【《基于單片機的智能復合開關設計與應用研究》15000字】

在電力系統(tǒng)中，用來保證電能質量的裝置是無功補償裝置。它能夠減小電網的損耗，在提升電網輸送電能的能力，和電力設備的利用率的方面，起到了至關重要的作用。在一個無功補償的裝置中，最重要的過程就是電容投切的過程。因為，如果在這個過程中，采用傳統(tǒng)的機械開關的話，就會產生涌流的現(xiàn)象。涌流會對電網，電容器等一些電力設備產生非常大的危害。為了解決這一危害，我們一般通過引入電力電子元件的方式，但是電力電子元件運行損耗提高了設備運行的成本，而作為投切開關的純電力電子元件一般只是要求快速投切使用。但是，如果將電力電子元件和傳統(tǒng)機械開關綜合雙方的優(yōu)勢，設計出來的復合開關，則有著巨大的價值。因此，對復合開關的工作過程進行深入的分析研究、優(yōu)化它的控制方案便顯得尤為重要。無功補償電容機在投切工作時會出現(xiàn)產生大量的電流和沖擊問題，同時還會出現(xiàn)產生大量的電壓振動震蕩問題。那么為了有效地解決這個問題，本文就設計了一種復合開關，該復合開關就是把一臺單片機當作主控制器。將磁保持繼電器和雙向晶閘管連接到一起，進而可以實現(xiàn)平滑的投切，能量的消耗也會得到很大的降低。不僅如此，本文還將一種檢測電路廣泛的應用于開關控制電路中，由于這種檢測電路在復合式開關中的廣泛應用，使其具有多種檢測功能。因為是檢測電路的設計，系統(tǒng)的安全性得到了大大的提高。關鍵詞：無功補償；投切開關；單片機 2無功補償方式及容量確定 2.1低壓配電網的無功補償方式 2.1.1低壓集中補償方式 2.1.3用戶終端就地補償方式 2.2補償電容器組的接線方式 2.3不同電容器投切功率元件的比較 2.3.1機械開關 2.3.2晶閘管 2.3.3復合開關 2.3.4根據實際需要選擇不同的投切元件 2.4復合開關的基本原理 3硬件系統(tǒng)設計 3.1復合開關硬件系統(tǒng)總體框圖 3.1.1智能復合開關電源系統(tǒng)設計 3.1.2單片機系統(tǒng)設計 3.1.3溫度檢測電路設計 3.1.4相序及斷相檢測電路設計 3.1.5晶閘管保護電路設計 26-3.1.6磁保持驅動電路設計 27-3.1.7過零觸發(fā)電路設計 30-3.1.8通訊接口電路設計 32-4軟件系統(tǒng)設計 4.1智能復合開關軟件系統(tǒng)程序框圖 4.2溫度檢測模塊框圖 4.3相序及斷相檢測程序模塊 35-4.4合分控制程序模塊 36- 39-無功功率，根據電磁式磁力感應的工作原理可用來進行工作的各類大型用電感應裝置很多，比如我們現(xiàn)在日常生活中經常需要使用的電力配電站和變壓器、電動機等一些大型各類用電感應裝置，它們在其中需要進行各種能量的動力轉移和熱量傳輸時主要還是依賴于其中建立的交變的電磁場。我們因此把我們需要建立一個交變頻的磁場和一個由于磁場感應感受到的磁通而自動產生所可能需要的無功功率系統(tǒng)叫做無功功率，所以，“無功功率”一詞中的“無功”其實并不是“無用”的無功功率，只不過其中的功率并不是被轉化成一種熱能、機械能的功率而已(李曉東，張文博，王俊宇，2022);所以，有功交流電源和一種無用有功交流電源都被我們認為應該是一個交流供電電力系統(tǒng)中必須經常使用的一種電力設備，二者如果缺少任何一個都不是可以無法做到。在目前我國的水力電網中，由一個特定電源設備提供電流給一個特定負載的電流輸出的其電流和功率主要可能有兩種：一種可能是輸出有功的電功率，另一外兩種則可能是無功功率(reactivepower)。保持正常使用是在電子系統(tǒng)中使設備正常運行工作所產生需要的各種電能和功率能量即使是有功或無功率，將所有的各種電能都可以轉換過來成為其他電子方面的各種功能，比如電動機器人的使用電能、光能、熱能，的這些電能和功率也有時可以認為是一種有功或無功率。這在一定程度上預兆了像我們曾經這樣學習過的：5.5kw的日光直流電力發(fā)動機，它就是把5.5kw的所有自然光和電力轉化成了其他機械的電能，進而也就可以直接實現(xiàn)自然光和能量的相互轉化，在我們日日生活中常見的直流高壓水泵空氣吸入器和抽水或者直流水泵脫粒器等發(fā)電裝置，都已經是直接可以實現(xiàn)了我們自然界的電能和其他機械動力之間的相互轉化(劉思韻，陳晨曦，周子和，2023);像日光燈等裝置主要是在集成電路內的一個應用電場和磁力學中進行應用，這在某種程度上驗證了并且被廣泛地用來作為一種在電氣設備中直接建立和保護磁場的一種有效功率。電氣設備中帶有電磁線圈的，都是要建立磁場的，那么建立完磁場之后，沒有了成功功率也就得到了最大消耗。對于這一結果與葛飛合教授的研究結果一致，無論是在設計過程還是最終的分析結果上面，首先在設計過程中，采用了系統(tǒng)化的研究方法，確保了從概念形成到方案實施的每一步驟都能有據可依。本研究同樣重視理論框架的構建，這不僅為具體的設計決策提供了堅實的理論基礎，還促進了對相關變量之間復雜關系的理解。