低压断路器主触点电接触状态在线检测器
低压断路器主触点电接触状态在线检测器[20200410141023]
摘 要
低压断路器的主触点包括静触点和动触点两个部分，静触点连接电力线电源，动触点连接电力线负载，在低压断路器执行断开动作和闭合动作时，其静触点和动触点之间由于切断或接通电流而产生电弧，尽管低压断路器有各种熄灭电弧的措施，但电弧总是存在并使主触点产生不同程度的金属损耗。随着低压断路器执行断开动作和闭合动作次数的增加，主触点的金属损耗逐次增加，其静触点和动触点的接触电阻变大，电力线在低压断路器主触点上的电压损失增大，电压损失严重时将造成低压断路器所控制的电力线出现电压过低或缺相故障。因此本课题主要针对低压断路器主触点的电接触状态及时检测以便使用者采取预防措施。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:低压断路器在线检测触头损耗值实时准确
目 录
1. 引言1
1.1低压断路器主触点电接触状态在线检测器的背景1
1.1.1低压断路器简介1
1.1.2智能低压断路器2
1.1.3低压断路器对电气触头的基本要求3
1.2 本课题的目的和意义3
1.3 本课题需要完成的任务4
1.4 本课题研究内容及其方法和思路4
1.4.1主要问题4
1.4.2研究内容及其方法思路5
1.5 总体设计6
2. 硬件电路设计8
2.1红外收发电路设计8
2.1.1 红外收发芯片的选择8
2.1.2 红外收发电路设计8
2.2采样电路设计9
2.2.1采样电路总体设计9
2.2.2电压采集电路10
2.2.3电流采集电路10
2.3 模数转换芯片11
2.3.1模数转换芯片的选型11
2.3.2 TLC2543控制字的格式12
2.4 主控模块13
2.5 液晶显示模块14
2.6 电源模块设计14
2.6.1电源简介14
2.6.2 电源电路设计15
3. 软件设计15
3.1红外收发协议及程序设计16
3.1.1 红外收发数据格式16
3.1.2 红外发送程序设计16
3.1.3 红外接收程序设计18
3.2 TLC2543的程序设计20
3.3 液晶显示模块程序设计21
3.3.1液晶显示模块的程序介绍21
3.3.2液晶显示模块的主要程序22
3.3.3按键显示程序设计23
3.4 单片机1和单片机2的采样程序设计25
4. 系统调试28
4.1调试仪器28
4.2调试方法28
4.3调试采集电路28
4.3.1电流电压调试结果28
4.3.2结果分析37
4.4调试红外收发电路37
4.3.1调试程序37
4.3.2调试结果39
4.5 问题及解决方法40
5.结语43
6.参考文献44
附录一：采集电路硬件图45
附录二：主控电路硬件图46
附录三：单片机1程序47
附录四：单片机2程序57
附录五：调试成品相关图片60
致谢64
1． 引言
1.1 低压断路器主触点电接触状态在线检测器的背景
1.1.1 低压断路器简介
主要结构及其原理如图1.1。主触头两端与主电路相连，开关的一端有弹簧牵引，另一端是按钮自由脱扣器，当自由脱扣器被按下时主触头受弹簧牵引断开。主触头的三相被3个灭弧室分隔开来，互相绝缘；自由脱扣器连接所有脱扣器；过电流脱扣器由线圈和一个金属小杠杆构成，线圈串联在主电路中，当主电路短路或负载过大时电流会变大时，线圈会产生足够的磁场将杠杆吸引向下，同时另一端将脱扣器翘起，使主触点断开；分励脱扣器结构与上面差不多，只不过线圈两端是并联在电源上的，且串了一个按钮，当按钮按下时电源接通，吸引杠杆带动自由脱扣器断开触点，此脱扣器主要是为了远程断开断路器所准备的；热脱扣器的发热元件串在主电路中，靠近发热电阻丝处是双金属片，当有一个当电路短路或负载过大会使发热元件发热向上弯曲并带动自由脱扣器断开触点；欠压脱扣器有两个衔铁，一个上缠绕线圈，线圈并联在电源上，另一个与弹簧连接，当电压足够时，这两个衔铁是相吸的，但当欠压时，线圈产生的磁场引力不足以抵消弹簧拉力就会脱离带动自由脱扣器断开触点；按钮是远程控制断开用的。
