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低压智能断路器的研究与设计.doc
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2021-12-12
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【低压智能断路器的研究与设计】 低压智能断路器是一种集成了先进的微电子技术和自动化技术的新型电气保护设备,其主要目标是提高电力系统的安全性和可靠性。在本论文中,作者深入探讨了如何实现断路器的智能控制,通过设计控制单元使其具备智能保护功能。 论文对断路器的工作原理进行了详细分析,包括其在电路中的作用、电流保护机制以及故障检测的基本算法。这些原理是构建智能断路器的基础,理解它们有助于设计出更精确的控制策略。 接下来,设计的重点在于单片机的选择和功能单元的配置。作者选择了C8051单片机作为核心处理器,因为其具有高速处理能力、丰富的I/O接口和内置模拟/数字转换器,适合处理实时监测和控制任务。围绕C8051,设计了硬件控制单元,包括电流感应模块、电压检测模块、通信接口等,这些模块协同工作,能够实时检测电网中的短路、过载和接地等故障。 在软件设计方面,遵循模块化和开放性原则,以提高系统的可扩展性和维护性。软件结构层次分明,支持多任务并行处理,提升了系统的灵活性和可移植性。软件设计中,不仅包括了数据采集和处理算法,还有故障判断和保护逻辑,确保在出现异常情况时,断路器能快速、准确地做出反应,实施保护动作。 此外,硬件设计也考虑到了未来可能的升级需求。例如,采用标准化和模块化的串行芯片,使得硬件系统可以方便地添加新的功能模块,为未来的功能扩展预留了空间。 低压智能断路器的研究与设计是一个涉及硬件电路设计、嵌入式软件开发和电力系统保护算法的综合工程。通过智能控制,不仅提高了断路器的保护性能,还降低了人工维护的成本,对于现代电力系统来说具有重要的实用价值。这一研究领域的发展将继续推动电力行业的科技进步,保障电力设施的安全稳定运行。
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【精品文档】第 1 页
本科毕业论文(设计、创作)
题目: 低压智能断路器的研究与设计
学生姓名: 学号: 0801002115
所在系院: 专业:
入学时间: 2010 年 9 月
导师姓名: 职称/学位: 副教授/博士
导师所在单位:
完成时间: 2014 年 6 月
安徽三联学院教务处 制
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【精品文档】第 0 页
低压智能断路器的研究与设计
摘要:论文阐述使断路器智能控制的技术,设计控制单元使之达到智能化。其
意义使之达到智能保护的效果,主要是设计控制单元的硬软件。
在本文中,分析断路器的原理和相关算法,确定单片机及其功能单元周
围的原则,全面的硬件设计后,对系统的软件设计,实现断路器智能。对短路、
过载和接地等故障的相关参数进行实时检测。叙述它紧要功能模块相关原则、
设计方案,智能控制重点是C8051单片机,因为它是核心处理器,其任务是对
数据进行收集、对故障线路进行保护,从而达到断路器自动控制的效果。软硬件
设计是以模块化和开放性为原则的。硬件的串行芯片采用标准化和模块化,还
留下空间,为今后的扩大提供条件;而软件选用层次化、多任务原则,提升软件
系统灵活性、可移植性。
关键词:断路器; 智能控制器; 过流保护;
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【精品文档】第 1 页
Research and design of low-voltage circuit
breaker intelligent
Abstract:Paper describes the technology of circuit breaker intelligent control,
intelligent control unit to design. The effect of its significance to intelligent protection,
main is hard for the design of the control unit software.
In this article, analyzed the principle of circuit breaker and relevant algorithm,
determine the single chip microcomputer and its functional units around the principle,
the hardware design of a comprehensive, the software of the system design and
realization of intelligent circuit breaker. For short circuit, overload, and earthing fault
operation related parameters, such as the real-time detection. Describe its important
function modules related principle and design scheme of intelligent control with a
focus on the C8051 singlechip, because it is the core processor, its task is to collect
data, the fault line protection, so as to achieve the result of automatic control circuit
breaker. The hardware and software design based on modular and open principles.
Using standardized and modular hardware serial chip, but also leave a space, provide
the conditions for future expansion. And hierarchical, multitasking software chooses
principle, improve software system flexibility and portability.
