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高压断路器控制器设计论文

时间:2020-02-15 04:01:56    点击: 97次    来源:论文资本网    作者:搜集摘文 - 小 + 大年夜

摘要:高压断路器是高压配电体系中起同段控制及保护等感化的重要元件。今朝,国外的高压断路器正朝着高性能、小型化、智能化和模块化偏向生长,并且与现场总线体系相连,完成搜集化。本文简介一种新型智能高压断路器控制器的设计。

  关键词:控制设计 配电体系 元件

  1、引言
  高压断路器是高压配电体系中起同段控制及保护等感化的重要元件。今朝,国外的高压断路器正朝着高性能、小型化、智能化和模块化偏向生长,并且与现场总线体系相连,完成搜集化。国际一些厂家也曾开辟国际种天性性能断路器控制器,其重要缺点是采取大年夜范围集成器件较少,故体积较大年夜,易进入搅扰。
  本文简介一种新型智能高压断路器控制器的设计。重要特点有:a重视模块化设计,采取大年夜范围集成器件。不只延长了产品开辟周期,进步了产品性能,并且增添了产品体积,降低了本钱;b在完成根本保护功能的同时,增长了预警功能;c才参数丈量上,除电流、电压等惯例参数外,增长了功率因数及功率丈量等,并对参数停止显示;d重视产品的靠得住性设计;e断路器带通信接口,引入can现场总线技巧。
  2、支能高压断路器控制器设计
  2.1 整体筹划简介
  该断路器控制器的重要包含微处理器、旌旗灯号收集电路、键盘和实际电路、外扩存储器、温度检测电路、输入履行电路和电源等。
  2.2 微处理器的选择
  智能断路器控制器既要完成各类功能又要有较好的是及时性和电磁兼容性,本期设计用了dallas公司的ds80c390微处理器。其重要特点有:向下兼容80c52,应用80c51的指令集;高速的体系构造,每个机械周期只要4个时钟周期,最大年夜体系时钟频率可达40mhz,兼容80c52存储形式,内含4kb的sram,外部扩大4mb的法式榜样存储器和4mb的用户数据存储器。内含两个can2.0b的控制口,集成度高。
  ds80c390有2个串行口、3个准时器/计数器、7个附加中断、1个可编程狗准时器、6个8 bit /o口(个中两个与存储器接口),还有一个数据指针oprt1。ds80c390有2种封装情势:68脚的plcc和64脚的lqfp,本设计选用前者。
  2.3 旌旗灯号收集电路
  惯例旌旗灯号输入通道的设计普通先滤波在隔离缩小年夜,然后经a/d转换等,但该设计办法难以满足及时性请求。本设计请求收集3道路电压和4路相电流旌旗灯号,并且须要收集的旌旗灯号范围很宽,若采取惯例设计则须要很多的a/d转换通道,故采取了cirrus logic公司的电子是电能表芯片cs5460来设计旌旗灯号输入通道。
  (1)cs5460的特点。a高集成。外部持续了1个可编程的增益缩小年夜器,1个带固定增益缩小年夜器的电压通道,2个可选高通滤波器等;b高精度。转换精度可达0.1%;c易接口。cs5460是高速a/d器件,缺省状况下,瞬时a/d变换频率可达4khz。其自带可编程增益缩小年夜器可丈量150mv获30mv两城范围的旌旗灯号,从而很好地处理了及时性、宽丈量范围及丈量精度高等成绩。
  (2)cs5460的硬件设计。电压电流互感二次侧感应电压值经分压后分别送入cs5460的uin+、uin--和iin+、iin-引脚。cs5460有4 个串行口:sdi为串行数据输出口,sdo为串行数据输入口,sclk为串行时钟,cs是片选控制线。由于要收集4路电流、3路电压值,故选用了4片cs5460芯片。并用引脚p4.0、p4.1、p4.2和p4.3轮番选通每片cs5460。当cs=1时,sod为高阻状况,故4片cs5460的引脚可以直接连在一路。又ds80c390的i/o口可以驱动4个门电路,故4片cs5460的sdi和sclk引脚分别以线与的情势直接相连。
  (3)cs5460的软件设计。本设计中软件设计的根本法式榜样采取c51编写。cs5460的初始化和启动转换任务由主法式榜样完成。设计请求每1.25ms在3路电压、4路电流上个采一点,采取软件准时中断方法。每1.25ms体系启动一次中断办事法式榜样,完成对各路旌旗灯号瞬时价的收集,每2s完成一次对各路旌旗灯号有效值的收集。
