基于单片机的智能漏电保护器毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的智能漏电保护器毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

常情况下通过零序电流互器 TAN 的一次侧电流的相量和等于零，公式如下 0LNII (11) 这样， 各相线工作电流在零序电流互感器环形铁心中所产生的磁通量和也为零，公式为 0LN (12) 因此，这时零序电流互感器的二次线圈没有感应电压输出，漏电断路器不动作，对被保护电路保持正常供电。 当被保护电流有人触电或出现其他接地捅电故障时，由于漏电电流的存在，使得通过电流互感器一次侧的各相负荷电流 (包括中性线电流 )的相量不再为零，也就是 L N nI I I (13) 它为剩余电流，在本文中表示漏电电流。 一般在被保护电路中，如果被保护的电路中电流相量和不为零，那么磁通就会在其铁心中产生，公式如下 L N n   (14) 此时漏电脱扣器会收到其二次绕组中产生的感应电势信号，当这信号达到一定值时，电子控制的漏电脱扣器动将会发出相应操作，此操作会使漏电保护器主开关断开，从而在极短的时间内主动切开电源，避免事故的发生 [8]。 智能漏电保护器 智能漏电保护器的主要特点 当线路 发生漏电 情况 以及人身触电 时，漏电保护器能够断闸 保护， 当发生短路和电流过载时也可以派上用场，另外 在 一般 情况下 亦可以当做 线路的转换 开关使用，其在许多场合中有着广泛应用。 漏电保护器主要由放大器、零序电流互感器和漏电动作脱扣器等部分组成，其可靠性良好，性能相对稳定。 智能型漏电保护器除了具备传统保护器的各种用途外，而且还可以显现各种电路指标，例如电流，电压，功率，功率因数，这些指标根据需要可以随时显现，设置和修改。 前者较后者来说，它拥有许多领先的地方： ，灵敏度好 ，适应性高 ，更适合现代复杂配电电网的要求。 哈尔滨理工大学学 士学位论文 8 智能漏电保护器工作原理 智能漏电保护器的工作原理为将零序电流互感器测到的信号送到运算放大器对信号进行放大，再由带 A/D 转换的单片机对漏电电流信号进行高速采样和数字转换，求得直流漏电电流平均值、缓变交流漏电电流有效值，并以此有效值求出突变漏电电流值，最后将处理得到的数据结果与规定的额定动作值进行比较，当实际电流值达到额定动作值时，根据用户的延时要求，驱动断路器断开，并实现自动重合闸和漏电电流跟踪和记忆功能 [9]。 漏电保护器主要由检测 单元 、中间环节和执行机构 三个部 分组成。 检测元件为 零序 电流互感器，它由封闭的环形铁心和一次、二次绕组构成，一次绕组有被保护电路的相、线电流流过， 其作用是将采集到的漏电流信号转换成中间环节可以接受的电压或功率信号。 中间环节采用运算放大器和单片机控制系统，对漏电信号进行处理 (变换、放大和比较 )和动作控制。 因此通常包括放大器、比较器和脱扣器等。 执行单元通常由 脱扣器的保护器或交流接触器 的器件组成。 根据中间环节发出的指令，来切断保护电路的电源。 图 22 表示 智能型漏电保护器的 动作 原理： 零 零 零 零 零零 零零 零 零 零 零 零 零零 零零 零零 零零 零 图 22 智能型漏电保护器的原理 展示 图 本章小结 当线路 发生漏电 情况 以及人身触电 时，漏电保护器能够断闸 保护， 当发生短路和电流过载时也可以派上用场，另外 在 一般 情况下 亦可以当做 线路的转换 开关使用，其在许多场合中有着广泛应用。 漏电保护器主要由放大器、零序电流互感器和漏电动作脱扣器等部分组成，其可靠性良好，性能相对稳定。 智能型漏电保护器除了具备传统保护装置的各种用途外，而且还可以显示各种电路指标，各种指标也可以显示，设置和修改。 具有稳定性高，功能灵活，自适应强，性价比高的优点。 