变压器微机保护装置的设计原理.doc

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1、变压器微机保护装置的设计原理设计方案根据方案所需要实现的功能，我们将系统构建成信号输入→信号处理→信号输出的模式，其系统框图下图所示。右边边为信号输入输出部分，可分为几个小模块进行设计；中间是信号处理部分，为80C196kc最小系统；左边为数据采集系统，也可分为几个小模块进行设计。PT交流接口模拟滤波CT多路转换开关A/D数据采集系统8255PIO光电隔离出口I/O显示器/键盘输入输出系统80C196KCERROME2PROMRMACPU系统电压形成交流接口模拟滤波电压形成图2-1保护系统框图键盘输入和液晶显示模块又称为人机接口模块，主

2、要负责参数的输入和状态的显示，这里采用的是小键盘输入和LCD1602液晶模块。电流检测模块采用的是Maxim公司生产的Max471芯片，电压检测模块采用AD736，。在电压、电流分别通过电压互感器和电流互感器后，再经过电流、电压监测模块，进行对数据的采集与转换；变压器的温度直接通过温度监测模块进行收集，接着把转换过的数据通入单片机中进行处理，最后报警并显示变压器当前的参数值并自动地控制、调整变压器的运行。三、系统模块的设计从总体上看，变压器智能保护系统可以分为以下模块：CPU模块、电流信号监测处理模块、电压信号监测处理模块及（显示）输出

3、模块、通信模块。下面我们就一一进行较为详细的阐述。1、CPU模块在本设计中采用的微处理器（CPU）是AT89C51，它是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes可编程可电擦除的只读存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），片内置通用8位中央处理器，和FLASH存储单元，功能强大，可供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。在本系统中，只需一片89C51并少许扩展外围信号调理电路，即可出色地实现本系统功能。下图便是本设计所用到的单片机：另外我们还采用了6N137光耦合器，

4、以求对继电器信号进行采集。这是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAsLED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。6N137光耦合器原理图：图3-56N137广耦合原理图在具体的设计电路中，本芯片由模拟电源提供3.3V电压，并且接地点与模拟地AGND相连，AGND与数字地DGND和通信地CGND等通过单点跟系统外壳（上图中用粗黑线画出的）共地，最后接入真正的大地。采取模拟电压供电和单独接入模拟地AGND的原因是为了防止数字电路的信号噪声干扰模拟

5、信号采集电路，导致对模拟信号的采在集出错。其中MAX6674与数字系统的通信采用高速通信光耦隔离。通过Protel绘制的温度信号处理电路如下图所示。3、电压、电流信号处理模块AD736采用双列直插式8脚封装，其管脚排列如图所示：各管脚的功能如下：+Vs：正电源端，电压范围为2.8～16.5V；-Vs：负电源端，电压范围为-3.2～-16.5V；Cc：低阻抗输入端，用于外接低阻抗的输入电压（≤200mV），通常被测电压需经耦合电容Cc与此端相连，通常Cc的取值范围为10～20μF.当此端作为输入端时，第2脚VIN应接到COM；VIN：高阻

6、抗输入端，适合于接高阻抗输入电压，一般以分压器作为输入级，分压器的总输入电阻可选10MΩ，以减少对被测电压的分流。该端有两种工作方式可选择：第一种为输出AC+DC方式。该方式将1脚（Cc）与8脚（COM）短接，其输出电压为效流真有效值与直流分量之和；第二种方式为AC方式。该方式是将1脚经隔直电容Cc接至8脚，这种方式的输出电压为真有效值，它不包含直流分量。COM：公共端；Vo：输出端；CF：输出端滤波电容，一般取10μF；CAV：平均电容。它是AD736的关键外围元件，用于进行平均值运算。其大小将直接响应到有效值的测量精度，尤其在低频时

7、更为重要。多数情况下可选33μF.接着，对于电流信号处理模块，我们采用Maxim公司生产的MAX471芯片，有一个电流输出端，可以用一个电阻来简单的实现以大地为参考点的电流转换，并可工作在较宽的电压范围内。拥有完美的高端电流监测功能，内部含有精密的内部监测电阻，在工作范围内，精度为2%。在测量电流时，也需要先将大电流转换为小电流，再通过电流监测转换模块。5、键盘与显示键盘模块：当维修人员修复好烧坏的变压器线路时，按键以提示系统可以重新启动。图3-12键盘模块电路图显示模块：在电力变压器智能保护装置中，我们采用LCD1602液晶显示模块，

8、它具有微功耗，体积小，显示丰富，超薄轻巧的诸多有点，在各类仪表和低功耗系统中得到了广泛的应用。此外，程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而这里用到的LCD1602能够自动完成此功能。显