   ds80c390经过过程sdi、sdo、sclk和cs旌旗灯号线与cs5460接口。应用写操尴尬刁难cs5460外部各存放器停止设置;应用读操作,读出cs5460外部各状况存放器和输入成果存放器的值。
  2.4 外扩存储器电路
  传统单片机应用体系为普通以微处理器为核心外加须要的芯片构成。但所需外加零碎芯片很多时,所得的体系构造将很复杂且不容易与更新或修改。所以,本设计采取了psd934f2芯片。
  (1)psd934f2的重要特点。美国wsi公司推出的psd934f2芯片是专门为8bits微处理器设计的,完成了将多个核心芯片集成于一个芯片中。其重要特点有:可便利的应用复用和非复用的8bits微处理器接口;内置2mb的主flash存储器和256kb的第二flash存储器;具有64kb的sram;有19个输入的通用pld(gpld);有译码pld(dpld);具有27个可单个设备的i/o引脚;等待电流可以降至50μa;符合jtag标准的串行口可对全芯片停止在体系编成;flash存储器的擦写次数至少可达100000次,pld的擦写次数最少可达1 000次。
  (2)psd934f2与ds80c390的硬件电路。体系请求具有256kb的flash、125±8kb的sram和16kb的帮助flash,还要31路i/o输入及一些外设片选输入,故体系还扩大了一片128kb的sram。本设计中,ds80c390任务于22bits持续叶面寻址形式,设备为8bits的数据/地址复用方法。用法式榜样选通许可旌旗灯号psen拜访psd934f2的法式榜样存储器,用wr、rd拜访数据存储器。psd934f2的27个i/o引脚,分红4个口(pa、pb、pc和pd),每个引脚可伶仃配制成不合的功能。
  (3)psd934f2的软件开辟。psd934f2由psdsoft软件支撑。体系设计时,不须要用硬件描述说话(hdl)来定义psd934f2的引脚功能和分派存储器地址。psd934f2支撑flashlink器件编程器,对psd934f2停止编程。起首用psdsoft软件定义psd934f2的引脚功能及分派存储器地址,再经过过程psdsoft将psd934f2设备与用户hex文件停止归并产生目标文件。hex文件由用高等说话编写的植入psd的应用法式榜样经编译、链接产生,再将目标经过过程flashlink写入psd934f2便可。
  2.5 温度检测电路
  传统的温度检测电路采取热敏电阻等温度敏感元件,热敏电阻本钱虽低,但须要后续旌旗灯号处理电路,且丈量通道的标定费事,温度丈量的精确度也相对较低。所以,本设计采取dallas公司临盆的数字温度传感器ds1620。
  (1)ds1620的特点。数字温度传感器ds1620是dallas公司推出的新型温度敏感器件。他以数字量输入温度丈量值,具有丈量范围宽,传输间隔远,靠得住、稳定等特点。ds1620的丈量范围为-55~125℃,分辨率为0.5℃。温度以9位数字输入,可以或许在1秒内完成被测温度的数值转换,可自力任务,也可便利的与pc或单片机以串行方法连接。
  (2)ds1620的软硬件设计。ds1620经过过程高温系数振荡器控制高温系数振荡器的脉冲个数,完成被测温度的数字输入。温度计数器和存放器预置-55℃的基准值,若温度存放器与技巧起在脉冲周期停止前为0,则温度存放器增至被测温度值。
  ds1620的引脚dq位数据输入输入脚(3线通信),clk/conv三线通信时为时钟输入口,不消cpu时为启动转换脚,rst为复位输入脚。ds1620经过过程三线串行接口与微处理器相连,完成有关数据的写入、温度数据的读出。  2.6 实不时钟芯片
  体系运转时,全部体系每隔一段时间就要停止一次一直校准。为此,本设计选用实不时钟/日历芯片pcf8563。pcf8563与ds80c390采取i2c通信接口方法停止数据传送。由于ds80c390本身没有i2c通信接口,所以采取软件模仿的办法与具有i2c接口的pcf8563接口。
  法式榜样中微处理器在收回第九个脉冲时,读取sda线上的状况,如读取状况为0,则解释数据已成功写入pcf8563;如读取状况为1,则解释写入操作不成功,法式榜样转入再次写操作。每停止一次操作,内嵌的字地址存放器就会主动产生增量。据此,可断定出法式榜样对pcf8563的读写操作能否完成。每隔一段时间,主机发送标准时间,标准时间经过过程can总线传入各天性性能节点,然后有个节点对各自的时钟停止校时操作。当某节点产生毛病或报警时,此节点就对本身的pcf8563停止读操作,已取得产生毛病或报警时的时间值。
