电工实验台的综合保护系统设计

本 科 毕 业 设 计（论文） 题目 电工实验台的综合保护系统设计 院（系部 ） 电气自动化与工程系 专业名称 电子信息工程 年级班级 08电信3班 学生姓名 指导教师 张玉均 2012年 5 月 19 日河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院毕业设计（论文）任务书专业班级 学生姓名 一、题目 二、主要任务与要求三、起止日期 年 月 日至 年 月 日指导教师 签字（盖章）系 主 任 签字（盖章） 年 月 日河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院毕业设计（论文）评阅人评语专业班级 学生姓名 题目 评阅人 签字（盖章）职 称 工作单位 年 月 日河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院毕业设计（论文）评定书专业班级 学生姓名 题目 指导教师 签字（盖章）职称 年 月 日河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院毕业设计（论文）答辩许可证经审查， 专业 班 同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。指导教师 签字（盖章） 年 月 日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长） 签字（盖章） 年 月 日河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 院（系） 专业 班 同学的毕业设计（论文）于 年 月 日进行了答辩。题目 答辩委员会成员主 席（组长）委 员（成员）委 员（成员）委 员（成员）委 员（成员）委 员（成员）委 员（成员）答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料： 、设计（论文）说明 共 页 、图纸 共 张、评阅人意见 共 页、指导教师意见 共 页根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、评阅人和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩毕业设计答辩委员会主席（组长） 签名 委员（组员）签名 年 月 日7 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文摘要 科学技术日新月异的改变，给我们的生活带来了翻天覆地的变化，教学仪器也有了很大的改变，电工实验台在日常教学中已经得到普遍地应用，由于学生对实验台的使用不是很清楚，常常学生在做实验时会对实验仪器造成损坏。而且在实验过程中，经常因为学生的粗心大意，引起一些人们所不愿意看到的事故发生，甚至导致整个实验台报废，给学校造成不必要的损失，特别是人体触电是实验中最常见的事故，而且也是对学生人身安全的威胁，并且我们都知道，如果流经身体的电流过大，就会使人身体受到伤害，根据实验分析得到，交流在15mA到20mA以下，直流在30mA以下，就会对人的身体造成伤害，只是伤害较轻而已，当超过了这个数值，就会对人的身体造成较为严重的损害。为了更好地保护学生在实验中的安全和更好地保护实验仪器不被损坏，我们设计了一套较为全面的保护系统，该保护系统采取浮地设计，使其控制部分的地与大地隔离，并且在回路中加入了大量的保护电路，比如我们设计的有漏电保护电路，过流保护电路，过压保护电路，使其在每一个环节都有一个保护电路在监控，力求达到一个较好的保护效果。 本电工实验台的综合保护系统设计可以有效地对电路漏电，电路短路、过流，电压过大进行监控和保护，能够更有效地保护学生的人身安全和保证实验仪器不被损坏。关键词：电工实验台 保护系统 保护 Abstract Science and technology change rapidly change, to bring our lives to turn the world upside down changes, teaching instrument and also to have the very big change, electrical engineering experiment station in daily teaching has been widely used, because the students of the experimental platform used is not very clear, often students in doing experiments on experimental equipment damage. But in the course of the experiment, often because the students be negligent, causing some