护成效需求装备过电流信号检测单元,而电压维护则需装备电源、整波滤波、稳压、欠压延时等单元,分励成效只须添加一个开关即可。 1.3.2智能脱扣器开展趋势 我国外电器厂商已推向市场新产品和研讨动态来看,智能脱扣器含有以下开展趋势: 1.智能化脱扣器产品化: 当即智能脱扣器做成相对断路器独立通用性产品,使其运用规模限于某种断路器,脱扣器检测和修理也会相对简略。曾经断路器产品测验必需断路器整个设备安装完结后才干进行,而脱扣器产品化今后,其测验可以独立于断路器进行,这使整个断路器测验程序大为简化,而测验时刻也大为下降。 脱扣器电子化: 半导体集成技能,微电子和计算机技能迅猛开展,智能脱扣器操控才能越来越强,将从惯例电压、电流、功率等电参数智能化检测和操控,开展到对比如触头资料磨损量,灭弧室温升等非电参数检测和操控等方面。 智能化和可通讯化: 智能化和电子化最大区别便是其采纳了微处理器。含有运用软件,这么硬件不变状况下含有较大适用性和晋级才能,可通讯化是脱扣器产品中参加相关检测、断定和通讯等芯片或电路,使脱扣器多种状况和作业参数能很好传输媒质(如现场总线、串口线等)和线路上其它电气设备进行信息沟通,以适应该前电气设备智能化及网络化开展趋势,而采纳现场总线则使技能上有了较统一标准,也使脱扣器测验、检测和修理等有了更多参阅数据。电气产品检测、作业电路集成化芯片化也是现在趋势。 第2章 智能脱扣器全体规划 2.1智能脱扣器规划原理 低压断路器在供配电体系中要害效果是对线路中过载、短路、接地等毛病进行维护,它通过检测单元获取底子路中电流、电压信号,经脱扣器逻辑操控单元剖析断定后宣布信号操控断路器动作。断路器动作是否和断路器动作时刻取决于脱扣器操控线号。智能脱扣器规划也是根据这个原理,但逻辑操控单元由高功能单片机及其外围电子电路组成、检测单元由空心互感器和信号处理电路组成。其原理框图以下: 电流互感器 电流互感器 信号处理 操作组织 施行输出 驱动电路 阀值设定 瞬时检测 模仿脱扣 阻隔电路 A /D转化 逻辑运算 脱扣信号输出 图2.1 智能脱扣器原理框图 2.2 智能脱扣器作业原理 底子路上空心电流互感器检测供电线路中电流并将其转化成数字信号和单片机可处理电平信号,经阻隔后进入采样和坚持电路,经滤波、扩大等处理后送入微处理器, 微处理器内带A/D转化单元将模仿量信号转化成数字量信号,供CPU进行逻辑运算和处理;多种毛病维护动作电流和时刻整定值通过键盘设定并存于EEPROM中;CPU将检测到电流信号和整定值比较,断定是否脱口。若脱口,则发操控信号和警报信号,显现毛病电流和毛病类型,否则,脱扣器改写显现,并进行自我治疗和检测。 2.3智能脱扣器组成 本规划智能脱扣器采纳单片机作为主控单元,使其操控其它外围电路来完结多种成效。硬件规划全体思绪是:智能脱扣器通过互感器将主电路电压、电流信号转化成模仿电路可以处理电平信号:将信号转化成单片机可处理直流电压信号;中央处理单元则对这些信号进行采样、模数转化、运 算和处理,运算成果和整定值比较后输出契合预设维护特征电平信号,这些信号经扩大后可直接驱动脱扣器施行组织动作。别的,还应规划模仿电路以使电路呈现短路电流时,脱扣器能瞬时动作。硬件电路要害包括以下多个部分,图3.1所表明: 单片机模块 单片机模块 电流检测模块 模仿脱扣模块 脱扣输出模块 人机交互模块 磁通变换器 通讯模块 图2.2 智能脱扣器体系框图 智能脱扣器要害由模仿脱扣模块、电流检测模块、STC12C5A60S2单片机、人机交互模块和脱扣输出模块、磁通变换器和通讯模块七大部分组成。逻辑操控单元由高功能单片机及其外围电子电路组成。在作业时,智能化脱扣器通过空心电流互感器将底子路电压、电流信号转化成模 拟电路可处理电平信号,信号处理单元则对这些信号滤波和采样;采样信号单片机内部模数转化模块(A/D)转化成数字信号;CPU根据这些信号进行逻辑运算和处理,运算成果和整定值比较后输出契合预设维护特征逻辑电平信号,这些信号经扩大后可直接驱动断路器施行组织使断路器动作。