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2008届毕业设计开题报告题目DW45直流欠压脱扣器的设计与研究专业电气工程及其自动化姓名班级08指导教师起止日期2012.2.21~2012.6.32012.2.21~2012.2.27KC017-21目录一.来源及现状…………………………………………………2二．设计要求…………………………………………………3三．工作内容…………………………………………………3四．设计方案…………………………………………………3五．设计预期实现的功能……………………………………5六．本设计的任务和内容……………………………………5七．主要技术特点……………………………………………6八．本设计的时间安排………………………………………6九．参考文献…………………………………………………72毕业设计开题报告（含课题的来源及现状、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内容，字数为500~1000字。）一、来源及现状1．欠压脱扣器来源脱扣器是应保护电路的需要而产生的，是随着断路器的发展而发展的。它是与断路器机械上相连的（或组成整体的），用以释放保持机构并使断路器自动断开的装置。一般说来，传统的双金属片机械式或电子电磁式脱扣器与脱扣机械部分组成整体，目前智能脱扣器则不包含机械脱扣部分，仅指控制板（即可理解为断路器的内置“控制器”）。作用是当线路有漏电或人身触电时通过零序电流互感器的电流的矢量和不等于零，互感器二次线圈的二次侧产生电压，并经集成电路放大，当达到整定值时，通过漏电脱扣器在0.1秒内切断电源，从而起到触电和漏电保护作用。脱扣器具有过载、断路、漏电、欠压、过压、不平衡、欠频、过频、逆功率、相序等保护功能；还具有负载监控、实时值测量、需量测量、谐波测量、测量表设置、维护、通信、DI/DO、区域选择性联锁、试验联锁、LCD界面显示等等功能。起欠压保护功能的欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降(甚至缓慢下降)到额定工作电压的50%范围内，欠电压脱扣器应运作，欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35％时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭合；电源电压等于或大于80％欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合。因此，当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。使用时，欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧，欠电压脱扣器通电后，断路器才能合闸，否则断路器合不上闸。2、欠压脱扣器的发展及现状低压断路器是低压配电系统中的主要元件，其保护功能的触发是由脱扣器实现的。早期脱扣器的过载保护功能是利用了双金属片在通过大电流时受热产生变形，从而使机械系统动作来实现的。由于不同金属片的受热形变系数不同，所以可以近似模拟多种时间/电流特性曲线。其缺点是体积较大，过流保护特性不够理想。70年代开始出现了电子式脱扣器，90年代逐步推出了智能型脱扣器。欠压脱扣器从根本上说应该属于第二代电子脱扣器。脱扣器的发展大致可以划分为三代：第一代是电磁式脱扣器，第二代是电子式脱扣器，第三代是智能型脱扣器。90年代中期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，可实现过流、短路等故障的保护，做到了运行、故障集中监控、处理，大大提高了供电系统运行的可靠性、安全性。但目前反映当今国际水平的智能型脱扣器还很少见到，有待于进一步开发研究。我国低压电器经过50年的发展，己形成比较完善的体系，就低压电器品种、规格、性能来看，基本上满足了我国国民经济发展的需要。目前，市场上销售的低压电器产品大致可以分为三代产品。第一3代产品主要包括DWIO、DZ10，现已列入行业的淘汰产品，技术特征是性能指标低，体积大，耗材、耗能多；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，跟踪国外先进技术，系列产品有DW45等，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，从而促进我国低压电器总体水平的提高己刻不容缓。二、设计要求1、利用单片机结合电流互感器实现对线路中电压的检测，进而实现对脱扣器动作的控制；2、实现系统参数设置、故障检测。三、工作内容1、课题相关资料的查询与搜集；2、系统总体方案设计；3、系统硬件设计及其调试（单片机系统原理图、串口通信设计和PCB）；4、系统软件设计及其调试。四、设计方案1、硬件设计鉴于电磁脱扣器只能提供短路保护，抗谐波能力差，并且它的线圈始终处于通电状态，体积庞大，控制电路始终输出功率，且复位弹簧始终处于受力状态，线圈发热，电子元件易于老化和弹簧早期疲软失效等致命缺点。热磁脱扣器只能提供二段保护；动作值误差比较大，不可以调节（现在所谓的新一代断路器可以机械调节，但调节幅度很小，且误差相当大），而且受环境影响较大。而基于单片机的欠压式脱扣器克服了这些缺点，它灵敏度高，动作值比较精确，而且可以调节；加装通讯模块后还可以与上位机连接，进行远程控制；基本不受环境温度影响。