people dont want to see the accident, or even cause the entire experiment table scrap, to the school to cause unnecessary losses, especially human electric shock is the most common accidents in experiments, but also to students personal security threats, and we both know flow through the body, if the current is too large, will cause the human body damage, based on the experimental analysis, communication in the 15mA to below 20mA, DC below 30mA, would have on the human body harm, hurt is lighter, when more than this value, will be on the human body caused serious damage. In order to better protect the safety of students in the experiment and to better protect the experimental instrument is not damaged, we design a set of comprehensive protection system, the system adopt floating design, make the control part of the ground and earth isolation, and in the circuit with a large number of protection circuits, such as our design the earth leakage protection circuit, an overcurrent protection circuit, an overvoltage protection as well as various instruments over-range alarm protection circuit, which in each link has a protection circuit in the monitor, and strive to achieve a better protection effect. The protection system can effectively on the circuit leakage, short circuit, over current, voltage is too big and instrument overrange monitoring and protection, to more effectively protect the personal safety of students and ensure the experimental instrument is not damaged.Key words:electrical test bed protection system protection 目录前言11 接地的概念与分类和接地设备要求21.1 电气设备接地的概念21.2 接地的分类21.2.1 工作接地21.2.2 防雷接地21.2.3 保护接地21.2.4 重复接地31.2.5 防静电接地31.2.6 屏蔽接地31.3 装设接地设备的要求32 浮地的定义与注意事项和应用52.1 浮地的定义52.2 浮地的注意事项52.3 浮地技术的应用62.3.1 交流电源地与直流电源地分开62.3.2 放大器的浮地技术73电容降压原理及稳压二极管的选择83.1 电容降压原理83.2 稳压二极管的原理与故障和参数123.2.1稳压二极管的原理123.2.2稳压二极管的故障123.2.3 稳压二极管的主要参数124变压器的原理与损耗和材料144.1 变压器的原理144.2 变压器的损耗144.3 变压器的材料154.3.1 铁心材料154.3.2 绕制变压器154.3.3 绝缘材料154.3.4 浸渍材料165电路分析175.1 工作流程图175.2 电流型漏电保护175.2.1 漏电断路器的工作原理和类型175.2.2 漏电保护装置类型175.2.3 漏电断路器的各项工作指标及型号结构185.2.4漏电断路器型式及技术参数195.3 隔离变压器前后漏电保护的实现195.3.1 漏电保护1195.3.2 施密特触发器225.3.3 漏电保护2225.4 交流过流、过压保护的实现245.4.1 交流过流保护245.4.2 过压保护275.4.3 