畢業(yè)設(shè)計--真空斷路器滅弧室真空度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

1、<p>　　編號： </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　題 目： 真空斷路器滅弧室真空 </p><p>　　度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究 </p><p>　　院 （系）： 機電工程學院 </p><p>

2、　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱：

3、 </p><p>　　題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 √ 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></

4、p><p>　　1.1 我國電力工業(yè)的發(fā)展2</p><p>　　1.2 真空斷路器簡介2</p><p>　　1.3 真空滅弧室的工作原理3</p><p>　　1.4 真空斷路器真空度降低原因分析4</p><p>　　2 真空斷路器結(jié)構(gòu)、分類與真空度檢測方法5</p><p>　　

5、2.1 真空斷路器類型5</p><p>　　2.2 真空斷路器的結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2.1真空斷路器的基本要求5</p><p>　　2.2.2功能部件5</p><p>　　2.2.3真空斷路器的操動機構(gòu)6</p><p>　　2.3 真空斷路器優(yōu)缺點7</p><p&g

6、t;　　2.3.1 真空斷路器優(yōu)點7</p><p>　　2.3.2 真空斷路器缺點7</p><p>　　2.4 真空斷路器真空度檢測方法介紹8</p><p>　　2.4.1 離線檢測8</p><p>　　2.4.2 在線檢測9</p><p>　　3 設(shè)計思路11</p><p

7、>　　3.1 設(shè)計依據(jù)11</p><p>　　3.2 設(shè)計構(gòu)思12</p><p>　　4 硬件設(shè)計13</p><p>　　4.1設(shè)計流程圖13</p><p>　　4.2 電阻分壓、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓13</p><p>　　4.2.1電阻分壓13</p><p>　　4.

8、2.2穩(wěn)壓電路14</p><p>　　4.3 電壓跟隨器15</p><p>　　4.4 電壓電流轉(zhuǎn)換和電流電壓部分16</p><p>　　4.5 信號放大部分19</p><p>　　4.6 信號全波整流部分22</p><p>　　4.7 二階低通濾波部分26</p><p>

9、;　　4.8 硬件設(shè)計部分28</p><p>　　4.8.1單片機硬件部分28</p><p>　　4.8.2 AD轉(zhuǎn)換硬件部分33</p><p>　　4.8.3串口通信硬件部分36</p><p>　　5 軟件設(shè)計42</p><p><b>　　6 調(diào)試44</b><

10、/p><p><b>　　7 結(jié)論45</b></p><p><b>　　謝 辭46</b></p><p><b>　　參考文獻47</b></p><p><b>　　附 錄148</b></p><p><b

11、>　　附 錄253</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　高壓斷路器在電力系統(tǒng)中具有控制和保護雙重功能，是電力系統(tǒng)一次設(shè)備中檢修、維護工作量最大的設(shè)備之一。有關(guān)資料表明，開關(guān)的維修費用占變電站總維修費用的一半以上，而且大部分用于斷路器的小修和定期檢修上。</p><p>　　真空斷路器由于滅

12、弧能力強、電氣壽命長、現(xiàn)場維護方便、技術(shù)含量高等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)基本建設(shè)及無油化改造中，被廣泛選用。尤其是在l0kV電壓等級，真空斷路器已經(jīng)成為高壓斷路器的首選型式。然而，在運行中的真空斷路器滅弧室，其真空度有可能因為許多原因在不知不覺中下降，按常規(guī)，我們只有在定期的預(yù)試時才能發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷。如果在預(yù)試周期內(nèi)，真空滅弧室內(nèi)氣體壓強升至1xl0-1Pa以上時，將完全有可能因為真空度的下降使斷路器在短路故障分閘時動、靜觸頭之間產(chǎn)生放電擊

13、穿，使真空滅弧室不能有效滅弧，嚴重情況下真空斷路器將發(fā)生爆炸，造成設(shè)備損壞事故以及輸電線路停電，導(dǎo)致嚴重的經(jīng)濟損失，國內(nèi)真空開關(guān)事故均是由于此原因引起的。</p><p>　　由于滅弧室是以真空條件作為其工作基礎(chǔ)的，所以它不象油開關(guān)，SF6開關(guān)那樣容易檢查其介質(zhì)量。有些真空開關(guān)在運行過程中其真空滅弧室含有不同程度的泄露，因此如何才能實時在線觀測到真空斷路器滅弧室的真空度，以防范事故于未然？這已經(jīng)成為電力系統(tǒng)十分關(guān)

14、注的一個問題。</p><p>　　美國、日本及前蘇聯(lián)等國早在20世紀五六十年代久開展了電力開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測的研究工作，開始由定期檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變。我國自80年代以來，在變電站高壓設(shè)備在線監(jiān)測、故障只能診斷方面也進行了大量的研究工作，取得了很多的成果，逐步積累了一些經(jīng)驗，為開展狀態(tài)檢修打下了良好的基礎(chǔ)。[1][2]</p><p><b>　　1 緒論</b>&l

15、t;/p><p>　　1.1 我國電力工業(yè)的發(fā)展</p><p>　　首先介紹一下我國電力工業(yè)的建設(shè)成就。中國電力工業(yè)始于1882年。新中國成立前，電力工業(yè)發(fā)展緩慢，1949年發(fā)電裝機容量和發(fā)電量僅為185萬千瓦和43億千瓦時，分別居世界第21位和第25位。新中國成立后，電力工業(yè)得到快速發(fā)展，1978年發(fā)電裝機容量達到5712萬千瓦，發(fā)電量達到2566億千瓦時，分別躍居世界第8位和第7位。&l

16、t;/p><p>　　1978年改革開放到2000年，我國發(fā)電裝機和發(fā)電量先后超越法國、英國、加拿大、德國、俄羅斯和日本，居世界第2位。1987年發(fā)電裝機突破1億千瓦，1995年超過了2億千瓦，2000年跨上3億千瓦臺階。進入新世紀，電力工業(yè)進入歷史上的高速發(fā)展階段，2004年全國發(fā)電裝機突破4億千瓦，2005年超過了5億千瓦。</p><p>　　電力技術(shù)水平接近和達到國際先進水平。改革開放

17、之前，我國發(fā)電設(shè)備只能生產(chǎn)12.5萬千瓦和20萬千瓦等級及以下的機組，輸變電設(shè)備只能生產(chǎn)220千伏及以下的裝置。隨著電力工業(yè)的技術(shù)裝備水平不斷提高，我國成批量生產(chǎn)的30萬千瓦和60萬千瓦機組已成為國內(nèi)的主力機型。</p><p>　　目前,60萬千瓦、90萬千瓦超臨界機組已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電，國產(chǎn)百萬千瓦級超超臨界機組也即將投產(chǎn)。通過引進國際先進技術(shù)，國內(nèi)合作生產(chǎn)的30萬千瓦大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電設(shè)備、9F級聯(lián)合循環(huán)燃氣

