1000A智能型万能式断路器设计 三

1000A智能型万能式断路器设计

摘要：智能型万能式断路器是供配电系统中的重要设备。随用电系统系统的规模和等级不断扩大，系统的网络结构和运行方式日趋复杂，智能型断路器以其可靠性高、准确性高和实时性好等优点而得到了广泛的应用。

本次设计是以DW45系列为参考，结合本校实际情况进行设计。对于断路器整体结构在现有产品的基础上以1000A额定电流为准进行修改。智能式脱扣器 以MCS-51芯片为处理器核心，并进行互感器的计算力求达到预期的目的。对于其软件设计采用层次化结构得到较好的结果。抗干扰设计考虑到在运行中的各种干扰并给出了抗干扰方案。

智能型断器已在低压供配电领域得到了广泛的应用，在不久的将来将会在高压供配电领域得到广泛应用。

关键词：智能型、断路器、智能脱扣器、单片机、万能式

    

目   录

摘  要 1

Abstract 2

第1章 绪 论 3

1.1智能断路器的发展与意义 3

1.2 智能断路器的发展 3

1.2.1智能型万能式断路器 3

1.2.2智能控制器 5

1.2.3智能监控单元 5

1.3课题来源及主要研究内容 6

1.3.1课题来源及主要研究内容 6

第2章断路器整体结构设计 8

2.1总体结构布置 8

2.1.1各部件的配置 8

2.2断路器零部件的设计 8

2.2.1触头系统 8

2.2.2灭弧室设计 11

2.2.3断路器操作机构的设计 11

2.3智能控制器设计方案 15

2.3.1抽屉座 16

2.3.2智能控制器 16

2.3.3限制器 17

2.4机械联锁装置 17

第3章智能型脱扣器的基本功能和结构组成 19

3.1智能脱扣器的基本功能 19

3.1.1保护功能 19

3.1.2测量和显示功能 19

3.1.3通信功能 19

3.1.4监控功能 19

3.1.5人机交互功能 20

3.1.6故障示波功能 20

3.2智能脱扣器原理与设计 20

3.2.1电源 21

3.2.2信号采集处理电路 22

3.2.3显示和键盘电路 23

3.2.4自诊断检测电路 23

3.2.5控制执行电路 24

3.3智能脱扣器硬件功能模块的划分 25

3.3.1输入模块 25

3.3.2中央控制模块 25

3.3.3开关量输出模块 25

3.3.4通行模块 25

3.3.5人机交互模块 26

3.4中央控制模块的一般结构和设计方法 26

3.4.1中央控制模块结构设计步骤 26

3.4.2中央控制模块常用处理器和外围集成电路芯片 28

3.5开关量输出模块的结构组成 29

3.6通信模块的基本要求和设计原则 29

3.7人机交互模块的设计步骤和常用器件 30

3.7.1人机交换模块的设计步骤和常用部件 30

3.7.2智能监控单元的时序设计 31

第4章智能脱扣器的软件设计 32

4.1智能监控单元软件的层次设计 32

4.1.1智能监控单元设计的基本要求 32

4.1.2软件的整体结构 33

4.2软件设计 34

4.2.1通讯子程序流程图 34

4.2.2 程序清单 38

4.3实时多任务调度系统 39

4.3.1任务的划分 39

4.3.2任务的调度 40

4.3.3任务的管理与协调 41

4.3.4任务调度方法和执行过程 41

4.4智能电器单元软件的数据格式设计 42

4.4.1实时数据的存放 42

4.4.2历史数据的存放 44

第5章电磁兼容性设计 47

5.1电磁兼容性的基本概念和电磁干扰的传播途径 47

5.1.1低频干扰 48

5.1.2高频干扰 48

5.1.3静电放电干扰 48

5.1.4磁场干扰 48

5.2监控单元硬件的电磁兼容性设计 48

5.2.1静电放电干扰的抑制 48

5.2.2减小电网电压跌落和短暂中断的影响 49

5.2.3滤波快速瞬变脉冲群的干扰 49

5.2.4电压、电流浪涌的吸收 50

5.3印刷电路板（PCB）的抗干扰设计 50

5.3.1数字电路与模拟电路分开布置，分开供电 51

5.3.2加宽PCB板中的电源线和地线 51

5.3.3强电区域和弱电区域严格分离 51

5.3.4通信部分采用与中央控制模块完全隔离的独立电源供电 51

5.4智能监控单元软件的抗干扰措施 51

5.4.1增加看门狗（WATCHDOG）监视程序 52

5.4.2软件陷阱和指令冗余 52

5.4.3无扰动的重恢复技术 52

5.4.4监控单元的自检 53

5.4.5采用平滑技术 53

参考文献 54

结束语 55

致  谢 57

附录1元器件明细表 58

附录2程序清单 61