《DW50永磁欠压脱扣器研究与设计》开题报告

2014 届毕业设计届毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 二级学院 电子信息与电气工程学院 班 级 10 电一 学 生 张帅帅 学 号 10020335 指导教师 吴志祥 职 称 副教授 课题名称 DW50 永磁欠压脱扣器研究与设计 课题类型 毕业设计 毕业论文 起止时间 2014 2 24 6 3 开题报告开题报告 毕业设计 含课题来源及现状 设计要求 工作内容 设计方案 技术路线 预 期目标 时间安排及参考文献等 字数为3000以上 1 课题简介课题简介 本次设计课题为 DW50永磁型欠压脱扣器研究与设计 它将应用于各类电网的供 配电系统的生产中 脱扣器的性能关系着断路器是否能够以准确 高效的动作来实现对 线路的控制和保护作用 促进脱扣器的发展与推广有助于我国低压电器设备总体水平的 提高 2 课题的来源及现状课题的来源及现状 2 1课题的来源课题的来源 脱扣器应保护电路的需要而产生并随着断路器的发展而发展 断路器是指一类能够 关合 承载和开断正常回路条件下的电流 并能在规定时间内关合 承载和开断异常回 路条件 包括短路条件 下的电流的开关装置 断路器作为电力系统中一种非常重要的 开关器件 被广泛的应用于各类电网的供配电系统的生产中 起核心的器件即为脱扣器 脱扣器在断路器中负责采集信号与控制执行元件来完成线路接通和断开的操作 所以脱 扣器的性能关系着断路器是否能够以准确 高效的动作来实现对线路的控制和保护作用 2 2课题的国内外现状课题的国内外现状 世界上最早的断路器产生于1885年 它是一种刀开关结构的基础上加装过电流的保 护装置 脱扣器而来的 那时的脱扣器是电磁式过电流脱扣器 其具有断电自动复位功 能 那时的脱扣器还只能实现对电路的瞬时保护功能 1905年 具有自由脱扣装置的空 气断路器诞生 1930年以来 随着科技的进步 电弧原理的发现和各种灭弧装置的发明 逐渐形成了目前的机构 50年代末 由于电子元件的兴起 又产生了电子脱扣器 到了 SJ003 1 今天 由于单片机的普及又有了智能型断路器的问世 根据脱扣器发展历史大致可分为三代 第一代的电磁式过电流脱扣器 这种脱扣器 功能非常的简单 精度较低 动作单元为热继电器 靠双金属片随着温度的升高来产生 弯曲变形 来实现脱扣信号的发出 但在通过过大的电流或机械碰撞时 容易使双金属 片产生永久性变形 这让脱扣器的工作非常的不稳定 在生产生活中容易出现事故 第 二代的电子式脱扣器 它是通过阻容回路的充放电来调整动作时间 通过调整电位器来 设定动作电流的整定值 在很大程度上提高了断路器的保护性能 但是其动作时间的整 定精度不高而且也不具备显示 联网通信和监控等功能 所以很快被市场淘汰 第三代 的智能脱扣器 它不仅具有第二代脱扣器的保护功能 还增加了显示 网络通信和监视 等功能 用户可以借助网络通信的功能来实现对脱扣器的远程控制 同时由于微处理器 在脱扣器中的应用 使得脱扣器能够更加的智能化 脱扣器的功能也变得越发的强大 它可以显示电路中的各种参数 可监视 设定和修改各种保护功能的动作参数 也可保 存电路动作时的故障值 欠压脱扣器从根本上来说应该属于第二代电子脱扣器 90年代 中国国内出现了电子式脱扣器 90年代后期开发出基于单片机的多功能脱扣器 可实现 过电流 短路等故障的保护 做到了运行 故障集中监视处理 大大提高了供电系统运 行的可靠性和安全性 但是和当今国际领先水平还是有一定的差距 有待进一步的研究 与设计 经过50年的发展我国低压电器已经形成了比较完善的体系 在低压电器的种类 规 格 性能来看 基本上满足了我国国民经济发展的需求 目前 市场上销售的低压电器 