18、輪機、60萬千瓦級壓水堆核電站和70萬千瓦三峽水輪機組等發(fā)電設(shè)備在性價比上已經(jīng)具有了國際競爭力。</p><p>　　同時，國內(nèi)制造廠家生產(chǎn)制造的500千伏交直流輸變電設(shè)備已成為電網(wǎng)的骨干輸電網(wǎng)架。西北750 千伏交流輸變電示范工程和河南靈寶背靠背成套設(shè)備已建成投產(chǎn)。 但是，在有些方面我們同國際先進水平相比仍有一定差距，如百萬千瓦級核電站的設(shè)備制造。</p><p>　　1.2 真空斷路器

19、簡介</p><p>　　真空斷路器因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。</p><p>　　真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動機構(gòu)、支架及其他部件。以下是對基本術(shù)語和各部分的具體介紹： </p><p>　　1.80年代以前，真空斷路器處于發(fā)展

20、的起步階段，技術(shù)上在不斷摸索，還不能制定技術(shù)標準，直到1985年后才制定相關(guān)的產(chǎn)品標準。</p><p>　　目前國內(nèi)主要依據(jù)標準為：</p><p>　　JP3855-96《3.6～40.5kV交流高壓真空斷路器通用技術(shù)條件》</p><p>　　DL403-91《10～35kV戶內(nèi)高壓斷路器訂貨技術(shù)條件》</p><p>　　這里需要說明

21、：IEC標準中并無與我國JB3855相對應(yīng)的專用標準，只是套用《IEC56交流高壓斷路器》。因此，我國真空斷路器的標準至少在下列幾個方面高于或嚴于IEC標準：</p><p>　　(1) 絕緣水平： 試驗電壓 IEC 中國 </p><p>　　1min工頻耐壓(kV) 28 42(極間、極對地)48(斷口間) </p><p>　　1.2/50沖擊耐壓(kV) 7

22、5 75(極間、極對地)84(斷口間) </p><p>　　(2)電壽命試驗結(jié)束后真空滅弧室斷口的耐壓水平：IEC56中無規(guī)定。我國JB3855一96規(guī)定為：完成電壽命次數(shù)試驗后的真空斷路器，其斷口間絕緣能力應(yīng)不低于初始絕緣水平的80%，即工頻1min33.6kV和沖擊60kV。</p><p>　　(3)觸頭合閘彈跳時間：IEC無規(guī)定，而我國規(guī)定要求不大于2ms。</p>

23、<p>　　(4)溫升試驗的試驗電流：IEC標準中，試驗電流就等于產(chǎn)品的額定電流。我國DL403-91中規(guī)定試驗電流為產(chǎn)品額定電流的110%。</p><p>　　2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù) </p><p><b>　　(1).開距</b></p><p>　　(2).觸頭接觸壓力</p><p>　　(

24、3).接觸行程(或稱壓縮行程)</p><p>　　(4).平均合閘速度</p><p>　　(5).平均分閘速度</p><p>　　(6).合閘彈跳時間</p><p>　　(7).合、分閘不同期性</p><p>　　(8).合、分閘時間</p><p>　　(9).回路電阻[15.16]

25、</p><p>　　1.3 真空滅弧室的工作原理</p><p>　　真空斷路器的滅弧室每一只為一不可拆卸的整體，動、靜能為分別焊在動、靜導(dǎo)電桿上。靜導(dǎo)電桿焊在上法蘭盤上，動導(dǎo)電桿上焊一波紋管在導(dǎo)向套內(nèi)運動。波紋管及導(dǎo)向套焊在下法蘭盤上，由瓷柱支撐的金屬圓筒屏蔽罩在動靜觸頭外面，再與玻璃外殼形成一密封的腔體。該腔體經(jīng)過抽真空，真空度一般在10-6Pa以上。當合、分閘操作時，動導(dǎo)電桿上下運

26、動，波紋管被壓縮或拉伸，使真空滅弧室內(nèi)的真空度得到保持。在真空中由于氣體分子的平均自由行程很大，氣體不容易產(chǎn)生游離，真空的絕緣強度比大氣的絕緣強度要高得多。真空斷路器中的觸頭斷開過程中，依靠觸頭產(chǎn)生的金屬蒸氣使觸頭間產(chǎn)生電弧。當電流接近零值時，電弧熄滅。一般情況下，電弧熄滅后，弧隙中殘存的帶電質(zhì)點繼續(xù)向外擴散，在電流過零值后很短時間內(nèi)弧隙便沒有多少金屬蒸氣，立刻恢復(fù)到原有的“真空”狀態(tài)，使觸頭之間的介質(zhì)擊穿電壓迅速恢復(fù)，達到觸頭間介質(zhì)擊

27、穿電壓大于觸頭間恢復(fù)電壓條件，使電弧徹底熄滅，觸頭間的介質(zhì)強度又迅速恢復(fù)起來。</p><p>　　1.4 真空斷路器真空度降低原因分析</p><p>　　真空滅弧室漏氣的原因分析：1.觸頭行程的影響 國產(chǎn)各種型號的10kV真空斷路器滅弧室的觸頭超行程是在4mm左右，開距11mm左右應(yīng)嚴格測量控制。真空斷路器在安裝或檢修時，嚴格按照產(chǎn)品安裝說明書中觸頭行程要求準確測量，調(diào)整拉桿，防止行程

28、超越。2.跳的影響 真空斷路器的觸頭多為對接式結(jié)構(gòu)，在分合閘操作中可能產(chǎn)生不同程度的反彈現(xiàn)象，不論分閘反彈還是合閘反彈都會給運行帶來危害：波紋管經(jīng)受強迫振動可能產(chǎn)生裂紋，使滅弧室漏氣；分合閘時的沖擊速度及沖擊力較大，發(fā)生彈跳，可能產(chǎn)生觸頭和導(dǎo)電桿的變形，甚至產(chǎn)生裂紋；切合電容器組的真空斷路器如果發(fā)生合閘彈跳，還會導(dǎo)致電容器的損壞。3.分合閘速度的影響 斷路器在投運前應(yīng)測量分合閘速度，可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和調(diào)試上的一些問題，防止分合閘速度

