智能型漏电断路器的设计2 断路器, 单片机, C语言, 哈佛, 技术

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2．2．1 单片机电路
    单片机选用PIC24FJ64，它是由Micrchip公司设计的一款改进型哈佛架构的高性能CPU，是智能断路器的核心，它完成智能断路器的各种控制功能，包括三相电压、三相电流和漏电电流的采样、数据处理、报警输出、与上位机通信、液晶显示及按键等功能。Microchip公司开发、研制和生产单片机技术性能具有以下优点：1)哈佛总线结构；2)精简指令集(RISC)技术；3)寻址方式简单；4)代码压缩率高；5)运行速度高；6)功耗极低；7)PIC16F877芯片具有A／D、MSSP、USART串行总线端口等，并有外接电路简洁、开发方便、可用C语言编程、程序保密性强等特点。
2．2．2 剩余电流检测电路
    剩余电流检测电路是一个零序电流互感器。被保护的相线、中性线穿过环形铁心，构成了互感器的一次线圈，缠绕在环形铁芯上的绕组构成了互感器的二次线圈，如果没有漏电发生，这时流过相线、中性线的电流向量和等于零，因此在二次线圈上也不能产生相应的感应电动势。如果发生了漏电，相线、中性线的电流向量和不等于零，就使二次线圈上产生感应电动势，这个信号就会被送到中间环节进行进一步
的处理，如图3所示。

    交流信号经过绝对值放大电路处理后，得到全波整流，处理后的信号送入到单片机中。单片机每个周期采样36个点，根据式(1)可以计算出剩余电流的有效值，其中X为采样值。
   
2．2．3 三相电压电流及相序检测
    电流检测由二三相交流互感器、运算放大器和整流滤波电路组成。其中三相交流互感器把电流转换为电压信号，经运算放大器构成的电路调理后整流滤波输入到单片机的A／D转换器进行转换。
    传统的电压检测方法是采用电压互感器或者线性光隔器，采用电压互感器进行电压检测的缺点是互感器体积偏大，而很多时候设计的产品要求控制器的体积小巧，从而安装使用方便，而采用线性光隔的缺点是电压检测精度不高。本系统采用电流互感器与电阻串联的方法对电压进行检测，既大大减小了控制器的体积，也可以保证电压检测的高精度。其原理图如图4所示。

    电流互感器采用耀华电子生产的1：1的电流互感器TV16，由于电流互感器的原边和副边变比相等，所以副边电压等于原边电压．通过选择合适的电阻R1，使电流互感器副边输出电压峰值不超过最大允许的采样电压，互感器副边电压经过整流桥后变成单相全波，单片机的A／D转换器可对全波进行采样分析。
    电源相序检测采用峰值检测法，A、B、C三相电压的相位相差120°。检测的方法是当检测到A相的最大值是开始计时，当检测到B相的最大值时停止计时，A、B两相峰值之间的时间间隔就可以得到，设为△t，根据△t可以求出A、B两相的相位差φ，其计算公式为：
   
    如果计算出来的相位差110°≤φ≤130°，可认为相序正常，如果超出这个范围，则判定为相序错误。