1000A智能型万能式断路器设计—毕业设计.doc
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1、湖南工程学院毕业论文 毕 业 论 文题 目: 1000A智能型万能式断路器设计 系: 电气与信息工程系 专业:电气工程及其自动化班级:0学号:0201120109 学生姓名: XXX 导师姓名: XXX 完成日期: 2009-06-12 毕 业 设 计题 目: 1000A智能型万能式断路器设计 系: 电气与信息工程系 专业:电气工程及其自动化班级:0201学号:0201120109学生姓名: XXX 导师姓名: XXX 完成日期: 2009-06-12 毕业设计(论文)任务书 设计(论文)题目: 1000A智能型万能式断路器设计 姓名 XXX系别 电气与信息工程系 专业 电气工程及其自动化班级
2、XX1学号0201XX09指导老师 XXX 教研室主任 XXX 一、 基本任务及要求:1. 断路器整体结构设计。 2. 智能脱扣器设计,这一部分是重点,包括互感器设计计算,参量采样,输出模块设 计,硬件设计,软件设计等。 3. 电磁兼容设计。 4. 各功能模块的配合,全部器件的装配。 二、 进度安排及完成时间: 第一周到第三周:查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告 第三周:查阅资料总体方案的确定 第四周到第五周:硬件系统的设计 第五周到第八周:软件设计 第九周到第十三周:撰写毕业设计说明书(论文) 第十四到第十五周:修改、装订毕业设计说明书(论文) 第十六周:毕业设计答辩 诚 信 声 明本人声
3、明:1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果;2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其他人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料;3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。作者签名: 日期: 年 月 日目 录摘要.Abstract. 第1章 绪论.11.1 智能型万能式断路器的开发与意义11.2 智能脱扣器的发展11.3 万能式断路器21.4 智能监控单元31.5 课题来源及主要研究内容4第2章 断路器的设计 52.1 断路器的设计要点及总体结构52.1.1 断路器结构
4、概述52.1.2 断路器主要参数62.1.3 断路器设计要点62.1.4 总体结构的布置82.2 断路器零部件的设计82.2.1 触头系统的设计82.2.2 灭弧室的设计112.2.3 断路器操作机构的设计112.3 本章小结13第3章 智能脱扣器硬件的设计 143.1 智能脱扣器的基本功能143.2 智能脱扣器的工作原理153.3 智能脱扣器的主要结构及系统163.4 智能脱扣器的设计原理173.4.1 电压和电流的计算173.4.2 功率和功率因数的计算183.5 智能脱扣器的使用183.6 智能脱扣器实时任务的分类与调度203.7 本章小结21第4章 智能监控单元的设计方法224.1 智
5、能监控单元的功能及结构组成224.1.1 智能监控单元的基本功能224.1.2 智能监控单元硬件功能模块的划分224.2 智能监控单元的硬件设计及数据采集234.2.1 智能监控单元的硬件设计234.2.2 现场参量采集与传输234.2.3 输入通道的基本结构设计244.3 智能监控单元的软件设计方法264.3.1 智能监控单元软件的层次设计方法264.3.2 整体结构设计274.4 实时多任务调度系统284.4.1 任务的划分294.4.2 任务的管理与协调304.4.3 任务调度方法和执行过程314.5 智能电器单元软件的数据格式设计324.6 智能监控软件的程序设计344.7 智能电器监
6、控单元的电磁兼容性设计384.7.1 电磁兼容性的基本概念和电磁干扰的传播途径394.7.2 监控单元硬件的电磁兼容性设计404.7.3 印刷电路板(PCB)的抗干扰设计424.7.4 智能监控单元软件的抗干扰措施424.7.5 电磁兼容的试验目的444.8 本章小结44结 束 语45参 考 文 献46致 谢47附录A 智能脱扣器的外形48附录B 断路器的操作结构491000A智能型万能式断路器设计1000A智能型万能式断路器设计摘要:智能型万能式断路器是断路器中重要品类的一种,在供配电系统中占有很大的分量。随着用电系统的规模和等级不断扩大,系统的网络结构和运行方式日趋复杂,传统的断路器已经越
