10kv柱上斷路器涌流檢測(cè)與控制裝置的研究

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在電力系統(tǒng)配電線路上變壓器的容量比較大的時(shí)候，由于勵(lì)磁涌流的影響，送電或者重合閘的時(shí)候有可能引起線路保護(hù)的誤動(dòng)作。這就需要涌流控制器來對(duì)線路上的浪涌電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)并進(jìn)行延時(shí)脫扣控制，以防止浪涌電流產(chǎn)生開關(guān)誤動(dòng)脫扣。采用微控制器技術(shù)，當(dāng)電流差超過設(shè)定倍數(shù)整定電流時(shí)，立即進(jìn)行速斷保護(hù)，還可根據(jù)需要進(jìn)行延遲。</p>

2、<p>　　本課題詳細(xì)介紹了涌流檢測(cè)裝置的原理和檢測(cè)方法，以及Atmel公司AT89S51單片機(jī)的性能和特點(diǎn)。在分析了勵(lì)磁涌流檢測(cè)原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)較為簡(jiǎn)單的勵(lì)磁涌流檢測(cè)的方法，通過檢測(cè)三相電流和零序電流來模擬涌流控制器的工作狀態(tài)。給出了以AT89S52單片機(jī)為核心的數(shù)字顯示檢測(cè)電流的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測(cè)速度快、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于控制，并且能滿足檢測(cè)要求。本課題的研究內(nèi)容主要有

3、以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）介紹了勵(lì)磁涌流檢測(cè)的相關(guān)方法，分析相關(guān)方法在實(shí)際線路的可行性，分析利用相關(guān)方法檢測(cè)勵(lì)磁涌流的重難點(diǎn)，以及各種新型技術(shù)的應(yīng)用。</p><p>　?。?）完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。包括電流采集電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)，AD電路的設(shè)計(jì)，電路電源模塊設(shè)計(jì)，顯示電路的設(shè)計(jì)以及報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）編寫系統(tǒng)軟件程

4、序并利用multisim模擬軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，對(duì)電流采集模塊進(jìn)行調(diào)試。制作了硬件樣機(jī)，并進(jìn)行了相關(guān)電流的測(cè)量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：10kV配電線路；勵(lì)磁涌流；線路保護(hù)；變壓器；檢測(cè)方法</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Because of the influence of magneti

5、zation inrush current, the power transmission or coincidence may cause mis-operation of line protection when the capacity of distribution line transformer is large. Then you need to use the current controller to monitor

6、surge current on line and make delay tripping control which prevent the surge current switch malfunction trip. The micro controller technology is adopted, when the current exceeds the setting current, the quick break pro

7、tection can be carried ou</p><p>　　In this paper, the principle and detection method of inrush current detection device has been introduced in detail, as well as the performance and characteristics of AT89S5

8、1 MCU of Atmel. On the basis of the analysis of the principle of magnetizing inrush current, a simple method to detect the inrush current is designed, and the working state of the controller is simulated by detecting the

9、 three-phase current and the zero sequence current. The hardware circuit and software design method of digit</p><p>　　(1) Described the related technology about detection of magnetic inrush current; analysis

10、 of the feasibility of the relevant methods in the actual line, analysis of the heavy and difficult points of the detection of magnetizing inrush current, and the application of a variety of new technology.</p>&l

11、t;p>　　(2) Described hardware circuit design, including the design of the current acquisition circuit, microcontroller module design, AD circuit design, circuit power module design, display circuit design and alarm cir

12、cuit design.</p><p>　　(3) Described software design and apply the multisim simulation software to simulation the system, debugging the current acquisition module. The hardware prototype is made, and the rela

13、ted current is measured.</p><p>　　Key Words: 10 kV distribution line; magnetization inrush current; line protection; transformer; testing principle</p><p><b>　　目 錄</b></p>

14、<p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景及意義1</p><p>　　1.2 涌流鑒別方法和10kV系統(tǒng)涌流特點(diǎn)1</p><

15、p>　　1.2.1鑒別方法1</p><p>　　1.2.2有關(guān)10kV系統(tǒng)涌流的特征介紹2</p><p>　　1.3 勵(lì)磁涌流的危害性2</p><p>　　1.4 論文的主要工作2</p><p>　　2 10kV配電線路的保護(hù)及勵(lì)磁涌流檢測(cè)方法3</p><p>　　2.1 10kV不接地系統(tǒng)

16、的零序保護(hù)3</p><p>　　2.1.1采用零序電壓判斷接地短路3</p><p>　　2.1.2采用MR301P通用型保護(hù)裝置中零序電流保護(hù)3</p><p>　　2.1.3零序功率原理3</p><p>　　2.1.4零序電流保護(hù)裝置4</p><p>　　2.2 勵(lì)磁涌流4</p>

17、<p>　　2.3 電流辨別勵(lì)磁涌流的方法4</p><p>　　2.3.1二次諧波制動(dòng)的方法4</p><p>　　2.3.2間斷角原理5</p><p>　　2.3.3波形對(duì)稱原理5</p><p>　　2.3.4基于采樣值差動(dòng)的方法5</p><p>　　2.3.5小波變換識(shí)別方法6<

18、/p><p>　　2.4 基于電流電壓識(shí)別勵(lì)磁涌流的方法6</p><p>　　2.4.1磁通特性判別方法6</p><p>　　2.4.2等值電路參數(shù)鑒別方法8</p><p>　　2.4.3利用瞬時(shí)電感判斷據(jù)識(shí)別法8</p><p>　　2.4.4基于模糊邏輯的多判據(jù)法9</p><p&g

19、t;　　2.5 新型技術(shù)在勵(lì)磁涌流識(shí)別方面的應(yīng)用9</p><p>　　2.6 10kV配電線路勵(lì)磁涌流控制方法9</p><p>　　2.7 本章小結(jié)10</p><p>　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 電流采集模塊11</p><p>　　3.1.1電流采集模塊中I/V變換11&l

20、t;/p><p>　　3.1.2精密全波整流濾波電路13</p><p>　　3.1.3二階低通濾波13</p><p>　　3.1.4穩(wěn)壓管的電路13</p><p>　　3.1.5大電容濾波14</p><p>　　3.1.6芯片周邊及電源周邊電容濾波14</p><p>　　3.2

21、電源電路模塊15</p><p>　　3.3 顯示電路16</p><p>　　3.4 主控電路16</p><p>　　3.4.1單片機(jī)部分16</p><p>　　3.4.2單片機(jī)各接口在電路中作用17</p><p>　　3.4.3單片機(jī)的復(fù)位18</p><p>　　3.4.