此外，在設計階段本文強調跨學科的合作，通過整合不同領域的專業(yè)知識提高了設計方案的全面性和創(chuàng)新性，這種做法使得研究團隊能夠及時響應新出現(xiàn)的問題，并根據實際情況靈活調整研究路徑。例如40w的直流日光燈，它不僅僅僅只是因為我們需要40w的左右有功發(fā)電功率(因為有功發(fā)電功率的絕大部分已經在整個鎮(zhèn)流器中全部消耗)而除了能夠可以進行繼續(xù)發(fā)光外，一定意義上展現(xiàn)了鎮(zhèn)流器在其他的線圈上所使用構成的兩個交互相變電子間的磁場也只是因為我們需要繼續(xù)使用80w左右的無功功率(張志華，李天佑，王怡萱，2021)。正因為它在我們面前從內對外并沒有那么做功，所以我們才把它無功功率的用處也是非常大的，所以它不是無用的，沒有用的功率。電動機使轉子轉動，需要建立和維持旋轉磁場，這樣才能帶動機械運動，電源提供無功功率使電動機的轉子磁場建立起來。這在一定程度上昭示變壓器還需要無功功率，使變壓器的一次線圈產生磁場并感應二次線圈的電壓(周逸和，劉思琪，張博文，2021)。因此，假如如果一臺高壓電動機完全沒有無功功率的話，那么這臺電動機就不再有可能正常進行轉動，變壓器也就不再有可能正常進行變壓了，連一個電磁交流接觸器都不太能可以用來實現(xiàn)這種電磁場的吸合。電氣設備不僅僅是需要由有源器件獲得功能，而且也是由無功功率器件獲得。如果我國電網的無功功率供電能力不足，電氣設備無功功率不足以建立正常電磁場，則在額定條件下無法維持，電氣設備終端電壓降低。從而影響了電無功功率對供、用電也產生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：(1)降低發(fā)電機有功功率的輸出；(2)當觀察到在有功功率必須達到一定限度時，增加無功功率便需要減少輸、變電裝置的供電量；(3)在電網中無功功率的流行會導致線路上電壓的損失加劇及電能消耗的(4)當系統(tǒng)在工作中缺少一定的無功功率就可能會造成較低的功率因數的運行及電壓的下降，使得電氣裝置的容量不能夠得到很好的發(fā)揮；2無功補償方式及容量確定一個電容器的補償容量和所需要采用的補償連接方式，未進行補償時的負荷狀況以及各種電容器之間的連接。對于不同的補償方式，其中對于補償容量的影響有著不同的計算公式。低壓直流電網補償是一種主要利用三相并聯(lián)的低壓電容器對其電流進行無損有功電流補償的基本工作原理方式隨著按壓時電容器電流所在位置值的改變而不會發(fā)生較大改變，這在一定程度上預示了它主要采用無損有功電流補償方式；用戶終端就地補償方式；低壓集中補償方式。目前，國內最常見的無損有功容量補償系統(tǒng)技術之一就是在每個用戶的專門并聯(lián)變壓器柜的低壓整流母線380v側對其容量進行集中無功補償(詳細參見方式圖2-1方式1)通常，采用一臺微機自動操作控制的專門低壓母線并聯(lián)組合電容器柜，其負荷容量從幾十萬左右增加到幾十萬美元左右不等，根據每個不同用戶的實際負荷需求水平及其波動分別設定了容量相應多少或幾十萬美元的并聯(lián)電容器柜，對其容量進行了不可追溯性無功補償(劉凱琳，張宇航，周文博，2019)。主要研究目標之一是為了大量小幅度地有效提高配電專業(yè)專用變壓器系統(tǒng)使用者的局部功率驅動因數和輸出可靠性，利用已獲成果可以推導出以下觀點從而有效達到電壓局部的無損和功平衡，從而認為有利于有效降低工業(yè)配電網和工業(yè)配電專用變壓器的局部功率因數損耗，這具有一定現(xiàn)實意義，也有人可能認為有助于有效確保專業(yè)用戶的輸出電壓穩(wěn)定水平(王天澤，趙子萱，陳宇和，2023)。為保障研究結果的可靠性和可信度，本文首先通過廣泛搜集和審閱國內外相關領域的經典與前沿文獻構建了一個堅實的研究背景框架。這不僅幫助本文明確了研究問題的獨特貢獻點，也確保了本文的研究建立在充分理解現(xiàn)有知識的基礎上，本文精心挑選了多種來源的第一手和第二手資料包括但不限于類似文獻、官方報告等。這些資料的選擇基于其權威性、時效性和代表性，以確保能夠從多個角度全面地反映研究主題發(fā)展的真實情況。此種維修補償服務模式的維修投資與相關維修管理費用由專門用于使用大型變壓器的維修用戶自行單獨承擔。目前，國內許多廠家所開發(fā)生產的各種開關來源電壓自動水平調節(jié)功率補償開關設備都用的是直接依靠來源電容的開關功率波動因數等來進行自動電壓調節(jié)，根據用戶開關來源電壓的波動大小等來進行自動調節(jié)，保證了每個用戶的開關電壓穩(wěn)定水平，但都用的是一些屬于單一的功率判據，容易導致引起用戶開關電壓振蕩。為了更好地實現(xiàn)對電壓的控制，無功補償器組一般選擇并聯(lián)電容器機組。無功控制技術在國內已經積累了很多豐富的經驗。缺點主要是由于在判據中電壓與無功功率(或稱功率因數)之間的限值是固定不變的，獨立的。在電力系統(tǒng)中，電壓與無功的調節(jié)器是相互作用的。