哈尔滨理工大学学 士学位论文 9 第 3 章 漏电保护器的硬件设 计 硬件设计整体思路 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 图 31 智能漏电保护器硬件结构设计图 智能型漏电保护器的硬件主要由漏电检测电路、相位同步电路、漏电动作电流 和延时 设定电路、 液晶 显示电路、单片机控制单元和动作执行单元等部分组成。 漏电检测电路由零序电流互感器和信号处理单元组成 ,这部分电路将检测出漏电信号送到单片机的 A/D 输入通道，转换为单片机可以处理的数字信号。 相位同步电路负责将电网的电压信号与漏电信号的相位进行比较 ,单片机根据它们的相位差来判断各相漏电电 流。 漏电动作电流和时间设定电路是来设定额定漏电动作电流及动作时间 ,根据需要也可以设定为单片机自动选择额定漏电动作电流。 漏电数字显示单元主要呈现发生故障时线路中的漏电电流的大小以及执行操作的原因，通常由单片机控制。 动作执行单元直接由单片机控制，完成漏电保护功能。 本文采用 PIC16F877 系列单片机 ， 在智能型漏电保护器中起着“大脑”的作用。 智能化漏电保护器是在 PIC16F877 单片机的控制下完成的 ,其控制软件由四部分组成 ,即上电初始化模块、漏电信号分析模块、漏电电流显示模块、漏电动作输出模块。 上电初始化模块主 要完成上电后的初始化 ,对PIC16F877 的端口进行初始化 ,还包括根据外部设置状态确定额定漏电动作哈尔滨理工大学学 士学位论文 10 电流和动作时间。 漏电信号分析模块主要通过 A/D 转换后 ,将漏电模拟信号转换为数字信号 ,对于三相电网来说 ,还要将各相漏电电流分离出来。 漏电电流显示模块采用动态扫描输出方式，交替显示总漏电电流、 A 相漏电电流、B 相 漏电电流、 C 相漏电电流。 漏电动作输出模块主要是将漏电电流与漏电动作值进行比较，当漏电电流大于设定值时 ,单片机发出动作信号 [10]。 电路基本原理图如 32 所示： V D D47K47KR S E T10K10K 10K 10KS1S2S4S3V D D4. 7K0. 5K20KD31 2H E A D E R 2N12N 2222AP C 817 12V+ 12VV S S1V D D2V E E3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714L C DC O N 145VR3R7R1R2R5C1C2C3R6+ 5VVV+互感器二次侧0. 4uF470P F4uFD1L M 339AL M 33924K5K M5K M5K M5V1234i ( t )R A 5M C L R / V P P1R A 0/ A N 02R A 1/ A N 13R A 2/ A N 2/ V R E F 4R A 3/ A N 3/ V R E F +5R A 4/ T 06R A 5/ A N 4/ S S7R E 0/ R D / A N 58R E 1/ W R / A N 69R E 2/ C S / A N 710V D D11V S S12O S C 1/ C L K I N13O S C 2/ C L K O U T14R C 0/ T 1O S O15R C 1/ T 1O S I16R C 2/ C C P 117R C 3/ S C K18R D 0/ P S P 019R D 1/ P S P 120R C 4/ S D I / S D A21R C 5/ S D O22R C 6/ T X / C K23R C 7/ R X / D T24R D 2/ P S P 225R D 3/ P S P 326R D 4/ P S P 427R D 5/ P S P 528R D 6/ P S P 629R D 7/ P S P 730V S S31V D D32R B 0/ I N T33R B 134R B 235R B 336R B 437R B 538R B 6/ P G C39R B 7/ P C G40U1P I C 16F 877Y112M H ZC130uFC230uF 图 32 硬件电路基本原理图 零序电流 互感器的选择 零序电流为整个系统的最原始信号，它直接决定了系统的精确与否，是一个很关键的参数。 