22、4模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD）部分18</p><p>　　3.4.5基準(zhǔn)電源端電路19</p><p>　　3.5 聲光報(bào)警19</p><p>　　3.6 本章小結(jié)19</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2 基于

23、LCD1602顯示屏程序20</p><p>　　4.4 本章小結(jié)22</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真與樣機(jī)調(diào)試23</p><p>　　5.1 系統(tǒng)仿真23</p><p>　　5.1.1仿真軟件multisim23</p><p>　　5.1.2系統(tǒng)軟硬件的仿真23</p><p

24、>　　5.2 硬件調(diào)試與硬件效果25</p><p>　　5.2.1硬件調(diào)試25</p><p>　　5.2.2硬件實(shí)際結(jié)果25</p><p>　　5.3 本章小結(jié)25</p><p><b>　　6 結(jié)論26</b></p><p><b>　　謝 辭27<

25、;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>　　附錄一 基于AT89S52單片機(jī)電流檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)電路原理圖29</p><p>　　附錄二 基于AT89S52電流檢測(cè)及報(bào)警的系統(tǒng)PCB圖30</p><p>　　附錄三 基于AT89S52電流檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)C語言原程序31&

26、lt;/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景及意義</p><p>　　近年來，我國民眾的生活質(zhì)量逐漸升高，科學(xué)技術(shù)的突破也在。因此，實(shí)現(xiàn)長期不斷供電成為了人們生活必不可少的一部分，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)亦是如此。為了實(shí)現(xiàn)長期不間斷供電，必須不斷改善電力系統(tǒng)并且提升電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和效率。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我

27、們需要進(jìn)一步研發(fā)自動(dòng)化程度較高的供電系統(tǒng)。同時(shí)，當(dāng)遇到故障時(shí)，智能化程度較高的供電系統(tǒng)能夠盡快識(shí)別故障并采取相應(yīng)保護(hù)措施，從而進(jìn)一步對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。這種供電系統(tǒng)中的保護(hù)設(shè)備避免了故障所引發(fā)的更大損失，把工作效率和維護(hù)成本都向最好的方向去發(fā)展。現(xiàn)如今電子工業(yè)技術(shù)的發(fā)展如火如荼。更多大型超電壓變壓器被研發(fā)出來并投入生產(chǎn)。然而與其形成鮮明對(duì)比的是，變壓器在保護(hù)這一領(lǐng)域的發(fā)展及其緩慢，有時(shí)會(huì)發(fā)生拒動(dòng)的情況。</p><p&g

28、t;　　與其他線路相比，10kV的配電線路是被如今的電力系統(tǒng)應(yīng)用最多的、設(shè)備的數(shù)量種類更多，同時(shí)它的絕緣水平比較低。較為常見的妨礙正常運(yùn)行的狀況主要有以下三種：相間短路、線路過流和單相接地短路。如果線路出現(xiàn)以上故障的前兩種的時(shí)候，從系統(tǒng)中以最短時(shí)間切除線路是十分必要的。</p><p>　　勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器的安全運(yùn)行危害不大，然而它對(duì)繼電保護(hù)會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。因?yàn)橛谐邏汉瓦h(yuǎn)距輸電的要求，大容量變壓器變得越來

29、越受歡迎。當(dāng)電力變壓器被空載合閘投入電網(wǎng)的時(shí)候，變壓器會(huì)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌波。在外部故障切除、電壓恢復(fù)的時(shí)候，變壓器同樣也會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌波，使波形很大程度畸形，同時(shí)也可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。變壓器在穩(wěn)態(tài)的狀況下勵(lì)磁涌流非常微小，大約是1%的額定電流大小。但倘若出現(xiàn)上文所提到的兩種情況，勵(lì)磁涌流瞬間增大，產(chǎn)生一個(gè)大約幾個(gè)周波時(shí)長的暫態(tài)過程，這時(shí)勵(lì)磁涌流與短路電流相差甚微。同時(shí)在運(yùn)行的時(shí)候，變壓器短時(shí)過載荷和過電壓的情況時(shí)有發(fā)生。這些多次的輕微故障以

30、及大量的暫態(tài)過程會(huì)增加變壓器的損壞幾率[1]。</p><p>　　1.2 涌流鑒別方法和10kV系統(tǒng)涌流特點(diǎn)</p><p><b>　　1.2.1鑒別方法</b></p><p>　　涌流鑒別方法基本分成下面三種類別。分類的依據(jù)是在判別勵(lì)磁涌流過程中用到的電磁量。第一種是利用電流量對(duì)涌流進(jìn)行判別，應(yīng)用舉例間斷角原理。第二種是利用電壓量判斷，

31、比如電壓制動(dòng)原理。第三種是利用二者一起對(duì)進(jìn)行判別，應(yīng)用舉例等值電路原理。</p><p>　　在上文中描述的三個(gè)原理中，二次諧波原理比較經(jīng)常被使用。原因是它的原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，并且它比常規(guī)保護(hù)更容易實(shí)現(xiàn)[2]。</p><p>　　1.2.2有關(guān)10kV系統(tǒng)涌流的特征介紹</p><p>　　該系統(tǒng)具有以下特征：</p><p>　?。?）其

32、含大量的高次的諧波。并且主要是二次諧波；</p><p>　　（2）其含有較大成分隨時(shí)間衰減的暫態(tài)分量，衰減規(guī)律為T=L/R；</p><p>　　（3）它的波形與短路電流不同之處在于會(huì)出現(xiàn)間斷角，但是間斷角明顯減小。這與短路電流的波形十分不同；</p><p>　?。?）這種涌流是許多變壓器產(chǎn)生涌流的迭加[3]。</p><p>　　1.3

33、 勵(lì)磁涌流的危害性</p><p>　　勵(lì)磁涌流具有許多危害性，具體如下：</p><p>　　（1）當(dāng)有勵(lì)磁涌流時(shí)，變壓器的投運(yùn)總會(huì)失敗是有一定的原因，這個(gè)原因就是因?yàn)槔^電保護(hù)裝置誤動(dòng)所產(chǎn)生的；</p><p>　?。?）變壓器每一側(cè)的負(fù)荷完全癱瘓就是發(fā)生了出線斷路故障，這種故障就會(huì)使電壓突然增大從而引發(fā)了變壓器的保護(hù)裝置的誤動(dòng)；</p><p

34、>　　（3）當(dāng)電站M空載情況下接電源而產(chǎn)生了涌流，可能會(huì)使得在周圍其他的電站正在運(yùn)行的變壓器跟隨著M站的情況使正在正常運(yùn)行的變壓器因?yàn)椤昂蠎?yīng)涌流”產(chǎn)生錯(cuò)誤的跳閘，就會(huì)發(fā)生大片大片的停電后果；</p><p>　　（4）變壓器和其周邊的裝置以及斷路器都會(huì)電動(dòng)力過大而受損因?yàn)橛写髷?shù)值的勵(lì)磁涌流；</p><p>　?。?）電氣設(shè)備會(huì)被存在的操作過電壓損壞；</p><

35、p>　?。?）存在于涌流中的諧波過量的時(shí)候就產(chǎn)生非常嚴(yán)重的電網(wǎng)點(diǎn)能質(zhì)量污染；</p><p>　?。?）涌流會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電壓有很大的不穩(wěn)定的影響，電壓有可能突然變大或者變小，這樣就影響了電氣設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)[4]。</p><p>　　1.4 論文的主要工作</p><p>　　本論文是針對(duì)10kV柱上斷路器涌流檢測(cè)與控制裝置的設(shè)計(jì)方案的研究，主要內(nèi)容是掌握涌

36、流控制器的特點(diǎn)、作用和使用條件的理論知識(shí)以及10kV配電系統(tǒng)故障檢測(cè)的基本方法和涌流特征，分析現(xiàn)有檢測(cè)手段和裝置種類和工作原理。深入分析10kV配電網(wǎng)涌流檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)原理、工作方式和控制方法，學(xué)習(xí)現(xiàn)有高壓電氣系統(tǒng)過電流檢測(cè)與報(bào)警的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行與畢業(yè)設(shè)計(jì)題目和研究內(nèi)容相關(guān)的必要的電路或者模型仿真，進(jìn)行必要的樣機(jī)功能驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　本論文的第一章介紹了涌流控制器的研究背景、目的和意義