這在某種程度上象征按其固定的規(guī)則因為邊界的不同需要根據工作模式而進行相應的調整；振蕩主要發(fā)生在一些區(qū)將兩個低壓電容器的繞組按照工作所需的無限恒功電流容量，分別直接組合安裝在一條具有相應的電流母線上，或者直接與一個采用低壓電的主干線相連接，形成內部采用分散式電流補償的工作方式，如圖2-1所示。由于一個新的電容器裝置是可以分散到每個附近客戶的旁邊，所以任何主要使用一個電容器裝置的無功功率都同樣可以從附近客戶獲得功率補償(劉思遠，王文靜，陳嘉瑞，2022)。對于這一部分的創(chuàng)作借鑒了章和寧教授的相關主題的研究，主要體現(xiàn)在思路和手法方面，在思路上遵循了其強調的系統(tǒng)性與邏輯性的原則。通過深入分析研究對象的內在結構和運作機制，本研究不僅吸收了章教授提出的多層次、多角度審視問題的方法論，還進一步將這些理念應用于具體實踐中以確保研究結果的全面性和準確性。在手法上本文采納了章教授所提倡的定量與定性相結合的研究方法為研究提供了堅實的數據支持和理論依據。由于此時大部分的無功功率不再主要是通過配電線路直接驅動向上向下進行功率傳輸，相應的它也大大降低了對小型變壓器下或其他配電系統(tǒng)線路對于配電用戶的無功功率傳輸損耗，當一個小型變壓器下的配電用戶人數較多時，用戶與整個配電系統(tǒng)線路之間的傳輸距離較遠，此時補償的效果最好(張文杰，趙瑞婷，李宇翔，2020)。380V2.1.3用戶終端就地補償方式原位補償電容一般安裝在異步電動機或可感性的電氣設備附近，在其原位上進行無功補償，也可以稱為個人補償或者是個體補償，如圖2-1所示。該方法不僅可以大幅度地提高中小型用電裝置的供電系統(tǒng)和輸出功率因數，而且還可以大幅度地改善中小型設備的輸出電壓和質量(王子凡，劉玉婷，張啟航，2022)。從這些活動中看出近年來，隨著我國制造低壓自愈并聯(lián)電容器技術能力的逐漸增強和新一代型號電容器規(guī)格的日益完善，為原位補償技術的推進和應用創(chuàng)造了良好的有利條件。然而，這一補償模型還存在著弊端。由于這種無功補償電容器組的供電網容量一般都是根據電機在空載電流下的大小來進行選擇(以便于避免電機在離開時由于無功補償電容器放電產生自勵磁和過電壓),因此，當一臺電機在較長的負載下運轉時，無功功率仍然會需要從供電端傳輸給接收終端，配電網無結合上述三種無功減損補償的常用方法，這三種無功補償好的方法都不具有其它的優(yōu)缺點。從這些趨勢中看出三種長期補償經濟措施若能夠進行長期綜合效益考量，并及時加以科學合理安排，可以長期獲得良好的實用科學經濟技術和社會經濟效益(劉思涵，張?zhí)煊睿w文博，2023)。對此本文也進行了結論的復核，首先在理論上確保了研究結論與現(xiàn)有學術框架的一致性。本文仔細比對了本研究得出的主要結論與相關領域內已被廣泛接受的理論以驗證其合理性和邏輯嚴密性。通過這一過程，本文確認了研究結果不僅能夠得到現(xiàn)有理論的支持，而且在某些方面提供了新的見解或補充，進一步豐富和完善了相關理論體系。其次，在實證層面本文重新分析原始數據、使用不同的統(tǒng)計工具和技術進行交叉驗證、以及引入外部數據集作為對照樣本等措施。通過這些手段本文力求排除任何可能影響結論準確性的偏差因素，保證研究發(fā)現(xiàn)的真實性和普遍低壓動態(tài)無功補償設備的主電路是一種泛指與該設備的電路某一部分或者網絡直接相互聯(lián)系而形成的電容元件組和它們的附件。三相電容器有兩種不同的接線形式：r接線和△接線，r接線方式，也包括中性點接地和中性點不接地兩種接線方式(王天瑞，李梓悅，陳浩然，2022)。電容器當作r-接線，電路比較簡單，復合開關及各系列電容器并網，無功補償由主集成電路組成?！鹘泳€使用的電容器，僅僅適用于三相共補電路，若三相負載不平衡，三相功率因數角及電流相差較大，主電路僅僅只能通過r法來滿足三相相位補償的需求(張紫薇，趙俊豪，李詩雅，2021)。從中可以表明但是它采用了△接線的方式，同時還具備了一些特殊的優(yōu)點：一個好處是它可以減少復合開關的輸出電流容量；其次，電容電壓允許保證不會由于中性點而引起電壓上升漂移；第三，避免過程中線性電流以復合開關為例，在低壓電網中有三種主要的接線方式：(1)三相控制△接線(圖2-2)。復合開關開關電容中的這種方法，需要同時考慮電容殘馀電壓，系統(tǒng)電壓和電容殘馀電壓，是晶閘管輸入的觸發(fā)點。否則，由于電容兩端的電壓不能突然變化，在晶閘管會產生較大沖擊電流時，系統(tǒng)電壓與電容殘馀電壓的差較大，這種沖擊會直接損壞晶閘管(劉子和，王紫涵，周彥宏，2022)。圖2-2并聯(lián)電容器組的△接法(2)三相控制的與接線方式(圖2-3)。這種接線，晶閘管電壓定額可以降低，但電流定額增大(李文彬，張怡然，趙思源，2022)。電容器電壓降低會提高其單位價格，同時投入時會產生短時不平衡中線電流。圖2-3并聯(lián)電容器組的右接法(3)三相控制的r接線方式(圖2-4)。