基于比较器的低成本双线圈欠压脱扣器设计毕业设计(论文)开题报告.doc

1、 2017 届毕业设计（论文）开题报告二级学院： 电气与光电工程学院 班 级： 13 电二 学 生： 蒋贵嘉 学 号： 13021212 指导教师： 吴志祥 职 称： 教授 课题名称 基于比较器的低成本双线圈欠压脱扣器设计课题类型 毕业设计 毕业论文起止时间 2017.2.246.3开 题 报 告（ 毕 业 设 计 ： 含 课 题 来 源 及 现 状 、 设 计 要 求 、 工 作 内 容 、 设 计 方 案 、 技 术 路 线 、 预期 目 标 、 时 间 安 排 及 参 考 文 献 等 。 字 数 为 3000以 上 。 ）1 课 题 简 介本 次 设 计 课 题 是 基 于 比 较 器

2、的 低 成 本 双 线 圈 欠 压 脱 扣 器 设 计 ， 它 将 应 用 于 各 类 电 网 的供 配 电 系 统 的 生 产 中 。 脱 扣 器 的 性 能 关 系 着 断 路 器 是 否 能 够 以 准 确 、 高 效 的 动 作 来 实 现 对 线路 的 控 制 和 保 护 作 用 。 促 进 脱 扣 器 的 发 展 与 推 广 有 助 于 我 国 低 压 电 器 设 备 总 体 水 平 的 提 高 。2 课 题 的 来 源 及 现 状2.1课 题 的 来 源脱 扣 器 应 保 护 电 路 的 需 要 而 产 生 并 随 着 断 路 器 的 发 展 而 发 展 。 断 路 器 是 指

3、一 类 能 够 关 合 、承 载 和 开 断 正 常 回 路 条 件 下 的 电 流 ， 并 能 在 规 定 时 间 内 关 合 、 承 载 和 开 断 异 常 回 路 条 件 （ 包括 短 路 条 件 ） 下 的 电 流 的 开 关 装 置 。 断 路 器 作 为 电 力 系 统 中 一 种 非 常 重 要 的 开 关 器 件 ， 被 广泛 的 应 用 于 各 类 电 网 的 供 配 电 系 统 的 生 产 中 ， 起 核 心 的 器 件 即 为 脱 扣 器 。 脱 扣 器 在 断 路 器 中负 责 采 集 信 号 与 控 制 执 行 元 件 来 完 成 线 路 接 通 和 断 开 的 操

4、作 ， 所 以 脱 扣 器 的 性 能 关 系 着 断 路器 是 否 能 够 以 准 确 、 高 效 的 动 作 来 实 现 对 线 路 的 控 制 和 保 护 作 用 。2.2课 题 的 国 内 外 现 状1885年 世 界 上 最 早 的 断 路 器 产 生 ， 它 是 一 种 刀 开 关 结 构 的 基 础 上 加 装 过 电 流 的 保 护 装 置-脱 扣 器 而 来 的 。 那 时 的 脱 扣 器 是 电 磁 式 过 电 流 脱 扣 器 ， 其 具 有 断 电 自 动 复 位 功 能 ， 那 时 的脱 扣 器 还 只 能 实 现 对 电 路 的 瞬 时 保 护 功 能 。 1905年

5、 ， 具 有 自 由 脱 扣 装 置 的 空 气 断 路 器 诞 生 。1930年 以 来 ， 随 着 科 技 的 进 步 ， 电 弧 原 理 的 发 现 和 各 种 灭 弧 装 置 的 发 明 ， 逐 渐 形 成 了 目 前 的机 构 。 由 于 电 子 元 件 的 兴 起 ， 50年 代 末 又 产 生 了 电 子 脱 扣 器 ， 到 了 单 片 机 的 普 及 ， 又 问 世 了智 能 型 断 路 器 。SJ003-1脱 扣 器 发 展 历 史 可 分 为 三 代 ： 第 一 代 的 电 磁 式 过 电 流 脱 扣 器 ， 这 种 脱 扣 器 功 能 非 常 的 简 单 ，精 度 较 低