图1.1低压断路器结构
1.1.2 智能低压断路器
智能低压断路器的主要结构及其原理如图1.2。它主要分为三个部分，第一个部分为采集模块，用于采集电流等值，然后经由AD转换成数字信号；第二部分是CPU分析模块，主要分析采集的数据与设定值比较，再向输出端发送控制信号，还可以连接上位机和显示模块；第三部分为执行模块，执行模块结构基本与空气断路器相当。
图1.2 智能低压断路器的原理图
智能低压断路器不同于空气断路器的纯机械结构，而是加入了采集和分析模块，这样就使得它有了一些空气断路器不具备的功能，例如，可以短路和短延时保护，一般空气断路器当主电路短路瞬间便会断开，而不能延迟，这样如果只是电网在瞬间电压值变化大也会使断路器断开。而智能低压断路器可以在检测出电流过大时再延时很短的时间，如果短延时过后依然如此那么再断开，防止是电压短时间过大而引起误判；还可以检测电压电流并显示出来，甚至还可以对控制值进行修改以适应不同的工作环境；还能记录数据或者上传数据，可以将检测的数据存储在内存里等待读取，也可以直接和上位机相连实时监控。
1.1.3 低压断路器对电气触头的基本要求
电气触头对于低压断路器来说非常重要，低压断路器的可靠程度主要取决于触头的结构和状态。一般为了使低压断路器可靠，电气触头要满足以下要求;
(1)满足正常负荷下的发热需求：触头长期通过正常的电流（或者一些超负荷的电流）时，它的温度要保持在允许范围以内。因此触头接触一定要紧，要尽量减少以至消除表面的氧化层，还要尽可能的减小电阻值。
(2)具有足够的机械强度：能够经受反复通断而不发生机械性故障。
(3)具有足够的动稳定度和热稳定度 ：要防止发生最大短路电流经过时不致于因为电力动作而损坏，且在短路时间内触头不会烧损或者熔焊。
(4)具有足够的断流能力:在在开断时，触头不应被电弧烧损甚至熔焊。为此工作触头要采用导电性好的铜或者镀银触头，灭弧触头要使用铜钨等耐高温材料制作。通断电流时电弧要在灭弧触头上不能影响工作触头。
1.2 本课题的目的和意义
低压断路器的主触点包括静触点和动触点两个部分，静触点连接电力线电源，动触点连接电力线负载，在低压断路器执行断开动作和闭合动作时，其静触点和动触点之间由于切断或接通电流而产生电弧，尽管低压断路器有各种熄灭电弧的措施，但电弧总是存在并使主触点产生不同程度的金属损耗。随着低压断路器执行断开动作和闭合动作次数的增加，主触点的金属损耗逐次增加，其静触点和动触点的接触电阻变大，电力线在低压断路器主触点上的电压损失增大，电压损失严重时将造成低压断路器所控制的电力线出现电压过低或缺相故障。因此在供电系统中需要对低压断路器主触点的电接触状态及时检测以便使用者采取预防措施。虽然已有触头损耗指示器的相关技术，但是其触头损耗值是根据切断电流的最大值估算出来的，触头损耗程度由触头损耗值逐次相加的结果来表示，不是实际测量的结果，无法在线、实时和准确地反映低压断路器主触点的电接触状态。因此需要一种能测量两端实时电流和电压的仪器，根据电源侧和负载侧的电压压降以及电流便可以测量出准确的触点电阻也就是触头损耗了。要达到测量两端电压和电流，必须使用两个单片机分别测量，这主要是出于安全需要，防止断路器断开时还存在电气连接，因此还要考虑使用不导电的介质传送信号，而且两个单片机也要分开供电的，这样便可以在互不影响的情况下测量两端的电流电压了。
