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P87LPC764型单片机延时型漏电继电器

1 引言

  漏电继电器是一种可在被保护线路漏电电流达到设定值(额定动作电流IΔ)后切断被保护线路供电电源的保护装置。漏电信号的检测由零序电流互感器来完成,它 可将检测到的被保护线路的漏电电流转换成毫伏级的交流电压信号,再通过信号整流、放大和滤波得到一个直流电压,然后配合相应的控制电路来驱动执行回路,以 实现切断保护线路供电电源的控制目的。简单的实现过程是信号检测→滤波→二级放大→控制电路→驱动执行回路→切断被保护线路电源。

  本文给出的延时型漏电继电器解决方案就是利用P87LPC764型单片机构成控制电路来取代传统的电路,该电路可在不同IΔ条件下实现不同的延时动作时间及其他相关功能。

  2 继电器的功能

  根据漏电保护标准及延时型漏电继电器驱动要求,该保护装可以实现以下功能:

  (1)用户可选择3档额定动作电流(分别记为IΔ1、IΔ2、IΔ3),在使用中由用户根据被保护线路的实际状况来决定。一般可以设定IΔ1

  (2) 每一种额定动作电流下(1倍情况下)均设有3档延时动作时间T1a、T1b、T1c(设定T1a

  (3) 与第一点对应,在5倍额定动作电流下,这3档电流可分别记为5IΔ1、5IΔ2、5IΔ3,相应的3档延时动作时间为T2a、T2b、T2c,同样设定 T2a

  (4)在电路中保留重合闸功能。如选择该功能,当保护装置动作并切断被保护线路电源后,将在延时T3时间后自动恢复供电。否则,装置必须手动恢复并回到初始状态。

  (5) 根据漏电动作基本要求,当选择第条功能后,装置可以在T3延时时间后自动恢复,但此时若检测的漏电信号仍然超过装置设定的额定动作电流(可称为“二次漏 电”),软件中在延时T3后紧接着设定T4(T4<    

  3 P87LPC764简介

  P87LPC764是Philips公司推出的51内核、改进型单片机,运行速度为标准80C51型机的2倍,丰富灵活的端口定义、内含二个精确模拟量比较器是选用该型号的理由。该单片机的主要功能如下:

  • 运行速度快;
  • 程序存储器为4KB OTP(一次编程),32B用户代码区;
  • 2个16位定时/计数器;
  • 2个精确模拟量比较器;
  • 可编程的I/O口输出模式;
  • 20mA的口线驱动能力。

  4 硬件电路

  4.1 信号检测与放大电路

  图1所示是漏电保护装置中信号检测与放大部分的局部电路。该装置对漏电电流的检测用一个零序电流互感器来完成,以将检测到的被保护线路的漏电电流转换成毫 伏级的交流电压信号。再由运算放大器构成的线性电路整流放大、通过对零二级放大,得到一个直流电压U20。显然,通过对零序电流互感器及相应电路参数的设 定,可使U20在一段漏电电流的范围内正比于漏电的电流。这样,对漏电电流信号的处理在电路中就转化为对U20的处理。前面提到,用户可以选择、3种额定 动作电流,实际上是在电路中通过调节R28、R29、R30将U20整定在3种不同的电压,并用三选一开关S2A(提供给用户 )来实现,每次只有一种(必须有一种)选择;额定动作电流下T1a、T1b、T1c时间的设定及5倍额定动作电流下T2a、T2b、T2c时间的设定均通 过三选一开关S3A判断,同样每次只有一种(必须有一种)选择;重合闸选用单选开关S1进行设定,具体电路如图2所示。

漏电保护装置中信号检测与放大部分的局部电路

具体电路

  在P87LPC764的16脚外接电阻分压器可以设定参考电位VREF,可以理解用户选择的3种不同额定动作电流所对应的U20是不同的,而参考电位 VREF只有一种标准,该标准一旦设定就不能改变,所以S2A的作用就是将U20信号通过开关的引导与电位器的分压来把不同数值的U20调整到合适的大 小,进而与设定的参考电位VREF进行比较。

  4.2 P87LPC764的外围电路

  图2是P87LPC764的外围电路部分,其中16脚是VREF电压设定端,按照图中参考可以得出VREF=2V。12脚P1.0用于重合闸判断,用户可 以选择装置是否执行重合闸,P1.0为0时装置具有重合闸功能;P1.1、P1.2、P1.3用于额定动作电流下T1a、T1b、T1c时间和5倍额定动 作电流下T2a、T2b、T2c的判断和选择。二级放大后的U20,一路直接送至比较器CIN1A的输入端(17脚),另外一路通过电阻分压器送至比较器 CIN2A的输入端(19脚),以分别用于输入额定动作电流下的U20和5倍额定动作电流下的U20,P0.0来驱动执行电路中的继电器,初始状态设定为 0(低电平,继电器吸合),将其连接于后面的执行电路即可使继电器处于吸合状态,配合交流接触器维持被保护线路的供电。

  5 软件设计

  软件设计主要围绕不同状态下的延时时间的设定来进行,首先判断比较器1和比较器2的输出以确定当前漏电电流的大小,具体可有三种情况:一是小于当前设定的 额定动作电流;二是大于当前设定的额定动作电流但小于5倍的额定动作电流;三是大于5倍的额定动作电流,这些可以在软件中通过判断比较器1和比较器2的输 出来控制。并可根据P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的状态来决定是否实际重合闸及不同的动作时间。其程序流程如图3所示。

 

程序流程

  6 结束语

  于要区分多种延时时间,因而采用单片机的实现方案,克服了传统分立元件带来的离散性大且不易控制的弊端。P87LPC764内含,可以很方便地 控制额定动作电流和5倍额动作电流下的动作时间。软件编写中,延时时间主要以“软件延时和定时器定时”来实现,利用传递不同变量的方式来完成多种延时时间 的控制,事实证明,这是软好的实现方案。

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