智能低压塑壳断路器系统的硬件设计及可靠性研究

【摘要】低压断路器是一种用于接通、分断供电网络的开关器件，在低压电力系统中得到了普遍应用。断路器是供电网络中的关键器件，为人们的日常生活和工业生产提供了方便和安全保证。随着智能电网的发展，传统断路器正在逐步被淘汰，新型的智能断路器正在不断发展和推广中。与传统断路器相比，智能型断路器具有控制精度高、易整定和可靠性高的特点，不仅具备基本的保护功能，还可实现数据采集、数据存储、参数设置、人机交互和远程通信等功能，为实现配电网络的智能化和信息化提供了保障。本文研究了智能塑壳低压断路器控制器的硬件设计。该控制器以32位微处理器STM32F107VCT6作为主芯片，包括：自生电源模块、信号采集与控制电路模块、通信电路模块、人机交互模块和剩余电流保护模块等。论文介绍了PCB设计的原理和电磁兼容的基本理论，分析了引起电磁兼容性问题的因素，从PCB的布局布线、接地设计和电源设计等方面分析了提高PCB可靠性方法。论文用Hyperlynx软件对影响PCB电磁兼容的因素进行了仿真。重点分析了影响时钟网络信号完整性的因素，并对时钟网络进行了优化设计。除此之外，还对信号线间的串扰进行了仿真，并应用于智能断路器控制器的PCB设计中。最后搭建了硬件测试平台，平台搭建的原理是：用空心互感器从配电网中采集三相电流，此电流既是信号采集的来源，也为控制器的工作提供电源，信号经MCU采样后与设定值比较，判断电网状态并给出相应的指令。测试平台的作用包括：自生电源测试、信号采集与控制测试、各种保护测试、液晶显示与参数设定测试和以太网通信测试等。本文研制的智能型断路器控制器利用了低压电器技术创新服务平台进行了电流测量标定和以太网通信测试，并经浙江省权威检测机构的性能测试，达到设计要求。
【作者】颜喜清；
【导师】周亚军；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】塑壳断路器；智能控制器；硬件设计；电磁兼容；PCB；Hyperlynx；仿真；

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