摘 要
低压断路器的主触点包括静触点和动触点两个部分，静触点连接电力线电源，动触点连接电力线负载，在低压断路器执行断开动作和闭合动作时，其静触点和动触点之间由于切断或接通电流而产生电弧，尽管低压断路器有各种熄灭电弧的措施，但电弧总是存在并使主触点产生不同程度的金属损耗。随着低压断路器执行断开动作和闭合动作次数的增加，主触点的金属损耗逐次增加，其静触点和动触点的接触电阻变大，电力线在低压断路器主触点上的电压损失增大，电压损失严重时将造成低压断路器所控制的电力线出现电压过低或缺相故障。因此本课题主要针对低压断路器主触点的电接触状态及时检测以便使用者采取预防措施。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:低压断路器在线检测触头损耗值实时准确
目 录
1. 引言1
1.1低压断路器主触点电接触状态在线检测器的背景1
1.1.1低压断路器简介1
1.1.2智能低压断路器2
1.1.3低压断路器对电气触头的基本要求3
1.2 本课题的目的和意义3
1.3 本课题需要完成的任务4
1.4 本课题研究内容及其方法和思路4
1.4.1主要问题4
1.4.2研究内容及其方法思路5
1.5 总体设计6
2. 硬件电路设计8
2.1红外收发电路设计8
2.1.1 红外收发芯片的选择8
2.1.2 红外收发电路设计8
2.2采样电路设计9
2.2.1采样电路总体设计9
2.2.2电压采集电路10
2.2.3电流采集电路10
2.3 模数转换芯片11
2.3.1模数转换芯片的选型11
2.3.2 TLC2543控制字的格式12
2.4 主控模块13
2.5 液晶显示模块14
2.6 电源模块设计14
2.6.1电源简介14
2.6.2 电源电路设计15
3. 软件设计15
3.1红外收发协议及程序设计16
3.1.1 红外收发数据格式16
3.1.2 红外发送程序设计16
3.1.3 红外接收程序设计18
3.2 TLC2543的程序设计20
3.3 液晶显示模块程序设计21
3.3.1液晶显示模块的程序介绍21
3.3.2液晶显示模块的主要程序22
3.3.3按键显示程序设计23
3.4 单片机1和单片机2的采样程序设计25
4. 系统调试28
4.1调试仪器28
4.2调试方法28
4.3调试采集电路28
4.3.1电流电压调试结果28
4.3.2结果分析37
4.4调试红外收发电路37
4.3.1调试程序37
4.3.2调试结果39
4.5 问题及解决方法40
5.结语43
6.参考文献44
附录一：采集电路硬件图45
附录二：主控电路硬件图46
附录三：单片机1程序47
附录四：单片机2程序57
附录五：调试成品相关图片60
致谢64
1． 引言
1.1 低压断路器主触点电接触状态在线检测器的背景
1.1.1 低压断路器简介
主要结构及其原理如图1.1。主触头两端与主电路相连，开关的一端有弹簧牵引，另一端是按钮自由脱扣器，当自由脱扣器被按下时主触头受弹簧牵引断开。主触头的三相被3个灭弧室分隔开来，互相绝缘；自由脱扣器连接所有脱扣器；过电流脱扣器由线圈和一个金属小杠杆构成，线圈串联在主电路中，当主电路短路或负载过大时电流会变大时，线圈会产生足够的磁场将杠杆吸引向下，同时另一端将脱扣器翘起，使主触点断开；分励脱扣器结构与上面差不多，只不过线圈两端是并联在电源上的，且串了一个按钮，当按钮按下时电源接通，吸引杠杆带动自由脱扣器断开触点，此脱扣器主要是为了远程断开断路器所准备的；热脱扣器的发热元件串在主电路中，靠近发热电阻丝处是双金属片，当有一个当电路短路或负载过大会使发热元件发热向上弯曲并带动自由脱扣器断开触点；欠压脱扣器有两个衔铁，一个上缠绕线圈，线圈并联在电源上，另一个与弹簧连接，当电压足够时，这两个衔铁是相吸的，但当欠压时，线圈产生的磁场引力不足以抵消弹簧拉力就会脱离带动自由脱扣器断开触点；按钮是远程控制断开用的。