7、来越难满足系统的可靠性、准确性和实时性的要求。智能型万能式断路器以其可靠性高、准确性高和实时性好等优点而得到了广泛的应用。本次设计以DW-40为参考,在原有的断路器的基础上以1000A为额定电流进行设计,添加了各种抗干扰的程序,力求使断路器达到智能化的要求,并对其中运用的元件进行了详细的介绍。关键词:智能型;万能式;断路器;智能脱扣器 Design of 1000 -Intellingent Conventional Circuit BreakerABSTRACT: The intelligence multi-purpose circuit breaker is in the circuit
8、 breaker the important category one kind, in supplies in the electrical power distribution system to hold the very great component. Along with uses electricity the system scale and the rank unceasingly expands, system network architecture and movement way day by day complex, the traditional circuit
9、breaker has been more and more difficult to satisfy the system the reliability, the accuracy and the timely request. The intelligence multi-purpose circuit breaker by its reliability high, the accuracy high and timeliness was good and so on the merit obtained the widespread application. This design
10、take DW-40 as the reference, as the nominal current carries on the design in the original circuit breaker foundation take 1000A, increased each kind of antijamming procedure, makes every effort to enable the circuit breaker to achieve intellectualized the request, and has carried on the detailed int
11、roduction to utilization part.Key word: Intelligence type;all-powerful; circuit breaker; intelligent release50第1章 绪论1.1 智能型万能式断路器的开发与意义随着国民经济的发展,技术的不断进步,无论是工业的生产还是人民的日常生活都对电力系统的供电质量提出了越来越高的要求;能够实现不间断供电,即使断电也必须要求断电时间尽可能的短、停电范围尽可能的小。这就要求供电系统具有比较高的自动化程度和智能化水平,当电力系统出现一些故障时,系统中的智能保护设备能即时识别故障类型,快速切除系统中的故障
12、部分,防止故障进一步扩大,使整个系统能够正常运行。断路器是用于接通、分断电力系统以及对各种故障进行保护控制的一种开关器件,具有过载、短路、接地、漏电等故障保护功能,其保护功能主要通过各种检测单元对断路器进行开合操作来实现。传统的断路器的检测单元和保护功能大多是通过电磁元件来完成,其抗干扰能力差,动作时间长,保护精度较低,整定起来比较困难;而且没有自检测和自诊断功能,如果元件受到损坏,极有可能引起误动作。随着人们对供电系统自动化程度要求越来越高,对断路器也提出了更高的要求:对单台断路器要求其自动化、智能化、模块化;对于供电系统中多台断路器要求能实现联网控制,集中监控。为了完善断路器的各种保护功能
13、,降低功耗,进一步提高断路器工作的可靠性和稳定性,断路器的保护器件由电子式向数字智能化方向发展。随着计算机、微处理器和数字处理技术的飞速发展,出现了带高性能微处理器的智能控制器,提高了断路器的智能化程度。智能脱扣器就是其中最具代表性的一类断路器的智能控制器,其作为智能断路器的核心设备,基本功能是对主回路进行故障保护。智能脱扣器可以实时显示电网的有关参数,允许用户根据具体的情况来设置各种保护参数,具有自检测功能和报警功能,同时提供网络通讯接口,方便和计算机进行通信。若干个智能断路器通过现场总线组成智能供电系统,实现电力系统遥测、遥控、遥信和遥调功能。1.2 智能脱扣器的发展智能脱扣器有着传统许多
