譚浩

摘 要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是國(guó)家安全生產(chǎn)法的出臺(tái)，促使在很多領(lǐng)域和行業(yè)內(nèi)都開始運(yùn)用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，文章簡(jiǎn)要介紹了剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作原理，然后探討了剩余電流動(dòng)作保護(hù)器裝置設(shè)計(jì)，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

關(guān)鍵詞：剩余電流；工作原理；檢測(cè)裝置

中圖分類號(hào)：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）2-0104-01

要想保證產(chǎn)品質(zhì)量，非常重要的一個(gè)方面就是進(jìn)行科學(xué)合理的檢測(cè)，大量的實(shí)踐研究表明，如果在剩余電流的精度調(diào)節(jié)和電流角度的控制方面是利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，就具有較大的優(yōu)勢(shì)，比如設(shè)計(jì)難度較低，具有較快的調(diào)節(jié)速度和較高的性價(jià)比等等。

1 剩余電流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)和漏電開關(guān)檢測(cè)裝置的

基本原理

1.1 剩余電流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)

具體來講，主要由這些部分組成了剩余電流保護(hù)裝置，一是剩余電流互感器，它是一個(gè)檢測(cè)元件來變換一次回路檢測(cè)到剩余電流，然后在剩余電流脫扣器的脫扣線圈上施加檢測(cè)元件轉(zhuǎn)換成的二次回路輸出電壓，利用信號(hào)放大裝置，或者脫扣器動(dòng)作，來在脫扣線圈上施加經(jīng)過信號(hào)放大的剩余電流，促使脫扣器動(dòng)作。

二是脫扣器，脫扣器在剩余電流保護(hù)裝置中主要發(fā)揮的是判別元件的作用，利用脫扣器來對(duì)剩余電流進(jìn)行判別，查看其與預(yù)定值是否相符，然后對(duì)剩余電流保護(hù)裝置動(dòng)作與否進(jìn)行確定。剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作功能如果與電源電壓無關(guān)，那么采用的釋放式脫扣器就需要具有較高的靈敏度；如果剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作功能和電源電壓無關(guān)，那么合式脫扣器等就是不錯(cuò)的選擇。

三是信號(hào)放大裝置，因?yàn)橹挥泻苄〉妮敵龉β蚀嬖谟谑Ｓ嚯娏骰ジ衅鞫位芈分校敲淳涂梢詫⑿盘?hào)放大裝置加設(shè)于剩余電流互感器和脫扣器之間，這樣就可以對(duì)互感器的負(fù)擔(dān)進(jìn)行減少，對(duì)剩余電流互感器輸出信號(hào)的要求以及脫扣器的靈敏度要求進(jìn)行減小，互感器的重量和體積就可以得到大大的縮小，從而降低剩余電流保護(hù)裝置的成本。

1.2 漏電開關(guān)檢測(cè)裝置的基本原理。

在本剩余電流動(dòng)作保護(hù)器檢測(cè)裝置的主控芯片方面，采用的是ARM-LPC2136。主要由五個(gè)部分共同組成了檢測(cè)電路，分別是上位機(jī)試驗(yàn)設(shè)置、恒流控制、開關(guān)狀態(tài)判斷、D/A轉(zhuǎn)換和控制芯片。在正常工作的狀態(tài)下，試驗(yàn)參數(shù)是由上位機(jī)來設(shè)置的，向LPC2136通過RS-485來進(jìn)行傳遞，分析和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后控制信號(hào)由LPC-2136來輸出。由D/A來轉(zhuǎn)換這些輸出的直流信號(hào)，使其成為交流信號(hào)，放大交流信號(hào)，就可以向交流剩余電流動(dòng)作保護(hù)器一端輸入產(chǎn)生的恒流信號(hào)，對(duì)剩余電流信號(hào)進(jìn)行模擬。斷開剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，利用跳斷判斷電路來對(duì)跳斷信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)，跳斷時(shí)間由LPC2136來采集和記錄，這樣檢測(cè)過程就完成了。

通過研究發(fā)現(xiàn)，剩余電流動(dòng)作保護(hù)器檢測(cè)裝置不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，還可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定是否報(bào)警，自動(dòng)控制。