37、以及勵(lì)磁涌流的危害。第二章敘述了勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生基本原理和常用的多種檢測(cè)方法，對(duì)比選取其中一種檢測(cè)方法。第三章分模塊詳細(xì)敘述了此課題的硬件設(shè)計(jì)。第四章敘述了此課題的軟件設(shè)計(jì)。第五章介紹了硬件模塊的必要仿真和調(diào)試。第六章總結(jié)。</p><p>　　2 10kV配電線路的保護(hù)及勵(lì)磁涌流檢測(cè)方法</p><p>　　2.1 10kV不接地系統(tǒng)的零序保護(hù)</p><p>　

38、　2.1.1采用零序電壓判斷接地短路</p><p>　　10kV母線上的電壓互感器，一次測(cè)的線圈按星形接法，二次側(cè)兩個(gè)接法就是按照，三角形，星形的繞組接法，它們倆給電壓互感器柜上的DMR381P提供保護(hù)測(cè)量電壓和零序電壓。當(dāng)沒有故障的時(shí)候，三相電壓的和為零，三角形接法的線圈上電壓是零，裝置不動(dòng)作。三角形接法那個(gè)就表現(xiàn)出零序電壓是因?yàn)榘l(fā)生了單相接地短路，保護(hù)裝置上的零序電壓大于最初設(shè)定好的值，經(jīng)過設(shè)定好的延遲時(shí)間

39、后，裝置發(fā)生動(dòng)作并且發(fā)出報(bào)警信號(hào)，聲光報(bào)警會(huì)通知相關(guān)人員來檢查線路的保護(hù)裝置的零序電流。這種方法不能使其立即跳開故障回路因?yàn)閷ふ夜收系臅r(shí)間過長，就不怎么運(yùn)用這種方法[5]。</p><p>　　2.1.2采用MR301P通用型保護(hù)裝置中零序電流保護(hù)</p><p>　　沒有發(fā)生故障的路線上的零序電流與這條路上的接地電容電流相等在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)上發(fā)生了單相接地短路這一情況時(shí)的這一原理，使用

40、MR301P通用型保護(hù)測(cè)控裝置區(qū)分出故障線路。首先算出每條線路的零序保護(hù)定值通過他們的長度和橫截面積。當(dāng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生零序電流經(jīng)專門的零序互感器輸入到裝置中，當(dāng)大于設(shè)定值的時(shí)候，開關(guān)會(huì)自己自動(dòng)的斷開在已經(jīng)設(shè)好的延時(shí)時(shí)間之后。采用這樣的辦法就要有關(guān)每條線路上的電容電流的大量計(jì)算，而且因?yàn)樾枰?jì)算的量過于龐大，所獲得的數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)，從而開關(guān)誤動(dòng)，一般也不采取此法。</p><p>　　2.1.3零

41、序功率原理</p><p>　　中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路時(shí)，沒有故障的線路上零序電流相位超前零序電壓90度，那么有故障的那條路就滯后了90度，通過計(jì)算相差了180度。根據(jù)這樣的規(guī)律，我么可以使用零序方向元件區(qū)分出故障線路。對(duì)于不接地系統(tǒng)，可以用零序電壓、零序電流的基波分量來判別。</p><p>　　當(dāng)饋出線發(fā)生單相接地短路時(shí)，這條線路始端的零序電流（3I0）是整個(gè)系統(tǒng)沒有故障元

42、件的零序電容電流之和，流向母線。而當(dāng)線路正常運(yùn)行時(shí)，零序電流（3I0）相位超前零序電壓（3U0）90度，由母線流向線路。因此，此裝置單相接地選線的判斷條件：</p><p>　　（1）零序電流(3I0)大于設(shè)定；</p><p>　?。?）零序電壓(3U0)大于設(shè)定；</p><p>　?。?）零序功率的方向正確。</p><p>　　當(dāng)滿足

43、了以上提出的全部三個(gè)條件之后，保護(hù)就會(huì)通過開始設(shè)定好的時(shí)間后動(dòng)作，有關(guān)的回路斷開，在充分的滿足電網(wǎng)需求的前提下應(yīng)用這樣的方式進(jìn)行保護(hù)，可以對(duì)整個(gè)的系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性能有極大的保障。</p><p>　　2.1.4零序電流保護(hù)裝置</p><p>　　通過對(duì)多數(shù)方法的舉例和分析，帶方向的零序電流保護(hù)的使用是非常非常有用的，而零序電壓報(bào)警系統(tǒng)也是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，只有當(dāng)兩者結(jié)合使用才是最完美

44、的。通過這種方式，當(dāng)出現(xiàn)了單相接地短路的這種實(shí)際情況的時(shí)候，而導(dǎo)致產(chǎn)生保護(hù)拒動(dòng)的零序電流也不是就一定能滿足最初設(shè)定的零序電流數(shù)值和它的方向。另外還真正的應(yīng)用了報(bào)警系統(tǒng)，會(huì)使先關(guān)人員進(jìn)行故障的檢修處理，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2.2 勵(lì)磁涌流</b></p><p>　　當(dāng)想路上的電流突然間的增加到很大，可能是由于線路正處于過流或者短路狀態(tài)

45、。所謂的過流就是說電流超過了額定的值的時(shí)候，通過進(jìn)行瞬間的時(shí)間速斷保護(hù)和經(jīng)過一定設(shè)定時(shí)間的速斷保護(hù)來處理過流保護(hù)到達(dá)一定倍數(shù)后。但是還有一種情況，這個(gè)情況就是在二次側(cè)那一邊發(fā)生變壓器空載的情況下合上閘時(shí)，就會(huì)在變壓器的另一邊也就是一次測(cè)那一側(cè)產(chǎn)生一個(gè)勵(lì)磁涌流，而它的幅值大小可以和過流、短路電流相差無幾。產(chǎn)生的這個(gè)勵(lì)磁涌流不會(huì)長時(shí)間存在，并且對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)來講并不會(huì)有安全性的故障影響，但是卻是讓線路上的斷路器做出錯(cuò)誤判斷從而動(dòng)作。所以就需要對(duì)

46、以上提到的三者進(jìn)行各自具有各自特征的具體分析，讓涌流和另外兩個(gè)區(qū)分開[6]。</p><p>　　2.3 電流辨別勵(lì)磁涌流的方法</p><p>　　2.3.1二次諧波制動(dòng)的方法</p><p>　　發(fā)生了故障的線路上所檢測(cè)出來的電流所具有二次諧波分量很小，但是發(fā)生的是勵(lì)磁涌流的話就不一樣了，因?yàn)橛休^大的偶次諧波分量而其中的二次諧波的分量最大。通過鑒別故障和勵(lì)磁涌流

47、中的二次諧波分量就可以區(qū)分兩者。判別式為：。K2就是二次諧波的制動(dòng)比，整定的范圍通常為K2=15%~20%。</p><p>　　二次諧波制動(dòng)的方法好是好，檢測(cè)原理簡(jiǎn)潔明確，廣泛的應(yīng)用在微機(jī)變壓器保護(hù)。但隨著人們對(duì)電力系統(tǒng)的容量的大小提出了更加高的的要求，這些要求就就包括電壓等級(jí)以及變壓器容量等等，在這種情況下還繼續(xù)使用二次諧波制動(dòng)原理的話就有些問題了。</p><p>　　可能會(huì)有這么一

48、種情況，大型的變壓器其輸電線就比較長，比較長的話就導(dǎo)致了分布電容的影響十分的明顯，也就是說當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障或者是更為嚴(yán)重的故障的時(shí)候，比較大的二次諧波就從諧振中產(chǎn)生了，從而影響了保護(hù)動(dòng)作，讓保護(hù)動(dòng)作延時(shí)。</p><p>　　傅氏級(jí)數(shù)的諧波分析法就只是比較適用于那些穩(wěn)態(tài)交流分量上的分析，涌流是暫態(tài)電流并且它還具有較大衰減直流分量，把它所具有的直流分量按照一定的設(shè)定截?cái)喑芍芷谛缘牟⒎旁跁r(shí)間軸上，離散的幅度譜在進(jìn)過上述