多种毛病维护动作电流和时刻整定值通过人机交互模块键盘设定。预先寄存在EEPROM中,并可以在运用中随时进行修正。脱扣器所需信号由空芯互感器供给。采样信号正确度直接影响脱扣器维护和显现精度。传统铁芯互感器线性度小,当呈现大电流时,其二次输出和一次电流不成线性关系,形成欠维护及显现和实践电流值不符。本规划采纳空芯互感器,含有宽规模线性度,可保证脱扣器实时处理、显现线章 智能脱扣器脱扣电路规划 智能化脱扣器脱扣电路结构在微处理器脱扣操控电路根底上,参加了模仿脱扣电路,作为后备维护。模仿脱扣电路用于体系上电前期短路电流维护和体系运转期间特大短路电流维护。 3.1 模仿脱扣电路 微处理器在上电前期要进行上电初始化,无法完结维护。模仿脱扣电路采纳硬件比较器电路可以快速断定出断路器接通时呈现短路状况,并做出对应动作进行维护。在微处理器运转期间,模仿脱扣电路完结特大短路电流断定,假设呈现特大短路电流,微处理器没有来得及反响,则模仿脱扣电路可作出对应断定和动作。所以数字脱扣和模仿脱扣相结合,二者互补,添加了脱扣器牢靠性。模仿脱扣电路采纳比较器鉴幅电路来完结,每一相运用一个比较器来完结。图3.1所表明: 图3.1 模仿脱扣电路结构图 采纳上述比较器鉴幅电路,在实践体系运转中由于搅扰存在,比较器输出会呈现部分无需求窄脉冲,假设直接接单稳态触发电路,会发生误动作。为了消除搅扰,在比较器输出端加了脉宽检测电路,该电路由一个555器材组成,输出接由另一个555器材组成单稳态触发电路。图3.2所表明。 脉宽检测电路作业原理以下:UTRIP、UTH、UQ、UOUT表明图中各个结点。UTRIP来自电压比较器并联输出端。在正常状况下,比较器输出高阻,此刻图中NPN三极管导通,UTH被三极管嵌位在其饱满电压0.3V以下,UQ输出高电平。当电流越限或单片机宣布脱扣指令,比较器输出将把UTRIP拉低,则NPN三极管截止,此刻接UTH电容通过电阻R5、R6开端充电,UTH电压升高。假设UTRIP低脉冲坚持必定宽度,UTH随同电容充电上升并达到2/3Vcc,则UQ输出低电平,触发其后由个555器材组成单稳态电路,UOUT输出一个必定宽度脉冲。由电路作业波形可知,由于电容充电需求必定时刻,所以该脉宽检测电路只要在UTRIP输出低脉冲宽度坚持必定时刻才干使UOUT触发。假设UTRIP脉冲过窄,UTH电压达不到2/3Vcc,则UOUT不会触发,所以通过该电路可以消除前级比较器呈现搅扰问题。上述电容充电使UTH电压上升到2/3Vcc时刻为T0,设充电电阻为R,电容为C,则 T0≈ln3RC≈1.1RC (1) 充电电阻由R5和R6串联而成。即R=(R5+R6)。单稳态触发电路输出OUT宽度T1。 T1≈1.1RC (2) 其间R、C为对应充电电阻值和电容值。 上述电路中电容电阻值根据实践比较器输出脉冲状况适宜取值。 图3.2 脉宽检测和单稳态触发电路 3.2数字脱扣电路 电流互感器将底子路电压、电流信号转化成模仿电路可处理电平信号,信号处理单元则对这些信号滤波和采样;采样信号单片机内部模数转化模块(A/D)转化成数字信号;CPU根据这些信号进行逻辑运算和处理,运算成果和整定值比较后输出契合预设维护特征逻辑电平信号,这些信号经扩大后可直接驱动断路器施行组织使断路器动作。多种毛病维护动作电流和时刻整定值通过人机交互模块键盘设定。预先寄存在EEPROM中,并可以在运用中随时进行修正。脱扣器所需信号由空芯互感器供给。采样信号正确度直接影响脱扣器维护和显现精度。传统铁芯互感器线性度小,当呈现大电流时,其二次输出和一次电流不成线性关系,形成欠维护及显现和实践电流值不符。