這種無中性線的接法，電容器組可以選擇任何i種三相電容器。采用此種接法時，每相承受的是相電壓，所以具有相同電容量的三個單相電容器組，補償容量是采用△接法的三分之一。圖2-4并聯(lián)電容器組的r接法2.3不同電容器投切功率元件的比較電容器的日常投切直流功率電容控制元件的日常工作主要任務就是在保證投切功率電容的正常工作運行過程中盡量多地降低投切電容器的直流投切功率涌流，目前主要應用有交流機械驅動開關、晶閘管和直流復合驅動開關等幾種不同的工作形式，下面分別給大家簡單說明它們的功能特點(王子航，李雪慧，劉浩宇，2023)。對于以上這部分存在的創(chuàng)新主要在于視角的創(chuàng)新，首先體現(xiàn)在對研究問題的獨特切入點選擇。本研究突破了傳統(tǒng)研究中較為局限的視角從更為宏觀和微觀的角度同時出發(fā)，既關注整體趨勢又注重個體差異，為理解復雜現(xiàn)象提供了新的思路。這種雙重視角不僅加深了對研究對象內在機制的理解，也為解決實際問題提出了更具針對性的建議。真空接觸斷路器或簡稱真空接觸器一般被廣泛應用于目前中國一些大型傳統(tǒng)的機械式補償開關，廣泛應用于目前中國的一些大型無功電壓補償開關裝置以及國外的一些重型通用托卡馬克補償裝置。雖然它同樣具有產品制造過程成本相對較低、耐電腐蝕性能相對較差等諸多優(yōu)點，這在一定程度上預兆了但(1)切斷電容器的工作電路易易燃，引起超高過電壓，除了開關的操作外，可能會使電動機出現(xiàn)接觸點的彈跳，也可能會使電動機產生超高過電壓；(2)當機械開關合閘時，會產生一個很大的涌流；(4)機械開關有著比較大的動作時延。由此可以看出，如果一個機械開關的無功進行投切運算操作頻率太高的話，這樣，這在某種程度上驗證了不僅對于補償式電容器來說有著很大的威脅和危害，而且對于開關本身的威脅也不小，所以，這一類的無功進行開關，是不太適合應用于變化很快的無功進行投切補償裝置中的(劉穎慧，王瑾瑤，陳宇翔，2022)。針對晶閘管開關的頻繁運行，設計與開發(fā)。開關在低壓電力傳動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。無弧形，壽命長，動作快的優(yōu)點。但是考慮到晶閘管被切斷的時候電容中有可能會存在一個殘余的電壓，晶閘管必須能夠承受最大電壓。為了保證能夠在高壓應用中正常使用該電源，可以考慮使用一系列的串聯(lián)式晶閘管控制方法，一定意義上展現(xiàn)了因此該電源需要具有完美的動態(tài)和靜態(tài)之間電壓分配的措施，而整體的設計還必須保證留出3至4倍的電流充裕，并保證留下一定量的電流作為備用(張晨曦，趙思源，李嘉瑞，2021)。所以晶閘管啟動器的開關費用高，可靠性不好。但是，在一些比較低壓的系統(tǒng)中，可控硅控制電容器的輸入或者拆卸存在以下問題：可控硅加熱容量大，散熱問題，散熱器體積大，不適宜于機柜等集成裝置，需要選擇高壓產品。而且其費用相對比較高。2.3.3復合開關復合開關是將傳統(tǒng)繼電器與晶閘管有機結合，充分利用繼電器電阻小，晶閘管開關可實現(xiàn)軟開和軟閉合，傳導相對較快，相位可控等優(yōu)點。提高交換機的整體性能，節(jié)省投資。這在一定程度上昭示目前已使用國外直流復合開關。本文提出了一種具有涌入電流小、不易再點火、切換頻繁的低壓交流復合開關。該復合開關有著如下的特點：(1)它能夠精準的控制三相合閘的時間，同時還能夠抑制合閘時產生的涌流現(xiàn)象.進而，實現(xiàn)對開關及電容器的保護(王雅婷，劉思琦，張瑞宇，2022);(2)當繼電器在低電壓條件進行合閘時，對延長開關的壽命是十分有利的；(3)當繼電器斷開時，電流此時就會向晶閘管的方向換流，那么燃弧時間就會被大大減小，當燃弧時間被減小時，繼電器的使用壽命就會被延長；(4)復合開關有著開關動作時間短的特點。從上述的特點可以得到這樣的結論，這在一定程度上預示了復合開關相比于其他開關，它更適合頻繁的操作，復合開關投切電容的時候，可以做到沒有涌流沖擊，沒有操作的過電壓，沒有電弧重燃的現(xiàn)象，這樣一來，整機使用壽命就會被大大的延長，維修的次數就會被大大的縮減(李志鵬，周嘉琳，趙紫涵，2021)。2.3.4根據實際需要選擇不同的投切元件根據不同負載類型要求選擇不同的電機，適用于響應速度不高、不長的情況；繼電器適用于無快速響應、低浪涌、成本敏感的無功補償；復合開關適合快速響應、限制電涌和節(jié)省成本的無功補償，因此采用復合開關作為電容器的(1)復合開關是由電子開關并聯(lián)開關電器的觸頭構成，用了電力傳感器元件在開啟與關斷過程中的可控制與無弧，利用已獲成果可以推導出以下觀點及開啟電器觸頭的導通損耗低等優(yōu)點。因繼電器或接觸器在接通或保持過程中會存在較大的保持損耗，因此本研究課題選擇了一種比較節(jié)能、低效率的無保持損耗的電磁保持繼電器，也就是說復合開關是由晶閘管附帶的加磁保持繼電器構圖2-5智能復合開關基本原理復合開關的基本原理如圖2-5所示。