智能低压电器控制技术研究

智能低压电器控制技术研究

谢博

 深圳市睿格晟设备有限公司  深圳市  518111

摘要：随着技术的不断发展，社会的不断发展，涌现出了大量的前沿技术，在此情况下，在智能电气开发领域，将计算机技术与智能电气控制技术结合得更加密切，并得到了广大群众的普遍重视。现在，“智能化”这个字眼已经成为人类社会的共识，不管是工作、生活，都在朝着“智能化”这个目标迈进。从这一点可以看出，家用电器的智能控制技术是实现家用电器智能发展的重要技术。

关键词：智能化；智能控制器；控制技术

1智能化控制技术

智能化控制技术是通过微处理器来对电器产品、各个元件以及电器电路系统进行控制，在低压电器产品中使用智能控制技术，可以起到很好的监控和控制效果，在遵守常规电器的基本工作原理的同时，还可以结合电子的处理方法，来达到智能化控制的目的，保证电器处于良好的工作状态。将智能控制技术应用于电气工业，是电气工业发展的一种必然。

2智能化控制技术的应用设计方案

2.1智能控制器的功能

目前，通用型开关的基本功能是以过流保护为主，没有实现智能特性。但是，随着科技的进步，为更好地适应当今配网的智能化需求，本文所设计的智能控制器具备了综合的电网参量和保护、友好的人机交互界面、通信和在线更新等功能。

2.2智能控制器硬件设计

智能控制器硬件包括一个微处理器和一个信号处理电路，一个电源电路，一个脱扣驱动电路，一个人机交互模块和一个通信模块等。其中，一个是由旋钮及按键、LED指示灯、LCD显示构成的，它可以在给用户设置整定电流及动作时间的时候，还可以查看记录信息，完成整定值的实时输入，以及对运行状态进行简单指示。

工作机理：电力系统的讯号经由变压器的变压而被转化为二次端讯号，主回路中的讯号被转化为微弱讯号，然后经由讯号处理后，输入到单片机的ADC模组中，MCU以取样的AD离散数值为基础，对其进行运算处理及分析，同时利用各种防护演算法对电力系统的状况进行监控，当发现有异常时，MCU就会发送一个跳闸讯号，带动跳闸元件的动作，从而使得断路器开断。以此为基础，研制出了一种用于采集、测量、控制电力设备的智能控制器。

2.3智能控制器软件设计

在控制软件上，我们使用了NXP公司的ARMCortex-M0+微处理器，并在MCUX presso IDE开发平台上进行了程序的编写和模拟，并且加入了白盒和黑盒测试，这样就可以更好地确保了软件系统的稳定性和可靠性。程序构建在周期20ms/50H(z16.67ms/60Hz）的基础上，使得电子控制单元对于电网参数的监控具有高的实时性，实现了系统初始化、电网参数信号处理、保护处理、输出控制、人机交互处理、通信处理、在线升级模块等。

3关键技术分析

3.1信号处理技术

目前，人们对电能测量技术提出了更高的需求，如电流测量，电压测量，功率测量，电能测量，谐波测量等。在对高压电气设备进行智能化的过程中，数据处理技术一直是一个重要的问题。主回路中的电流信号主要采用中空式电流变压器来获取，该变压器利用中空式电流变压器的di/dt变化，将较大的电流信号转换为毫伏级别的电压。同时，因其具有的相位领先作用，故还需对其进行校正和恢复。该电路利用一个整流环对该信号进行迟滞，从而实现了一个相位补偿。要选择合适的截止频率，使得它的阻尼系数与电流的谐波个数接近。主回路的电压信号是通过变流器来获取的，同样地，也要对后端的电路进行增益补偿。利用零序电流变压器对主回路中的残余电流进行了探测。上述的信号采集回路都需要经过放大、电位提升之后，才能进入MCU的ADC单元，将模拟量转化为数字量，MCU在每个循环中对64个AD值进行采样，捕获信号的波形，然后在均方根的算法的基础上，完成对电流电压有效值的计算。

3.2保护处理技术

在对智能型控制器的保护中，实现了对智能型控制器的电流保护、过/欠压保护、过/欠频率保护和逆向功率保护。电流保护主要包括了过载长延时保护、短路短延时保护及短路瞬时保护、接地故障保护，它是确保智能电器正常使用的重要因素。超负荷长延时保护是一种具有“逆时”特征的新型保护，其基本思想是通过对超负荷运行过程中出现的“过”现象进行仿真，使其工作时随着短路电流的增加而逐渐缩短。当主回路中的电能达到某个临界值时，单片机就会发出跳闸命令，检测到有可能对装置产生损害。短路短延时和接地故障保护分别采取了两种不同的保护模式，一种是反时限特性，另一种是定时限特性，而短路暂时保护则是在检测到相电流超过暂时保护值的时候，不需要延迟就会立刻发出脱扣命令，这样就可以尽量减少短路对家电或者智能控制器所带来的危害，在某种意义上能够保证用户的使用安全。其它保护如电压，频率，功率等，都是具有时间限制特征的保护。在相应的网络参数超出相应的设置阈值后，累积延迟T，若到达延迟T，就会触发跳闸命令，或者发出警报。

3.3通信技术

我们都知道，电脑科技已经渗透到社会的每一个角落，它已经是人类社会不可或缺的一部分。而现场总线技术就是将计算机技术与各种高技术相结合，从而构建出一套优良的数字通讯系统。在我国“节能减排”的背景下，用科学方法对各类电量数据进行采集和分析，实现用电智能，把握其演变规律，是今后发展的方向。该控制器所使用的通讯技术是在MCU的UART模组基础上，配合MAX485的控制转换芯片，将TTL电平转变成RS-485，从而实现与外界的通讯。由主站向其发起询问，从站在UART中断中接收到主站发出的请求，在对数据帧展开判断和分析之后，做出对应的回复。通讯资料帧的格式可以设定为校验，停止比特，并且可以设定为1200位/秒到38400位/秒的波特率。将“四遥”技术结合在一起，利用Mod Bus和TCP/IP技术构建的低压配网监测系统，不仅可以利用PC终端进行远程监测，还可以利用移动终端进行监测，从而达到对各种电气设备进行故障检测的目的。

3.4在线升级技术

通常，框架式断路器都是装在电源盘箱内，当客户进行系统的功能升级或定制化时，就会对控制系统进行更新，这时就必然要对开关进行拆卸和替换，这种情况下，会造成很大的不便，而且还会造成开关的损坏。为此，增加了联机升级技术，并引进了Boot Loader处理器，以完成对使用者程式的开机和对使用者程式的自我更新两项功能。在不需要进行拆卸和更换开关的前提下，可以直接利用通信接口将更新的程序烧录到产品中，从而降低了公司的售后服务的难度和售后费用，同时还提高了产品的性能。

结语

智能技术的使用给人类的生活与工作带来了极大的便利，对人类的生活质量有了很大的改善，也为相关企业带来了更大的利益。要促进智能化家电产业的发展，就必须加大对通信技术、智能化控制技术和信息技术的研究力度，并在实际应用中总结经验，使智能化家电步入一个崭新的时代。

参考文献

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