本规划采纳空芯互感器,含有宽规模线性度,可保证脱扣器实时处理、显现线 数字脱扣电路 图所表明,单片机操控信号是由单片机直接输出,所以可以不通过脉宽检测电路直接接到单稳态输入端,然后驱动磁通变换器作业,完结脱扣成效。 第4章 磁通变换器成效及结构 智能脱扣器已广泛运用于低压断路器,而磁通变换器(Flux Transfer Trip )作为智能脱扣器要害部件,对智能脱扣器作业功能、结构小型化及牢靠性相要害效果。低压断路器智能脱扣器施行元件采纳特别磁通变换器,由于它由电流互感器通过电容器来供电,故要求磁通变换器动作活络、功耗低。磁通变换器是一个小型储能式脱扣设备,由于运用了永磁寄存能量,所以仅需很小功率脉冲即可使其动作,图4.1为作业原理图。永久磁铁发生磁通Φr及对应吸力使动铁芯处于吸持方位,而当电流i通过线圈发生磁通Φ抵消了Φr时,就可使动铁芯在绷簧力Fs效果下动作,故其和一般电磁组织动作原理不相同,它是靠永磁发生力使变换器处于开释方位,而依托绷簧力使其动作,推动断路器脱扣钩。 图4.1 磁通交换器原理图 由图4.1可知,磁通交换器由动铁芯、静铁芯、电磁线圈、绷簧、永磁体和磁通交换器外壳等组成。 运用于智能脱扣器上磁通变换器是一个运用永磁贮能小型电磁施行元件,和传统电磁组织不相同,它靠永磁供给动铁芯坚持力,而由绷簧力供给动铁芯操作力。磁通变换器规划要求是体积小、动作快、动作功率低、作业牢靠性高。采纳静、动态二阶段优化规划可达到磁通变换器优化规划方针。完结磁通变换器优化规划对提高智能断路器功能,结构小型化和作业牢靠性相要害效果。 总结和领会 通过此次课程规划,让我学会了许多,让我了解到智能脱扣器体系组成,和智能电器模仿脱扣和数字脱扣规划。在一开端规划上只要数字脱扣器,今后通过向教师讨教,上网查资料,翻阅相关书本了解到。只是数字脱扣仍是不行,由于微处理器在上电前期要进行上电初始化,无法完结维护。而模仿脱扣电路采纳硬件比较器电路可以快速断定出断路器接通时呈现短路状况,并做出对应动作进行维护。一起在微处理器运转期间,模仿脱扣电路完结特大短路电流断定,假设呈现特大短路电流,微处理器没有来得及反响,则模仿脱扣电路可作出对应断定和动作。所以数字脱扣和模仿脱扣相结合,二者互补,添加了脱扣器牢靠性。 通过这次课程规划,还让我了解到了磁通交换器作为智能脱扣器要害部件,对智能脱扣器作业功能、结构小型化及牢靠性相要害效果。 虽然这次规划中还有许多不足之处,不过这次课程规划让我收成很大,在此特别感谢教师对我在课程规划中尽心辅导和热情帮助,一起还要感谢各个学科任课教师教训。 附 录 参阅文件 1.邹积岩. 智能电器. 北京:机械工业出版社, 2.王汝文,宋政湘,杨伟. 电器智能化原理及运用. 北京:电子工业出版社, 3.王铭,张峰.智能脱扣器规划及其维护特征研讨.电工技能杂志.,5. 4.许亚正.变压器及中低压网络数字式维护.北京:我国水利水电出版社.. 5.王富东,王家善,邵光庆,唐春潮.智能化断路器开发.低压电器.,2. 6.冯继锋.塑料外壳式断路器开展.低压电器,,4 电气信息学院课程规划评分表 项 目 评 价 优 良 中 及格 差 规划方案合理性和创造性(10%) 开发板焊接及其调试完结状况*(10%) 硬件规划或软件编程完结状况(20%) 硬件测验或软件调试成果*(10%) 规划说明书质量(20%) 辩论状况(10%) 完结使命状况(10%) 独立作业才能(10%) 出勤状况(10%) 综 合 评 分 辅导教师署名:________________ 日 期:________________ 注: = 1 \* GB3 ①表中标*号项目是硬件制造或软件编程类课题必填内容; = 2 \* GB3 ②此表装订在课程规划说明书终究一页。课程规划说明书装订次第:封面、使命书、目录、正文、评分表、附件(非16K巨细图纸及程序清单)。

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