14、脱扣器无法比拟的优点,在国内外受到普遍重视。纵观脱扣器的发展历史,主要可以分为以下三个阶段:第一阶段的脱扣器为电磁式脱扣器,其检测单元是铁心电流互感器,线性差,精度低,能耗大:其动作单元是热继电器,主要靠双金属片受热弯曲变形而发出脱扣信号,在整定值附近继电器不能准确可靠的动作。并且由于大电流和机械碰撞,双金属片容易产生永久变形使整定值发生变化;热继电器的动作特性会受到环境温度的影响,有很多难以克服的弊端。第二阶段是电子式脱扣器,它主要是通过阻容充放电调整动作时间;通过调整电位器来设定电流的整定值;脱扣信号则通过电压比较器来发出。电子式脱扣器相对电磁式脱扣器,在很大程度上提高了断路器的保护功能,
15、但也存在很多不足:动作时间和电流整定值的调整范围有限,精度不高;不具备监控,显示以及联网的功能。第三阶段就是智能型脱扣器,80年代末,由于计算机技术,微电子技术和网络通讯技术的飞速发展,脱扣器的功能越来越强大,可靠性越来越高,联网方面也发展迅速。以智能型脱扣器为主要控制单元的智能型断路器,具有许多传统断路器无法比拟的优势。国内直到90年代中期才出现电子脱扣器,90年代末期才开始研制基于单片机的多功能脱扣器,可实现断路器的过流、短路等故障保护,但与国外相比还存在很大的差距。开发高性能的智能脱扣器是国内电器行业迫切需要实现的课题,在国内具有广阔的发展前景和用户市场。1.3 万能式断路器智能型万能式
16、断路器分三个阶段开发。1991-1997年以前为框1开发阶段,这是最困难的一个阶段,它是本系列的基础阶段,其任务要开发高性能,高分断的短路器本体和智能控制器。以后的框2(DW45-4000),框3(DW45-6300)都是以框1为基础而开发成功的。框3主体由两大部分组成,即断路器本体和智能控制器,现分叙如下:1.框1基本结构:框1(1000A)是本系列断路器的基本结构及设计基础,其他两个框架都是在此基础上发展而来的。断路器采用模块式结构,由触头系统、灭弧系统、底座、操作机构、智能控制器、失压脱扣器、分励脱扣器、释能电磁铁、抽屉座、辅助开关、各种联锁、附件组成。(1) 触头系统:1000A智能型
17、万能式断路器的触头系统采用一挡触头,动触头由多条回路并联,以提高触头的电动稳定性,其软联接按采用铜编织成,柔性极性。触头支持为压塑件,明显改善了触头系统的绝缘性能。触头系统置于类似塑壳断路器的绝缘底垫中,每相的导电部件由绝缘筋条隔开,使每相的导电部件均由绝缘小室中活动,当产生电弧时,气体不能向左右和上下喷射,只能向上运行,快速进入灭弧室而熄灭。保证上下进线的短路分断能力相同;(2) 灭弧室: 灭弧室置于短路器的上方,采用优良的复合灭弧室。灭弧室壁用绝缘材料压制而成,除灭弧栅片插人绝缘夹板中外,尚有动、静触头引弧片,促进电弧顺利进人灭弧室,灭弧栅片的上方还有灭焰栅使电弧在进入灭弧室后快速熄灭并去
18、游离。把游离区(飞弧区)限制在80 mm以内,没有超出抽屉式断路器最高高度。就是说实现了零飞弧区,保证在电器成套中使用安全可靠。又降低了成套装置的尺寸;(3) 操作机构:智能型万能式短路器的操作机构全系列通用,由储能机构、自由脱扣器、电动机传动机构组成。操作机构设计的关键要掌握反动特性,调整各弹簧的参数,才能做到全系列的机构采用同一形式;(4) 其他:失压脱扣器、分励脱扣器、释能电磁铁采用螺管式,相同的外型尺寸,便于生产。2.框2的基本结构:框2(3200A)是框1基础上发展而成的。由于额定电流从1000A提升到3200A,所以每相由框1的10条并联支路提高到14条并联支路。每相灭弧室也相应增
19、宽,即增加了灭弧能力。利用框2四极断路器可设计成4000A三极断路器,其设计思路较为独特,即将四极断路器中间的两极并联作为B相。其道理是因为中间相(B相)散热较困难,采用二极并联后,减少了发热,因此框2能满足4000A三极的要求。这一挡三极断路器应用得较多,经济效益明显。3.框3基本结构:框3(6300A)则由两个框2断路器并联,因而要解决电流信号采样技术。为了达到最大的通用性,保持采样互感器结构通用,采用调整二次匝数,输出叠加后送入控制器中的微机处理,以达到保护与控制能力。1.4 智能监控单元根据智能型断路器的基本原理,我们这次主要设计的是智能操作的核心部件智能控制单元。该单元能自动识别断路
20、器在工作中的状态,针对不同的状态自动调整断路器的操动机构来实现预计的开断特性,记录和显示断路器的工作状态,并与远端主机进行通信等功能。1.智能化断路器的操作核心是断路器能够根据其工作条件自动地调整开断性能以实现最优操作。智能操作的实现可以充分挖掘现有断路器的潜力,提高操作的可靠性,延长断路器的寿命,这无疑会具有很高的经济效益。设计和实际运行经验表明,断路器的运动特性对其性能有重要影响,因此通过调整断路器的运动特性可以改变断路器的性能。智能操作断路器的工作原理及整个操作过程为:自适应控制单元(即智能控制单元)不断从电力系统中采集某些特定信息,据此来判别断路器当前的工作状态,同时处于操作的准备状态
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- 1000 智能型 万能 断路器 设计 毕业设计
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