29、過大，對滅弧室產(chǎn)生嚴重震動和撞擊。4.緩沖器的影響 應(yīng)仔細檢查緩沖器行程，不應(yīng)有變形損傷現(xiàn)象或壓縮超量，須留緩沖裕度。5.操作機構(gòu)容量的影響 不同型號容量的開關(guān)，須配置不同容量的操作機構(gòu)，在安裝或改造時，應(yīng)按制造廠家的要求配置，如果容量偏大，將對滅弧室產(chǎn)生嚴重撞擊，造成真空滅弧室波紋管損壞。</p><p>　　運行和檢修中應(yīng)注意的事項：真空滅弧室管內(nèi)的真空度通常是在10-4~10-6Pa，隨著真空滅弧室使用時間

30、的增長和開斷次數(shù)增多，以及受外界因素的影響，其真空度逐步下降，下降到一定程度，將會影響它的開斷能力和耐壓水平。因此，真空斷路器在使用過程中必須定期檢查滅弧室管內(nèi)的真空度。1.運行檢查 對玻璃外殼真空滅弧室，巡視檢查時可以定期目測。正常時內(nèi)部的屏蔽罩等部件表面顏色應(yīng)很明亮，在開斷電流時發(fā)出淺藍色弧光；當真空度下降很嚴重時，內(nèi)部顏色就會變得灰暗，開斷電流時將發(fā)出暗紅色弧光。2.試驗檢查 工頻耐壓試驗：定期（1～3年左右）進行一次工頻耐壓試驗

31、（42kV/min）。當動靜觸頭滿足額定開距條件時，如果耐壓很低，達不到規(guī)定耐壓標準，就說明真空滅弧室真空度已嚴重下降，不能繼續(xù)使用。 真空度測試儀檢查：用真空度測試儀定期測量滅弧室真空度，真空度下降超過規(guī)定數(shù)值，可再做一次真空的耐壓試驗，進行再次確認其完好性。3.技術(shù)數(shù)據(jù)的檢查 雖然真空斷路器不進行周期大修，但檢查維護必須開展，對斷路器的各項技術(shù)進行定期實際測量，以判斷其傳動系統(tǒng)的狀況。4.斷路器的特性試驗 定期對斷路器的特性進行試驗

32、，以檢查行程、彈跳</p><p>　　2 真空斷路器結(jié)構(gòu)、分類與真空度檢測方法</p><p>　　2.1 真空斷路器類型</p><p>　　真空斷路器的類型，可從不同角度來劃分，一般情況下主要從以下兩個方面劃分：</p><p>　　(1)按使用場所劃分--可分為戶內(nèi)式和戶外式，分別用ZN和ZW來表示。</p><

33、p>　　(2)按斷路器主體與操動機構(gòu)的相關(guān)位置劃分--可分為整體式和分體式。</p><p>　　整體式真空斷路器操動機構(gòu)與開關(guān)本體安裝在同一骨架上，體積小、重量輕、安裝調(diào)整方便、機械性能穩(wěn)定。</p><p>　　分體式真空斷路器操動機構(gòu)與開關(guān)本體分別裝于開關(guān)柜的不同位置上，斷路器的各項機械特性參數(shù)必須安裝在開關(guān)柜上調(diào)整試驗才有實際意義，這種安裝方式主要受我國少油斷路器的安裝方式的

34、社響，比較適合于少油開關(guān)柜的無油化改造，優(yōu)點是巡視和檢修方便，缺點是安裝調(diào)整稍麻煩，機械特性的穩(wěn)定性和可靠性稍遜[16-18]。</p><p>　　2.2 真空斷路器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.1真空斷路器的基本要求</p><p>　　(1)機械性能穩(wěn)定，例如合閘彈跳時間，希望在壽命全程中保持同一狀態(tài)，不要初期無彈跳，后期則彈跳。  

35、;  (2)足夠的機械強度，使斷路器本身具有足夠的動穩(wěn)定度。    (3)高壓區(qū)和低壓區(qū)的分隔，最好是前后布置，有助于保證運行中人員的人身安全。    (4)操動機構(gòu)的檢查、調(diào)整、維修要有足夠空間。方便。    (5)配用機構(gòu)的可選擇性，有的型號可配CD和CT兩種機構(gòu)，有的只能配用一種。    (6)

36、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉。    (7)易于實現(xiàn)防誤聯(lián)鎖。    所有真空斷路器，不論是何種結(jié)構(gòu)，斷路器本體中均裝設(shè)有分閘拉力彈簧。合閘過程中操動機構(gòu)既要提供驅(qū)動開關(guān)運動的功，又要同時將分閘彈簧貯能。當需要分閘時，操動機構(gòu)只需完成脫扣解鎖任務(wù)，由分閘彈簧釋能完成分閘運動[18]。</p><p><b>　　2.2.2功能部件</

37、b></p><p>　　真空斷路器按其結(jié)構(gòu)的功能可分為六個部分：    (1)支架：安裝各功能組件的架體。    (2)真空滅弧室：實現(xiàn)電路的關(guān)合與開斷功能的熄弧元件。    (3)導(dǎo)電回路：與滅弧室的動端及靜端連接構(gòu)成電流通道。    (

38、4)傳動機構(gòu)：把操動機構(gòu)的運動傳輸至滅弧室，實現(xiàn)滅弧室的合、分閘操作。    (5)絕緣支撐：絕緣支持件將各功能元件，架接起來滿足斷路器的絕緣要求。    (6)操動機構(gòu)：斷路器合、分間的動力驅(qū)動裝置[17]</p><p>　　2.2.3真空斷路器的操動機構(gòu)</p><p>　　操動機構(gòu)是真空斷路器的驅(qū)動

39、裝置，主要有電磁操動機構(gòu)與彈簧操動機構(gòu)。</p><p>　　(1)真空斷路器對操動機構(gòu)的要求：</p><p>　　1)機構(gòu)的輸出特性盡量與真空斷路器的反力特性相匹配。</p><p>　　2)要有足夠的合閘輸出功；保證真空斷路器具有關(guān)合短路故障電流的能力。    3)合閘后，即使在事故狀態(tài)下也能穩(wěn)定地保持合閘（即令開關(guān)具有動穩(wěn)定性

40、）。    4)要保證在85%～110%合；同操作電壓下能正常合閘；在65%～120%分閘電壓下能正常分閘，而在30%額定操作電壓下不得分閘。    5)可以電動或手動操作。    6)電磁機構(gòu)應(yīng)具有自由脫扣的功能。(2)真空斷路器的電磁操動機構(gòu)    由于電磁操動機構(gòu)螺管電磁鐵的出力特性容易滿足真

41、空斷路器合閘反力特性的要求，所以在真空斷路器的發(fā)展初期主要是配用電磁操動機構(gòu)。此外電磁機構(gòu)具有構(gòu)造簡單、使用簡便、造價低廉等優(yōu)點，是目前配電系統(tǒng)各類斷路器的主要配用機構(gòu)，運行部門不但十分熟悉而且積累了很多使用維護的寶貴經(jīng)驗。    常用的電磁操動機構(gòu)有CD10、CD17、CD19型等。    CD10型電磁操動機構(gòu)原是配用SＮ10-10型少油斷路器的操動