图1.1低压断路器结构
1.1.2 智能低压断路器
智能低压断路器的主要结构及其原理如图1.2。它主要分为三个部分，第一个部分为采集模块，用于采集电流等值，然后经由AD转换成数字信号；第二部分是CPU分析模块，主要分析采集的数据与设定值比较，再向输出端发送控制信号，还可以连接上位机和显示模块；第三部分为执行模块，执行模块结构基本与空气断路器相当。
图1.2 智能低压断路器的原理图
智能低压断路器不同于空气断路器的纯机械结构，而是加入了采集和分析模块，这样就使得它有了一些空气断路器不具备的功能，例如，可以短路和短延时保护，一般空气断路器当主电路短路瞬间便会断开，而不能延迟，这样如果只是电网在瞬间电压值变化大也会使断路器断开。而智能低压断路器可以在检测出电流过大时再延时很短的时间，如果短延时过后依然如此那么再断开，防止是电压短时间过大而引起误判；还可以检测电压电流并显示出来，甚至还可以对控制值进行修改以适应不同的工作环境；还能记录数据或者上传数据，可以将检测的数据存储在内存里等待读取，也可以直接和上位机相连实时监控。
1.1.3 低压断路器对电气触头的基本要求
电气触头对于低压断路器来说非常重要，低压断路器的可靠程度主要取决于触头的结构和状态。一般为了使低压断路器可靠，电气触头要满足以下要求;
(1)满足正常负荷下的发热需求：触头长期通过正常的电流（或者一些超负荷的电流）时，它的温度要保持在允许范围以内。因此触头接触一定要紧，要尽量减少以至消除表面的氧化层，还要尽可能的减小电阻值。
(2)具有足够的机械强度：能够经受反复通断而不发生机械性故障。
(3)具有足够的动稳定度和热稳定度 ：要防止发生最大短路电流经过时不致于因为电力动作而损坏，且在短路时间内触头不会烧损或者熔焊。
(4)具有足够的断流能力:在在开断时，触头不应被电弧烧损甚至熔焊。为此工作触头要采用导电性好的铜或者镀银触头，灭弧触头要使用铜钨等耐高温材料制作。通断电流时电弧要在灭弧触头上不能影响工作触头。
1.2 本课题的目的和意义
低压断路器的主触点包括静触点和动触点两个部分，静触点连接电力线电源，动触点连接电力线负载，在低压断路器执行断开动作和闭合动作时，其静触点和动触点之间由于切断或接通电流而产生电弧，尽管低压断路器有各种熄灭电弧的措施，但电弧总是存在并使主触点产生不同程度的金属损耗。随着低压断路器执行断开动作和闭合动作次数的增加，主触点的金属损耗逐次增加，其静触点和动触点的接触电阻变大，电力线在低压断路器主触点上的电压损失增大，电压损失严重时将造成低压断路器所控制的电力线出现电压过低或缺相故障。因此在供电系统中需要对低压断路器主触点的电接触状态及时检测以便使用者采取预防措施。虽然已有触头损耗指示器的相关技术，但是其触头损耗值是根据切断电流的最大值估算出来的，触头损耗程度由触头损耗值逐次相加的结果来表示，不是实际测量的结果，无法在线、实时和准确地反映低压断路器主触点的电接触状态。因此需要一种能测量两端实时电流和电压的仪器，根据电源侧和负载侧的电压压降以及电流便可以测量出准确的触点电阻也就是触头损耗了。要达到测量两端电压和电流，必须使用两个单片机分别测量，这主要是出于安全需要，防止断路器断开时还存在电气连接，因此还要考虑使用不导电的介质传送信号，而且两个单片机也要分开供电的，这样便可以在互不影响的情况下测量两端的电流电压了。
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