6、 ， 动 作 单 元 为 热 继 电 器 ， 靠 双 金 属 片 随 着 温 度 的 升 高 来 产 生 弯 曲 变 形 ， 来 实 现 脱 扣信 号 的 发 出 ， 但 在 通 过 过 大 的 电 流 或 机 械 碰 撞 时 ， 容 易 使 双 金 属 片 产 生 永 久 性 变 形 ， 这 让 脱扣 器 的 工 作 非 常 的 不 稳 定 ， 在 生 产 生 活 中 容 易 出 现 事 故 。 第 二 代 的 电 子 式 脱 扣 器 ， 它 是 通 过阻 容 回 路 的 充 放 电 来 调 整 动 作 时 间 ， 通 过 调 整 电 位 器 来 设 定 动 作 电 流 的 整 定 值 ，

7、在 很 大 程 度上 提 高 了 断 路 器 的 保 护 性 能 ， 但 是 其 动 作 时 间 的 整 定 精 度 不 高 而 且 也 不 具 备 显 示 、 联 网 通 信和 监 控 等 功 能 ， 所 以 很 快 被 市 场 淘 汰 。 第 三 代 的 智 能 脱 扣 器 ， 它 不 仅 具 有 第 二 代 脱 扣 器 的 保护 功 能 ， 还 增 加 了 显 示 、 网 络 通 信 和 监 视 等 功 能 ， 用 户 可 以 借 助 网 络 通 信 的 功 能 来 实 现 对 脱扣 器 的 远 程 控 制 。 同 时 由 于 微 处 理 器 在 脱 扣 器 中 的 应 用 ， 使 得

8、脱 扣 器 能 够 更 加 的 智 能 化 ， 脱扣 器 的 功 能 也 变 得 越 发 的 强 大 ， 它 可 以 显 示 电 路 中 的 各 种 参 数 ， 可 监 视 、 设 定 和 修 改 各 种 保护 功 能 的 动 作 参 数 ； 也 可 保 存 电 路 动 作 时 的 故 障 值 。 欠 压 脱 扣 器 从 根 本 上 来 说 应 该 属 于 第 二代 电 子 脱 扣 器 。 90年 代 中 国 国 内 出 现 了 电 子 式 脱 扣 器 ， 90年 代 后 期 开 发 出 基 于 单 片 机 的 多 功能 脱 扣 器 ， 可 实 现 过 电 流 、 短 路 等 故 障 的 保

9、护 ， 做 到 了 运 行 、 故 障 集 中 监 视 处 理 ， 大 大 提 高了 供 电 系 统 运 行 的 可 靠 性 和 安 全 性 。 但 是 和 当 今 国 际 领 先 水 平 还 是 有 一 定 的 差 距 ， 有 待 进 一步 的 研 究 与 设 计 。我 国 低 压 电 器 经 过 50年 的 发 展 已 经 形 成 了 比 较 完 善 的 体 系 ， 在 低 压 电 器 的 种 类 、 规格 、 性 能 来 看 ， 基 本 上 满 足 了 我 国 国 民 经 济 发 展 的 需 求 。 目 前 ， 市 场 上 销 售 的 低 压 电 器产 品 可 大 致 分 为 三 代 产

10、 品 。 第 一 代 产 品 主 要 包 括 DW10、 DZ10， 现 已 列 入 行 业 淘 汰 产 品 ，技 术 特 征 是 性 能 指 标 低 ， 体 积 大 ， 耗 材 耗 能 ； 第 二 代 是 70年 代 至 80年 代 开 发 的 产 品 ， 产品 包 括 自 行 开 发 和 技 术 引 进 的 ， 其 特 征 是 技 术 指 标 明 显 提 高 ， 保 护 特 性 较 完 善 ， 体 积 缩小 ， 结 构 上 适 应 成 套 设 备 的 要 求 ； 90年 代 开 发 的 产 品 为 第 三 代 产 品 ， 开 发 方 针 为 抓 住 主要 系 列 ， 跟 踪 国 外 先 进

11、 技 术 ， 系 列 产 品 DW45等 ， 其 特 征 是 高 性 能 、 小 型 化 、 电 子 化 、 智能 化 、 组 合 化 、 多 功 能 化 ， 但 此 类 产 品 市 场 占 有 率 仅 为 5% 10%。 因 此 ， 促 进 此 代 产 品的 推 广 ， 从 而 刻 不 容 缓 促 进 我 国 低 压 电 器 设 备 总 体 水 平 的 提 高 。3 设 计 任 务 及 要 求3.1设 计 任 务本 次 设 计 课 题 为 基 于 比 较 器 的 低 成 本 双 线 圈 欠 压 脱 扣 器 研 究 与 设 计 。 主 要 完 成 断 路 器 功能 特 性 、 使 用 场 合

