基于P87LPC764型單片機(jī)的延時(shí)型漏電繼電器設(shè)計(jì)

    摘要：介紹以P87LPC764型單片機(jī)為核心的延時(shí)型漏電繼電器設(shè)計(jì)方案。該方案可供用戶選擇實(shí)現(xiàn)額定動(dòng)作電流和5倍額定動(dòng)作電流下不同的延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，并有重合閘設(shè)定選擇功能。解決了以往傳統(tǒng)分立元件帶來的延時(shí)時(shí)間離散性大且不實(shí)現(xiàn)的弊端。

    關(guān)鍵詞：延時(shí)時(shí)間 漏電繼電器 單片機(jī) 設(shè)計(jì)

1 引言

漏電繼電器是一種可在被保護(hù)線路漏電電流達(dá)到設(shè)定值（額定動(dòng)作電流IΔ）后切斷被保護(hù)線路供電電源的保護(hù)裝置。漏電信號(hào)的檢測(cè)由零序電流互感器來完成，它可將檢測(cè)到的被保護(hù)線路的漏電電流轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)的交流電壓信號(hào)，再通過信號(hào)整流、放大和濾波得到一個(gè)直流電壓，然后配合相應(yīng)的控制電路來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行回路，以實(shí)現(xiàn)切斷保護(hù)線路供電電源的控制目的。簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)過程是信號(hào)檢測(cè)→濾波→二級(jí)放大→控制電路→驅(qū)動(dòng)執(zhí)行回路→切斷被保護(hù)線路電源。

本文給出的延時(shí)型漏電繼電器解決方案就是利用P87LPC764型單片機(jī)構(gòu)成控制電路來取代傳統(tǒng)的電路，該電路可在不同IΔ條件下實(shí)現(xiàn)不同的延時(shí)動(dòng)作時(shí)間及其他相關(guān)功能。

2 繼電器的功能

根據(jù)漏電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及延時(shí)型漏電繼電器驅(qū)動(dòng)要求，該保護(hù)裝可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）用戶可選擇3檔額定動(dòng)作電流（分別記為IΔ1、IΔ2、IΔ3），在使用中由用戶根據(jù)被保護(hù)線路的實(shí)際狀況來決定。一般可以設(shè)定IΔ1<IΔ2<IΔ3。

（2）每一種額定動(dòng)作電流下（1倍情況下）均設(shè)有3檔延時(shí)動(dòng)作時(shí)間T1a、T1b、T1c(設(shè)定T1a<T1b<T1c)，不難看出，這3檔額定動(dòng)作電流要區(qū)分9種延時(shí)動(dòng)作情況。延時(shí)動(dòng)作時(shí)間是指電路檢測(cè)到的漏電電流超過額定動(dòng)作電流到電路執(zhí)行回路動(dòng)作并切斷被保護(hù)線路電源的時(shí)間。

    （3）與第一點(diǎn)對(duì)應(yīng)，在5倍額定動(dòng)作電流下，這3檔電流可分別記為5IΔ1、5IΔ2、5IΔ3，相應(yīng)的3檔延時(shí)動(dòng)作時(shí)間為T2a、T2b、T2c，同樣設(shè)定T2a<Tab<T2c。顯然動(dòng)作電流越大，相應(yīng)延時(shí)動(dòng)作時(shí)間越小，即T2a<T1a、T2b<T1b、T2c<T1c。

（4）在電路中保留重合閘功能。如選擇該功能，當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作并切斷被保護(hù)線路電源后，將在延時(shí)T3時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)供電。否則，裝置必須手動(dòng)恢復(fù)并回到初始狀態(tài)。

（5）根據(jù)漏電動(dòng)作基本要求，當(dāng)選擇第條功能后，裝置可以在T3延時(shí)時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)，但此時(shí)若檢測(cè)的漏電信號(hào)仍然超過裝置設(shè)定的額定動(dòng)作電流（可稱為“二次漏電”），軟件中在延時(shí)T3后緊接著設(shè)定T4（T4<<T3）延時(shí)時(shí)間，即應(yīng)該具備在T4并超過裝置設(shè)定的額定動(dòng)作電流時(shí)，裝置處于閉鎖狀態(tài)，必須手動(dòng)恢復(fù)復(fù)并回到初始狀態(tài)；如果在T4延時(shí)時(shí)間到達(dá)前“二次漏電”解除或“二次漏電”本身不存在，就不會(huì)使裝置處于閉鎖狀態(tài)。這樣，設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮到“二次漏電”的可能性，避免盲目地自動(dòng)重合閘。

3 P87LPC764簡(jiǎn)介

P87LPC764是Philips公司推出的51內(nèi)核、改進(jìn)型單片機(jī)，運(yùn)行速度為標(biāo)準(zhǔn)80C51型機(jī)的2倍，豐富靈活的端口定義、內(nèi)含二個(gè)精確模擬量比較器是選用該型號(hào)的理由。該單片機(jī)的主要功能如下：

