电器智能化原理与应用

章节摘录

版权页：   插图：   2.2.4智能断路器监控器的功能和要求 断路器被广泛地应用在电力系统的各个环节，完成电力传输、分配和各种电力设备及电力用户的电能控制与保护。监控器是智能断路器的核心，是完成检测、控制、保护及智能操作的关键部件，不同电压等级、针对不同保护控制对象的断路器，其智能化需求不太一样，有的甚至完全不同，因此其监控器的功能和要求也存在差异。 在中压电力系统应用中，断路器通常是成套电器设备中的一个元件，因此，智能监控器完成的功能和监控目标都是针对成套设备提出的，其控制功能和要求根据设备不同也不完全相同。但是馈电线路自动化中的重合器是一个例外，其监控器的监控目标就是一台断路器的操作功能。作为一般断路器元件的智能化要求而言，监控器很重要的一个功能是实现操作的智能控制和定相分、合闸，但是迄今为止，这一目标仍然处于研究阶段。在低压电器领域中，针对不同断路器的使用功能，开发出了可与断路器本体集成在一起的智能监控器。这类智能断路器的监控器具有自身一次断路器在应用中所需要的全部功能，包括对断路器控制对象的运行状态监测及保护。对于结构和应用场合不同的低压断路器，智能监控器具有的功能及监控目标不同，在设计上会有很大的区别。例如，在低压配电网自动化中，用于供、配电的框架式断路器与用于接通、分断和保护用电负载的塑壳断路器，监控器完成的功能、外形、结构及内部电路完全不同。下面以重合器、一种低压框架式断路器和一种小容量塑壳断路器为例，说明使用环境要求对智能断路器监控器功能和设计目标的影响。 1.馈电线路中的重合器 重合器是交流高压自动线路重合器（A.C.H.V.Automatic Circuit Recloser）的简称，是一种自具控制及保护功能的高压开关设备。所谓“自具”（Self Contained）功能是指它本身具备故障电流（包括过流及接地电流）检测、操作顺序控制和执行操作的功能，而且不需要附加操作电源，适合于户外和野外安装。它能够按照预先设定的开断和重合程序，在交流线路发生故障时，自动进行多次开断和重合操作，并在完成程序规定的操作后自动复位。因此，重合器包括一次元件及相应的控制器。一次元件当前基本采用SF6或真空断路器，在其使用期间一般不需保养和检修。控制器有液压式、电子式和微机控制式3种，在作为馈线自动化智能网络的节点设备时，控制器必须使用微机控制式智能监控器。