不同类型的零序电流互感器的零序电流范围以及指标也不一样，那么就有必要挑选合适的零序电流互感器。 通常的零序电流互感器的原方零序电流小于 2～ 5A 时有较大的变化和相位差别，满足不了微处理器检测装置的要求， LWJZ3 型的零序电流互感器的精准度比较高，即使原方零序电流在 ～ 时，也能保证所需要的精度，电流超过 时更为精准，变比误差小于 1%，角误差在 1 度以下。 输出信号还要通过平波电抗器进一步操作。 哈尔滨理工大学学 士学位论文 11 单片机的选择 PIC 系列 单片机 由美国 Micrchip 科技公司 生产的， 公司主要从事和生产各类型，功能的单片机，性价比高 ，在单片机领域影响巨大。 PIC 采用了 RISC结构的嵌入式微处理器， PIC 系列 的单片机的指令更为精简，硬件可靠性高，制作独特。 相对于初学者来说它是最方便入门学习的 ， 同时它也是使 用 最广泛 的单片机品种之一 [11]。 PIC16F877 单片机内部资源 很多 ， 在 工业 生产制造方面应用很广。 它具有以 下优点：。 ，仅仅有 35 条，绝大数为单周期指令 ，执行速度快。 ，驱动能力强。 PIC 采取全静态 CMOOS 设计，功损很小很小。 片内有上电复位电路、跟踪显示电路、 RC 振荡器电路选择等，不必再增设外围电路，节约经济，损耗小。 1K 字节的存储器空间， PIC 系列的单片机能够存放的指令数可达 1024条，而 MCS51 这样的单片机，大约只能存放 600 条指令。 可见比 51 单片机优越的多。 发光二极管 LED、光电耦合器或者微型继电器等可以通过 I/O 端口直接驱动。 PIC 系列单片机采用相对独立的寻址方式。 可以最大程度地减少或免用外接器件，常用的电复位电路、 I/O引角上拉电路、看门狗定时器等上面都有集成。 对于 PIC 系列中的任一款单片机的来说，任何一套免费软件综合开发环境，都能实现程序编写和模拟仿真。 PIC 单片机不搞简单的功能堆积。 众多型号的单片机其运行性能有高有低，片上功能资源有多有少，但始终保持了高度一致的可移植性。 这样，设计工程师就可以在最初定方案时挑选一款功能最恰当的芯片，随着开发的深入，能够随时方便的将整个设计移植到其他型号的单片机上，保证最终产 品中使用的单片机不会有太多的资源浪费，提高了产品的性价比。 通过以上的罗列， PIC 系列单片机有很多独具的优势，因此本论文用这一系列的单片机作为微控制单元，具体型号为 PIC16F877，引脚图如图 33所示： 哈尔滨理工大学学 士学位论文 12 M C L R /V PP1R A 0/ A N 02R A 1/ A N 13R A 2/ A N 2/ V R E F4R A 3/ A N 3/ V R E F+5R A 4/ T 06R A 5/ A N 4/ SS7R E 0/ R D / A N 58R E 1/ W R / A N 69R E 2/ C S/ A N 710V D D11V SS12O SC 1/ C L K IN13O SC 2/ C L K O U T14R C 0/ T 1O SO15R C 1/ T 1O SI16R C 2/ C C P117R C 3/ SC K18R D 0/ PSP 019R D 1/ PSP 120R C 4/ SD I /SD A21R C 5/ SD O22R C 6/ T X / C K23R C 7/ R X / D T24R D 2/ PSP 225R D 3/ PSP 326R D 4/ PSP 427R D 5/ PSP 528R D 6/ PSP 629R D 7/ PSP 730V SS31V D D32R B 0/ I N T33R B 134R B 235R B 336R B 437R B 538R B 6/ PG C39R B 7/ PC G。