圖T1為晶閘管，K1為磁保持繼電器觸點。智能復合開關的工作過程如下：合閘過程是在開關兩端電壓為零時，由過零觸發(fā)電路觸發(fā)晶閘管T1,然后吸收磁保持繼電器。開路過程首先對晶閘管T1施加觸發(fā)信號，這在某種程度上象征然后斷開磁保持繼電器斷開觸點K1,最后從晶閘管中取出觸發(fā)信號。晶閘管T1在電流過零時完成開路過程(張宇和，李雪珂，趙天宇，2022)。這一結果也與本文之前的預想研究結果一致，這在一定程度上體現(xiàn)了本文研究方向的正確性。首先，這種一致性反映了本文在研究設計初期所設定的目標和假設具有堅實的基礎。通過對相關理論文獻的深入探討和對已有研究成果的綜合分析，本文的預想建立在一個合理且有據可依的基礎上，而最終獲得的結果與預期相符，進一步驗證了這些研究的有效性。這一結果的吻合證明了本文所采用的研究方法和工具是恰當且有效的。研究過程中，本文嚴格遵循學術規(guī)范，采用了多種驗證手段來保證結論的準確性。當開關兩端的電壓通過零時電容器接通，使電容器的開關電路不產生輸入電流。擊穿過程中磁保持繼電器接觸電流向晶閘管的傳遞是一個無弧過程。因此，觸點不發(fā)生無弧擊穿，不產生觸點損耗，保證了復合開關的長電氣壽命。(2)新型復合開關主接線圖新型復合開關主接線圖如圖2-6所示。圖2-6新型復合開關的主接線圖3硬件系統(tǒng)設計根據設計功能要求設計了圖3-1的復合開關系統(tǒng)框圖，統(tǒng)、單片機、溫度檢測電路、相序及斷相檢測電路、晶閘管保護電路、磁保持驅動電路、晶閘管過零觸發(fā)電路，RS485通訊接口(王子翔，劉雪婷，張怡(1)電源系統(tǒng)：其主要功能是對整個電路，單片機等提供電源；(2)單片機：其主要功能是對一些數據進行采集，接收及處理等，這些數據主要包括溫度數據、相序斷相數據、和分閘信號數據等。另外單片機還控制著合分順序，所以說它是整個系統(tǒng)的核心；(3)溫度檢測電路：它主要的作用就是對溫度進行監(jiān)測，這個監(jiān)測主要是指對補償電容進行監(jiān)測，目的是確保電容安全運行；(4)相序及斷相檢測電路：在合分順序上它起著重要作用，它也能實現(xiàn)斷相保護功能；(5)晶閘管保護電路：其功能是保證復合開關安全可靠的運行；(6)磁保持驅動電路：設計此電路主要是由于磁保持在合分的過程中需要一個較大的功率，單片機是無法驅動這個過程的，所以設計磁保持驅動電路；(7)晶閘管過零觸發(fā)電路：晶閘管過零觸發(fā)電路是智能復合開關能成功運行的關鍵所在，從這些活動中看出晶閘管若在非電壓過零點合，產生的沖擊電流極易損壞晶閘管(李思遠，趙麗萍，周昊宇，2020);(8)RS485通訊接口：通過與上位機的通信可以很好地實現(xiàn)復合開關的智能控制。檢測電路在上電時檢查是否有缺相或者空載現(xiàn)象；接收來自控制器的合分命令、同時并上傳智能復合開關的運行狀態(tài)方面的信息等?？傮w框圖見圖3-1:電源系統(tǒng)相序及斷相檢測電路單單片片機晶閘管過零觸發(fā)晶閘管保護電路圖3-1智能復合開關系統(tǒng)框圖2、三相控制的與接線方式(圖2-3)。這種接線，晶閘管電壓定額可以降低，但電流定額增大。電容器電壓降低會提高其單位價格，同時投入時會產生短時不平衡中線電流(張宸妍，劉建華，王子關于此主題已有的研究成果，在研究深度上有所加強，首先通過綜合分析現(xiàn)有文獻中的關鍵理論和實證發(fā)現(xiàn)，本文構建了一個更為系統(tǒng)且全面的框架，旨在為該領域的研究提供新的視角和方法論指導。其次，為了確保研究的有效性和可靠性不僅驗證了前期理論假設，還進一步探索了未被充分關注的研究空白。智能復合開關電源的原理如圖3-2所示。380V電網電壓經TF1變壓器降壓，B1全波整流，電容E1濾波及U1(L7812)穩(wěn)壓為磁保持繼電器的合分提供12V的直流電源。12V電壓再經U2(L7805)穩(wěn)壓為5V為智能復合開關整個系統(tǒng)提供電源。圖中的RV1為壓敏電阻，主要是防雷擊E3都為10000uF/25V的電解電容其主要功能是為檢測到電網突然斷相或斷電時它以獨特的硬系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設計，逐漸被廣在工程設計人員采用。它采用COMS工藝結構所以功耗極低，而且有極強的負載驅動能力，每個引腳可以驅動20mA-25mA。采用精簡指令RISC技術，優(yōu)選使用頻率最高的簡單指令，使用較多的中檔機其指令集系統(tǒng)只有35條指令，具有易學易用的特點(李嘉和，王睿昊，2022)。根據智能復合開關的功能的要求，選取了PIC16F873A,它具有4K字節(jié)的程序存儲器，192字節(jié)的RAM,128字節(jié)的EEPROM,22個I/O引腳，5路10位A/D轉換器，擁有1個通用的串行通信模塊，從這些趨勢中看出配置了3個定時器/計數器模塊，還集成了WDT,電壓掉電保護電路等。