Key words : circuit breaker; intelligent controller; overcurrent protection;
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目录
1 绪论...........................................................................................................................1
1.1 课题研究的意义与目的 ..................................................................................1
1.1.1 课题研究的意义 ....................................................................................1
1.1.2 课题研究的目的 ....................................................................................2
1.2 智能断路器在国内外发展的现状 ..................................................................2
2 智能低压断路器的原理及理论分析 .......................................................................4
2.1 低压智能断路器控制单元的算法分析 ..........................................................4
2.1.1 电压、电流的计量 ................................................................................4
2.1.2 电网频率、功率因数及功率的计量 ....................................................5
2.2 保护的原理及实现 ..........................................................................................5
2.2.1 过电流保护特性曲线的运用 ................................................................6
2.2.2 保护的实现 ............................................................................................6
3 智能低压断路器的硬件设计 ...................................................................................8
3.1 硬件设计准则 ..................................................................................................8
3.2 智能控制器的硬件电路设计 ..........................................................................8
3.3 嵌入式片上系统 ..............................................................................................9
3.3.1 C8051 系统单片机.................................................................................9
3.3.2 数据采集模块 ......................................................................................10
4 智能低压断路器的软件设计 .................................................................................12
4.1 软件设计概述 ................................................................................................12
4.2 主要程序设计 ................................................................................................12
4.3 定时采样........................................................................................................15
4.4 键盘程序设计 ................................................................................................15
4.5 故障处理........................................................................................................17
4.6 自检程序设计 ................................................................................................18
结论.............................................................................................................................20
致谢.............................................................................................................................21
参考文献.....................................................................................................................22
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1 绪论
1.1 课题研究的意义与目的
1.1.1 课题研究的意义
随着电力工业的发展,各种功能的电力线保护装置也应运而生,并得到迅
速发展。这种保护电路的原理是电流或功率超过一定的基于时间限制,自动切
断电源线实现保护负载。电路断路器是电力系统中最重要的设备之一,主要是
用于电路交换的各种继电保护系统,判断线路是否正常运行,若出现故障,则
供配电系统关闭。低压断路器的重要部分是脱扣器,智能脱扣器的智能控制器
是更准确的更及时的,因此它被广泛地应用于电力系统。
在供电系统中的低压断路器中的分布更为重要的是,不仅需要保护电路,
中断容量和短路电流,但也具有一定的智能化功能的实现,保障供给的选择性
保护。这不仅可以连接或断开连接在正常工作状态下的负载电流,但在正常情
况下,过流,短路,电压等现象的情况下,自动切断电路的断路器,从而保护
电气设备和电缆;故障排除后,快速恢复供电。断路器既可工作在本地,也可
远程操作。智能控制器是核心,各种断开电路保护、报警、显示、测试和事故
诊断功能,它目前已成一个先进断路器主要标志;它的功能是电能的分配、电
路的保护(线路及设备超负荷、短路、欠压、接地故障等),从而控制断路器、
维护电源监控系统。在发生事故时,智能断路器是非常重要的,立即断开电路,
避免事故扩大,从而保证设备和人身的安全和设备的正常运行。
根据电力系统的发展,配电自动化提升,电力系统保护装置通过电磁防护,
晶体管保护,微机保护。电磁防护装置是基于电磁和电磁感应原理,它是由一
个继电器,一个比较简单的原则,成本低,但其能耗高,动作很慢,抗冲击能
力差,可靠性,灵敏度很难得到保障。然而,晶体管保护装置,体积小,重量
轻,功耗低,灵敏度高,动作迅速,无振动,无磨损等,该装置还具有晶体管
保护装置抗干扰能力差的缺点,质量不稳定等。随着电力系统的规模,级别的
扩大,网络结构,运作模式是复杂的,传统的控制器已很难满足系统的可靠性,
准确性,实时。根据电子技术的发展,电子控制电器的出现,它是集成电路的
基础上。它与电磁控制装置相比,耗电量低,重量轻,体积小等特点,容易形成
复杂的保护装置,然而,抗干扰能力差,高品质的电子元件,焊接效果直接影响
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