49、的處理后就產(chǎn)生了。而產(chǎn)生的這個(gè)譜有可能會(huì)和周期信號(hào)的頻譜混疊，最終就會(huì)對(duì)二次諧波分量的大小產(chǎn)生不利的影響，極有可能導(dǎo)致誤判。</p><p>　　2.3.2間斷角原理</p><p>　　間斷角閉鎖原理是通過鑒別短路電流的勵(lì)磁涌流波形的差異來找到判別的方法，短路電流波形連續(xù)而勵(lì)磁涌流間斷較大。方法簡(jiǎn)單并且直接，但是要求較為準(zhǔn)確的測(cè)量間斷角，如遇TA暫態(tài)飽和和傳變會(huì)使涌流的二次側(cè)間斷角變形，

50、需要恢復(fù)有可能消失的間斷角不管是通過哪種措施，可是會(huì)使硬件的保護(hù)變得極為復(fù)雜；與此同時(shí)間斷角原理也由采樣率和采樣的硬件的限制影響精度。根據(jù)上面所有的分析得出，在實(shí)際數(shù)字差動(dòng)保護(hù)中，使用后的應(yīng)用結(jié)果并不十分盡如人意。</p><p>　　間斷角原理更加直觀的抓住了顯著的波形特點(diǎn)，可以幫助直接區(qū)分涌流和故障，采取分開各個(gè)相來進(jìn)行永留的鑒別，跳閘能夠馬上即時(shí)的發(fā)生當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，并且這種方法有抗過勵(lì)磁能力。這個(gè)

51、原理的微機(jī)實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上是可行的，但是硬件較為復(fù)雜且成本高，在實(shí)用的過程中需要進(jìn)一步的分析成本和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的可行度。</p><p>　　2.3.3波形對(duì)稱原理</p><p>　　波形對(duì)稱原理是對(duì)流入繼電器的差電流的波形特點(diǎn)深入研究的一種方法，先對(duì)差電流有關(guān)相關(guān)繼電器的進(jìn)行一些基本的微分運(yùn)算，把得到的結(jié)果分成前波和后波相對(duì)比，在最后再根據(jù)之前微分得到的前后波的結(jié)果分析看是不是發(fā)生了勵(lì)磁涌流。&

52、lt;/p><p>　　其基本原理可以大致概括為：最開始要先對(duì)得到的波形來一個(gè)預(yù)先的處理，再算出波形的不確定度K，最后涌流的確定就被不確定度決定，其主判據(jù)為：K＞Kset。K=fK為波形的不對(duì)稱度，Kset為整定值，周波通過數(shù)據(jù)傳確定。</p><p><b>　?。?）波形對(duì)稱原理</b></p><p>　　首先進(jìn)行微分，將處理后的差電流的后波

53、與前波對(duì)稱比較，得不對(duì)稱度K，即：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式(2-1)中，是差電流導(dǎo)數(shù)前半波第i點(diǎn)的數(shù)值，是后半波與第i點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。</p><p>　　第i個(gè)點(diǎn)就在上面式子中存在這種關(guān)系的時(shí)候?qū)ΨQ，要不然就是不對(duì)稱，有一般的一半周期以上的點(diǎn)不滿足式子的時(shí)候就是勵(lì)磁涌流，而有一半周期的點(diǎn)都滿足上

54、式，就是內(nèi)部故障。偶次和奇次的諧波包括基波分量的瞬間值相比就是波形對(duì)稱判據(jù)在數(shù)字濾波角度考慮時(shí)的情況。與2.3.1提出的相比，偶次諧波分量有關(guān)二次諧波以上的被更加充分的利用了，極大增強(qiáng)了能力有關(guān)保護(hù)躲勵(lì)磁涌流的誤動(dòng)。</p><p>　　利用波形對(duì)稱性特征對(duì)涌流進(jìn)行判別，這樣得到的上下對(duì)稱系數(shù)通過計(jì)算以后會(huì)有大大的可能超過整定值，有可能會(huì)發(fā)生閉鎖保護(hù)由于把故障電流當(dāng)成勵(lì)磁涌流誤判。</p><

55、p>　　2.3.4基于采樣值差動(dòng)的方法</p><p>　　這個(gè)檢測(cè)方法的整體思路就是：通過將故障流和勵(lì)磁涌流相比較之后的波形在周期內(nèi)來看，三相差流波形中的其中兩相會(huì)有那么幾個(gè)點(diǎn)接近了零點(diǎn)，接近零點(diǎn)是因?yàn)樽儔浩鞯娘柡吞匦裕泓c(diǎn)的采樣點(diǎn)所表現(xiàn)出的電流值是不能夠滿足采樣值差動(dòng)所需要的條件的。剩下的一相往往呈現(xiàn)出周期性電流特征是因?yàn)樽儔浩鞯睦@組方式?jīng)Q定的，而最嚴(yán)重的是會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱性涌流。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障的時(shí)

56、候，差流波形基本為正弦波，而涌流時(shí)，滿足采樣值差動(dòng)條件的點(diǎn)要比標(biāo)準(zhǔn)正弦基波少。因?yàn)檎莆樟诉@個(gè)規(guī)律，就能夠通過以數(shù)字保護(hù)差流來創(chuàng)建判別數(shù)據(jù)窗把所需要的N個(gè)點(diǎn)來組成這個(gè)窗，確定定值M將它分開來判別根據(jù)每一相，三相中至少有一想滿足條件N≥M，這個(gè)條件成立之后，就是有內(nèi)部故障，當(dāng)有故障之后輸出動(dòng)作信號(hào)，如果不動(dòng)作的話就認(rèn)為是勵(lì)磁涌流[7]。</p><p>　　采用這種方法可有效的區(qū)分勵(lì)磁涌流和制動(dòng)外部故障TA飽和的差流

57、，并且也具備抗過勵(lì)磁的能力。</p><p>　　2.3.5小波變換識(shí)別方法</p><p>　　小波變換根據(jù)信號(hào)的變化特征，小波變換根據(jù)信號(hào)的變化特性，通過平移和伸縮的小基波，可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)窗口的寬度，對(duì)瞬態(tài)信號(hào)或弱信號(hào)的變化進(jìn)行分析。當(dāng)處于故障的電力系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)時(shí)，所有有用的反應(yīng)故障性的信息都被暫態(tài)故障信號(hào)所包含。而且通過使用傳統(tǒng)的傅里葉變換甚至是使用加窗傅里葉變換來分析這種信號(hào)都是非常

58、非常困難的，是因?yàn)檫@種信號(hào)它的占用頻帶寬并且持續(xù)的時(shí)間還比較短。因此，理論上檢測(cè)涌流的奇異信號(hào)還是通過這種方法比較好。</p><p>　　在現(xiàn)代技術(shù)的前提下，高次諧波的檢測(cè)使用和奇異點(diǎn)檢測(cè)方法一樣的小波變換更加合適。勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障的差別就在于，前者差流高頻突變周期總是出現(xiàn)而后者就出現(xiàn)了一次并且立刻減少至零[8]。</p><p>　　2.4 基于電流電壓識(shí)別勵(lì)磁涌流的方法</p

