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新款智能類斷路器的性能概述論文
斷路器由6部分組成：電源、大電流[3]的信號采樣、微處理系統(tǒng)、線路的通斷控制、無線通信、界面顯示，電源部分直接將220V交流電轉換為可供控制模塊和微處理系統(tǒng)使用的工作電源；大電流的信號采樣通過零序電流互感器，并結合模擬電子技術中的信號放大和調整，為微處理器系統(tǒng)提供正確可靠的信號；微處理系統(tǒng)由Atmega16單片機和外部接口電路組成，對電流信號進行實時采集、處理、儲存，實現(xiàn)各種保護和輔助功能；線路的通斷控制通過光耦和晶閘管[4]的組合，用小電流來實現(xiàn)大電流的通斷[5]；無線通信模塊的設立可以通過一個終端設備控制來控制多個斷路器的工作，可以進行大規(guī)模地統(tǒng)一管理，在斷路器上安裝一個無線通信模塊，當終端發(fā)出指令時，它可以接受指令，并執(zhí)行指令相應的動作；界面顯示模塊筆者用液晶顯示加9個數字鍵來做，可以實現(xiàn)人機互動，便于用戶自己設置合適的值以及相應的操作；同時在界面顯示旁邊會有一個開關，可以用來手動復位。
硬件功能模塊的設計
電源模塊設計本研究的電源采用直接接入零火線，通過lnk306芯片進行轉化，通過調整電阻值來獲得控制模塊所需要的13V電壓，實現(xiàn)了220V到13V的直接轉換[6]，從而無需另外給予斷路器單獨供電，由于微處理系統(tǒng)需要5V的電壓供電，通過78M05芯片來轉化。信號采樣模塊的設計本研究通過在零火線上各用一個零序電流互感器，采集零火線上的實時電流，將其轉換為可控單片機識別的電壓信號，通過LM358的放大倍數調整采樣的精度。微處理系統(tǒng)模塊的設計微處理系統(tǒng)模塊主要包括Atmega16單片機[7]，JTAG口，3盞顯示不同情況的燈，通過JTAG口可以進行程序的燒入和修改，3盞燈的變化可以顯示此時線路的狀況�？刂颇K的設計因為是大電流的控制，傳統(tǒng)意義上的繼電器就不能用了，這里用雙向晶閘管來實現(xiàn)，它能通過大電流，而且雙向晶閘管可以很方便地閉合和斷開，由于大電流的操作危險性高，筆者用了光耦來進行隔離，筆者通過一個三極管作為開關，通過單片機控制三極管的導通和斷開，而實現(xiàn)光耦的導通與斷開，從而實現(xiàn)了用小電流控制大電流的目的。本研究通過雙向晶閘管來代替?zhèn)鹘y(tǒng)斷路器的脫扣器還可以避免產生由于線路通斷產生的高壓電弧。電弧的產生是由于斷路器切斷通有電流的回路時，只要電源電壓大于10V~20V，電流大于80mA~100mA，在動、靜觸頭分開瞬間，觸頭間隙就會出現(xiàn)電弧。此時，觸頭雖然已經分開，但是電路中的電流還在繼續(xù)流通，只有熄滅電弧，電路才真正斷開。如果用雙向晶閘管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫扣器，就能避免電弧的產生。首先，晶閘管是一個無觸點的開關，不存在觸頭；其次，雙向晶閘管的斷開需要在線路中的電壓過零點時才能斷開，也就是說晶閘管的斷開瞬間，線路中是沒有電流的，這樣就能避免電弧的產生。最后，雙向晶閘管的介質是半導體，對于電弧的產生也有一定的抑制作用。所以，本研究通過采用雙向晶閘管，線路中可以成功避免電弧的產生。在一系列的測驗中，晶閘管承受了20A~3000A電流的沖擊，都沒有電弧的產生，同時晶閘管本身沒有出現(xiàn)損壞，安全性非常高。無線通信模塊的設計最后筆者要將產品應用于家用電器中，并將和電表綁定，這樣不但可以保護家用電器，而且還可以便于供電局對電表的管理，無線覆蓋范圍是200m，可以在每個小區(qū)設置一個終端，通過這個終端來控制這個小區(qū)的所有斷路器的控制，通過終端發(fā)出命令，無線模塊接受命令，并把命令傳遞給微處理系統(tǒng)，微處理系統(tǒng)接受命令，并執(zhí)行相應的操作。界面顯示模塊的設計為方便用戶的操作，筆者將設計人性化的界面顯示，筆者用液晶1602來作為顯示屏，配以9個數字鍵來執(zhí)行相應的操作，在顯示屏中，筆者將有以下功能：平時，界面將顯示當前線路中的漏電流值和過載值，如果筆者需要對其操作，開始時，筆者將進行設備連接狀況的自我檢測，如果連接正常，界面上將顯示其正常，然后進入主頁面，主頁面中有以下幾項：①漏電流值設置；②過載電流值設置；③密碼設置；④刪除記錄；⑤聯(lián)網設置；⑥自檢。