电流插座305.5 主回路及报警的实现316 常见的电气短路保护及解决办法336.1 熔断器短路保护原理及优缺点336.1.1 熔断器的保护原理336.1.2 熔断器短路保护的优缺点33 6.2 电流继电器短路保护原理33 6.3 电流脱扣器短路保护33 6.4 相敏短路保护33 6.5 载频短路保护33 6.6 电子综合保护34 6.7 电气短路保护的解决办法346.7.1 弹簧储能失压跳闸开关346.7.2 采用具有通电跳闸线路的开关347 结论36致谢37参考文献38附录一.39附录二.4040前言 随着科学技术的发展，实验的技术与设备也在不断地进行着更新与换代，一些具有集成度高、多功能、高精度于一体的新型实验教学仪器设备应用于现代实验教学中，这些新型设备不仅在展示着其亮丽的外在视觉效果，它内在的智能化、高精度测量，安全等方面的优势在使用中也得到了充分的体现。其实验的效率及实验效果是传统仪器设备所无法比拟的。应该说无论从试验方法，还是操作技术相比传统仪器设备它都带来了巨大的变革。基于以上原因，高级电工实验台，逐步淘汰了过去长期使用的一批绝缘性能较差、实验效果不佳的旧型仪器设备。从几年来使用情况看，收效却是明显。该设备增改了诸如：过流、过压、短路、漏电等安全保护性措施。 在过去，我们在实验里保护系统不是那么安全。本文介绍了高级电工实验台元器件的技术参数，浮地设计，隔离变压器前后的漏电保护，交流过流，过压及短路保护，主回路。通过这些保护系统的建立，我们可以有效地保护实验仪器不被损坏和师生的人身安全，也对高级电工实验台的保护系统有了一个深刻的理解，以便我们更安全的操作。1 接地的概念与分类和接地设备要求1.1 电气设备接地的概念 电气设备的某个部分与大地之间作良好的电气连接称为接地。与大地直接接触的金属导体或金属导体组称为接地组，联接电气设备应接地部分与接地体的金属导体称为接地线；接地体和接地线通称为接地装置。电气设备接地的目的主要是保护人身和设备的安全，所有电气设备应按规定进行可靠接地。1.2 接地的分类 1.2.1 工作接地为满足电力系统或电气设备的运行要求，而将电力系统的某一点进行接地，称为工作接地，如电力系统的中性点接地。 1.2.2 防雷接地为防止雷电过电压对人身或设备产生危害，而设置的过电压保护设备的接地，称为防雷接地，如避雷针、避雷器的接地。 1.2.3 保护接地为防止电气设备的绝缘损坏，将其金属外壳对地电压限制在安全电压内，避免造成人身电击事故，将电气设备的外露可接近导体部分接地，称为保护接地。保护接地可分为： （1）电机、变压器、照明器具、手持式或移动式用电器具和其他电器的金属底座和外壳； （2）电气设备的传动装置； （3）配电、控制和保护用的盘(台、箱)的框架； （4）交直流电力电缆的构架、接线盒和终端盒的金属外壳、电缆的金属护层和穿线的钢管； （5）室内、外配电装置的金属构架或钢筋混凝土构架的钢筋及靠近带电部的金属遮拦和金属门； （6）架空线路的金属杆塔或钢筋混凝土杆塔的钢筋以及杆塔上的架空地线、装在杆塔上的设备的外壳及支架； （7）变电所各种电气设备的底座或支架； （8）民用电器的金属外壳，如洗衣机、电冰箱等。 1.2.4 重复接地在低压配电系统的tnc系统中，为防止因中性线故障而失去接地保护作用，造成电击危险和损坏设备，对中性线进行重复接地。tnc系统中的重复接地点为： （1）架空线路的终端及线路中适当点； （2） 四芯电缆的中性线； （3）电缆或架空线路在建筑物或车间的进线处； （4） 大型车间内的中性线宜实行环形布置，并实行多点重复接地。 1.2.5 防静电接地为了消除静电对人身和设备产生危害而进行的接地，如将某些液体或气体的金属输送管道或车辆的接地。 1.2.6 屏蔽接地为防止电气设备因受电磁干扰，而影响其工作或对其它设备造成电磁干扰的屏蔽设备的接地。1.3 装设接地设备的要求（1）接地线一般用长40mm，直径为4mm的镀锌扁钢。 （2）接地体用镀锌钢管或角钢。 （3)接地体顶端距地面0.50.8mm以避开冻土层。 (4)接地体要距建筑物1.5m，与独立的避雷针接地距离大于3m。 (5)接地线与接地体的连接要使用搭接焊。2 浮地的定义与注意事项和应用2.1 浮地的定义 （1）隔离变压器之前的地和隔离变压器之后的地不接同一个地，既使人在屏上触电，也不会有太大的电流通过人体。 （2）干扰需要一定能量，当控制器彻底与大地隔离时，工频干扰回路极大 ，流过控制器及其内部的干扰电流极小，不足以干扰控制器。 （3）当控制器外壳与大地完好连接，由于控制器与大地等电位，工频干扰电流被控制器外壳接地点所旁路，无法进入控制器内部，从而也无法干扰。 (4）当控制器外壳与大地处于上述两者之间时，就会有工频干扰。 (5）如果控制器的使用可能存在安全问题时，外壳必须很好接地。 （6）设备的理想接地是尽量一点接大地，以避免设备间地线干扰。 （7）浮地可使功率地和信号地之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路行藕合产生的电磁干扰。