59、><p>　　在傳統(tǒng)的識(shí)別方法(只是用一種電氣量來識(shí)別相關(guān)故障和涌流)。但是只是通過電流的波形來識(shí)別內(nèi)部故障還是勵(lì)磁涌流是有比較大的局限性的，并且不是相對(duì)準(zhǔn)確。由于變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生是個(gè)復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程，許多人就提出一系列使用電流和電壓兩者一起來進(jìn)行判斷的方法。這些方法也就是包括磁通特性，等值電路參數(shù)鑒別方法等，下面將分別闡述。</p><p>　　2.4.1磁通特性判別方法</p&

60、gt;<p>　　有一種特別的使用磁通特性來進(jìn)行判別的方法就產(chǎn)生了，就是利用變壓器磁鏈-差流曲線有些差別。這種方法的基本原理為：令為變壓器原邊漏感，在不計(jì)算變壓器繞組的前提下，可得變壓器互感磁鏈與繞組端電壓u和繞組電流i的關(guān)系：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　如圖所示得到了兩者具有的關(guān)系。而由圖可見，當(dāng)變壓器發(fā)生涌流

61、時(shí)(圖2.1中曲線1、2)，無論變壓器剩磁的大小多少，斜率都比較大在變壓器還沒有飽和時(shí)，而變壓器在和區(qū)域時(shí)，就會(huì)很小。 </p><p>　　圖2.1 勵(lì)磁特性曲線 圖2.2 關(guān)系曲線</p><p>　　所以得到的結(jié)論就是隨著id呈周期性大小值變化；而部故障狀態(tài)的曲線3，的數(shù)值較小并且基本不改變。</p><p>　　通

62、過比較上面得出的特點(diǎn)，基本上就能夠確定下兩個(gè)區(qū)域（如圖2.2）。區(qū)域B表現(xiàn)的狀態(tài)就是變壓器處在故障和飽和的狀態(tài)；區(qū)域A是不飽和的狀態(tài)在運(yùn)行。變壓器的運(yùn)行在發(fā)生故障時(shí)，則處在如圖所示的區(qū)域B，而變壓器在空載合閘的時(shí)候出現(xiàn)涌流是，它的出現(xiàn)則在區(qū)域A與B交替發(fā)生，在打算涌流檢測(cè)的時(shí)侯可以根據(jù)這一種特性，設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器Kc，若的位置在區(qū)域B內(nèi)，則加1；若的位置出現(xiàn)在區(qū)域A，則減1。由前面對(duì)這種情況的描述可知，對(duì)于變壓器故障發(fā)生故障的時(shí)候，Kc是單

63、調(diào)增加的[9]。因此，得到下面判據(jù)：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　為整定值。滿足條件時(shí)，就可以判別變壓器為勵(lì)磁涌流。</p><p>　　因?yàn)榭紤]到變壓器會(huì)變成飽和狀態(tài)當(dāng)發(fā)生了勵(lì)磁涌流時(shí)，研究深入到勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生原因從而達(dá)到了檢測(cè)并判別勵(lì)磁涌流的最終目的，因此具有一定的前瞻性和進(jìn)步性，但仍然有些許不足：&

64、lt;/p><p>　?。?）如果使用這種判據(jù)作為鑒別變壓器勵(lì)磁涌流的方法，要得到實(shí)際的磁化曲線和所使用的變壓器的漏抗參數(shù)，但是這些參數(shù)獲取的過程中是不是準(zhǔn)確的又對(duì)勵(lì)磁涌流的判別增加了難度。</p><p>　　（2）整定值在此法作為判據(jù)中有很大作用，但是整定值需要通過多次試驗(yàn)才能確定，增加了整定的復(fù)雜程度；</p><p>　?。?）區(qū)域A、B的確定是判定方法的基礎(chǔ)，

65、由于內(nèi)部有了輕微故障時(shí)，其數(shù)值較大與正常工作狀態(tài)情況幾乎相差無幾，一旦發(fā)生這種情路況，B區(qū)的范圍就變得很大了，甚至很可能與A區(qū)發(fā)生重合，這樣就導(dǎo)致A、B區(qū)的確定比較困難，一旦確定的區(qū)域不準(zhǔn)確，很可能導(dǎo)致判據(jù)失效。</p><p>　　2.4.2等值電路參數(shù)鑒別方法</p><p>　　文獻(xiàn)中[10]提出了一種通過使用變壓器導(dǎo)納型等值電路的參數(shù)鑒別方法，給出了勵(lì)磁涌流三繞組變壓器的等值電路，

66、這個(gè)圖也是內(nèi)部故障的圖。如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 三相變壓器等值電路圖</p><p>　　對(duì)于該電路，有如下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）、、常數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)。</p><p>　?。?）、、與變壓器的運(yùn)行狀況相關(guān)，對(duì)于內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流，它們表現(xiàn)出極大的不同。具體地，如果主繞組1在最外層，第3繞組在最里層，則：

67、勵(lì)磁涌流時(shí)，和為大于0的常值；內(nèi)部故障時(shí)，故障繞組的導(dǎo)納(或)隨故障匝比的增加而增加，但非故障繞組的導(dǎo)納仍舊幾乎為0或稍微變負(fù)。</p><p>　　所以，根據(jù)導(dǎo)納和的瞬時(shí)值可以建立判據(jù)，如果</p><p>　　≤ 或≤ (2-4)</p><p>　　則變壓器為內(nèi)部故障。其中，和為非負(fù)的實(shí)常數(shù)，對(duì)于某具體變壓

68、器應(yīng)經(jīng)過分析或?qū)嶒?yàn)確定，文獻(xiàn)給出的參考值分別為=0和=2。但是，該方法需要獲取變壓器漏電感參數(shù)，以求取或，進(jìn)而根據(jù)實(shí)時(shí)采樣得到的各相繞組電壓、電流值計(jì)算瞬時(shí)導(dǎo)納和；而且和的整定較難[11]。</p><p>　　2.4.3利用瞬時(shí)電感判斷據(jù)識(shí)別法</p><p>　　由變壓器的鐵芯導(dǎo)磁率在發(fā)生內(nèi)部故障或者勵(lì)磁涌流時(shí)的變化結(jié)果不同，在另外還需要用到瞬時(shí)勵(lì)磁電感以及另外一個(gè)量等效瞬時(shí)電感，就能

69、提出一個(gè)比較有效的辦法來識(shí)別兩種情況，通過查找相關(guān)的文獻(xiàn)查得單相變壓器的T型等效電路后可以得到：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　在式子中的參數(shù)是原來那邊繞組的漏感，繞組的實(shí)際電阻、繞組那端電壓和繞組電流分別為變壓器的勵(lì)磁電阻，變壓器的電流；為瞬時(shí)勵(lì)磁電感。</p><p>　　若已經(jīng)知道就是原邊和另一邊的比

70、值，則可表示為:</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　當(dāng)空載合閘合閘發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)，勵(lì)磁電感的瞬時(shí)值因?yàn)樽儔浩鞯蔫F芯在不飽和和飽和之間的過程來回變換，而隨著勵(lì)磁涌流的變化值來發(fā)生著比較大的變化。通過使用傅里葉級(jí)數(shù)來分解得到的勵(lì)磁電感值，就能發(fā)現(xiàn)其還有非常大的基波分量，而這個(gè)分析出來的量都不會(huì)低于一個(gè)特定值，利用這個(gè)值得到的整定值就可以用

71、來對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行鑒別。</p><p>　　2.4.4基于模糊邏輯的多判據(jù)法</p><p>　　該方法只是變壓器在勵(lì)磁涌流問題上的一個(gè)新的探索，仍有許多難題還未攻克，該方法還需要有關(guān)的科研人員繼續(xù)深入的進(jìn)行細(xì)致的研究。</p><p>　　2.5 新型技術(shù)在勵(lì)磁涌流識(shí)別方面的應(yīng)用</p><p>　　在模糊數(shù)學(xué)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取得突破性進(jìn)展的

