低压智能断路器的关键技术研究

论文摘要

低压断路器是低压配电网中一种重要的控制与保护电器,用来关合、承载、开断运行回路的正常工作电流、过载电流和短路电流。传统断路器的检测和保护功能由电磁元件完成,其动作时间长,保护精度低,整定困难。传统的电磁式断路器结构简单,保护特性差,已逐渐退出市场。第二代断路器利用以分立电子器件为主的电子电路实现电路中的电流测量,保护特性有所提高,但由于以分立电子器件为主的电子电路可靠性低,并且只能针对既定的测量范围,使得产品适应性差。为了克服第二代产品弊端,第三代断路器提出了智能化的要求,它是以微处理器为核心部件,综合应用现代传感、光电转换、数字控制、微电子和信息处理等多种现代技术实现断路器的智能化。断路器的智能化即为第三代断路器的关键技术,它包括电流检测原理、多种选择性保护的实现及电路方案的确定等。在此基础上,增加现场总线通信功能的断路器正在开发与研究中,且已有少量产品在投入使用,使之满足智能电网对相关设备的要求。(有些专家认为在第三代断路器的基础上增加了通信功能的断路器称为第四代断路器)本文介绍了断路器的概念、发展及其国内外现状;提出采用Rogowski线圈作为电流采样装置,以MCU为核心,使用软件编程的方式构造多种不同的三段保护曲线的方案;介绍了Rogowski线圈的工作原理和优势,对采用Rogowski线圈作为电流采样装置时电流信号的采集、整流、计算等步骤进行详细分析。依据以上设计思想的产品适应性强,无需改变硬件电路即可构造多种不同的三段保护曲线,可靠性高指标大大提高而且节约了制造成本,同时更符合现代配电、用电设备的要求。本文对低压智能断路器的关键技术进行了详细分析讨论,对现场总线通信技术具体应用于断路器也进行了较详细的研究与分析介绍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 低压断路器的主要技术参数
• 1.3 低压断路器的现状及发展趋势
• 1.3.1 低压断路器的现状
• 1.3.2 我国断路器的发展趋势
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第2章 Rogowski 线圈电流测量原理
• 2.1 Rogowski 线圈的特点
• 2.2 Rogowski 线圈的电流检测原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 断路器保护特性曲线
• 3.1 第一代断路器保护特性曲线
• 3.2 第二代断路器保护特性曲线
• 3.3 智能断路器三段保护曲线及其构建
• 3.4 本章小结
• 第4章 电子脱扣器设计方案
• 4.1 交流电流的测量
• 4.1.1 Rogowski 线圈电流测量
• 4.1.2 程控放大
• 4.1.3 精密线性整流
• 4.1.4 双积分A/D 转换
• 4.2 电子脱扣器设计方案
• 4.3 MCU 芯片选型
• 4.3.1 STM32F103R8 特性介绍
• 4.3.2 STM32F103R8 内部主要资源
• 4.4 CAN 通信节点硬件设计
• 4.5 电源电路设计
• 4.6 脱扣电路设计
• 4.7 复位电路设计
• 4.8 人机接口设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 电子脱扣器软件设计
• 5.1 系统软件模块划分
• 5.2 三段保护模块程序
• 5.3 系统时钟设置
• 5.4 CAN 通信程序设计
• 5.4.1 CAN 初始化
• 5.4.2 CAN 通信发送流程
• 5.4.3 CAN 通信接收流程
• 5.5 看门狗程序
• 5.6 温度检测程序
• 5.7 键盘操作程序
• 5.8 液晶显示程序
• 5.9 本章小结
• 总结与展望
• 1. 本文的主要研究成果
• 2. 本文研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文
• 附录B 电路图