教你设计智能型漏电断路器

hip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。

2.2.4 RS485总线硬件电路

智能型漏电断路器与上位机采用RS485总线通信，一台主机可以控制多达250台断路器，RS485通信系统采用主从式结构，从机不主动发送命令或数 据，一切都由主机控制。因此在一个通讯系统中，只用一台上位机作为主机，其它各台从机之间不能通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。与上位机通信硬件 电路如图5所示。

智能断路器与上位机之间通信采用Modbus通信协议，Modbus通信协议是目前国际智能化仪表普遍采用的主流通信协议之一。两者之间采用主从式通信 方式，当上位机发送通信命令至断路器时，符合相应地址码的从机接收通信命令，并根据功能码及相关要求读取信息。如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然 后把执行结果返送给主机。

3 智能断路器的软件设计

软件完成整个断路器的功能，采用模块化结构化的C语言程序设计方案。主要包括的程序：

　　1）系统主程序。主要完成系统的端口、定时器、A/D转换器等模块的初始化工作、同时完成LCD界面显示工作。

　　2）定时中断服务子程序及A/D转换子程序，主要完成A/D转换任务及按键处理功能，单片机需要在一个周期（20ms）采样36次，并对采样暑假进行保存。

　　3）数据处理子程序，主要完成漏电电流的计算，漏电电流的判断，跳闸与否的处理等工作。

　　4）按键处理子程序，主要提供一个人机对话通道，用户可以通过按键设置漏电保护的整定值、延时跳闸时间等，其参数的修改有密码保护。

　　主要的软件系统框图如图6所示。

4 结束语

智能漏电断路器IRCCB是在配电网中广泛应用的一种低压电器主要用于防止人身触电和设备漏电故障，其工作的正确性直接影响供电的安全性和可靠性，采用 PIC单片机进行智能型漏电断路器的智能化设计，质量可靠，抗干扰性强，并能够通过总线通信技术的应用实现断路器控制的系统化和网络化。