·運(yùn)行速度快；

·程序存儲(chǔ)器為4KB OTP（一次編程），32B用戶代碼區(qū)；

·2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；

·2個(gè)精確模擬量比較器；

·可編程的I/O口輸出模式；

·20mA的口線驅(qū)動(dòng)能力。

圖2

4 硬件電路

4．1 信號(hào)檢測(cè)與放大電路

圖1所示是漏電保護(hù)裝置中信號(hào)檢測(cè)與放大部分的局部電路。該裝置對(duì)漏電電流的檢測(cè)用一個(gè)零序電流互感器來完成，以將檢測(cè)到的被保護(hù)線路的漏電電流轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)的交流電壓信號(hào)。再由運(yùn)算放大器構(gòu)成的線性電路整流放大、通過對(duì)零二級(jí)放大，得到一個(gè)直流電壓U20。顯然，通過對(duì)零序電流互感器及相應(yīng)電路參數(shù)的設(shè)定，可使U20在一段漏電電流的范圍內(nèi)正比于漏電的電流。這樣，對(duì)漏電電流信號(hào)的處理在電路中就轉(zhuǎn)化為對(duì)U20的處理。前面提到，用戶可以選擇、3種額定動(dòng)作電流，實(shí)際上是在電路中通過調(diào)節(jié)R28、R29、R30將U20整定在3種不同的電壓，并用三選一開關(guān)S2A（提供給用戶 ）來實(shí)現(xiàn)，每次只有一種（必須有一種）選擇；額定動(dòng)作電流下T1a、T1b、T1c時(shí)間的設(shè)定及5倍額定動(dòng)作電流下T2a、T2b、T2c時(shí)間的設(shè)定均通過三選一開關(guān)S3A判斷，同樣每次只有一種（必須有一種）選擇；重合閘選用單選開關(guān)S1進(jìn)行設(shè)定，具體電路如圖2所示。

在P87LPC764的16腳外接電阻分壓器可以設(shè)定參考電位VREF，可以理解用戶選擇的3種不同額定動(dòng)作電流所對(duì)應(yīng)的U20是不同的，而參考電位VREF只有一種標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)一旦設(shè)定就不能改變，所以S2A的作用就是將U20信號(hào)通過開關(guān)的引導(dǎo)與電位器的分壓來把不同數(shù)值的U20調(diào)整到合適的大小，進(jìn)而與設(shè)定的參考電位VREF進(jìn)行比較。

4．2 P87LPC764的外圍電路

圖2是P87LPC764的外圍電路部分，其中16腳是VREF電壓設(shè)定端，按照?qǐng)D中參考可以得出VREF=2V。12腳P1.0用于重合閘判斷，用戶可以選擇裝置是否執(zhí)行重合閘，P1.0為0時(shí)裝置具有重合閘功能；P1.1、P1.2、P1.3用于額定動(dòng)作電流下T1a、T1b、T1c時(shí)間和5倍額定動(dòng)作電流下T2a、T2b、T2c的判斷和選擇。二級(jí)放大后的U20，一路直接送至比較器CIN1A的輸入端（17腳），另外一路通過電阻分壓器送至比較器CIN2A的輸入端（19腳），以分別用于輸入額定動(dòng)作電流下的U20和5倍額定動(dòng)作電流下的U20，P0.0來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路中的繼電器，初始狀態(tài)設(shè)定為0（低電平，繼電器吸合），將其連接于后面的執(zhí)行電路即可使繼電器處于吸合狀態(tài)，配合交流接觸器維持被保護(hù)線路的供電。

5 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要圍繞不同狀態(tài)下的延時(shí)時(shí)間的設(shè)定來進(jìn)行，首先判斷比較器1和比較器2的輸出以確定當(dāng)前漏電電流的大小，具體可有三種情況：一是小于當(dāng)前設(shè)定的額定動(dòng)作電流；二是大于當(dāng)前設(shè)定的額定動(dòng)作電流但小于5倍的額定動(dòng)作電流；三是大于5倍的額定動(dòng)作電流，這些可以在軟件中通過判斷比較器1和比較器2的輸出來控制。并可根據(jù)P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的狀態(tài)來決定是否實(shí)際重合閘及不同的動(dòng)作時(shí)間。其程序流程如圖3所示。

6 結(jié)束語

由于要區(qū)分多種延時(shí)時(shí)間，因而采用單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案，克服了傳統(tǒng)分立元件帶來的離散性大且不易控制的弊端。P87LPC764內(nèi)含電壓比較器，可以很方便地控制額定動(dòng)作電流和5倍額動(dòng)作電流下的動(dòng)作時(shí)間。軟件編寫中，延時(shí)時(shí)間主要以“軟件延時(shí)和定時(shí)器定時(shí)”來實(shí)現(xiàn)，利用傳遞不同變量的方式來完成多種延時(shí)時(shí)間的控制，事實(shí)證明，這是軟好的實(shí)現(xiàn)方案。