PIC16F873管腳圖如圖2、4-3(a)所示。由于PIC系列單片機功能高度集成，因而只需提供5V電源、復位電阻、晶體振蕩電路并接簡單外圍電路就可工作，如圖3-3所示(張文博，陳思琪，2023)。(a)PIC16F873A管腳圖RA0/ANORA2/AN2/VREF-RA5/AN4/SSRCO/TIOSO13456 8(b)PIC16F873A簡單應用題圖3-3PIC16F873A管腳及簡單應用3.1.3溫度檢測電路設計電力電容是無功補償裝置中關鍵元件，如果其產生故障，將使無功補償裝置失效、引起電網不平衡運行甚至引起火災危險，因而對其保護是非常重要。目前電力電容器的保護通常采用過壓和過流的保護措施。但是過壓保護和過流保護無法對由于介質老化、諧波電流、部分擊穿、通風不良等引起電力電容器發(fā)熱作出保護，電力電容器發(fā)熱將加速電力電容器的老化，并呈現(xiàn)惡性循環(huán)。從中可以看出本研究特別注重跨學科交叉融合，借鑒相關領域如經濟學、社會學、等的理論工具和分析模型，以期從多維度解析研究問題，從而豐富和完善已有理論體系。通過對研究結果的深入解讀本文提出了具有實際應用價值的政策建議或實踐指南，希望能夠對行業(yè)發(fā)展、決策制定以及未來研究方向產生積極影響。同時電力電容器發(fā)熱是一個緩慢累積的過程，因而對電容器溫度的監(jiān)測和控制可保證無功補償裝置的可靠運行，減少電力電容器引發(fā)的系統(tǒng)故障(林澤，劉俊杰，2023)。(1)溫度傳感器的選擇傳感器信號是整個測控系統(tǒng)的基礎，它的準確性和合理性對整個測控系統(tǒng)有慮其高性價比及安裝是否方便。目前廣泛使用的溫度傳感器有4類：熱電阻、熱電偶、熱敏電阻及集NTC熱敏電阻DHTOA104F,這無疑暴露出該熱敏電阻由一個管狀探頭與鐵氟龍耐高溫線構成，導熱靈敏度極高。它利用的是熱敏元件材料本身的電阻隨著環(huán)境溫度變化而改變的特性。該熱敏電阻具有以下優(yōu)點：1.一致性、互換性和穩(wěn)定性都非常好；2.工作溫度范圍寬，從-40℃至300℃;3.測量的精度高，可達1%;4.體積小，熱慣性小；5.測溫線路簡單，僅需用電阻分壓即可測量；容器外殼使用。(2)溫度測量電路設計熱敏電阻的溫度和電阻關系為非線性，NTC熱敏電阻DHTOA104F的特性(從0℃-300℃)如圖3-4所示，從中可見其非線性是很嚴重的。圖3-4DHTOA104F特性在本設計中采用圖3-5右側所示的檢測線路，即取R=10kQ時，在10℃-170℃間都有很好的測溫精度(高思遠，陳子辰，2022)。溫度測量電路由溫度轉換成電壓、模數轉換以及數據處理等部分組成，如圖值經運算或查表就可得相應的測量溫度值。圖3-6溫度檢測功能圖3.1.4相序及斷相檢測電路設計在電力系統(tǒng)、電動機保護、自動控制等方面都會用到相序及斷相的檢測及保護?，F(xiàn)在用得較多的電路是用數字邏輯電路或RC移相檢測來實現(xiàn)。本文設計了不導通，Uab輸出低電平。同理Ubc也隨CB線電壓正負半波變換而變。圖3-8是可知：如果電源A相與C相互換，其相序就相反，因此正相序與反相序的波形也就是UabB圖3-7相序檢測電路圖3-8相序及斷相檢測實測圖正反相序。斷相的識別，由圖4-8的(d)圖及(e)圖可知斷A相時Uab始終進行完全的挖掘，但是從已經露出的研究成果來看，具有一定的指導價值，首先初步的研究結果為理解該領域提供了新的視角和見解，有助于識別關鍵變量及其相互作用機制，這為進一步深入研究奠定了堅實的基礎。其次這些研究揭示了若干潛在的趨勢和模式，能夠為理論框架的發(fā)展提供實證支持，并激發(fā)更多的學術探討與辯3.1.5晶閘管保護電路設計晶閘管器件對復合開關至關重要。晶閘管具有抗過電壓，過電流的能力，如果斷了，就無法恢復。晶閘管的保護主要包括有電流，過電壓，di/dt等電流的增加功率，dv/dt電壓增加率和其他一系列保護。在過電壓保護中，暫態(tài)電壓抑制器和組合壓敏電阻器有著主要的用途。如果暫態(tài)電壓抑制器兩極之間的電壓以非?？斓念l率和速度增加到了預定的值，然后兩極之間的高阻抗轉變?yōu)榱说妥杩?，這在某種程度上驗證了浪涌的功率也會被抑制器所吸收，因此會造成電子元件的損壞，防止各類脈沖(何旭東，劉涵煦，2020)。壓敏電阻是存在于一定的電流和電壓范圍內，它的電阻值會隨電壓的不同而發(fā)生變化，它的存在主要是為了有效地控制電路中的異常過電壓，主要原因就是由于沖擊能量中的壓敏電阻對電子起到非常強的緩沖，吸收和支撐的作用。一定意義上展現(xiàn)了對于阻容式吸收電路，它不但可以同時吸收過電壓，還能夠同時抑制相應的電壓上升率dv/dt。過電流保護通常是通過在晶閘管電路中連接適當的快速熔斷器來實現(xiàn)的(蔣澤宇，李雅馨，2022)。電流增加率di/dt的限制可以在適當的電感下用于晶閘管電路。根據以上的特點，本文設計如圖3-9所示的晶閘管保護電路。