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永磁智能断路器分析及控制器的设计

作　者: 陈起磊
导　师: 王志新
学　校: 上海交通大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁智能断路器控制器 DSP2812 三段电流保护
分类号: TM561
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

伴随着国民经济的高速发展和节能减排政策的实施,永磁智能断路器作为电力系统中重要的组成部分,保护电气配电网络和工业设备免于受到短路、过载和漏电等故障危害。本文以永磁智能断路器为研究对象,介绍了永磁智能断路器的组成和主要特点,重点设计了智能控制器,实现断路器的智能保护。针对传统断路器保护功能单一,选择性保护差以及不能实现通信和网路化等缺点,本文根据断路器永磁操纵机构的特点及其智能性的体现,采用高性能的DSP芯片TMS320F2812作为核心处理器,运用模块化的设计思想对配电网用永磁断路器智能控制器的硬件和软件进行了详细设计。硬件电路重点设计了数据采集、电源供电、通信、脱扣执行、温度检测、键盘输入以及液晶显示这几个模块,给出了每个模块关键部位的电路原理图并简要介绍设计方法;针对硬件电路以及永磁智能断路器的功能特点,控制器软件部分分为采样、通信、FFT计算、三段电流保护、键盘输入和液晶显示等几个模块,给出设计思想和软件流程图。针对断路器工作恶劣电磁环境,分析了提高硬件抗干扰和软件抗干扰能力的措施。当前,智能断路器控制器多采用结构简单、价格便宜的单片机设计,本文采用DSP能满足电网对实时性和算法精度越来越高的要求,使智能控制器性能更加优越。利用适合DSP处理的三点滑动窗口瞬动保护算法,可使控制器到达速动性和可靠性的统一。将所设计智能控制器应用到某智能型万能式断路器产品上,做三段电流保护等试验,试验结果表明,本文设计的永磁智能断路器控制器达到预期设计目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 选题背景  11
  1.2 低压断路器国内外研究现状与发展趋势  11-13
    1.2.1 国外断路器的发展  12
    1.2.2 我国断路器的发展  12-13
  1.3 智能断路器控制器的发展  13-14
    1.3.1 断路器控制器的历史阶段  13
    1.3.2 智能控制器的发展趋势  13-14
  1.4 选题研究的目的与意义  14
  1.5 本文的研究内容和主要工作  14-15
  1.6 本章小结  15-16
第二章永磁智能断路器的特点  16-24
  2.1 断路器的结构及其技术参数  16-18
    2.1.1 断路器的基本结构  16-17
    2.1.2 断路器的主要技术参数  17-18
  2.2 永磁智能断路器的结构特点  18-20
    2.2.1 双稳态永磁操动机构原理  19
    2.2.2 与常规操作机构的对比  19-20
  2.3 智能断路器的功能特点  20-22
    2.3.1 智能电器  20-21
    2.3.2 智能断路器  21-22
  2.4 智能断路器与其他断路器比较  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章智能断路器控制器设计的技术基础  24-34
  3.1 智能断路器的主要保护功能及其实现  24-27
    3.1.1 三段电流保护原理及其实现  24-26
    3.1.2 其他保护功能  26-27
  3.2 电网电参数的计量原理  27-31
    3.2.1 电网电压、电流的计量  28-29
    3.2.2 快速傅里叶变换算法简介  29-31
    3.2.3 电网功率、功率因数的计量  31
  3.3 瞬动保护算法  31-32
  3.4 本章小结  32-34
第四章智能断路器控制器的硬件设计  34-62
  4.1 系统设计求与整体设计方案  34-36
    4.1.1 系统设计要求  34-35
    4.1.2 系统硬件结构  35-36
  4.2 系统主控模块  36-39
    4.2.1 DSP 的选型及其简介  36-38
    4.2.2 DSP 主控电路  38-39
  4.3 系统各功能模块的设计  39-59
    4.3.1 数据采集模块的设计  39-43
    4.3.2 电源模块的设计  43-48
    4.3.3 通信模块的设计  48-51
    4.3.4 温度检测模块的设计  51-53
    4.3.5 脱扣执行模块设计  53-55
    4.3.6 信号输入输出模块的设计  55-59
  4.4 硬件电路的抗干扰设计  59-61
    4.4.1 干扰源分析  59
    4.4.2 硬件抗干扰措施  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章智能断路器控制器的软件设计  62-82
  5.1 开发环境CCS 简介  62-63
  5.2 主程序设计  63
  5.3 采样子程序  63-68
  5.4 FFT 计算子程序  68
  5.5 三段流保护子程序  68-72
    5.5.1 短路瞬动保护程序设计  69
    5.5.2 短路短延时保护程序设计  69-70
    5.5.3 过载长延时保护程序设计  70-72
  5.6 通信程序设计  72-75
    5.6.1 CAN 初始化  72-73
    5.6.2 数据的发送和接收  73-75
  5.7 键盘输入与液晶显示程序设计  75-77
    5.7.1 液晶显示子程序设计  75-76
    5.7.2 键盘输入子程序设计  76-77
  5.8 软件抗干扰设计  77-78
  5.9 试验结果  78-81
  5.10 本章小结  81-82
第六章总结与展望  82-83
  6.1 总结  82
  6.2 展望  82-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  87

永磁智能断路器分析及控制器的设计

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