12、、 内 部 结 构 等 知 识 的 学 习 ， 开 展 基 于 比 较 器 的 低 成 本 双 线 圈 欠 压 脱 扣 器 研究 与 设 计 ， 包 括 电 路 设 计 与 仿 真 。3.2设 计 任 务 和 要 求目 标 （ 指 标 ） 要 求 通 过 研 究 与 设 计 ， 基 本 达 到 如 下 要 求 。（ 1） 额 定 电 压 Ue： 220V20%（ 2） 吸 合 点 电 压 ： 0.85Ue， 动 作 准 确 度 2V。（ 3） 脱 扣 点 电 压 ： 0.5Ue， 动 作 准 确 度 2V。（ 4） 最 小 可 动 作 间 隔 时 间 ： 0.3s。（ 5） 额 定 电 压 脱

13、 扣 力 ： F 16N。3.3工 作 内 容（ 1） 学 习 电 磁 型 电 磁 铁 相 关 知 识 ， 基 本 掌 握 电 磁 型 电 磁 铁 参 数 计 算 。（ 2） 掌 握 断 路 器 内 部 “附 件 ”-欠 压 脱 扣 器 原 理 、 国 标 等 内 容 。（ 3） 学 习 电 子 Protel软 件 、 Visio软 件 、 Multisim软 件 ， 并 能 熟 练 运 用 。4 设 计 方 案4.1总 体 思 路目 前 欠 压 脱 扣 器 可 分 永 磁 型 和 电 磁 型 二 大 类 。 前 者 因 无 “复 位 弹 簧 ”， 在 控 制 板 故 障 时 ，不 能 自 复

14、 位 脱 扣 。 后 者 虽 然 形 式 多 样 ， 但 多 半 是 单 线 圈 工 作 方 式 制 。 由 电 磁 铁 特 性 可 知 ， 电磁 铁 吸 合 时 的 始 动 电 压 高 （ 功 率 大 ） ， 保 持 电 压 低 （ 功 率 小 ） 。 因 此 ， 以 单 线 圈 欠 压 脱 扣 电 磁铁 为 主 体 的 欠 压 脱 扣 器 ， 要 么 采 用 较 为 复 杂 的 控 制 线 路 ， 实 现 “高 低 ”控 制 ， 进 而 保 证 其可 靠 性 ； 要 么 采 用 直 接 PWM控 制 ， 对 于 单 线 圈 欠 压 脱 扣 器 ， 当 电 网 电 压 在 120%至 50%

15、范 围内 波 动 时 ， 由 于 单 线 圈 线 径 粗 、 电 感 小 ， PWM控 制 脉 冲 的 占 空 比 变 化 极 大 ， 电 网 电 压 高 时 ，控 制 脉 宽 极 窄 ， 同 时 还 由 于 斩 波 电 压 高 ， 瞬 时 电 流 大 等 问 题 存 在 ， 特 别 容 易 引 起 功 率 输 出 电路 发 热 、 过 压 击 穿 或 失 控 。电 磁 型 欠 压 脱 扣 器 中 的 一 种 双 线 圈 欠 压 脱 扣 器 ， 基 于 微 处 理 器 技 术 ， 采 用 临 界 震 荡 的 整体 方 案 ， 思 路 清 晰 、 效 果 良 好 。 但 实 现 较 为 困 难

16、， 制 造 工 艺 要 求 严 ， 制 作 成 本 较 高 ， 尤 其 是采 用 微 处 理 器 之 后 ， 特 别 容 易 受 电 磁 辐 射 等 干 扰 。本 发 明 提 供 一 种 的 电 源 电 路 串 联 于 第 一 开 关 电 路 中 之 后 ， 在 充 分 优 化 整 体 电 路 的 前 提 下 ，有 效 提 高 电 路 能 效 ， 成 本 极 为 低 廉 、 抗 干 扰 能 力 强 、 极 易 制 造 等 优 点 的 双 线 圈 欠 压 脱 扣 器 。4.2具 体 方 案本 次 设 计 主 要 由 EMC滤 波 电 路 、 整 流 电 路 、 取 样 电 路 、 PWM电 路

