基于dsPIC的断路器智能脱扣器设计

论文摘要

断路器是电力系统最重要的保护电器之一，主要用于接通和分断线路，并且对各种类型故障进行保护。脱扣器是断路器的核心装置，用于采集线路中的信号，并控制断路器的保护动作，具有过载故障、短路故障、断相故障、接地故障等保护功能。经历了电磁式和电子式两个保护阶段，目前采用单片机的智能型脱扣器成为脱扣器主要研究和应用的方向。智能脱扣器不但可以实现传统脱扣器的线路保护功能，而且具有实时显示、监控和通信功能。在对国内外脱扣器的功能和发展状况进行分析后，提出了基于DSPIC和以太网通信的智能脱扣器的研究课题。本文首先对智能脱扣器的发展和关键的技术进行了概括和介绍，确定了智能脱扣器的功能要求和整体的设计方案。硬件电路设计上，做处理器采用Microchip的DSPIC完成对外围电路的控制。并对智能脱扣器传感的器选择、电源模块、信号采集模块、通信模块和脱扣驱动模块进行了详细的介绍。软件设计上，给出了主程序的流程图，并对信号采集、信号有效值计算、过流保护、以太网通信等子程序进行了详述。并合理分析了电量参数的计算方法，对各种保护特性理论进行了研究。本课题通过对硬件上的仿真、实验和软件上的调试，实现了脱扣器的保护功能，提高了智能脱扣器的稳定性和可靠性。本设计的采用ENC28J60以太网芯片实现通信功能，给出详细的硬件电路设计电路，通过TCP/IP协议栈的植入，采用浏览器完成对脱扣器的监控。本课题对设计中的抗干扰问题进行了研究，在软硬件上采取了多种措施，确保智能脱扣器在工业环境下可靠运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及其意义
• 1.2 国内外脱扣器研究状况
• 1.2.1 国内外发展现状
• 1.2.2 国内外智能断路器研发涉及的关键技术
• 1.3 论文目标及内容
• 第二章 智能脱扣器的设计原理
• 2.1 保护原理及实现方法
• 2.1.1 保护特性
• 2.1.2 三段保护实现原理
• 2.1.3 其他保护
• 2.2 电力参数的测量原理
• 2.2.1 电参数采样的原理
• 2.2.2 电参数有效值算法
• 2.3 电参数测量传感器的选择
• 2.3.1 电磁式铁心互感器
• 2.3.2 空心电流互感器的设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 智能脱扣器的硬件系统设计
• 3.1 智能脱扣器的总体设计
• 3.2 做处理器的选择
• 3.2.1 dsPIc芯片的选择
• 3.2.2 dsPIc30F系列单片机概述
• 3.3 电源电路
• 3.4 智能脱扣器信号的采集与检测电路
• 3.4.1 电流和电压信号的采集
• 3.4.2 信号检测电路
• 3.5 脱扣输出电路设计
• 3.6 其他功能电路设计
• 3.6.1 LCD液晶显示
• 3.6.2 键盘输入
• 3.6.3 环境温度检测
• 3.6.4 开关量检测电路
• 3.7. 硬件抗干扰
• 3.8 本章小结
• 第四章 智能脱扣器的软件系统设计
• 4.1 智能脱扣器软件设计要求
• 4.2 主程序设计
• 4.3 信号采集程序设计
• 4.4 三段保护程序设计
• 4.4.1 三段保护程序流程图
• 4.4.2 保护动作时间仿真
• 4.5 人机界面程序设计
• 4.6 软件抗干扰技术
• 4.7 本章小结
• 第五章 智能脱扣器的通信设计
• 5.1 智能脱扣器通信模块的硬件设计
• 5.1.1 以太网控制芯片的选择
• 5.1.2 网络接口模块电路的设计
• 5.2 智能脱扣器通信模块的软件设计
• 5.2.1 TCP／IP协议栈的移植
• 5.2.2 以太网通信实现
• 5.2.4 ENC28J60的初始化
• 5.2.5 主要程序源码
• 5.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