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单极固态断路器的研制
作 者: 娄建国
导 师: 马少华
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 电机与电器
关键词: 固态断路器 IGBT PTC热敏电阻 电流变化率
分类号: TM561
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 57次
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内容摘要
在电力系统的输配电系统中,断路器是不可或缺的开关保护器件。随着电力电子器件的快速发展,上世纪70年代末断路器家族中诞生了一种新型的产品——固态断路器,固态断路器相较传统机械式断路器因其体积小巧、分断速度快、接通和分断负载不产生电弧等优点在中低压领域得到了快速的发展。但是固态断路器的价格比较昂贵,因此目前在市场应用中还是以传统的机械式断路器为主。鉴于此,设计、研制了一种应用于居民或类似场所对防火、防爆要求高且成本低廉的单极固态断路器。通过对现有各种电力电子开关器件的比较,选择了性价比较高的IGBT作为单极固态断路器的开关器件。与以往研制的固态断路器不同点在于,通过对PTC热敏材料的研究与分析,采用了IGBT串联PTC热敏电阻作为固态断路器的开关。由于PTC热敏电阻材料的阻-流特性,额定电流下PTC热敏电阻相当于电路中的一段导体,阻值很小,基本不会影响到负载的正常用电;而一旦线路发生短路故障,PTC热敏电阻的阻值立刻呈现指数级增长,起到限制短路电流、保护负载的作用。由于固态断路器对不同等级的过载电流有不同的分断策略,以PIC16F876A芯片为核心控制器件,设计了电流信号的实时采集系统。设计了电流变化率的采集电路,multisim10软件仿真结果显示,采用电流变化率来检测短路信号,可以大大提高故障信号的检测速度。根据硬件和软件的设计,制作了单极固态断路器的实验样机并作了相应的实验,实验结果显示,制作的样机可以满足设计的要求,取得了预期的结果。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 第一章 绪论 10-14 1.1 课题研究的背景和意义 10-11 1.1.1 课题研究的背景 10-11 1.1.2 课题研究的意义 11 1.2 课题的国内外研究现状和发展趋势 11-13 1.2.1 本课题国外研究现状 11-12 1.2.2 本课题国内研究现状 12-13 1.2.3 本课题研究内容的发展趋势 13 1.3 课题研究的主要内容 13-14 第二章 固态断路器的保护原理 14-19 2.1 信号采集的有效值法分析 14-15 2.2 过流保护原理 15-18 2.2.1 过载长延时保护 15-16 2.2.2 短路短延时保护 16-17 2.2.3 短路瞬动保护 17-18 2.3 过热预警保护 18 2.4 本章小结 18-19 第三章 固态断路器的主电路设计 19-31 3.1 常见主电路结构对比 19-22 3.1.1 高分子热敏电阻的工作原理 21-22 3.2 固态断路器中主开关元器件的选择和设计 22-27 3.2.1 主开关IMBH60-100 介绍 23 3.2.2 IGBT 的驱动电路 23-25 3.2.3 本文所用IGBT 驱动与保护电路 25-27 3.3 固态断路器的保护电路 27-30 3.4 本章小结 30-31 第四章 固态断路器控制系统设计 31-51 4.1 控制系统的硬件设计 31-34 4.1.1 PIC16F876A 单片机芯片简介 32-33 4.1.2 控制系统电源电路 33-34 4.2 控制系统数据采集单元 34-45 4.2.1 信号采样电路 35-36 4.2.2 信号滤波电路 36-38 4.2.3 检测短路信号的微分电路分析 38-41 4.2.4 微分电路的仿真 41-44 4.2.5 电压比较电路和参考电压电路 44-45 4.3 故障显示 45-46 4.4 控制系统软件的设计 46-50 4.4.1 A/D 转换程序 46-47 4.4.2 过流保护功能的实现 47-48 4.4.3 过热保护预警功能 48 4.4.4 外部中断R80/INT 程序 48-49 4.4.5 自动复位程序 49-50 4.5 本章小结 50-51 第五章 系统实验调试结果与分析 51-57 5.1 实验的样机装置 51-52 5.2 实验所用到的设备 52 5.3 控制系统的调试过程 52-56 5.3.1 断路器过载长延时实验 53-54 5.3.2 断路器短路短延时实验 54-55 5.3.3 断路器短路瞬动实验 55-56 5.3.4 实验结果分析 56 5.4 本章小结 56-57 第六章 结论 57-58 参考文献 58-60 在学研究成果 60-61 致谢 61
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 开关电器、断路器 > 断路器
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