2.2 浮地的注意事项 （1）如果几个设备互连，又无法良好接地，那么它们最好都浮地，其实这一点不太现实，在实际应用中，供电和驱动很可能用到工频电网，工频泄露是必然的，所以，一般情况下，控制器外壳最好良好接地。 （2）如果你的确能做到所有设备与工频隔离，如果，你的设备间没有较大的电流或你的设备间信号地阻抗很小，那么，你的多个设备信号地可直接互连，否则，你的设备间信号传递需要加隔离。 （3）当外壳与内部电路间完全浮地时，由于它们间仍存在电容藕合效应，外壳与内部电路间仍存在电容藕合效应，外壳与内部电路间仍将存在工频漏电流。这时,当你的电路要求还不是很高时，你就必须将内部电路与外壳一点接地，同时，千万注意，必须将外壳良好接大地。 （4）防止内部电路与外壳一点连接时，内部输出万一碰外壳而造成短路，内部电路与外壳间用容量足够大的电容相连，这样，对工频干扰来说，内部与外壳间是等电位的，对直流输出来说，是隔离的。 (5）好多地方要用浮地，比如在DVM的输入端就是使用浮地，就是该点电位与地相同，为0电位，但是该点又不是直接和地相连，是通过电路制造出的某个对地电位为零的点，这里的“地”也可以认为是公共端。这个“地”与实际的地间存在阻抗，而且阻抗接近无穷，为的就是克服共模干扰。 (6）该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。 (7）尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻从而有利于降低进入浮地系统之中的共模干扰电流。 （8）注意浮地系统对地存在的寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能藕合到浮地系统之中。 （9）浮地技术必须与屏蔽隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的预期效果。 （10）采用浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。2.3 浮地技术的应用 2.3.1 交流电源地与直流电源地分开 一般交流电源的零线是接地的，但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰，如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此，采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。 2.3.2 放大器的浮地技术 对于放大器而言，特别是微小输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小的干扰信号都可能导致工作异常，因此，采用放大器的浮地技术可以阻断干扰信号的进入，提高放大器的电磁兼容能力。3电容降压原理及稳压二极管的选择3.1 电容降压原理 将交流电转换为低压直流电的常规方法是采用变压器降压再整流滤波，当受到体积和成本等因素的限制时，则选用最简单实用的方法电容降压法。由于本设计多处用到电容降压，所以在此介绍一下电容降压的工作原理。 图3-1电容降压式简易电源的基本电路 电容降压式简易电源的基本电路如图3-1所示，C1为降压电容，C2为滤波电容，D2为半波整流二极管，D1是在交流电的负半周期给C提供放电回路，D3是稳压二极管，R1为关断电源后C1电荷泄放电阻。交流电源输出正电压时，经过C1电容降压，D2整流，C2滤波，D3稳压，然后输出直流电。当断电时C1电容还带电，经过R1放电，就不会使人触电。当交流电源输出负电压时，D1导通，它和C1构成放电回路。在实际中常常采用图3-2所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时可采用图3-3所示的电路。 图3-2 图3-3 整流后未经稳压的直流电压一般不会高于30伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流的应用场合。 最简单的电容降压直流供电电路及其等效电路如图3-4，C1为降压电容，一般为0.333.3uF。假设C1=2uF，其容抗XCL=1/(2PI*fC1)=1592。由于整流管的导通电阻只有几欧姆，稳压管VS的动态电阻为10欧姆左右，限流电阻R1及负载电阻RL一般为100200，而滤波电容一般为100uF1000uF，其容抗非常小，可以忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效电阻，可以画出图2的交流等效电路。同时满足了XC1R的条件,所以可以画出电压向量图。 图3-4电容降压直流供电电路及其等效电路 由于R甚小于XC1，R上的压降VR也远小于C1上的压降，所以VC1与电源电压V近似相等，即VC1=V。根据电工原理可知：整流后的直流电流平均值Id,与交流电平均值I的关系为Id=V/XC1。若C1以uF为单位，则Id为毫安单位，对于220V，50赫兹交流电来说，可得到Id=0.62C1。