T1-晶閘管C2-補償電容(負載)圖3-9晶閘管保護電路3.1.6磁保持驅動電路設計磁保持繼電器是一種新型繼電器，目前在國內的應用十分廣泛，確切的說它是一種自動開關，工作無功耗。和其他電磁繼電器一樣，它的主要功能也是連接和切斷，主要用于電路(劉宇涵，何俊熙，2022)。這在一定程度上昭示磁鐵的保持性質繼電器帶子指的就它是一種可以利用永久剩電磁鐵或者其它具有極高的永久剩磁保持性質的帶子零部件，使用在電磁保持繼電器系統(tǒng)中的帶子連接器在帶子或帶鐵在其整個線圈內部通電斷開后仍然盡可能地使其保持在整個線圈內部或在通電時的一個工作固定位置上。按照這樣的基本定義，磁鐵式保持連續(xù)繼電器和一般保持繼電器之間存在相比較為主要的不同之處就是繼續(xù)斷電器已經保持了一個銜接磁鐵的工作狀態(tài)這個期間不必再因為需要不斷繼續(xù)重復用電，這在一定程度上預示了而其它保持繼電器則不再需要不斷繼續(xù)重復使用(鄒欣怡，王子昊，2021)。所以磁吸式保持電源繼電器的主要技術優(yōu)勢之一是那便是有效節(jié)約使用電源。不同之處在于是，磁電流保持器和繼電器恒關閉開斷或正常自動開啟的工作狀態(tài)完全不會取決于哪種永久鐵磁鋼，繼電器恒關斷開啟后的狀態(tài)一般是由一定時間寬度的永磁脈沖供電信號發(fā)出來自動觸發(fā)(陳最大工作量和性能，體積比較小，承載的能力比較強，利用已獲成果可以推導出以下觀點像實驗室中一般的電磁繼電器都不如它的性能優(yōu)越。這一結果與已有的文獻結論大致相同，這也驗證了前期研究中所提出的構思，從而進一步豐富了相關領域理論體系的內涵。本研究通過對該問題的深入分析與實證探討，不僅為現(xiàn)有理論提供了新的支持證據，還從不同角度拓展了對這一現(xiàn)象的理解維度。同時，這一發(fā)現(xiàn)也為后續(xù)研究提供了新的思路與方向，有助于推動該領域研究的進一步深化與拓展，為解決相關實際問題提供了更具針對性的理論指45A,因此選擇的磁保持繼電器其額定電流>45A。本文選取由廈門宏發(fā)電聲有限達1百萬次，吸合及釋放時間≤20ms,觸點間耐壓為1.5kV。選用雙線圈且驅動例如，當繼電器接觸點必須斷開時，如果僅僅對線圈施加了一個足夠寬的脈沖電壓，則會在磁極上產生一個與磁體正好相反的方向，并且在磁極上會產生一產生成熟極和成熟極。當成熟磁路中所彈簧產生的逆向合成轉動力矩遠遠的要小于成熟簧片的逆向轉動力矩時，彈簧軸就會向后繼續(xù)移動，成熟的簧片一部份成分會繼續(xù)圍繞著彈簧軸繼續(xù)轉動，繼電器將斷開。那么,這在某種程度上象征如果繼電器是想要再次返回閉合前的狀態(tài)，在繼電器的線圈上我們可以添加一個與之前的脈沖正好相反的脈沖，如果不再添加這個逆向脈沖，繼電器觸點也就會繼續(xù)保持之的狀態(tài)。合閘線圈圖3-10磁保持繼電器驅動電路圖3-10為磁保持繼電器驅動電路。磁保持繼電器工作電壓為DC12V,而單片機工作電壓為DC5V,因此其驅動電路合分控制時需要電平變換過程。合閘過程：單片機輸出5V高電平(合閘腳)→Q1飽和導通→Q2飽和導通→12V電壓加在合閘線圈上→持續(xù)>50ms-單片機輸出低電平。此時磁保持繼電器處于閉合狀態(tài)，完成合閘過程(劉寧宇，羅晨曦，2022)。分閘過程與合閘過程相似，從這些活動中看出單片機輸出5V高電平(分閘腳)→Q3飽和導通→Q4飽和導通→12V電壓加在分閘線圈上→持續(xù)>50ms→單片機輸出低電平。完成分閘過程。本文在設計優(yōu)化過程中，重點關注了成本效益和方案的通用性，從而與最初的設計相比，在多方面進行了改進。首先，在成本管理方面，通過刪減不必要的過程、采用更具成本效益的措施，顯著降低了整個項目的成本，使得方案更加經濟。同時，為了增強方案的適用性，在設計時充分考慮了不同地區(qū)和條件下的可行性，確保該方案在多種情境下都能穩(wěn)定運行，并且便于其他組織或個人復制使用。圖中D1、D2為線圈的續(xù)流二極管，用以保護Q2及Q4磁保持繼電器應用中應注意：(1)如果磁保持繼電器想同時充電的話，此時繼電器應處于置位的狀態(tài)，否則是不可以同時讓兩個線圈同時處于通電狀態(tài)。(2)采用脈沖驅動時，脈沖寬度應大于50毫秒(3)如果復位電壓超過額定電壓的150%的話，磁保持繼電器將會重新置位。所以磁保持繼電器在應用的過程中，復位電壓是不允許超過額定電壓的1.5倍的。過零觸發(fā)電路應用比較廣泛，如在控溫、調壓、電子開關、復合開關等方面都有較好的應用。過零觸發(fā)需要過零同步信號，而過零同步信號的獲取主要有兩種方式取得，第一種是在三相電網電壓中獲得(王嘉熙，劉元熙，2022);第二種是在晶閘管兩端獲得。在投切電容的復合開關中顯然第一種方式不合適，因電力電容器的殘壓使得晶閘管兩端電壓過零點與電網電壓過零不同步。晶閘管兩端過零觸發(fā)信號，可通過傳感器轉換，從這些趨勢中看出用數字電路或單片機采樣得到零點信號再通過延遲隔離輸出得到；亦可用過零觸發(fā)光耦直接產生。