产品可大致分为三代产品 第一代产品主要包括DW10 DZ10 现已列入行业淘汰产品 技术特征是性能指标低 体积大 耗材耗能 第二代是70年代至80年代开发的产品 产 品包括自行开发和技术引进的 其特征是技术指标明显提高 保护特性较完善 体积缩 小 结构上适应成套设备的要求 90年代开发的产品为第三代产品 开发方针为抓住主 要系列 跟踪国外先进技术 系列产品DW45等 其特征是高性能 小型化 电子化 智 能化 组合化 多功能化 但此类产品市场占有率仅为5 10 因此 促进此代产品 的推广 从而促进我国低压电器设备总体水平的提高已刻不容缓 3 设计设计任务及任务及要求要求 3 1设计任务设计任务 本次设计为DW50永磁欠压脱扣器研究与设计 主要完成断路器功能特性 使用场合 内部结构等知识的学习 开展DW50永磁欠压脱扣器研究与设计 包括电路设计与仿真 软件设计与仿真 最终设计出PCB及全部软件 3 2设计任务和要求设计任务和要求 目标 指标 要求通过研究与设计 基本达到如下要求 1 额定电压Ue 220V 20 2 吸合点电压 0 8Ue 动作准确度 2V 3 脱扣点电压 0 5Ue 动作准确度 2V 4 额定电压脱扣力 20N 5 最小可动作间隔时间 0 3s 3 3工作内容工作内容 1 掌握断路器内部 附件 欠压脱扣器原理 国标等内容 2 学习永磁电磁铁相关知识 基本掌握永磁电磁铁参数计算 3 学习UPD78F9202单片机原理 掌握IDE工作环境 掌握C语言编程 4 学习电子CAD软件 Visio软件 multisim软件 并能熟练运用 4 设计方案设计方案 4 1总体思路总体思路 鉴于电磁脱扣器只能提供短路保护 抗谐波能力差 并且它的线圈始终处于通电状 态 控制电路始终输出功率 且复位弹簧始终处于受力状态 线圈发热 电子元件易于 老化和弹簧早期疲软失效是电磁型脱扣器的致命弱点 热磁脱扣器只能提供二段保护 动作误差比较大 不可调节 而且受环境影响较大 而基于单片机的永磁型欠压式脱扣 器克服了这些缺点 它以永磁体为主的永磁型电磁铁 仅在需要动作时 控制电路输出 瞬时功率 驱动线圈动作 吸合或释放 由永磁体磁场力保持衔铁工作位置 在非动作期 间 永磁型电磁铁具有线圈不通电等优点 因为永磁型电磁铁内部无复位弹簧 处在吸 合位置的永磁型电磁铁在控制电路发生故障后 不能自动复位直至脱扣位置 因此存在 不能脱扣的潜在危险 它灵敏度高 动作精确 而且可以调节 通过加装通讯模块可以 与上位机相连 从而实现远程控制 基本不受环境温度等因素的影响 所以本次设计采 用基于单片机的永磁型欠压脱扣器实现对电路的保护 4 2具体方案具体方案 本次设计主要由单片机 EMC抗干扰 全波整流 信号采样电阻R1 和R2 电源电 路 延时时间拨码开关组 T 动作线圈驱动电路七大部分组成 4 2 1硬件设计硬件设计 本设计的电网输入电压为 220V 从L N 端输入 经EMC电路抗干扰抑制 形成 二 次电源 L1 N1 全桥BG1 整流形成脉动电压 由 1 2组成的采样电路分压 获 得采样信号SA 送单片机 脉动电压经D1 隔离后向电容器C1充电 构成电磁铁的工作电 压VH 二极管D0 接L1 半波整流 向电源电路供电 降低电源电路功耗 电源电路同时 经 B向后备储能电容器CB充电 当电网电压失电时 CB经DB 向电源电路供电 维持 单片机电路 线圈L1 L2正常工作一段时间 单片机电路上电完成复位后控制线圈L1得 电吸合 L2不得电 电网电压下跌到脱扣电压 使得单片机电路控制线圈L1失电 L2得 电 实现脱扣 具体电路如图1 所示 220V D0 BG1 R1 R2 15V Vcc SA C1 VH 正向绕组 反向绕组 L1L2 N 动作线圈驱动 单片机 