72、今天，這些新技術(shù)被引入到差動(dòng)保護(hù)中。然而，與目前的方法相比，他們不是用于獨(dú)立提取特征量進(jìn)行涌流識(shí)別，但是作為一種輔助手段滲透到傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)方法。</p><p>　　學(xué)習(xí)能力超強(qiáng)并且有高度的神經(jīng)計(jì)算能力的特點(diǎn)，這還不是最重要的，還有極強(qiáng)的自適應(yīng)能力并能高容錯(cuò)度等特點(diǎn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)采用人腦神經(jīng)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，并將其運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。變壓器原，副邊的正序和負(fù)序點(diǎn)流量的方向可以用來辨別變壓器狀態(tài)的專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方

73、法，不對(duì)稱的故障和對(duì)稱的故障分別通過變壓器兩側(cè)電流的負(fù)序和正序其相對(duì)方向來進(jìn)行分辨。將勵(lì)磁涌流的多種特征通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三層前向網(wǎng)絡(luò)模型提取出各次諧波和間斷角，最終把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定下來是通過對(duì)比過勵(lì)磁[12]。</p><p>　　2.6 10kV配電線路勵(lì)磁涌流控制方法</p><p>　　(1)因?yàn)閯?lì)磁涌流中有大量的二次諧波，所以可以在10kv線路上采用帶有二次諧波制動(dòng)的保護(hù)裝置，使用

74、這種方法就需要將老舊的電路全部進(jìn)行按照所需進(jìn)行修改和重建，這會(huì)極大的增加裝置的復(fù)雜性，在電力系統(tǒng)的可靠性也有所隱患，并不可取。</p><p>　　(2)因?yàn)閯?lì)磁涌流的大小會(huì)隨時(shí)間而衰弱，所以我們可以延長過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。10kV的線路上的過流保護(hù)裝置的設(shè)定時(shí)間最大為0.5s就能保證電網(wǎng)正常運(yùn)行，這樣的設(shè)定在考慮保證靈敏度的同時(shí)，又可以避開勵(lì)磁涌流。在上下級(jí)電路能滿足這種情況的時(shí)候，可以優(yōu)先考慮這種方法。但是在

75、有些線路上無法采取延長時(shí)間的辦法。</p><p>　　(3)只是單單提高過流保護(hù)的設(shè)定值，但是一旦設(shè)定值過高的話，又不能保證設(shè)備的可靠保護(hù)，選擇合適的1.4～1.6倍較好、此法只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，而在過流保護(hù)上有過高的設(shè)定值就可能對(duì)一、二次設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行造成安全隱患，一般情況下不可用。</p><p>　　(4)在10kV的線路上的過流保護(hù)上采用加低電壓或者復(fù)合電壓閉鎖的措施來進(jìn)

76、行保護(hù)，但是由于線路過長，在這條線路上的電壓元件就有可能因?yàn)榘l(fā)生故障而出現(xiàn)靈敏度不夠甚至降低了保護(hù)動(dòng)作的可靠性。因此，這種方法也必須慎重使用。</p><p>　　(5)就按照所在線路的需求來重新進(jìn)行CT的選擇，重新選擇后的CT要提高一次側(cè)額定線路能通過的最大電流，根據(jù)重新選擇的值來設(shè)定過流保護(hù)定值。CT一次額定電流要比線路終裝配容量的60%大，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，將過流保護(hù)時(shí)限設(shè)定在0.3s時(shí)，10KV線路過流保

77、護(hù)定值必須大于額定電流才能可靠的躲過勵(lì)磁涌流。更換了CT后，就再?zèng)]有出現(xiàn)了當(dāng)送電時(shí)由于勵(lì)磁涌流而引發(fā)了過流保護(hù)動(dòng)作的問題[13]。</p><p><b>　　2.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章就10kv配電網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)不接電方式的相關(guān)零序保護(hù)方式做了詳細(xì)的介紹，并且通過實(shí)際驗(yàn)證選出了最佳零序保護(hù)方式，也介紹了勵(lì)磁涌流對(duì)于線路電流的區(qū)別以及其相關(guān)的傳統(tǒng)

78、及未來新方法的檢測(cè)手段。</p><p><b>　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　硬件電路是整個(gè)模擬樣機(jī)的核心部分，硬件電路的方案的提出，其電路的性能是否優(yōu)質(zhì)都將直接影響整個(gè)電路的可完成性和穩(wěn)定性。在硬件電路設(shè)計(jì)完好的基礎(chǔ)上在進(jìn)行軟件程序的編寫。才能最終完成我們的模擬樣機(jī)。我們所做出的模擬樣機(jī)就是為了測(cè)量三相電路上的電流以及當(dāng)發(fā)生單相接地短路的時(shí)候

79、測(cè)量出相應(yīng)的零序電流。三相電流測(cè)量電路如圖所示，而零序電流的測(cè)量方法也與三相電流的檢測(cè)方法大體相同，基本檢測(cè)電路都是一樣的，只是在51單片機(jī)編寫程序，測(cè)量電流的大小時(shí)，需要預(yù)先設(shè)定好閾值，當(dāng)電流超過預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，硬件電路中的聲光報(bào)警電路就會(huì)工作。</p><p>　　本章將分模塊對(duì)所做樣機(jī)進(jìn)行介紹，其中就包括了：電流采集模塊、電源模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，AT89S52單片機(jī)模塊，后續(xù)我們將對(duì)每個(gè)模塊分開講

80、述。</p><p>　　3.1 電流采集模塊</p><p>　　下圖3.1所示為電流采集模塊，本小節(jié)對(duì)該模塊進(jìn)行介紹：</p><p>　　圖3.1 電流采集模塊電路圖</p><p>　　3.1.1電流采集模塊中I/V變換</p><p>　　I/V變換的電路圖如圖所示，在這一部分中，所選用的CT(Current

81、 Transformer）是一種應(yīng)用變換器的變比是5A/2.5mA的電流傳感器，在存在CT的環(huán)境下，降低微小電流范圍的激磁電感，與次級(jí)電流相比來講，激磁電流所占到的比例就會(huì)變大，所以變換比低，直線性差?；谶@種情況，我們選用CT的磁心應(yīng)該是具有良好的初始導(dǎo)磁率的坡莫合金，改善他的直線性。</p><p>　　而在CT過后加入二極管D1，D2。是因?yàn)樵谟蠧T的電路中，如果初級(jí)注入了過大的電流，那么次級(jí)也會(huì)按比例發(fā)生

82、過大的信號(hào)，往往會(huì)損壞前置放大器中使用的運(yùn)算放大器受到損害，因此加了兩個(gè)二極管，以防止過大電壓加在運(yùn)算放大器上。起到保護(hù)作用。</p><p>　　而在運(yùn)放的選擇上我們使用的是LM358AP雙路運(yùn)算放大器。它的里面含有兩個(gè)獨(dú)立的高增益并且具有內(nèi)部功率補(bǔ)償功能的運(yùn)放，用的單電源的大小范圍比較寬廣。</p><p>　　圖3.2 lm358引腳圖及引腳功能</p><p&g