42、機構(gòu)，為族傳式輸出。真空斷路器發(fā)展初期因無專用操動機構(gòu)而被采用?，F(xiàn)仍有配CD10型操動機構(gòu)的真空斷路器在生產(chǎn)。目前少油開關(guān)拒的無油化改造，也可采用CD10型操動機構(gòu)。    CD17</p><p>　　2.3 真空斷路器優(yōu)缺點</p><p>　　2.3.1 真空斷路器優(yōu)點</p><p>　　（1）在密封的容器中滅弧,電

43、弧和熾熱氣體不外露； （2）觸頭間隙很少,僅幾毫米至40毫米。我廠運用中的ZN28型是11±1毫； （3）燃弧時間短,電弧電壓低,電弧能量小,觸頭磨耗少,允許的開斷次數(shù)多。我廠現(xiàn)在運用的SN10Ⅲ型小油斷路器,機械壽命是3000次,ZN28型真空斷路器機械壽命是10,000次； （4）動導(dǎo)電桿的慣性小,適宜頻繁操作； ?。?）操作機構(gòu)小及結(jié)構(gòu)簡單,整體體積小,重量輕； （6）控制功率校ZN28型真空

44、斷路器配CD17型機構(gòu)直流電壓220V合閘55A、分閘1.5A；SN10Ⅲ型1250A少油斷路器配CD10Ⅱ型機構(gòu)、直流電壓220V,合閘147A,分閘2.5A； （7）操作時噪聲??； （8）由于無油,故無火災(zāi)和爆炸燃火的危險； （9）觸頭部分為完全密封結(jié)構(gòu),不容易因潮氣、灰塵、有害氣體等影響而降低它的性能,工作可靠性提高,開斷與并合性能穩(wěn)定且觸頭磨耗小,使用期較長[18-20]。</p><

45、p>　　2.3.2 真空斷路器缺點</p><p>　?。?）容易產(chǎn)生操作過電壓,在開斷感性電流時,會出現(xiàn)電流截斷現(xiàn)象造成較高的過電壓,因此要加裝過電壓吸收裝置,這樣設(shè)備量增加,維護量增加,費用也上升； （2）運行中不易監(jiān)測真空度； （3）國內(nèi)產(chǎn)品體系不多； （4）配用的合成絕緣子在火電廠運行易積灰塵,因此,要求廠用電室的環(huán)境要相對干凈[19][20]</p><p&g

46、t;　　2.4 真空斷路器真空度檢測方法介紹</p><p>　　真空斷路器真空度檢測的方法有很多，不同方法適合的場合也不盡相同。歸總來說可以分為兩大類：離線檢測和在線檢測。比如離線檢測主要有工頻耐壓法、磁控放電法、吸氣劑膜法、德斯拉線圈法等；在線檢測主要有耦合電容法和電光變換法[5、6]。</p><p>　　2.4.1 離線檢測</p><p>　　離線檢測的方

47、法很多，而且發(fā)展也比較成熟。只是離線檢測需要把斷路器拆卸下來，工作繁重。</p><p><b>　　工頻耐壓法</b></p><p>　　工頻耐壓試驗是指對220kV及以下電氣設(shè)備也用它來檢驗絕緣耐受操作過電壓，暫時過電壓的能力。試驗時，按規(guī)定將被試品接入試驗回路，逐步升高電壓至標準規(guī)定的額定工頻耐受電壓值，保持1 min，然后迅速、均勻地降壓到零。在規(guī)定的時間內(nèi)

48、，被試品絕緣未發(fā)生擊穿或表面閃絡(luò)，則認為通過了該項試驗。工頻交流耐壓試驗所施電壓高出電氣設(shè)備額定工作電壓，通過這一試驗可以發(fā)現(xiàn)很多絕緣缺陷，尤其對局部缺陷更為有效，其缺點是可能在耐壓試驗時給絕緣帶來一定損傷，所以應(yīng)在絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)等項目試驗合格后，才可進行工頻交流耐壓試驗。</p><p><b>　　[2]</b></p><p><b>　　脈沖

49、磁控放電法</b></p><p>　　脈沖磁控放電法的基本原理是:真空滅弧室的觸頭處于額定開距狀態(tài)時，在兩觸頭間施加一直流高壓，使兩觸頭的間距空間處于強電場中，同時在兩觸頭間施加一軸向強磁場，滅弧室內(nèi)的電子在強電場與強磁場的共同作用下，將從觸頭的一端以螺旋軌跡向觸頭另一端運動，并與滅弧室內(nèi)殘余氣體分子碰撞，產(chǎn)生電離，電離出的離子在強電場的作用下形成離子電流。理論與試驗證明，該離子電流與滅弧室內(nèi)殘余氣

50、體分子濃度基本成正比關(guān)系，因此，通過對該離子電流的測量，便可推算出滅弧室內(nèi)的真空度。　　強軸向磁場的產(chǎn)生有兩種方法：一種是通過圍繞滅弧室真空泡周圍的螺旋繞組充電獲得，另一種是通過對帶有鐵心的π型勵磁繞組充電獲得。這兩種勵磁繞組的優(yōu)點是不用將真空滅弧室拆下，而只需將勵磁繞組置于真空泡外表面便可產(chǎn)生所需的軸向磁場。離子電流的電場是由通過軟件控制的脈沖電壓產(chǎn)生的，磁場勵磁電流是與電場電壓同步的脈沖電流，電場與磁場的同步性大大提高了測量的精確

51、度。</p><p>　　使用此方法測量真空度時，必須在滅弧室外加一個能夠產(chǎn)生縱向磁場的笨重線圈，因此限制了這種方法的使用范圍；隨后出線的不拆卸真空滅弧室測量真空度的磁控放電法，解決了測量真空度時必須將真空滅弧室從真空開關(guān)拆卸下來的問題[2]。</p><p>　　2.4.2 在線檢測</p><p>　　在線檢測要在不改動開關(guān)主 體結(jié)構(gòu)及運行狀態(tài)的前提下，隨時監(jiān)測

52、其真空度的變化。目前，國內(nèi)外還無法實現(xiàn)真空度的直接測量，用于真空度在線檢測的兩種間接方法是耦合電容法和電光變換法[6]。</p><p><b>　　(1)耦合電容法 </b></p><p>　　耦合電容法是根據(jù)局部放電測量原理提出來的。設(shè)被測真空滅弧室的帶電觸頭至中間屏蔽罩 間的耐壓強度由于真空度降低而下降，則當工頻電壓從零點升至某一值時，帶電觸頭和屏蔽 罩之間的