所以本次设计采用基于单片机的智能型欠压脱扣器实现对电路的保护。NEC单片机自成体系，以8位单片机78K系列产量最高，也有16位、32位单片机。16位以上单片机采用内部倍频技术，以降低外时钟频率。有的单片机采用内置操作系统。NEC8位单片机包括78K0S和78K0两个系列：78K0S(8位)微控制器：操作频率达10MHz，这些微控制器是NECElectronics低端产品阵容的代表产品，并且包括78K0S/Kx1+设备，其封装和CPU核都高度紧凑，并且提供RC振荡器。它们不但4价格具有很高的竞争力。其用于嵌入式控制的主要功能：位处理、LED端口、可控制的CPU速度、子时钟选项、Stop和halt模式，200ns最小指令周期；78K0S/KU1+微控制器是一个10引脚的(低引脚数)微控制器。其芯片特点：宽范围的操作电压：2.0V-5.5V、两个内部振荡器：8MHz和240kHz、内置可编程的低电压指示器、上电清零电路、单电压，自编程闪存、闪存安全保护。78K0(8位)微控制器是NECElectronics目前最流行的8位微控制器，包括新型78K0/Kx2微控制器。这个系列微控制器内部集成了不同的外围设备。78K0/KB2微控制器是一个新型30引脚通用设备，具有广阔的应用范围。其芯片特点：引导交换功能(闪存安全保护)、内置POC(可编程上电清零电路)/LVI(可编程低电压指示器)、内置内部振荡器：8MHz、单电压,自编程闪存、闪存安全保护。针对本产品而言，计算量不是很繁重，控制任务不是很复杂，采用NEC8位单片机为整个控制器的核心即可，并配以整流电路、电源转换电路、信号采样和放大电路等电路。硬件框图如图4-1所示。2、软件设计结合硬件电路设计特点，实现上述功能，绘制出的主程序流程见图4-2。在主程序中，首先进行初始化与开机自检，然后进入一个循环，在循环中分别调远控处理子程序，采样子程序，欠压脱扣处理子程序和通信子程序，与一般的单片机循环主程序结构不同，执行完毕后，进入“休眠”模式，当定时时间到时再被唤醒。采样电路电源电路NECUPD78F9202单片机整流电路抗干扰单元控制输出电路电磁铁220V图4-1系统设计硬件框图5五、设计预期实现的功能1、以单片机NECUPD78F9202为核心利用DW45直流欠压型脱扣器实现对电路的保护；2、完成对电路中电压的检测；3、完成采集数据的A/D转换。六、本设计的任务和内容：本设计的主要任务是以单片机NECUPD78F9202为核心利用DW45直流欠压型脱扣器实现对电路的保护。具体内容如下:1、完成硬件电路设计和控制程序设计；2、完成由NECUPD78F9202组成的单片机最小系统设计；3、设计485串口通信硬件电路及软件程序；4、完成采集数据的A/D转换；主程序初始化远控处理子程序通信子程序采样子程序欠压脱扣处理子程序休眠模式自诊断图4-2主程序流程图65、完成联机调试及设计报告的撰写。七、主要技术特点1、仪器界面友好、开放、灵活、人性化、内容丰富、信息量大、操作简单；2、仪器界面根据需要自由定义和制造；3、充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理能力；4、信号采集迅速、准确、精度高、范围广，且硬件电路设计简单；5、研制周期短，具有良好的性价比。八、本次设计的时间安排第一周：资料收集；第二周：方案设计，撰写开题报告；第三～六周：相关系统硬件设计；第七～十周：相关软件学习；第十一周～第十三周：调试、撰写设计说明书草稿；第十四周：撰写设计说明书准备答辩。7九、参考文献[1]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[2]张榴晨，徐松.有限元法在电磁计算中的应用[M].北京中国铁道出版社，1996[3]王宝龄.电磁电器设计基础.国防工业出版社[M]，1988[4]方鸿发.低压电器及其测试技术[M].机械工业出版社，1982[5]华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，1980[6]沈竹平，谭克勤.实用电子元器件手册[M].上海科学技术出版社，1998[7]张冠生，丁明道.常用低压电器及其应用[M].机械工业出版社，1981[8]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[9]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2003[10]张榴晨，徐松.有限元法在电磁计算中的应用[M].北京中国铁道出版社，1996；[11]IsermannR.DigitalControlSystems.Berlin:SpringerVerLag.1981[12]CutlerCR,DynamicMatrixControlComputerControlAlgorithm．Jacc.1980[13]MalvinoA.P.DigitalComputerElectronics.McGraw-HillPublishingCo..19778指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计结果的预测）：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答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。