由此可以得出以下两个结论： （1） 在使用电源变压器作整流电源时，当电路中各项参数确定以后，输出电压是恒定的，而输出电流Id则随负载增减而变化。 （2）使用电容降压作整流电路时，由于Id=0.62C1,可以看出，Id与C1成正比，即C1确定以后，输出电流Id是恒定的，而输出直流电压却随负载电阻RL大小不同在一定范围内变化。RL越小输出电压越低，RL越大输出电压也越高。C1取值大小应根据负载电流来选择，比如负载电路需要9V工作电压，负载平均电流为75毫安，由于Id=0.62C1，可以算得C1=1.2uF。考虑到稳压管VD5的损耗，C1可以取1.5uF，此时电源实际提供的电流为Id=93毫安。 （3）稳压管的稳压值应等于负载电路的工作电压，其稳定电流的选择也非常重要。由于电容降压电源提供的是恒定电流，近似为恒流源，因此一般不怕负载短路，但是当负载完全开路时，R1及VD5回路中将通过全部的93毫安电流，所以VD5的最大稳定电流应该取100毫安为宜。由于RL与VD5并联，在保证RL取用75毫安工作电流的同时，尚有18毫安电流通过VD5，所以其最小稳定电流不得大于18毫安，否则将失去稳压作用。 （4）限流电阻取值不能太大，否则会增加电能损耗，同时也会增加C2的耐压要求。如果是R1=100欧姆，R1上的压降为9.3V,则损耗为0.86瓦,可以取100欧姆1瓦的电阻。滤波电容一般取100微法到1000微法,但要注意其耐压的选择前已述及,负载电压为9V,R1上的压降为9.3V,总降压为18.3V,考虑到留有一定的余量,因此C2的耐压值取25V以上为好。为保证C1的可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。 在前面我们已经知道，电容降压，其输出电流是恒定的，它的输出电压通常可在几伏到几十伏，取决于所使用的齐纳二极管。所能提供的电流大小正比于降压电容容量。采用半波整流时，每微法电容可得到电流为： I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C =0.44*220*2*3.14*50*C =30000C=30000*0.000001=0.03A=30mA如果是全波整流可得到双倍的电流（平均值）为：I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C=0.89*220*2*3014*50*C=60000C=60000*0.000001=0.06A=60mA 一般地，此类电路全波整流虽电流稍大，但是因为浮地，稳定性和安全性要比半波整流型差，所以用的更少。使用这种电路时要注意，降压电容接于火线，耐压要求足够大（大于400）。注意齐纳管功耗，严禁齐纳管短开运行。3.2 稳压二极管的原理与故障和参数 3.2.1稳压二极管的原理 稳压二极管的特点就是击穿后，其两端电基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。稳压二极管要求导通电压低时选锗管，要求反向电流小时选硅管。稳压二极管要求导通电流大时选面结合型，要求工作频率高时选点接触型。 3.2.2稳压二极管的故障 稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这两种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后两种故障表现为电源电压到零伏或输出不稳定。 表3-1常用稳压二极管的型号及稳压值型号1N47281N47291N47301N47321N4734稳压值3.3V3.6V3.9V4.7V5.6V型号1N47351N47441N47501N47511N4761稳压值6.2V15V27V30V75V 3.2.3 稳压二极管的主要参数 A Vz 稳定电压。 指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如，2CW51 型稳压管的Vzmin 为3.0V, Vzmax 则为3.6V。B Iz 稳定电流。 指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。C Rz 动态电阻。 指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般胜作电流愈大，动态电阻则愈小。例如，2CW7C 稳压管的工作电流为5mA 时，Rz 为18;工作电流为1OmA 时，Rz 为8;工作电流为20mA 时，Rz 为2;工作电流大于20mA，则基本维持此数值。D Pz 额定功耗。 由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz 和允许最大电流Izm 的乘积。例如2CW51 稳压管的Vz 为3V，Izm 为20mA，则该管的Pz 为60mWo。E Ctv 电压温度系数。 是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58 稳压管的Ctv 是+0.07%/C，即温度每升高1C，其稳压值将升高0.07%。