53、等值電容發(fā)生放電，該局部放電信號可通過位于屏蔽罩與接地箱殼之間的 兩個局部放電探頭進行在線監(jiān)測。這種方法的靈敏度還有待于驗證。[2]</p><p><b>　　(2)電光變換法</b></p><p>　　圖1 電光變換接線圖</p><p>　　一般真空滅弧室的屏蔽罩，金屬部分完全密封在滅弧室中，其電位的變化無 法直接測試。但屏蔽罩電位的變

54、化會引起屏蔽罩附近電場的變化，故通過放置于屏蔽罩附近 的Pockels電場探頭可以測知屏蔽罩電位的變化，亦即可以進行真空度的在線測試。 屏蔽罩電場是指滅弧室絕緣殼外屏蔽罩部位與接地機架之間形成的電場，當真空開關(guān)結(jié)構(gòu)一 定時，僅與系統(tǒng)電壓有關(guān)。文[2]曾討論電光法測試真空度的原理，其試驗研究的測試系統(tǒng)選用BSO晶體制作Pockels電場探頭，晶體厚度為3.5mm，中心波長選為860nm，試驗的原理接線如圖1所示[2]。</p>

55、<p><b>　　3 設(shè)計思路</b></p><p><b>　　3.1 設(shè)計依據(jù)</b></p><p>　　在線檢測的關(guān)鍵是綜合考慮各種監(jiān)測方法現(xiàn)場實施的難易程度和成本，既要保證監(jiān)測系統(tǒng)本身不過于繁雜。針對以上狀況，結(jié)合電氣設(shè)備的現(xiàn)代檢修體制由計劃性檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變的實際情況，設(shè)計出一種性能可靠、使用價廉的在線檢測裝置是實

56、現(xiàn)真空開關(guān)狀態(tài)檢修必須解決的前提條件。</p><p>　　耦合電容法是根據(jù)動態(tài)電荷分布和電容分壓原理提出的。當滅弧室內(nèi)真空度正常時，僅需要較低的電壓（幾百伏）就可以維持帶電觸頭與中間屏蔽罩之間由場致發(fā)射引起的電子電流。在屏蔽罩上積累的負電荷使其負電位幾乎可以達到電極電壓的峰值。當真空度劣化時，滅弧室內(nèi)的氣體密度變大，場致發(fā)射的電子被氣體分鐘吸附后成為負離子。由于負離子質(zhì)量大，漂移速度慢，使得上述電子電流減小，屏

57、蔽罩電位絕對值降低。上述過程引起電容C2、C3上電荷的重新分布，通過檢測先好輸出端U0的變化即可跟蹤屏蔽罩電位UC的變化過程，從而實現(xiàn)真空度的在線檢測。圖2所示為耦合電容法的原理和等效電路。</p><p>　　圖2 耦合電容的原理和等效電路</p><p>　　使用此方法進行真空度在線監(jiān)測時，首先離線試驗標定出不容型號的真空斷路器滅弧室屏蔽罩電位和真空度的關(guān)系。本文敘述的在線監(jiān)測裝置存儲

58、了ZN12-10和ZN28-12系列的真空斷路器的屏蔽罩電位與真空度的多組對應(yīng)關(guān)系曲線，可根據(jù)被檢測斷路器型號預(yù)先設(shè)定，大大增強了該裝置使用的靈活性和應(yīng)用范圍。</p><p>　　圖3為自制的耦合電容傳感器離線標定的一組ZN12-10系列真空斷路器的真空滅弧室屏蔽罩電位與真空度的關(guān)系曲線。由于真空度變化是一個相對量，所以傳感器的輸出整定到適合A/D采樣的范圍即可。[1]</p><p>

59、　　圖3 真空滅弧室屏蔽罩電位與真空度的關(guān)系曲線</p><p><b>　　3.2 設(shè)計構(gòu)思</b></p><p>　　因為真空滅弧室內(nèi)真空度的下降是一個緩變的過程，程序處理上采取在斷路器正常運行時，處理器開始處理耦合電容傳感器的輸出數(shù)據(jù)，計算采樣值，查表記錄真空度數(shù)值。</p><p>　　耦合電容拾取真空滅弧室中間屏蔽罩上的原始電位信號

60、，經(jīng)過一定的技術(shù)處理、整流、濾波、V/I、I/V變換后傳送到單片機處理。</p><p>　　對于真空度的在線檢測而言，電容傳感器是該系統(tǒng)設(shè)計的難點和重點。耦合電容傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過適當?shù)男盘栒{(diào)理進入A/D轉(zhuǎn)換器。只需要計算該電壓信號的有效值，通過事先標定的真空度與電容傳感器輸出的關(guān)系曲線便可判斷滅弧室的真空狀況，從而大大簡化了系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計。</p><p>

61、;　　由于真空斷路器和電容傳感器價格較貴，而且我們的條件有限，所以前面的斷路器和電容傳感器部分就不做了，只考慮傳出來的電壓信號的調(diào)理和單片機處理的設(shè)計。</p><p><b>　　4 硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1設(shè)計流程圖</b></p><p><b>　　圖4 設(shè)計流程圖</

62、b></p><p>　　4.2 電阻分壓、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓</p><p>　　耦合電容傳感器傳出來的電壓信號大概是100V左右，頻率很高。所以我們要經(jīng)過一些的信號處理使其能適合后面的芯片采樣。</p><p><b>　　4.2.1電阻分壓</b></p><p>　　電阻串聯(lián)電路時一個分壓電路，它有如下的基本特

63、點：(1)各個電阻或者各處的電流都相等；(2)總電壓等于各電阻的分電壓之和；(3)總電阻等于所以各個分電阻之和。</p><p>　　在串聯(lián)電路中還有兩個公司經(jīng)常用到，即兩個電阻串聯(lián)時的分壓公式：</p><p><b>　?。?.2.1）</b></p><p>　　它們都是歐姆定律的變形“U=IR”表述的“電阻的電壓和電阻成比例”的表現(xiàn)。設(shè)

64、總電流為I，根據(jù)歐姆定律得</p><p><b>　　(4.2.2)</b></p><p>　　將上式代入“U=IR”中即可得到上面的分壓公式。</p><p>　　本次設(shè)計中，設(shè)計的分壓電路圖如圖5所示</p><p>　　圖5分壓、穩(wěn)壓電路圖</p><p>　　其中J1為信號輸入端，R2