2 系統(tǒng)算法分析

上文我們已經(jīng)提到，單片機(jī)輸出的是直流信號(hào)，那么就需要模擬單片機(jī)輸出的直流波形為交流信號(hào)，眾所周知，有一定的失真度存在于波形中，那么就需要對(duì)正弦信號(hào)源波形總失真度進(jìn)行評(píng)價(jià)，通常利用的是傅里葉變化技術(shù)。系統(tǒng)對(duì)于波形失真度有著較高的要求，需要保證其在百分之五以下，那么就需要對(duì)直流波形變換次數(shù)以及失真度之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。具體的計(jì)算過程是這樣的：

周期函數(shù)為y（t）=y（t+T），那么如果滿足這些條件，就可以利用傅里葉級(jí)數(shù)來對(duì)本函數(shù)進(jìn)行表示，一是有有限個(gè)極值存在于周期內(nèi)，二是有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)，三是處處連續(xù)；本函數(shù)可以表示為：

A0=1/T y（t）dt

A1=2/T y（t）cos iwtdt

Bi=2/T y（t）sin iwtdt

Ci=

那么就可以得到總諧波值，在這個(gè)公式中，i次諧波幅值用Ci來表示，信號(hào)周期用T來表示。那么f（X）就可以表示為：

u sin（90?×0/N）（V） 20/N×0（ms）

u sin（90?×1/N）（V） 20/N×1（ms）

通過上述的函數(shù)公式和f（X）函數(shù)，就可以將A0、A1、A2等數(shù)值給計(jì)算出來，并且y（t）過程也可以用這些數(shù)值來進(jìn)行描述。這個(gè)過程，就是周期信號(hào)y（t）的傅里葉分解過程，要想對(duì)N和THD之間的關(guān)系進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是這樣的：

當(dāng)N為20、40、60、80時(shí)，A0、C1、C2、C3、C4以及THD的數(shù)值分別為0.0、1.69、0.0、0.31、0.0以及0.215；0.0、1.63、0.0、0、24、0.0、0.154；0.0、1.63、0.0、0.22、0.0和0.046；0.0、1.61、0.0、0.20、0.0和0.043.

通過這些計(jì)算數(shù)據(jù)我們可以得知，N值和失真度呈反比的關(guān)系，那么要想保證失真度在5%以內(nèi)，就需要控制N在20以上。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文利用C語言來進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，在程序中，需要實(shí)現(xiàn)多種功能，一是初始化程序的加載，利用工控機(jī)來將系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)提供給剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，比如試驗(yàn)電流、通電時(shí)間、合閘角度等，經(jīng)過一次加載，方可以開始檢測(cè)。

二是D/A輸出的中斷功能，因?yàn)橄到y(tǒng)需要模擬交流信號(hào)，那么就需要對(duì)D/A的轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行提高，本系統(tǒng)在交流信號(hào)模擬時(shí)，利用的是中斷方式來進(jìn)行，那么要想實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)精度的提高，只需要對(duì)中斷頻率進(jìn)行適當(dāng)提高即可。

三是跳斷采集的中斷功能：在系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中，非常重要的一個(gè)方面就是保證可以科學(xué)準(zhǔn)確的采集跳斷時(shí)間。因?yàn)橛兄艽蟮淖儎?dòng)存在于ARM的主程序循環(huán)時(shí)間中，并且對(duì)于跳斷時(shí)間的采集，有著較高的要求，需要在1 ms以內(nèi)，那么就可以將輸入邊沿中斷采集設(shè)置為ARM的跳斷采集接口，這樣才可以更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定的采集跳斷時(shí)間。

4 結(jié) 語

通過上文的敘述分析得知，剩余電流動(dòng)作保護(hù)器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在諸多的領(lǐng)域內(nèi)。本文提出了一種監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)方法，通過反復(fù)調(diào)試D/A輸出，控制其精度，并且對(duì)設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，促使直流模擬波形與要求波形更加的相似，通過大量的實(shí)踐研究表明，這種方式在控制方面具有較好的效果。裝置可以更加穩(wěn)定的運(yùn)行，擁有良好的性能，可以正常進(jìn)行各項(xiàng)操作，符合相關(guān)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。并且本控制系統(tǒng)有著十分友好的人機(jī)界面，操作起來比較的簡(jiǎn)單和便捷，還可以非常便捷的來修改或者添加系統(tǒng)功能。文章簡(jiǎn)要介紹了剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作原理，然后探討了剩余電流動(dòng)作保護(hù)器裝置設(shè)計(jì)，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

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