1 引言
智能开关是单片机,传感器和电力电子开关的结合,在电力系统中应用智能开关技术,不仅可以提高电力系统设备的使用寿命,而且能够提高电力系统的稳定性,同时能够一定程度的节约电能。正因为智能开关具有明显的优势,所以在电力系统中应用智能开关技术具有广阔的前景。智能开关的硬件结构框图如图1所示。
以单片机作为中央控制单元,机在预先编制好的指令(即软件程序)的驱动下,控制整个硬件电路工作,完成系统各项功能。具有当地无线通讯口,能对下位机进行控制;同时也具备远程数据接口。键盘用于修改和设定定值,电压上下限、电流上限值等;LCD用于显示定值及各种运行状态。单片机获得电压、电流、相角值后进行分析计算出功率因数、三相不平衡参数等,判断是否正常。并通过周期值和设定值,控制开关的闭合与关断。
2 实现通交阻直
交流接触器能够节电运行的基本原理是因为采用了交流吸合、直流维持的运行方式。计算分析证明:交流接触器工作时,电磁系统消耗的有功功率中,芯损耗和短路环损耗占绝大部分,而线圈铜损仅占3%～5%,改用交流启动、直流维持的运行方式后,铁芯损耗和短路环损耗几乎为零,只需很小维持电流,就足以使接触器稳定地处于闭合状态,从而大大节约了电能。
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电路原理如上图所示由续流二极管、电容器、复合按钮及交流接触器组成的并联二极管型交流接触器节电线路。为复合(常开常闭)按钮,为停止按钮。当按下时, 电源电压直接加到接触器绕组上,常开触点闭合自锁,电容器充电;在松开瞬间,绕组由于电容器继续充电仍维持吸合,同时,复位后,续流二极管便并联于接触器绕组两端。此后,在交流电的正半周时二极管续流,使接触器始终保持在吸合状态,从而实现了交流接触器交流启动、直流运行的节电工作状态。
该电路简单实用、运行可靠,适合所有采用交流接触器的电力线路,节电效果明显,同时还能延长交流接触器的寿命。
3 主要数据跟踪
三相电压电流的测量: 采用三个交流电压和三个电流传感器互感器将得到信号,送给A/D转换电路进行采集,由单片机对交流信号采样、计算出电压和电流的有效值。
温度的测量: 采用AD590作为温度检测元件,其测量精度较高,它的主要特性是流过器件的电流(mA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数。
相位角的测量方法:将正弦信号整型为方波,再利用方波的边沿作为中断源触发中断来实现。
具体实现过程为:交流电压和电流信号经过运放分别整形为方波,经过光电隔离加以整理并去掉负半波,经过施密特触发器整形为TTL电平的波形。获得了电压和电流信号转换来的TTL信号,来求得相位角。
整形后的电压信号输入AVR的外部中断引脚,上升沿触发中断。单片机接收到上升沿触发中断后,将定时器/计数器1清零并开始计数,直到下一个上升沿中断的到来,时间间隔即为一个周期。其倒数即为频率。
整形后的电流信号输入AVR的输人捕获引脚ICP,通过单片机内部的ICP寄存器读取。由其值与周期值的比值,可计算出相位角,并推断出电压和电流之间的时间关系。
使用本方法可以在一个周期内采集到电网的频率、周期、相位角,并判断出电压和电流在时间上的关系。
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4 智能漏电保护
图3是漏电保护原理图,其中S1是手动开关。在电路正常使用时,零序电流互感器LH二次绕组无输出信号,保护装置不动作。当电路发生漏电或人身触电事故时,只要漏电或触电电流达到漏电保护装置的动作电流值时,零序电流互感器二次绕组输出一个信号,使线路中的晶闸管VT1被触发导通,整流桥被短接,使得漏电脱扣器TQ中流过一个较大的电流,脱扣器动作,自动断开电路,切断电源的火线,起到保护作用。
5 结语
这种基于单片机的智能开关无论从功能、适应性、精确度等方面都能达到现在社会需要,对整个装置系统的考虑,从技术上、经济上、稳定性等综合思考,以达到一个比较好的综合指标,满足用户的需求。
参考文献
[1]郑学坚,等.微型计算机原理及应用.清华大学出版社,第二版.
[2]丁元杰.单片机微机原理及应用,第二版.机械工业出版社.
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