65、和RV1組成串聯(lián)分壓電路，R2選10K，RV1選用0-10K，由上面分壓計算公式可以算出這個分壓電路輸出的電壓是0-50V可調(diào)。而我們需要的是5V的電壓信號，這時我們可以預(yù)先調(diào)節(jié)好RV1的阻值用萬用表測量使其輸出為5V以使其能被ADC0809芯片采樣。</p><p><b>　　4.2.2穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)是一種直到臨

66、界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很少的數(shù)值,在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用.其伏安特性見圖6,穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓.</p><p>　　圖6 穩(wěn)壓二極管的伏安特性</p><p>　　我們

67、本次設(shè)計選用穩(wěn)壓二極管的型號為1N4733,穩(wěn)壓電壓范圍5.1V,當輸入電壓增大時，它的電壓可以穩(wěn)定在5V。</p><p><b>　　4.3 電壓跟隨器</b></p><p>　　電壓跟隨器是共集電極電路，信號從基極輸入，射極輸出，故又稱射極輸出器?；鶚O電壓與集電極電壓相位相同，即輸入電壓與輸出電壓同相。這一電路的主要特點是：高輸入電阻、低輸出電阻、電壓增益近似

68、為1，所以叫做電壓跟隨器。如圖4-12所示。</p><p>　　電壓跟隨器是同相放大電路的特殊情況，輸入信號是從集成運放的同相端引入，反饋電阻為零，負反饋極強，運放工作非常穩(wěn)定，輸入阻抗很大。輸出電阻卻很小，因而這種電路具有阻抗變換作用。所謂阻抗變換作用是指經(jīng)電壓跟隨器放大后，其輸出電壓近似等于信號源的電動勢而其輸出電阻卻很小。該電路常用作輸入級、中間緩沖級和輸出級。</p><p>　

69、　共集電路的輸入高阻抗，輸出低阻抗的特性，使得它在電路中可以起到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級的放大電路更好的工作。</p><p>　　電壓隔離器輸出電壓近似輸入電壓幅度，并對前級電路呈高阻狀態(tài)，對后級電路呈低阻狀態(tài)，因而對前后級電路起到“隔離”作用。 </p><p>　　電壓跟隨器常用作中間級，以“隔離”前后級之間的影響，此時稱之為緩沖級?；驹磉€是利用它的輸入阻抗高和輸出阻抗低之

70、特點。 </p><p>　　電壓跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低特點，可以極端一點去理解，當輸入阻抗很高時，就相當于對前級電路開路；當輸出阻抗很低時，對后級電路就相當于一個恒壓源，即輸出電壓不受后級電路阻抗影響。一個對前級電路相當于開路，輸出電壓又不受后級阻抗影響的電路當然具備隔離作用，即使前、后級電路之間互不影響。[9]</p><p>　　圖7 電壓跟隨器電路圖</p>

71、<p>　　4.4 電壓電流轉(zhuǎn)換和電流電壓部分</p><p><b>　　(1)電壓電流轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　在工業(yè)控制和許多傳感器的應(yīng)用電路中,摸擬信號輸出時,一般是以電壓輸出。在以電壓方式長距離傳輸模擬信號時,信號源電阻或傳輸線路的直流電阻等會引起電壓衰減,信號接收端的輸入電阻越低,電壓衰減越大。為了避免信號在傳輸過程中的衰減,只有增加信號

72、接收端的輸入電阻,但信號接收端輸入電阻的增加,使傳輸線路抗干擾性能降低,易受外界干擾,信號傳輸不穩(wěn)定,這樣在長距離傳輸模擬信號時,不能用電壓輸出方式,而把電壓輸出轉(zhuǎn)換成電流輸出。另外許多常規(guī)工業(yè)儀表中,以電流方式配接也要求輸出端將電壓輸出轉(zhuǎn)換成電流輸出。V/I轉(zhuǎn)換器就是把電壓輸出信號轉(zhuǎn)換成電流輸出信號,有利于信號長距離傳輸。V/I轉(zhuǎn)換器可由晶體管等多種器件組成。</p><p>　　如左下圖8所示為實現(xiàn)電壓-電流

73、轉(zhuǎn)換的基本原理電路。由于電路引入負反饋，uN=uP=0，負載電流 iL與uI成線性關(guān)系。 如右上圖所示為實用的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路。 </p><p>　　如下圖8所示為實現(xiàn)電壓-電流轉(zhuǎn)換的基本原理電路。由于電路引入負反饋，uN=uP=0，負載電流 </p><p><b>　?。?.4.1）</b></p><

74、;p>　　iL與uI成線性關(guān)系。由于負載沒有接地點，因而不適用于某些應(yīng)用場合。 </p><p>　　圖8電壓電流轉(zhuǎn)換基本原理電路</p><p>　　式（4-2）表明，負載電流iL僅由輸入電壓決定，而與負載RL的大小無關(guān)。當輸入電壓不變時，負載電阻在一定的范圍變化，輸出電流將保持不變，此電路就成為恒流源。</p><p>　　本次設(shè)計的電壓電流轉(zhuǎn)換

75、電路如圖9所示：</p><p>　　圖9 電壓電流轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　因為此次設(shè)計需要用到比較多的運算放大器，LM324是通用四運放放大器，價格也不高，一塊芯片四個放大器，大大的減少了制作成本和布線的難度。</p><p><b>　　電流電壓轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　這個電路是運算放大器的一個典型接

76、法呀!運算放大器同相端接地,電流信號輸入到反向端,反向端與輸出端接一個反饋電阻,由于運算放大器反向端此時是"虛地"輸出電壓U=-I*R。如圖10所示為電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。在理想運放條件下，輸入電阻Ri=0，因而iF=iS，故輸出電壓 </p><p><b>　　(4.4.2)</b></p><p>　　Rs比Ri大得愈多，轉(zhuǎn)換精度愈高。 <

77、;/p><p>　　圖10電流電壓轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　本次設(shè)計的電路如下圖11：</p><p>　　圖11 電流電壓轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　VIIV轉(zhuǎn)換部分在proteus仿真軟件上仿真的電路如圖12所示</p><p>　　圖12 VIIV仿真電路圖</p><p>　　在仿真電

78、路的輸入和輸出接入示波器，波形如圖13所示：</p><p>　　圖13 VIIV部分波形圖</p><p>　　上面的為輸入波形，下面為輸入波形，兩波形基本一致，只是頂端和低端有點削減。削減的原因可能是LM324運放的精度不夠高導(dǎo)致的，不過不影響有效值，用交流電壓表測得的有效值是一致的。[9][10]</p><p>　　4.5 信號放大部分</p>