83、t;　　Lm358可以輸入的共模的電壓范圍比較寬廣范圍大概是電源電壓的維度。由虛短和虛斷可知，放大出來的電壓由前段電流乘以電阻所得。而在我們所采用的I/V變換電路中的運(yùn)放，不止單單是上面的部分，下面358的另外一部分我們用來做類似積分器的部分。因?yàn)镮/V變換部分，只需要對(duì)交流信號(hào)有效，電容C6對(duì)交流成分的積分為0，而對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行積分將其積分后反饋回點(diǎn)3的位置。此部分電路構(gòu)成超級(jí)伺服電路，因?yàn)镃T本不能處理直流，而且我們也不需要直流增益

84、。所以超級(jí)伺服電路能將輸出的直流成分補(bǔ)償為0。就能得到預(yù)期想要的結(jié)果了[14]。</p><p>　　然而的選擇是由于我們后面所選用的AD所能采集到的電壓區(qū)間為0~5V，AD的平均電壓為5V，初級(jí)電流最大值為5A，次級(jí)電流最大值為2.5mA，我們要把已經(jīng)知道的平均值全部通過相關(guān)的計(jì)算方式轉(zhuǎn)換成有效值，通過查找資料可已得到[15]。</p><p>　　平均值*波形系數(shù)=有效值</p&

85、gt;<p>　　因?yàn)槲覀冚斎氲牟ㄐ问钦也ǎㄐ蜗禂?shù)有關(guān)正弦波就是1.11所以有效值為5.55V。所以計(jì)算出電阻為2.22kΩ，所以我們選用一個(gè)定值電阻2kΩ串聯(lián)一個(gè)1kΩ的電位器，方便后續(xù)的調(diào)試和取值。</p><p>　　對(duì)于高頻電路來講，C1對(duì)于高頻率的等效容抗小，只有幾個(gè)歐姆，相當(dāng)于短路。但是對(duì)于低頻50Hz的工頻信號(hào)來講，等效容抗近似好幾十千歐，相當(dāng)于斷路。所以此處用0.033微法的電容

86、起到一個(gè)濾波，對(duì)來自電網(wǎng)的很高的頻率進(jìn)行過濾。讓運(yùn)放對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)是低頻的發(fā)生作用，對(duì)高頻信號(hào)不起作用。</p><p>　　3.1.2精密全波整流濾波電路</p><p>　　這個(gè)部分的基本電路就是絕對(duì)值電路，電容C3是在絕對(duì)值電路基礎(chǔ)上加的。</p><p><b>　　絕對(duì)值電路：</b></p><p><

87、b>　　(3-1)</b></p><p>　　當(dāng)滿足上述公式的時(shí)候，絕對(duì)值電路所發(fā)出的各個(gè)波峰高度全部相同的輸出電壓，如果固定電阻選用了長期穩(wěn)定性比較出色的產(chǎn)品，那么絕對(duì)值的精密性就顯的不是特別重要，在不容易將全部電阻的精度控制在1%以內(nèi)的時(shí)候，為了保證上述公式恒成立，我就自己制作了一個(gè)電阻代替，用一個(gè)47K的固定電阻串聯(lián)一個(gè)5K可變電位器的組合。</p><p>　　

88、此處精密全波整流濾波電路的選用是因?yàn)槲覀兒罄m(xù)使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是單極性的，所以我們此處要將電壓全部轉(zhuǎn)化為正的。</p><p>　　而加入電容C3是因?yàn)槲覀円獙⒔^對(duì)值電路所產(chǎn)生的波形進(jìn)行粗略的濾波，得到后面所需要的波形。此部分的調(diào)試部分會(huì)在后面給出。</p><p>　　3.1.3二階低通濾波</p><p>　　查閱相關(guān)資料后，按照?qǐng)D3.1中的電路即可實(shí)現(xiàn)濾波，從上

89、一級(jí)電路得到的電壓波形會(huì)變的更加平穩(wěn)，使得后續(xù)的工作更加順利的進(jìn)行。如圖，依舊是采用LM358，第一部分的運(yùn)放在前面參與二階低通濾波，另外一部分的在后面承擔(dān)一個(gè)電壓跟隨器的作用。</p><p>　　電壓跟隨器：看到這幾個(gè)字自然就能想到作用是什么，通過這個(gè)東西前后的電壓就是不發(fā)生改變的，那也就說明了一個(gè)問題，電壓跟隨器對(duì)于流過電壓的放大倍數(shù)就是基本為1。</p><p>　　這個(gè)東西其作用

90、無非就是把帶負(fù)載能力提高，外加可以緩沖和隔離。共集電路就滿足了這一基本情況，輸入和輸出的阻抗前者高，后者低，這樣的作用可以讓它起到阻抗匹配的效果。在電路中它可以讓后面的下一級(jí)的運(yùn)放更加好的工作。也可以用來作為隔離前后級(jí)的影響，這時(shí)候還是利用了的特性。</p><p>　　3.1.4穩(wěn)壓管的電路</p><p>　　如圖所示，就是由一個(gè)穩(wěn)壓管和一個(gè)限流電阻構(gòu)成的電路。選用一個(gè)1K的限流電阻和

91、5.1V的穩(wěn)壓管。</p><p>　　此處的目的在于后方的AD采集模塊的采集最大電壓為5V，如果前端電壓大于此處AD的最大值，那么可能會(huì)損壞AD。超過我們需要的電壓將會(huì)順著穩(wěn)壓管流入大地。只有符合要求的電壓才會(huì)進(jìn)入下一級(jí)電路。</p><p>　　圖3.3 穩(wěn)壓管電路 圖3.4 大電容濾波</p><p>　　3.1.

92、5大電容濾波</p><p>　　如圖3.4，通過接一個(gè)47微法的電容對(duì)所得到的波形進(jìn)行更加準(zhǔn)確的濾波，使我們得到的波形越來越平穩(wěn)，然后通過電路連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器上，進(jìn)行后續(xù)工作。</p><p>　　3.1.6芯片周邊及電源周邊電容濾波</p><p>　　圖3.5 芯片周圍電容分布圖 圖3.6 電源周圍電容分布圖</p>&

93、lt;p>　　所謂的旁路電容的作用就是把電源相對(duì)于地的交流阻抗降低，說的通俗易懂就是電源的去耦電容。當(dāng)無類似電容的電路存在時(shí)，其交流特性變得比較不規(guī)律，最為嚴(yán)重的時(shí)候有可能會(huì)導(dǎo)致電路產(chǎn)生激烈震蕩。電容阻抗的計(jì)算公式通過研究得到為：</p><p>　　T=1/（2π*f*C） （3-2）</p><p>　　通過公式可以看出一個(gè)很明顯的事

94、情，那就是阻抗隨頻率升高而減小。但在實(shí)際中的內(nèi)部感抗的成分等因素的影響，到達(dá)某個(gè)頻率后，阻抗反而會(huì)升高，在結(jié)構(gòu)上，點(diǎn)容量較小的在高的頻率處，而容量大的電容器則在低的頻率處，電容的阻抗會(huì)變的最低。如下圖3.7。</p><p>　　圖3.7 電容特性曲線</p><p>　　但是，在高頻下降低阻抗是用小容量的電容器，所以一定要配置在電路附近，因?yàn)檫^長的引線就會(huì)產(chǎn)生阻抗，從而導(dǎo)致電源的阻抗降低

95、的不明顯甚至基本不降低。</p><p>　　一般大小的電容范圍是0.01uF~0.1uF，1uF~100uF。</p><p>　　能保證電路進(jìn)行相關(guān)準(zhǔn)確工作的前提條件就是電源。這是這個(gè)旁路電容就顯得很重要了，被認(rèn)為是整個(gè)電路工作的“保險(xiǎn)”。在畫電路圖的時(shí)候即使沒有畫旁路電容。但是在實(shí)際電路的裝配時(shí)，我們要加上旁路電容就會(huì)使整個(gè)電路變得高大上一點(diǎn)。</p><p>