17、、 第 一 开 关 电 路 、 电 源电 路 、 比 较 电 路 、 门 栓 电 路 、 微 分 电 路 、 第 二 开 关 电 路 和 双 线 圈 欠 压 电 磁 铁 部 分 组 成 。4.2.1硬 件 设 计整 流 电 路 将 电 网 输 入 的 交 流 电 压 整 流 为 直 流 电 压 ， 取 样 电 路 对 直 流 电 压 进 行 分 压 取 样 ，PWM电 路 根 据 取 样 电 压 的 大 小 输 出 占 空 比 随 变 的 方 波 信 号 ， 第 一 开 关 电 路 驱 动 双 线 圈 欠 压 电磁 铁 中 的 保 持 绕 组 并 向 电 源 电 路 供 电 同 时 接 受 门

18、 栓 电 路 的 控 制 ， 比 较 电 路 将 电 网 电 压 取 样 信号 和 基 准 电 压 信 号 进 行 比 较 后 输 出 电 平 信 号 ， 门 栓 电 路 将 比 较 器 输 出 的 低 电 平 信 号 转 换 为 高电 平 脉 冲 信 号 封 锁 PWM脉 冲 信 号 ， 微 分 电 路 将 电 平 信 号 转 换 为 脉 冲 信 号 驱 动 第 二 开 关 电 路 ，第 二 开 关 电 路 驱 动 双 线 圈 欠 压 电 磁 铁 中 的 强 启 动 绕 组 ， 电 源 电 路 将 第 一 开 关 电 路 中 的 主 功 率器 件 导 通 时 段 内 的 电 流 整 定 为

19、直 流 电 压 供 比 较 电 路 及 PWM电 路 使 用 ， 双 线 圈 欠 压 电 磁 铁 由 保持 绕 组 、 强 启 动 绕 组 和 动 铁 芯 等 相 关 部 件 组 成 。这 种 双 线 圈 欠 压 脱 扣 器 既 保 证 了 电 网 电 压 在 高 于 额 定 电 压 85%时 的 可 靠 吸 合 ， 又 保 证 了电 网 电 压 低 于 额 定 电 压 50%时 的 可 靠 脱 扣 。 吸 合 时 ， 由 强 启 动 绕 组 提 供 较 大 电 磁 力 但 通 电 时间 极 短 ， 以 实 现 高 可 靠 吸 合 ； 吸 合 后 ， 由 工 作 电 流 较 小 的 维 持 绕

20、 组 保 持 吸 合 状 态 。 强 启 动 绕较 大 功 率 与 保 持 绕 组 较 小 功 率 ， 两 者 特 点 相 结 合 ， 既 可 以 实 现 高 可 靠 吸 合 ， 又 兼 顾 了 低 功 率运 行 保 持 ， 可 有 效 避 免 电 磁 铁 发 热 。 此 外 ， 这 种 双 线 圈 欠 压 脱 扣 器 的 电 源 电 路 串 联 于 第 二 开关 电 路 中 之 后 ， 在 充 分 简 化 整 体 电 路 的 前 提 下 ， 有 效 提 高 了 电 路 能 效 。 电 路 整 体 简 单 ， 成 本低 廉 、 抗 干 扰 能 力 强 等 优 点 。 具 体 模 块 如 图 1

21、所 示 。图 1 欠 压 脱 扣 器 模 块 图E M C 电 路 整 流 电 路微 分 电 路比 较 电 路门 栓 电 路取 样 电 路 P W M 电 路第 一 开 关电 路电 源 电 路第 二 开 关电 路电 源 输 入电 源 输 入双线圈欠压电磁铁保持绕组强启动绕组5. 进 度序 号 内 容 周 时 备 注1查 阅 资 料 ， 学 习 相 关 知 识 。 下 载 安装 并 实 践 相 关 软 件 ， 完 成 开 题 报 告及 任 务 书 ， 申 报 表 。 （ 方 案 确 定 ）2周 （ 第 1-2周 ）2总 体 设 计 、 硬 件 电 路 分 析 计 算 。 6周 （ 第 3-8周