  2.7 can总线接口电路
  can总线是现场总线范畴应用很广泛的一种通信技巧,用can代替以往的rs—485将从根本上改良监控体系的性能。ds80c390外部集成了两个全功能can2.0控制器,易与外部can总线接口。
  2.8 键盘及显示电路
  键盘设计时,将按键的一端与微处理器的口线直接相连,并加上阻容电路去颤抖。如许既可简化硬件电路的设计,还可减小体积。显示电路由发光二极管和液晶构成,液晶采取精电公司的mgls-12864t,可用图形或文本方法显示。
  3、智能控制器的靠得住性设计
  本控制器模块处于强磁场情况中,各类电磁搅扰源频率大年夜致为:电磁20hz~几十hz,开关电弧30~200hz,磁铁1.0~3.6mhz。本模块还处于强电力线电厂中,该场以电磁感应的方法将电磁能量施加与本控制器模块。一切的电磁搅扰都有电磁搅扰源、耦合通道和敏感设备3个根本要素构成。
  (1)本设计选用了cs5460、pcf8563等贴片封装元器件,高集成度的ds80c390及可设备内存器件psd934f2和带光电隔离的固态继电器。这些控制器模块本身就有很强的抗搅扰才能。
  (2)电源是引入搅扰的重要门路,为增添从此引入的搅扰,采取了以下办法:a采取高性能开关电源以抗尖脉冲搅扰等;b采取压敏电阻或rc搜集等接收浪涌电压;c电源进线端加大年夜容量电解电容和高频陶瓷电容分别滤除低频、高频搅扰;d采取分散自力的功能供电。e包管有恰当的功率裕度。
  (3)过程通道上才取光电耦合隔离、固态继电器开关量输入和对传输线停止阻抗婚配的办法。
  (4)设计印刷电路板时,采取合适的制版面积、双板层、井字形布线,尽可能增添环路面积和环路电流、并排走线间拔出团圆地线、重要旌旗灯号线接近地线等办法。本控制器模块采取任务接地。采取待樊篱的双绞线以减小电流旌旗灯号回路的电磁搅扰,其樊篱层接到断路器外壳。接地线尽能够短,线径尽能够粗。
  (5)采取较高导电性材料如铜停止电场樊篱,导磁材料停止磁场樊篱。在控制器壳内喷涂铜制电镀导电层。对开关电源加樊篱层,对显示窗中应用樊篱玻璃,采取电磁密封衬垫防壳体裂缝漏磁。
  (6)软件设计中采取的抗搅扰办法有:a设置看门狗准时器。看门狗的准不时间稍大年夜于主法式榜样正常运转一个轮回的时间,而在主法式榜样运转过程当中履行一次时间常数刷新操作。当法式榜样掉足时,由于不克不及正常刷新准时器而招致准时中断,将体系复位。b设置软件圈套。本设计中在非法式榜样区反复用nop,nop,ljmp 0000h填满,作为法式榜样乱飞的拦截办法。如许,不论法式榜样掉控指向哪一字节,都能回到复位状况;c 采取一阶递推数字滤波法完成软件的数字滤波,以清除传感器通道中的搅扰旌旗灯号;d 采取设置软件冗余、输入状况影象保存、数据存储冗余和初始化及自检法式榜样等,应对控制的状况掉常。
  4、实验成果
  (1)丈量电流值。cpu读取cs5460电流有效值存放器中的a/d转换值,再经过过程软件停止非线性补偿等办法,可得出对应的电流有效值。
  (2)电压值的丈量。电压互感器的次级串接140ω电阻,可以取得0 ~ 150mv的电压。电压经cs5460的a/d转换后,存储在电压有效值存放器中。cpu拜访此存放器可取得转换成果,在据原、副边变比关系,取得对应电压有效值。
  (3)功率因数的丈量。经过过程cs5460内一个电量存放器积聚电能。根据电能与功率的关系w=pt,在1s内积聚的电能数值上等于其有功功率p。在根据公式cosφ=p/ui算出功率因数值。
  (4)举措照应时间验证。本设计请求,当线路中出现大年夜电流时,断路器必须在20 ms内靠得住分断,这个中包含线路出现大年夜电流短路毛病到微处理器断定出毛病收回分断指令所需的时间、机械部分延迟时间和电弧熄灭时间。本设计在一个工频周期内对每路旌旗灯号收集16个点,即每12.5ms收集一个点,再根据设定值断定能否产生毛病。实验成果注解,本体系中,线路出现大年夜电流短路毛病到微处理器断定收回分断指令所需时间为6ms阁下。可见,线路出现大年夜电流短路后,断路器在20ms内能靠得住分断。

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