79、<p>　　放大電路我們使用的還是一個運算放大器，也是放大電路的一個經(jīng)典接法。集成運算放大器按照輸入方式可以分為同相、反相、差分三種接法，按照輸入電壓與輸出電壓的運算關(guān)系可以分為比例、加法、減法、積分、微分等，輸入方式和運算關(guān)系組合起來，可以構(gòu)成各種運算放大器。我們這次設(shè)計的是一個反相比例放大電路，所以下面我們只介紹反相比例電路。</p><p>　　反相比例放大電路的特點由運算放大器組成的反相比例放

80、大電路如圖14所示：</p><p>　　圖14 反相比例放大器</p><p>　　根據(jù)集成運算放大器的基本原理，反相比例放大電路的閉環(huán)特性為：</p><p><b>　　閉環(huán)電壓增益：</b></p><p><b>　　（4.5.1）</b></p><p>　　輸

81、入電阻 （4.5.2）</p><p>　　輸出電阻 （4.5.3）</p><p>　　環(huán)路帶寬 （4.5.4）</p><p>　　其中：BWo為運放的開環(huán)帶寬。&l

82、t;/p><p>　　最佳反饋電阻 = （4.5.5）</p><p>　　上式中：Rid為運放的差模輸入電阻，Ro為運放的輸出電阻。</p><p>　　平衡電阻 （4.5.6）</p><p>　　從以上公式可以看出，由運算放大器組成的反相輸

83、入比例放大電路具有以下特性：</p><p>　?。?）在深度負反饋的情況下工作時，電路的放大倍數(shù)僅由外接電阻R1和 Rf 的值決定。</p><p>　?。?）由于同相端接地，故反相端的電位為“虛地”，因此，對前級信號源來說，其負載不是運放本身的輸入電阻，而是電路的閉環(huán)輸入電阻R1。由于Rif = R1，因此反相比例放大電路只適用于信號源對負載電阻要求不高的場合（小于500kΩ）<

84、/p><p>　　（3）在深度負反饋的情況下，運放的輸出電阻很小。</p><p>　　本次設(shè)計的電路接線圖15如下</p><p>　　圖15 信號放大電路圖</p><p>　　由上面的計算公式可以算出增益為1，而平衡電阻為5K取標準電阻4K7。</p><p>　　在仿真軟件proteus上仿真的電路圖為圖16所示：

85、</p><p>　　圖16 放大電路仿真電路圖</p><p>　　在輸入和輸出端接入示波器觀察波形如圖17所示：</p><p>　　圖17 信號放大部分波形圖</p><p>　　上面的為輸入波形，下面為輸入波形，兩波形基本一致，因為是反向比例放大所以輸入和輸出波形是剛好相反的。頂端和低端有點削減，削減的原因可能是LM324運放的精度不

86、夠高導(dǎo)致的，不過不影響有效值，用交流電壓表測得的有效值是一致的。[11]</p><p>　　4.6 信號全波整流部分</p><p>　　全波整流電路一種對交流整流的電路。在這種整流電路中，在半個周期內(nèi)，電流流過一個整流器件（比如晶體二極管），而在另一外一個半周內(nèi)，電流流經(jīng)第二個整流器件，并且兩個整流器件的連接能使流經(jīng)它們的電流以同一方向流過負載。全波整流整流前后的波形與半波整流所不同的

87、，是在全波整流中利用了交流的兩個半波，這就提高了整流器的效率，并使已整電流易于平滑。因此在整流器中廣泛地應(yīng)用著全波整流。在應(yīng)用全波整流器時其電源變壓器必須有中心抽頭。無論正半周或負半周，通過負載電阻R的電流方向總是相同的。全波整流使交流電的兩半周期都得到了利用。其各項整流因數(shù)則與半波整流時不同。</p><p>　　本次設(shè)計采用的是通常用的一個經(jīng)典的精密全波整流電路，在精密全波整流的基礎(chǔ)上并聯(lián)上一個濾波電容就成了

88、全波整流有效值電路是在絕對值電路的基礎(chǔ)上再加低通濾波電路構(gòu)成，其核心的運算放大器如下圖18所示：</p><p>　　圖18 全波整流有效值電路</p><p>　　運算放大器IC1、IC2，二極管D6、D7和電阻、構(gòu)成半波整流電路。當輸入信號Uin<0時，運放IC1輸出為正，D6導(dǎo)通、D7截止,Uo=0；當Uin>0時，IC1輸出為負，D7導(dǎo)通、D6截止,Uo=-,波形如下圖

89、19所示。</p><p>　　圖19 半波整流波形</p><p>　　上面為UIN輸入波形，下面為U0輸出波形</p><p>　　只要運算放大器IC1的輸出電壓在數(shù)值上大于整流二極管D6、D7的正向?qū)妷海瑒t當Uin≠0時D6、D7中總有一個處于導(dǎo)通狀態(tài)，另一個處于截止狀態(tài)，實現(xiàn)正常整流。若運算放大器的開環(huán)增益為,則其整流的最小輸入電壓峰值為/，即使二極管正

90、向?qū)妷涸谡髦械挠绊懴魅趿吮叮虼苏魈匦源蟠蟾纳啤?lt;/p><p>　　在未接入Cf時，運算放大器IC2和電阻、、構(gòu)成反向加法器，</p><p><b>　　、</b></p><p><b>　　（4.6.1）</b></p><p><b>　?。?.6.2）</b>

91、;</p><p>　　為保證正負半波放大倍數(shù)一致，要求 ，即=2。</p><p>　　=1時絕對值電路，調(diào)整的阻值，可改變電路的增益。通常選=，=2，Uout的波形如圖4-17所示。</p><p>　　假設(shè)輸入信號為正弦波電壓Uin=Uim sinwt,在上并入一電容Cf，構(gòu)成低通濾波器，只要適當選取Cf的值，是低通

92、濾波器的截止角頻率Wo滿足</p><p><b>　　（4.6.3）</b></p><p>　　則可認為全波整流電壓Uout中的全波交流紋波均被A2抑制掉，只有Uout中的直流分量out方能通過，即</p><p><b>　?。?.6.4）</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)的

93、阻值，使</b></p><p><b>　?。?.6.5）</b></p><p>　　即可保證輸出電壓out為輸入正弦波Uin的有效值。總之，輸出電壓與輸入電壓的有效值成正比。</p><p>　　綜合實驗研究與仿真計算，通過以上公式換算。工頻W=50HZ,取=10k,則=10k；取=10k，則=20k；推出=22k，Cf>

94、;>14nf,取Cf=1uf。</p><p>　　根據(jù)上面的結(jié)論，本次設(shè)計的電路仿真圖如下：</p><p>　　圖20 全波整流有效值仿真電路</p><p>　　其仿真結(jié)果如下所示：</p><p>　　圖21 未接入C1時Uin和Uout波形圖</p><p>　　波形圖中上面的波形為輸入波形，下面為全波

95、整流輸出波形。</p><p>　　當接入濾波電容C1后，波形圖如下</p><p>　　圖22 接入C1后，out波形圖</p><p>　　通過實驗仿真，采樣的信號通過全波整流有效值電路之后，轉(zhuǎn)換為帶有些許紋波的有效值輸出。倘若將其輸出電壓信號再經(jīng)一級低通濾波后，可以得到更為滿意的直流電壓信號。[10][11]</p><p>　　4.

