交流电器选相分合闸的控制技术

摘要

为了消除暂态电磁现象,要求交流电器(如:交流继电器、交流接触器、断路器等等)按照一定的电压或电流相位分合闸.合闸相位不同时,其合闸过程的动态特性也不同,对于交流电磁电器的分断,为保证触头开断过程的电弧总能量为最小,要求实行定相分断;在开关电器的短路实验中,为确保电流中非周期分量最小,当电路控制元件合闸时,要求试验回路通电时电压相角等于负载电路的功率因数角.目前广泛采用的选相分合闸机构,大多由电子线路实现上述功能.从经济性和长期工作的可靠性上都存在一定问题.所以,无论从交流电磁电器的工作特性还是其他试验要求来看,都希望有精度高、使用方便的选相分合闸装置.本文主要提出了采用信号处理技术(快速傅里叶变换FFT),根据电压、电流采样的瞬时值,计算信号频率、信号相位、功率因数、分合闸相角的选相控制方法,并介绍了最终控制分合闸的原理与实现方法.选相分合闸装置的设计包括两部分:一是下位机部分,主要以80C196KC单片机及其外围电路为主,完成交流信号的采集、数据处理以及对交流电器分合闸的控制;另一部分是单片机与PC机的通讯部分.为方便用户进一步控制选相系统,以及完成记录、显示、数据分析等工作,需要将单片机外部存储器中的数据传到上位机中,课题中采用方便热、插、拔的USB通用串行总线.将这种通讯接口应用到单片机控制中,对产品的设计、开发与生产都有很大的优越性.此外,本文还介绍并分析了模糊综合评判的方法在交流电器选相分合闸控制中的应用.采用上述技术研制的选相分合闸装置,应用于断路器瞬动特性试验设备中,选相精度为±1°,较好地消除了试验中的暂态电流.该技术还适用于智能电器以及高低压开关柜等装置.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1交流电器选相分合闸控制技术的适用场合

§1-2交流电器选相分合闸控制技术的发展现状

§1-3主要工作与创新点

1-3-1课题主要完成的任务

1-3-2课题的创新点

第二章选相分合闸控制中数据处理技术的研究

§2-1数字信号处理简介

§2-2电源频率、功率因数的频域分析与相位角的计算

2-2-1傅里叶变换简介

2-2-2电源频率的计算

2-2-3检测信号初始相位的计算

2-2-4分合闸时刻的计算

§2-3模糊算法在选相分合闸控制中的应用

第三章选相分合闸系统的硬件设计与软件设计

§3-1板卡式控制系统的适用场合

§3-2选相分合闸系统的控制方案

3-2-1短路试验中电流非周期分量产生的原因

3-2-2选相分合闸系统的控制方案

§3-3系统的硬件组成

3-3-1单片机最小系统

3-3-2单片机系统与PC机的通讯技术

§3-4交流信号的采集方案

3-4-1单片机的A/D转换器

3-4-2 A/D检测信号的处理电路及输入电路

§3-5系统的软件设计

3-5-1单片机软件定时器中断

3-5-2单片机系统的软件设计

第四章USB串口通讯技术在选相分合闸控制中的应用

§4-1 LSB通讯技术的特点与应用前景

§4-2 USB总线通讯原理

4-2-1 USB总线体系结构

4-2-2 USB总线物理接口

4-2-3 LSB设备的枚举过程

§4-3单片机与PC机通讯的硬件设计

4-3-1 USB器件PDIUSBD12芯片的简介及使用

4-3-2单片机与PC机通讯部分的硬件设计

§4-4单片机的固件程序设计

第五章选相分合闸机构的精度分析及抗干扰问题的探讨

§5-1选相机构中计算、控制精度的分析

§5-2选相机构中抗干扰问题的探讨

5-2-1干扰来源

5-2-2解决措施

结 论

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果