F IR 反向漏电流。 指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58 稳压管的VR=1V 时，IR=O.1uA;在VR=6V 时，IR=10uA。4变压器的原理与损耗和材料4.1 变压器的原理 当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通2，2的方向与1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，1也增加，并且1增加部分正好补充了被2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。变压器的功能主要有：电压变换，阻抗变换，隔离，稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。4.2 变压器的损耗当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好像一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。 由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，=输出功率/输入功率。4.3 变压器的材料 4.3.1 铁心材料 变压器使用的铁心材料主要有铁片，低硅片，高硅片。我们在钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量与所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000，低硅片B值为9000-11000，高硅片B值为12000-16000。 4.3.2 绕制变压器 漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。 4.3.3 绝缘材料 在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离 4.3.4 浸渍材料 变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。 5电路分析5.1 工作流程图 主回路图空气开关钥匙开关主继电器10A保险丝隔离变压器自耦变压器主回路大体上由上面的部分组成，其它的保护电路被连在电路中。5.2 电流型漏电保护 5.2.1 漏电断路器的工作原理和类型 电气设备上所使用的漏电保护器又称漏电断路器，它是一种新型的安全保护措施，日本工业标准把它作为电力系统的安全措施之一。它是通过检测低压电路的对地漏电或短路电流，带动脱扣机构，自动切断电源并发出指示。它检出故障的方式有两种，分为电流动作式和电压动作式。漏电保护是由三个连续功能组成的系统实现的，这三个功能实质上是同时作用的。检测剩余电流，对剩余电流进行测量比较，启动脱扣装置将故障电路断开。检测使用一个电流互感器，其初级绕组足被测电路的相线电流和零线电流，绕组方向使相线电流和零线电流产生的磁场相互抵消。泄漏电流的产生破坏了这种平衡，并且会在次级绕组上通过磁场感应产生一个电流，叫做剩余电流。 5.2.2 漏电保护装置类型 （1）带电磁式继电器的漏电保护装置用于无监控分布。本装置工作时不需要任何辅助电源。由二次线圈向电磁铁提供电流，通常情况下电磁铁的运动部件被一块永磁铁保持在闭合位置。 （2）带电子式继电器的漏电保护装置用于带监控分布。本装置工作时需要附助电源。由二次线圈提供的电流由电子放大器放大，电 子放大器的工作依靠电网电压。经放大的故障电流使断路器跳闸，这种装置可以单独使用，也可以拼装断路器使用。 5.2.3 漏电断路器的各项工作指标及型号结构目前，在市场上有很多型号的断路器可供选择，其各项技术指标都是经过严格的实验得到的，因此，我们从中选用一种型号即可。本次设计中所使用的是由DZ47LE系列漏电脱扣器与DZ4763系列组成的漏电断路器（以下简称断路器）。它适用于交流50HZ三相380V及单相220V的电路中，作为人身触电保护之用，并可以用于线路的过载及短路保护以及在正常情况下作为线路的不频繁转化和电动机的不频繁操作。 选用的漏电断路器正常工作条件: （1）最高温度+40，最低空气温度为-5。 （2）海拔高度不得超过2000m。 （3）空气相对湿度不大于90%。 （4）安装位置的外磁场，在任何情况下不得超过地磁的5倍。 （5）放置在无显著摇动和振动的地方。 断路器适用的污染指数为2级.其产品型号标注为： DZ 47 LE 32 30 30 额定漏电动作电流（单位:mA） 32壳架等级额定电流 LE派生产品代号（电子式漏电断路器） 47设计代号 DZ塑料外壳式断路器 5.2.4漏电断路器型式及技术参数 见表5-1 表5-1 断路器过流电流脱扣特性表实验电流A额定电流规定时间预期结果起始状态备 注1.3In所有额定值t1h不脱扣冷态1.45In所有额定值t32ts120s脱扣冷态闭合辅助开关接通电源32ts0.1s不脱扣冷态闭合辅助开关接通电源10In所有额定值t0.1s脱扣冷态闭合辅助开关接通电源5.3 隔离变压器前后漏电保护的实现 设计中共有两个漏电保护，漏电保护1（以下简称漏1）和漏电保护2（以下简称漏2）。