軟件功能模塊的設計
該系統(tǒng)的輸入量有以下幾個部分：通過采樣模塊采集過來的信號，3盞燈的信號輸出，光耦的控制信號，無線通信模塊的命令信號，外界按鍵的信號。采樣部分，筆者先進行5次預采樣，然后采樣167次，通過求平均值來獲得采樣值，從而可以避免有些沒用的采樣，使采樣精度更加準確[8]；界面顯示部分，由于液晶1602智能顯示兩行，筆者將采用翻頁的形式進行菜單的顯示。該系統(tǒng)的整個程序流程就是程序初始化后進入到主循環(huán)，通過讀取采樣程序部分的數值，與預定數值進行比較，并顯示到其界面上，通過終端控制或者自動執(zhí)行或手動控制來進行故障處理。程序結構具有模塊化和子程序化的特點，同時在程序中加入了抗干擾處理。軟件程序分為如下部分。主程序主程序主要包括系統(tǒng)的整個工作原理，包括開始階段的對線路電流進行采樣[9]，終端的控制，報警，自動保護家用電器，界面的顯示及應答相應的操作。采樣程序采樣程序主要包括采樣通道的選擇以及對此通道數據的采集和存儲，在這里，筆者將對線路進行不間斷的采樣，由于一些不穩(wěn)定因素的干擾，在剛開始采樣時，采集到的數據可能會不準確，筆者對線路先進行5次的預采樣[10]，在舍棄5次預采樣后，筆者通過獲得167個采樣值，然后取其平均值的方法來確定其為輸入給微處理系統(tǒng)的采樣值[11]，這樣可以使數據更加精確，可以排除一些干擾。無線通信程序該程序是為了實現(xiàn)終端對斷路器的遠程遙控，它分為兩個子程序：發(fā)送程序和接收程序，當微處理系統(tǒng)接受到無線通信模塊發(fā)出的信號時[12]，微處理系統(tǒng)將執(zhí)行信號所對應的指令，如此，筆者只用一個終端設備即可集成管理多個斷路器的工作。界面顯示程序為了更加方便廣大用戶的使用，筆者在這款產品中增加了界面顯示的功能，通過9個按鍵控制液晶顯示屏的顯示來提供各種選擇，該程序把界面和整個產品的功能鏈接成一個整體，通過讀取鍵盤鍵入值來執(zhí)行相應的程序響應并顯示在液晶顯示屏上[13]。定時程序在斷路器的國標中有時間—電流動作特性要求，而且定時功能的增加也可以防止偶爾的突發(fā)失誤造成的斷路器微處理系統(tǒng)的誤判，筆者設置為“當斷路器的采樣值在警告值范圍內持續(xù)一定時間后就要斷開線路”，否則不斷開，當在危險值時，必須在0。1s內斷開線路，當正常時保持工作。
測試結果
根據以上原理，筆者設計了一款智能型大電流斷路器，它將要在電路中電流在64A以下能持續(xù)正常工作，超過100A時斷開斷路器斷開線路。同時，筆者要求它能承受3000A電流的短暫沖擊而不損壞器件，筆者對其進行了一系列電流測試，測試結果（表略）
結束語
智能型大電流斷路器性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的斷路器產品，所設計的智能測控單元以Atmega16單片機為核心構成一個實時數據采集系統(tǒng)，可將采集的數據進行實時分析、運算和處理，可獲得各種不同的保護特性，易于修改，無線通信模塊的設計使得斷路器使用的控制更加規(guī)范化，界面模塊的設計使得它的操作性更具有人性化和方便化，它的大電流特性和電源模塊部分使它能更廣泛地應用于工業(yè)領域和家庭用電。當然，這款斷路器還有許多需要筆者繼續(xù)改進的地方，如對于采樣的精度控制，溫度的變化導致器件的一定程度的損害，從而使部分功能無法正常工作，如何在無線通信中盡可能地實現(xiàn)抗干擾等等，這些問題都可以在以后的研究中得到解決。未來筆者將把這款斷路器與家用電表綁定，通過電流信號來控制斷路器，從而控制電表，這樣將減少大量查抄電表的人工，將會解放大量的勞動力，產生巨大的社會和經濟效益。
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