基于arm+的断路器智能控制器的分析

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1、河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1.1研究课题的提出随着国民经济的飞速发展，电力在工业生产和人们的生活中发挥着十分重要的作用。如何有效地保障电力系统的稳定运行，提高供电质量，保护用电设备及人身安全，己成为人们普遍关心的话题。[1-4]断路器俗称自动开关是低压配电系统中的重要电器元件，其作用是保护电气配电网络和工业设备免受短路、过载、欠电压和接地故障电流的破坏。因此，断路器广泛应用于配电系统、电力输送系统以及用电设备中，如各类电站、变电站、车载系统（包括空调机车、电力抢修车）、船用系统等等。目前，在低压配电系统中，断路器的保护功能最为完善，是低压配电网中

2、的主要开关电器之一。它不仅可以在正常工作情况下接通或断开负载电流，而且允许在不正常情况下（过载、短路、欠电压等）自动切断电路，从而保护用电设备和电缆等；故障排除后，可迅速恢复供电。断路器可以就地操[5]作，还可以远距离操作，且安全、方便。传统低压断路器的检测单元和保护功能大多是通过电磁元件和双金属元件来完成，其抗干扰能力差，动作时间长，保护精度较低，参数整定比较困难；而且没有自检测和自诊断功能。随着微处理器技术和传感技术的发展，近年来人们推出了智能型断路器，所谓智能断路器是在现有断路器的基础上增加一个智能控制单元。它具有较好的兼容性，不一定要改变现有的变电

3、站和继电保护系统结构，也不影响现有系统的各种功能，只是增加了一些新的功能。例如：智能化保护功能，精确选择性保护，能提高供电可靠性，避免不必要的停电，可实现配电自动化进行[6]负载管理，自诊，故障判断。由于以上诸多优点，因而在低压电器装置中获得了广泛的应用。智能控制器是智能断路器的中枢控制部件。它承担断路器的各种保护、报警、显示、试验与故障诊断功能，当前已成为断路器是否先进的主要标志之一。早期的产品称智能脱扣器，以过电流保护和脱扣功能为主，但通过逐步改进和发展至今，其功能远不止此，除过电流保护外还有电流显示、电压[7]显示、有功功率和无功功率显示、报警、接地

4、保护、温度保护、故障记录和计算机接口等功能。当前，智能化已是低压断路器的一个重要发展方向。智能型断路器的“大脑”，即断路器内的智能控制器，采用微处理器为核心，具有显示、三段保护、试验、负载监控、故障诊断等功能。为了满足市场需求及提高产品竞争力，要求我们设计出性能优良、价格合理、保护功能完善的智能化断路器。为了提高断路器工作的可靠性，完善保护功能，降低功耗，节约能源，断路器的保护由电子式向数字智能化的方向发展。随着计算机、微处理器、光纤传导技术、传感器技术和数字处理技术的迅速发展1基于ARM的断路器智能控制器的研究和应用，出现了带微处理器的智能控制电器，使得

5、断路器的智能化得以实现。智能型断路器不仅能够提供传统断路器的各种保护和控制功能，还具有保护的多样性和可选择性：能够实时显示电路中的各种参数(电流、电压、功率、功率因数、触头磨损率、不平衡率等)，也可以设定和修改各种保护功能[8]的动作参数。保护电路动作时的故障参数，可以存储在非易失性存储器中以便查询。若干个智能断路器通过互动网络可组成智能配电系统，实现遥测、遥信和遥调等功能。§1.2智能控制器简介传统的断路器，其检测和保护功能是利用了某些物理效应，通过机械系统的动作来实现，多由电磁元件完成。因而其体积较大，动作时间长，保护精度低，整定困难，效果也不够理想。

6、传统的电磁式控制、保护技术，由于特性一致性差，体积大，已经无法适应现代配电自动化发展需要，必须将计算机技术引入，将计量、保护、控制、通讯、故障记忆等功能集成一体，实现监测、保护功能一体化，比以往机电式和模拟集成电路式二次电路所具备的功能更全；实现控制、保护智能化，可以根据电网[9]和被控对象的运行状态进行智能控制、网络化。比如将每一智能控制器单元通讯接口与上位机相连，就可构成综合自动化系统。采用新的工作原理及具有良好特性的新型电流和电压互感器，对保护、控制单元来讲，电流互感器、电压互感器是提供电流与电压信息的，传统的电磁式电流、电压互感器由于体积大及铁芯的

7、饱和特性己经不能满足智能化高压电器要求，因此使用罗柯夫斯基(Rogowksi)线圈测量电流，电阻电压分压器测量电压。智能控制器具有两个显著的特点：一是可靠性高。控制器在正常运行时，不断进行自检，一旦保护装置本身出现故障，可以立即检出。而一般传统继电保护是没有这种功能的。二是灵活及性能优良。微机保护技术的原理是测量、计算和逻辑判断，即将检测出的电气量与动作量整定值比较，超过整定值发出动作信号。所以只要研究出适当的算法，CPU就能迅速计算出相应的电气量，完成功能不同的[10]保护，如馈线保护、变压器保护或电容器保护。1.2.1基本结构及保护功能断路器一般由触头

8、系统、灭弧系统、各种脱扣器和开关机构等主要部分组成。智能断路器中的