电源电路 T D1 D3D4 EMC 电路 L N L1 N1 RB DB CB 图 1 永磁欠压脱扣器电路图 4 2 2软件设计软件设计 软件设计主要包括软件结构的设计和软件程序的设计 综合硬件电路的设计特点 为了实现上述预期的功能 绘制出主流程如图2所示 开始 系统初始化 比较器 激活 标志 自诊断 有远控信号 建立远控标志 反向绕组脉冲得电释放 在 吸合状态 进入 休眠 模式 撤除远控标志 N Y N Y A D采样子程序 滤波子程序 比较子程序 读拨码开关产生延时 图 2 主流程 在主程序中 首先进行系统初始化与开机自诊断 然后进入一个循环 在循环中分 别调远控处理子程序 A D采样子程序 滤波子程序 比较子程序 读拨码器开关产生延 时子程序 与常见的单片机循环主程序结构不同的是 本设计在执行完毕后将进入 休 眠 模式 当看门狗定时时间定时完成时再由看门狗唤醒主程序 以此来实现循环 5 5 进度进度 序号序号 内内 容容 周周 时时 备备 注注 1 1 查阅资料 学习相关知识 下载安装 并实践相关软件第二周 完成开题报 告 方案确定 1 周 第 1 周 2 2 总体设计 硬件电路分析计算 软件 编程 6 周 第 3 8 周 3 3 硬件电路 PCB 组装 仿真与调试 3 周 第 9 11 周 4 4 数据分析及撰写论文 3 周 第 12 14 周 5 5 答辩准备及答辩 1 周 第 15 周 6 参考文献参考文献 1 吴志祥 基于ATtiny单片机的永磁型欠压脱扣器的设计 J 工矿自动化 2008 119 121 2 本健 永磁操动机构磁路及控制系统设计 学位论文 华中科技大学 2003 3 童诗白 模拟电子技术基础 M 高等教育出版社 2006 4 周志敏 我国智能电器的现状与发展趋势 J 2002 1 4 5 游一民 关于永磁机构中永磁工作点的讨论 J 高压电器 2002 39 41 6 钱家骊 中压断路器用永磁机构中线圈不同布置的分析 J 高压电器 2000 22 28 7 GB 14048 1 2006 IEC 60947 1 2001低压开关设备和控制设备第1部分 总则 S 8 GB 14048 2 2008 IEC 60947 2 2006低压开关设备和控制设备第2部分 断路器 S 9 李文卓 一种新型永磁电动操作机构 J 上海交通大学学报 2007 492 496 10 邹积岩 王毅 开关智能化的概念与相关的理论问题 J 高压电器 2000 11 陈德桂 电磁机构的计算机辅助设计 M 西安交通大学教材供应科 1987 12 尹勇 李林清 Multisim电路仿真入门与进阶 M 科学出版社 2005 13 毛灵通 浅谈PIC单片机及其数据存储器 J 华章 2007 14 杨益伟 低压断路器及其电流参数的选择 J 安徽电气工程职业技术学院学报 2011 15 王兆安 黄俊 电力电子技术 M 机械工业出版社 2000 16 吕晨旭 浅谈智能电网及发展趋势 J 数字技术与运用 2011 17 高敏 基于SOC永磁型欠压脱扣器的设计 学位论文 硕士 2009 18 王仁祥 常用低压电器原理及其控制技术 机械工业出版社 2002 19 张静 孙建军 一种单稳态永磁操动机构智能装置的研制 J 上海电器技术 2007 53 56 20 吴志祥 高可靠永磁型欠压脱扣器的研究与设计 J 低压电气 2013 21 范通让 低压断路器网络化关键技术的研究 学位论文 河北工业大学 2001 22 许蓉 我国智能电网的发展及其关键技术浅析 J 科技致富向导 2012 23 卓惠荣 新一代经济型智能型万能式断路器 1SW15HH J 机床电器 2002 24 左全璋 胡双 双稳态永磁操动机构的结构设计和性能计算 J 华通科技 2002 1