22、）3仿 真 与 调 试3周 （ 第 9-11周 ）4数 据 分 析 及 撰 写 论 文 3周 (第 12-14周 ）5 答 辩 准 备 及 答 辩 1周 （ 第 15周 ）6 参 考 文 献1童 诗 白 .模 拟 电 子 技 术 基 础 M.高 等 教 育 出 版 社 ， 2006；2吴 志 祥 .基 于 ATtiny单 片 机 的 永 磁 型 欠 压 脱 扣 器 的 设 计 J.工 矿 自 动 化 ， 2008： 119-121；3本 健 .永 磁 操 动 机 构 磁 路 及 控 制 系 统 设 计 学 位 论 文 .华 中 科 技 大 学 ， 2003；4周 志 敏 .我 国 智 能 电

23、器 的 现 状 与 发 展 趋 势 J.2002:1-4；5游 一 民 .关 于 永 磁 机 构 中 永 磁 工 作 点 的 讨 论 J.高 压 电 器 ， 2002： 39-41；6钱 家 骊 .中 压 断 路 器 用 永 磁 机 构 中 线 圈 不 同 布 置 的 分 析 J.高 压 电 器 ， 2000： 22-28；7GB 14048.12006/IEC 60947-1:2001低 压 开 关 设 备 和 控 制 设 备 第 1部 分 :总 则 S；8GB 14048.22008/IEC 60947-2:2006低 压 开 关 设 备 和 控 制 设 备 第 2部 分 :断 路 器 S

24、；9李 文 卓 .一 种 新 型 永 磁 电 动 操 作 机 构 J.上 海 交 通 大 学 学 报 ， 2007:492-496；10邹 积 岩 .王 毅 ， 开 关 智 能 化 的 概 念 与 相 关 的 理 论 问 题 J.高 压 电 器 ， 2000；11陈 德 桂 .电 磁 机 构 的 计 算 机 辅 助 设 计 M.西 安 交 通 大 学 教 材 供 应 科 ， 1987；12尹 勇 ， 李 林 清 .Multisim电 路 仿 真 入 门 与 进 阶 M.科 学 出 版 社 ， 2005；13毛 灵 通 .浅 谈 PIC单 片 机 及 其 数 据 存 储 器 J.华 章 ， 20

25、07；14杨 益 伟 .低 压 断 路 器 及 其 电 流 参 数 的 选 择 J.安 徽 电 气 工 程 职 业 技 术 学 院 学 报 ， 2011；15王 兆 安 ， 黄 俊 .电 力 电 子 技 术 M.机 械 工 业 出 版 社 ， 2000；16吕 晨 旭 .浅 谈 智 能 电 网 及 发 展 趋 势 J.数 字 技 术 与 运 用 ， 2011；17高 敏 .基 于 SOC永 磁 型 欠 压 脱 扣 器 的 设 计 学 位 论 文 硕 士 ， 2009；18王 仁 祥 .常 用 低 压 电 器 原 理 及 其 控 制 技 术 .机 械 工 业 出 版 社 ， 2002；19张 静

26、 ， 孙 建 军 .一 种 单 稳 态 永 磁 操 动 机 构 智 能 装 置 的 研 制 J.上 海 电 器 技 术 ， 2007：53-56；20吴 志 祥 .高 可 靠 永 磁 型 欠 压 脱 扣 器 的 研 究 与 设 计 J.低 压 电 气 ， 2013；21范 通 让 .低 压 断 路 器 网 络 化 关 键 技 术 的 研 究 学 位 论 文 .河 北 工 业 大 学 ， 2001；22许 蓉 .我 国 智 能 电 网 的 发 展 及 其 关 键 技 术 浅 析 J.科 技 致 富 向 导 ， 2012；23 卓 惠 荣 .新 一 代 经 济 型 智 能 型 万 能 式 断 路 器 -1SW15HHJ. 机 床 电 器 ， 2002；24 左 全 璋 ， 胡 双 .双 稳 态 永 磁 操 动 机 构 的 结 构 设 计 和 性 能 计 算 J.华 通 科 技 ； 2002:13-17；指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见，设计的结果预测或论文的可行性评价）：指导教师： 年 月 日系部意见：系主任： 年 月 日 注：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。