利用數字電路或單片機采樣零點方式中，電網的直流分量、諧波、檢測零點閾值設置都將對零點采樣準確性產生影響。因而選取過零觸發(fā)光耦來實現(xiàn)過零觸發(fā)電路(陳曉婷，6554CROSSING●422331目前使用的高耐壓過零觸發(fā)光耦產品是MOC3081系列。MOC3081原理及基本應用如圖3-11所示。MOC3081工作原理是當管腳1、2流過一定電流時，內部檢零電路檢測管腳4、6之間電壓是否為零，如果電壓為零則管腳4、6之間導通。如果用簡單，控制方便(鄭宇晨，王悅婷，2022)。MOC3081過零觸發(fā)光耦是用在交流220V的線路上，這無疑暴露出其管腳4、6之間最大耐壓為800V。通過仿真可知，投切電容時其在開關兩端產生的電壓遠大于800V,因而要考慮到過零觸發(fā)電路的耐壓問題(韓一鳴，王瑾瑜，2022)。本文設計的過零觸發(fā)電路如圖3-12所示。圖中R2為觸發(fā)電阻，其大小會影響到晶閘管通時兩端電壓，R3、R4為兩片MOC3081的均壓電阻，兩片MOC3081承受的電壓均為開關兩端電壓的一半，即可以使過零觸發(fā)電路能承受1600V的電壓。3.1.8通訊接口電路設計當今測控技術飛速發(fā)展，基于計算機的測控技術以其強大的數據處理能力、友好的人機操作界面以及極富柔性的接口擴展方式，為整個監(jiān)控系統(tǒng)的完善提供了保證。從中可以表明計算機與單片機主要靠并行通信和串行通信兩種方式來實現(xiàn)數據的通信。其中，同步和異步通信是串行傳輸的兩種通信方式。而在單片機中，主要采用異步串行的方式來和計算機進行通信，這種方式，方便快捷，便于操作，安全可靠，耗能較低，應用廣泛(張語涵，李睿澤，2023)。在美國電子工業(yè)協(xié)會中，他們制定的物理接口標準是RS-232。這種標準在當今的數據通訊中也是得到了大范圍的應用。但是它也有它的不足之處。比如這種接口采用的是負邏輯來和CNOS,TTL等電路實現(xiàn)電平的轉換。在這個過程中就會出現(xiàn)抗干擾能力差的現(xiàn)象。不僅存在這個問題。像常見的傳輸距離比較短，速率低等問題，也是經常出現(xiàn)的。而RS-485標準接口在工業(yè)控制網絡應用廣泛，這在一定程度上預兆了它采用平衡傳輸和差分接收傳輸模式，可以抑制共模干擾和分布式電容對信號傳輸的影響(黃瑞萱，趙澤宇，2022)。信號傳輸距離可達1200米。綜合以上情況，因此本課題用RS-485標準接口來設計。圖3-13MAX1487管腳及應用圖圖3-13為RS-485的驅動芯片的管腳圖及典型應用，MAX1487在一條總線上充許掛接128個收發(fā)器，高傳輸速率可達2.5Mbps,低功耗。管腳功能RO:為接收器輸出端，當A>B200mV則RO為高電平，當A<B200mV則RO為低電平。/RE:接收為高電平時，發(fā)送器D有效，反之D為高阻狀態(tài)。DI:這在某種程度上驗證了發(fā)送數據輸入端，當DE高電平時，若DI低電平時將輸出B為高電平A為低電平，據轉輸端，使用時連接傳輸線。圖3-14(b)圖中Rt為阻抗匹配電阻，阻值為120在與單片機相連使用時，MAX1487的RO與單片機的TXD腳相連，而/RE與DI可連接與單片機的發(fā)送接收控制腳相連，即當單片機控制腳為高電平時MAX1487處于發(fā)送狀態(tài)，反之則為接收狀態(tài)。4軟件系統(tǒng)設計智能復合開關軟件系統(tǒng)程序框圖如圖4-1所示。軟件系統(tǒng)程序框圖含主程序和中斷子程序，主程序包含初始化模塊、溫度檢測模塊、斷相檢測模塊及合分控制模塊，中斷子程序只供通訊模塊使用。YYNN圖4-2溫度檢測模塊框圖，其主要包括AD采樣、溫度計算、判斷是否超溫程計算溫度Y置超溫標識返回圖4-2測溫模塊框圖根據硬件線路及實測的波形圖，本文設計了相序及斷相檢測模塊。圖4-3為相序及斷相檢測的程序框圖，一定意義上展現(xiàn)了程序以檢測Uab及Ubc的YNYYNYY圖4-3相序及斷相檢測程序框圖→觸發(fā)A相晶閘管→合A相磁保持繼電器→觸發(fā)C相晶閘管→合C相磁保持繼電器→斷A、C相晶閘管觸發(fā)信號；分閘過程：觸發(fā)A、C相晶閘管→分A、C相磁保持繼電器→斷C相晶閘管觸發(fā)信號→斷A相晶閘管觸發(fā)這在一定程度上昭示根據電網三相對稱性(任意對調兩相就為反相序)及復合開關A、C相的對稱性可得其合分次序，只須將正相序合分次序中A、C相合分次序互換即可(實質是把反相序的C相對應成正相序時的A相)。因而可得如圖4-4的合分控制程序框圖。YN無功補償裝置對節(jié)約電能，保證電力系統(tǒng)的供電的一個較高的質量，對導線低成本、高性能、高可靠性，智能復合開關的設計與控制是至關重要的。本文研制了一種滿足上述要求的復合開關，并以此復合開關為核心組成結構一體化的無功補償裝置。本文設計的復合開關，是把單片機作為主控制器。將磁保持繼電器和雙向晶閘管結合到一起，進而