其中，漏1用于交流漏电的保护，它位于隔离变压器之前，漏2在隔离变压器之后，用于实现对隔离变压器后部的电路进行保护。 5.3.1 漏电保护1 首先，我们来看看漏1的电路图 图5-1漏电保护1电路 电压通过060、000接入220V的电压，经过电容C1的降压，再经过桥式整流，稳压管稳压后得到一个大致等于10V的电压，由于开始没有漏电，三极管9014的基极没有电压，致使9014截止，由于555构成的施密特触发器2、6脚处于高电平状态，3脚未被触发，所以其3脚后面的继电器及发光二极管都不工作。当产生漏电时，致使机壳上带上了一定的电压，在经过R1、R2及桥式整流中的一个二极管到000之间构成了一个闭合的回路。致使在R1上产生了一个电压降，这个电压降被加在了9014的基极和发射极之间，由于9014基极连有一个二极管和电阻，所以只有在R2上的电压降到了一定的大小时，9014才会导通。例如下图所示电路 图5-2漏1保护回路中的一个回路 因为二极管正向导通电压为0.7 V，所以在U1=1.4时，9014才有可能会临界导通。而U1=R2/（R1+R2）*（U-0.7）所820/68.82K*(U-0.7)=1.4得出 U=118.2v即在U大于118.2v时，9014才有可能导通。 当9014导通后，使U2输出一个低电平，送给555构成的施密特触发器，当施密特触发器得到一个低电平后，它就会触发，使3脚输出一个高电平，这样发光二极管及继电器在高电平的驱动下工作，发光二极管，继电器吸合。继电器吸合后，使KL1常闭触电断开，使主继电器供电回路被切断，因而KM开关断开，使隔离变压器原边失电，不能正常工作，从而实现了报警保护作用。 5.3.2 施密特触发器 关于由555构成的施密特触发器如图5-3所示图5-3由555构成的施密特触发器将555定时器的阀值输入端和触发输入端连在一起，便构成了施密特触发器，如图5-3所示。当v1输入低电平时，555内部比较器C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器置1，放电三极管截止，输出端V0为高电平。我们就利用这样的原理来实现漏1的保护。 5.3.3 漏电保护2 漏2的报警保护电路图如图5-4所示，它基本上与漏1相同，只是多了一个报警蜂鸣电路，图a的继电器是用来控制图b中的继电器和蜂鸣器的动作的，而对漏电保护，切断主回路电流是靠图b中的继电器来实现的，且图b中有一个自保持回路，如果不按复位，主回路就无法再启动，鸣叫也不会停止。图b的13.5V是不经过KM开关而直接在前端变压得到的，因此既是漏2报警保护把主回路KM开关切断了，报警电路也还是运行的，即蜂鸣声要一直响到复位按钮被按下才会停止。图 5-4漏2的报警保护电路 在图b及后面我们要介绍的电路中，有多处用到了自保持回路，所以下面我们就对自保持回路进行一个简单的介绍。 自保持回路是用来实现当使继电器动作的第一个因素消失时，使继电器能继续工作的一个回路，它的工作原理很简单，继电器的工作先要靠三极管导通，然后它才能工作，当它工作后，它自己会把一个自带的自保持触点吸合，这样就构成了一个自保持回路，既使三极管截止了，它也能保持工作。只有人为的把复位按钮按下，继电器才会失电。5.4 交流过流、过压保护的实现 5.4.1 交流过流保护 电路采用每相两个取样电路，其中一个可调，另一个不可调，它们的位置一个位于调压器之前，一个位于调压器之后，两个取样电路共享一个比较器进行控制，只要有一个超过了预定的电压值，比较器就会输出一个高电平，使报警部分动作，而取样靠的是电流的变化感应出电压的大小，我们可以用电流互感器或者磁罐来实现取样。电源经过调压之后，经过二极管整流，滤波经过滑动电阻取样，两个取样电路进行比较输出一个电压，与基准电压进行比较，如果大于基准电压，就会输出一个高电平，使三极管的基极触发，继电器动作，然后使主电路断开，从而起到保护作用。 电流互感器及磁罐都为磁性材料，且是软磁性材料，它们有一个缺点就是稳定性不高。电流互感器的原理其实和变压器有些相似，只是变压器靠的是用原边的电压的变化来感应出一个电势，而电流互感器靠的是电流的变化来感应出一个电势。交流过流保护电路见图5-5图5-5交流过流保护电路电流互感器的边比实验接线如下图5-6所示，它的等效图如下图5-7。 图5-6电流互感器的边比实验接线 图5-7电流互感边比接线的等效电路 当电流互感器正常工作时，二次线圈处于短路状态，铁心磁密度很低，即Im很大，从等值电路图可知，当Im很大时，I1=I2也可以用磁罐来代替电流互感器，磁罐由各厂家生产时已定好了原边和副边的匝数，不需我们计算，若在此处用磁罐，其原边和副边的比为2：500，当电流增大时，从电流互感器或磁罐感应出来的电压增大，当电压超过一定的值（1V），比较器就会输出一个高电平使9013导通，9013导通后，继电器就会动作吸合，并自保持，继电器