96、;　　因此在LM358周圍布下0.1uF的抗干擾電容，并聯(lián)在芯片電源管腳附近，每個(gè)LM358用兩個(gè)0.1uF的電容，三個(gè)358公用兩個(gè)100uF的大電解電容，使得電路工作更加穩(wěn)定。 </p><p>　　3.2 電源電路模塊</p><p>　　由圖3.8可以看出，在經(jīng)過變壓器得到15V電壓后，經(jīng)過由KBP307組成的整流橋后，電壓通過C1濾波，L7815CT三端穩(wěn)壓，得到+15V的電壓，

97、在L7815前要安裝一個(gè)電容為0.33uF的電容，這是為了防止7815振蕩，所選用型號(hào)和數(shù)值是根據(jù)官方數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦使用的。同理，對(duì)稱下去的就是L7915CT，原理與L7815一樣，只是得到的是-15V的電壓。這兩個(gè)15V電壓是為了給前面電流檢測(cè)部分提供電壓。上半部在+15V后繼續(xù)接了一個(gè)L7805CT三端穩(wěn)壓。同理，根據(jù)官方數(shù)據(jù)手冊(cè)要接個(gè)0.33uF的電容防止振蕩，加C4后進(jìn)一步濾波，L7805輸出較為平穩(wěn)的+5V電壓，后端接入一個(gè)1K

98、的電阻和指示燈，因?yàn)橹甘緹綦妷簽?.5V，我們前面的電阻選擇1K是為了減少功耗，燈只需要亮就可以，不用過大的電流。經(jīng)過計(jì)算接1K電阻以后電流為2.5mA可以滿足要求。</p><p>　　圖3.8 電源電路電路圖</p><p>　　并且在前文我們所計(jì)算的出電壓的有效值為5.55V，那其最大值為5.55*7.84V，外加運(yùn)放LM358的運(yùn)放擺幅最大為1.5V。所以我們最后所選取的電壓一定要

99、比9.34V大，通常所用電源為9V，12V，15V，24V。由于我們所買的變壓器變比為220/15V，并且15V的容錯(cuò)考慮范圍比選擇12的好很多。在這里電源電壓選用15V。</p><p>　　另外因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換兩個(gè)部分所產(chǎn)生的電流都是很小的幾個(gè)毫安，所以我們粗略估算圖3.8中點(diǎn)3出電流為1A，我們選擇的整流橋型號(hào)為KBP307二極管組成的，這種組成的額定電流為3A，反向電壓的最大值為700V，均滿足我們

100、的要求。</p><p>　　而電解電容的大小選擇是因?yàn)椋覀児浪汶娏鳛?A，電壓為15V，所以電阻為15Ω。根據(jù)：T=R*C，因其電網(wǎng)周期為0.02s，我們要求三倍到五倍的電網(wǎng)周期的一半，按照最大量計(jì)算為0.05/15=3333uF4700uF。滿足要求。</p><p><b>　　3.3 顯示電路</b></p><p>　　圖3.9 L

101、CD1602引腳圖 圖3.10 LCD1602實(shí)物圖</p><p>　　下表3.1所示為各個(gè)引腳功能，其中D0~D7口與AT89S52單片機(jī)P0口的7個(gè)端口對(duì)應(yīng)鏈接。</p><p>　　表3.1 LCD1602各個(gè)引腳功能</p><p><b>　　3.4 主控電路</b></p><

102、;p>　　如圖所示3.11和圖3.12就是整個(gè)模擬樣機(jī)的主控系統(tǒng)，由8位的AD芯片PCF8591和AT89S52單片機(jī)組成，下面將分別介紹這兩部分。</p><p>　　3.4.1單片機(jī)部分</p><p>　　它是一種高性能、低功耗的CMOS8位微控制器。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：</p><p>　　（1）8K字節(jié)可編程Flash存儲(chǔ)</p><

103、;p>　　（2）全靜態(tài)操作：0-33MHz</p><p>　?。?）32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　?。?）3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　?。?）8個(gè)中斷源</b></p><p>　?。?）全雙工UART串行通道</p><p><b>　?。?

104、）看門狗定時(shí)器</b></p><p><b>　　（8）雙數(shù)據(jù)指針</b></p><p><b>　?。?）掉電標(biāo)識(shí)符</b></p><p>　　圖3.11 AT89S52單片機(jī)電路 圖3.12 AD電路</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)被廣泛

105、的應(yīng)用于控制領(lǐng)域，被簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。單塊集成電路芯片被用來設(shè)計(jì)構(gòu)成單片機(jī)，那在內(nèi)部含有一些比較基本的功能器件：CPU，I/O口還有存儲(chǔ)器等一系列東西。所以，單片機(jī)只需要跟一些比較合適的軟件或者外設(shè)相連時(shí)，就會(huì)變成一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就按照下面的圖3.13。</p><p>　　圖3.13 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.4.2單片機(jī)各接口在電路中作用</p>&

106、lt;p>　　P0口是8位開漏輸出的雙向I/O口，沒有自帶上拉電阻，這時(shí)給它一個(gè)外部接上一個(gè)10K的上拉電阻才能讓它工作。P1口是自帶上拉電阻的8位雙向I/O口。只有上面兩口接AD，從P1口燒程序。P1.0 T2是時(shí)鐘輸出。P1.1 T2EX的作用是捕捉觸發(fā)信號(hào)和方向控制。P2口同樣是一個(gè)具有上拉電阻的的8位雙向I/O口，在這里鏈接顯示屏上的三個(gè)端口(已在圖上標(biāo)識(shí)），作為控制端。P3口不接。</p><p>

107、;　　晶振電路選12 MHz頻率的，選這個(gè)數(shù)值是因?yàn)橛?jì)算定時(shí)準(zhǔn)確，選用晶振分頻之后定時(shí)器參數(shù)是整數(shù)，誤差較小。其中C8，C9為起振電容，考慮的選擇范圍是10pF~30pF，這里選擇30pF。</p><p>　　3.4.3單片機(jī)的復(fù)位</p><p>　　復(fù)位電路在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮兩種方法來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)通電時(shí)產(chǎn)生+5V電壓來對(duì)這個(gè)電路供電，電容C7上端有5V電壓，因?yàn)殡娙蓦妷翰荒芡蛔?，所以給電容

108、兩端的電壓是曲線上升狀態(tài)，慢慢等到RST點(diǎn)的電位大小變成5V，而51單片機(jī)是工作原理上是高電平復(fù)位，當(dāng)達(dá)到這個(gè)電位時(shí)單片機(jī)開始復(fù)位并開始運(yùn)行。另外，當(dāng)手動(dòng)按下S1時(shí)，RST也會(huì)通過電源直接得到高電平實(shí)現(xiàn)復(fù)位。通過這樣的設(shè)計(jì)之后，復(fù)位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩中復(fù)位方法。</p><p>　　3.4.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD）部分</p><p>　　圖3.14 PCF8591引腳</p>&l

109、t;p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路如圖3.14所示，PCF8591是一個(gè)單極性的AD，這個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器是有4個(gè)模擬輸入和一個(gè)串行IIC總線接口，硬件地址的編程通過A0,A1,A2來實(shí)現(xiàn)，在PCF8591通過雙向IIC總線來進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)、輸入輸出地址、控制等操作以串行的方式進(jìn)行傳輸。下表3.2所示為PCF8591各個(gè)的引腳功能：</p><p>　　在所做的電路中，AD中SCLK接P1口的P1.0端，SDA接P1.1口