96、7 二階低通濾波部分</p><p>　　使通過全波整流有效值電路的輸出電壓信號再經(jīng)一級低通濾波，可以得到更為滿意的直流電壓信號。低通濾波器可以采用電壓控制電壓源（VCVS）型二階低通濾波器電路實現(xiàn)。</p><p>　　電壓控制電壓源(VCVS)電路，其中運放為同相輸入，輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當于一個電壓源，故稱電壓控制電壓源電路。其優(yōu)點是電路性能穩(wěn)定、增益容易調(diào)節(jié)。電壓控

97、制電壓源（VCVS）型二階低通濾波器電路如圖4-19所示。</p><p>　　低通濾波的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　（4.7.1）</b></p><p><b>　　——電壓增益；</b></p><p>　　——低通濾波器截止角頻率；</p><p><

98、;b>　　Q——品質(zhì)因數(shù)，</b></p><p>　　BW——帶通、帶阻濾波器的帶寬；</p><p>　　圖23 二階低通濾波電路</p><p>　　圖21所示的電路的傳輸函數(shù)的表達式為：</p><p><b>　　(4.7.2)</b></p><p>　　則低通濾波器

99、相應(yīng)的其他性能參數(shù)為：</p><p><b>　　(4.7.3)</b></p><p><b>　　(4.7.4)</b></p><p><b>　　(4.7.5)</b></p><p>　　在設(shè)計濾波器時，通常給定的性能指標有截止頻率或截止角頻率，帶內(nèi)增益，以及濾波器

100、的品質(zhì)因數(shù)Q。對于二階低通(或高通)濾波器，通常取Q =O.707。對低通濾波電路部分的設(shè)計如圖24所示。</p><p>　　圖24 二階低通濾波仿真電路圖</p><p>　　通過參考書籍和計算得到R20=1.5K,R21=5.5K,R25=1M,R24=100,C2=670nf，C3=210nf；對其取標準值為C2=470nf，C3=220nf。</p><p&g

101、t;　　將上圖22在multisim里對全波整流有效值電路的輸出信號進行濾波得到的波形如下圖23所示。</p><p>　　圖25 經(jīng)過二階低通濾波后波形圖</p><p>　　圖上最上面的為輸入信號波形，中間為低通濾波輸出信號，最下面的就是二階低通濾波輸出信號波形，二階低通濾波后得到的是基本上沒有紋波的直流信號。</p><p>　　經(jīng)過低通濾波電路之后，信號轉(zhuǎn)變

102、成近似于直流的有效值直流信號。這個直流信號直接可以接入單片機部分處理了[10、11]。</p><p><b>　　4.8硬件設(shè)計部分</b></p><p>　　4.8.1單片機硬件部分</p><p><b>　　單片機硬件部分</b></p><p>　　本設(shè)計在數(shù)據(jù)處理中引入單片機 , 利用

103、其強大的邏輯運算功能對信號進行計算和處理。一般單片機的選擇需考慮很多因素比如說 </p><p>　　1). 單片機的基本參數(shù)例如速度，程序存儲器容量，I/O引腳數(shù)量 2). 單片機的增強功能，例如看門狗，雙指針，雙串口，RTC（實時時鐘），EEPROM，擴展RAM，CAN接口，I2C接口，SPI接口，USB接口。 3). Flash和OTP（一次性可編程）相比較，最好是Flash。 4). 封裝IP（雙

104、列直插），PLCC（PLCC有對應(yīng)插座）還是貼片。DIP封裝在做實驗時可能方便一點。 5). 工作溫度范圍，工業(yè)級還是商業(yè)機。如果設(shè)計戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級。 6). 功耗，比如設(shè)計并口加密狗，信號線取電只能提供幾個mA,用PIC就是因為低功耗，后來出了MSP430也不錯。 7). 工作電壓范圍。例如設(shè)計電視機遙控器，2節(jié)干電池供電，至少應(yīng)該能在1.8-3.6V電壓范圍內(nèi)工作。 8). 供貨渠道暢通。能申請樣片，小批量購買有現(xiàn)

105、貨。最好像標準51，中發(fā)里隨便找個柜臺就能買到。9). 價格低。 10). 有服務(wù)商，像周立功公司推Philips，雙龍公司推AVR，都提供了很多有用的技術(shù)支持，起碼燒寫器有地方買。 11). 燒錄器價格低，如果是ICP（把單片機放在燒錄器</p><p>　　而我們這次設(shè)計則不需要考慮那么多的因素，畢竟單片機只是一個信號的處理系統(tǒng)，是輔助我們做出判斷的機器，主要考慮的因素有：低功耗、價格便宜、隨便能買得到

106、、抗干擾性能好、存儲器夠用就可以了。綜合上面的考慮，比如AT89S51單片機就很適合這個設(shè)計。</p><p>　　選擇低功耗的單片機產(chǎn)品,并使其工作于休眠狀態(tài)。只有當瞬變量檢測電路受觸發(fā)時,才將單片機從休眠狀態(tài)喚醒,進行程序規(guī)定的判別操作。單片機在休眠狀態(tài)下,工作電流是μA級,這種模式抗干擾能力大為提高,且可大大降低功耗。使用較低頻率的晶體振蕩器是降低功耗的另一措施。</p><p>　

107、　單片機部分是設(shè)計最后一個環(huán)節(jié)，對輸入信號進行分析判斷，然后輸出驅(qū)動信號以驅(qū)動數(shù)碼管顯示，提示信號的有效值，并發(fā)送數(shù)據(jù)到連接PC的串口，在PC上顯示出來。</p><p>　　設(shè)計采用的是廣泛應(yīng)用的AT89S51單片機。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用AT

108、MEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。</p><p>　　AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸

109、出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 </p><p>　　此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDI

110、P、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。</p><p><b>　　1．主要特性：</b></p><p>　　? 8031 CPU與MCS-51 兼容</p><p>　　? 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán))</p><p>　　? 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz<

111、/p><p>　　? 三級程序存儲器保密鎖定</p><p>　　? 128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　? 32條可編程I/O線</p><p>　　? 兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　? 6個中斷源</b></p><p><b>　

112、　? 可編程串行通道</b></p><p>　　? 低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　? 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p><b>　　2．管腳說明：</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸

113、入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH

114、編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