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第1章绪论 1.1电器智能化概述 1.1.1智能电器与电器智能化的基本概念 1.1.2智能电器的基本特征 1.1.3智能电器的一般组成结构 1.1.4电器智能化网络的结构和特点 1.2电器智能化技术的应用 1.2.1电器智能化在电力系统自动化中的应用 1.2.2电器智能化在工业自动化中的应用 1.2.3电器智能化在楼宇智能化管理中的应用 1.3电器智能化技术的发展 1.3.1智能电器监控器功能的完善与开发 1.3.2监控器设计技术的现状与发展 1.3.3电器元件工作机理的变革 1.3.4电器智能化网络设计的现状与发展 1.4本课程学习内容 本章小结 习题与思考题1 第2章智能电器的一次设备 2.1智能电器一次设备的功能及分类 2.1.1一次设备的基本功能 2.1.2一次设备的分类 2.1.3一次设备实现智能化的基本要求 2.2断路器及其智能控制 2.2.1传统断路器操动机构的工作特点和控制要求 2.2.2永磁操动机构的基本工作原理及其控制 2.2.3断路器的选相分/合闸操作 2.2.4智能断路器监控器的功能和要求 2.3接触器及其智能控制 2.3.1接触器的特点及应用 2.3.2接触器智能控制的目标及基本方法 2.4其他一次开关元件 2.4.1负荷开关 2.4.2隔离开关 2.4.3接地开关 2.5成套开关设备 2.5.1成套开关设备概述 2.5.2常用成套开关设备及其智能控制 本章小结 习题及思考题2 第3章现场参量及其检测 3.1智能电器现场参量类型及数字化测量方法 3.2电量信号检测方法 3.2.1基于电磁感应定律的电压、电流互感器 3.2.2霍尔电流、电压传感器 3.2.3光学电流、电压互感器 3.3非电量信号检测方法 3.3.1温度检测传感器及在智能电器中的应用 3.3.2湿度检测传感器及应用 3.3.3电器操动机构机械特性测量 3.4被测量输入通道设计原理 3.4.1输入通道的基本结构 3.4.2模拟量输入通道中信号调理电路原理及常用芯片 3.4.3多路模拟参量信号与A/D转换器的接口 3.4.4模拟量采样环节设计原理及常用电路芯片 3.4.5隔离概念及其措施 3.5测量通道的误差分析 3.5.1误差及其表示方法 3.5.2智能电器监控器被测模拟量输入通道产生的误差 本章小结 习题与思考题3 第4章被测模拟量的信号分析与处理 4.1被测模拟量的信号分类 4.2被测模拟量的采样及采样速率的确定 4.2.1采样速率对测量结果的影响分析 4.2.2采样频率的选择 4.3数字滤波 4.4非线性传感器测量结果的数字化处理 4.4.1直接计算法 4.4.2查表法 4.4.3插值法 4.5被测电参量的测量和保护算法 4.5.1电压和电流信号的采样方法 4.5.2常用的电量测量算法 4.5.3基本保护算法 4.5.4测量和保护计算的误差分析 4.5.5常用提高计算结果精度的措施 本章小结 习题与思考题4 第5章智能电器监控器的设计 5.1智能电器监控器的功能和硬件模块的划分 5.1.1监控器的基本功能 5.1.2监控器硬件功能模块的划分 5.2中央处理与控制模块的一般结构和设计方法 5.2.1中央处理与控制模块结构设计步骤 5.2.2中央控制模块常用处理器件和外围电路芯片 5.3其他功能模块的结构组成 5.3.1开关量输出模块的结构组成 5.3.2通信模块的基本功能和设计原则 5.3.3人机交互模块的设计步骤 5.3.4电源模块 5.4监控器的时序设计 5.5监控器的软件设计 5.5.1监控器软件设计的基本要求 5.5.2监控器软件常用的设计模式与适用场合 5.6RTOS及其在监控器软件中的应用 5.6.1任务调度的概念和实时操作系统的分类 5.6.2基于μC/OSⅡ的智能电器监控器软件设计 5.6.3智能监控器软件的数据格式 本章小结 习题与思考题5 第6章智能电器监控器的电磁兼容性设计 6.1电磁兼容概述 6.1.1电磁兼容基本概念 6.1.2智能电器电磁兼容的研究进展 6.2智能电器监控器的电磁兼容性设计问题 6.2.1监控器受到的主要干扰 6.2.2监控器的系统级电磁兼容性设计 6.2.3监控器PCB的抗干扰设计 6.3智能电器监控器的抗扰度试验标准和方法 6.3.1静电放电抗扰度试验标准和方法 6.3.2电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度试验 6.3.3浪涌（冲击）抗扰度试验 6.3.4电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度试验 本章小结 习题与思考题6 第7章器智能化网络 7.1数字通信基础 7.1.1数字通信系统的基本概念 7.1.2信道的截止频率与带宽 7.1.3信道的最大数据传输速率 7.1.4数据编码方式 7.1.5数据信号的传输方式 7.1.6多路复用技术 7.1.7信号传输的同步方式 7.1.8数字通信网络的传输介质 7.2计算机网络基础 7.2.1计算机通信网络的基本特点 7.2.2计算机网络的分类与拓扑结构 7.2.3网络通信协议和分层模型 7.2.4开放系统互连参考模型 7.2.5电器智能化网络与通用信息网络的特性比较 7.3电器智能化网络中常用的现场总线 7.3.1现场总线的特点及总线标准类型 7.3.2MODBUS 7.3.3CAN 7.3.4PROFIBUS 7.4IEC61850标准体系 7.4.1IEC61850标准概述 7.4.2IEC61850标准的模型体系 7.5电器智能化网络的设计 7.5.1电器智能化网络的基本要求 7.5.2电器智能化局域网的结构与设计 7.5.3保证系统开放性的设计方法 7.5.4常用数据交换方式及数据包格式 7.5.5软件的可靠性、稳定性设计 本章小结 习题与思考题7 第8章智能电器及其应用系统设计实例 8.1低压塑壳式断路器的智能脱扣器设计 8.1.1智能脱扣器的基本功能和设计要求 8.1.2智能脱扣器的硬件设计 8.1.3智能脱扣器的程序设计 8.2电能质量在线监测器 8.2.1电能质量在线监测器的设计要求 8.2.2电能质量在线监测器的硬件设计 8.2.3电能质量在线监测器的软件设计 8.3基于专用集成电路的智能电器监控器 8.3.1智能电器监控器的设计要求 8.3.2智能电器监控器的总体设计 8.3.3智能电器监控器中主要IP模块设计 8.4分布式变电站自动化系统 8.4.1分布式变电站自动化系统概述 8.4.2系统功能的分析及整体设计 8.4.3系统后台管理软件的设计 本章小结 习题与思考题8 参考文献

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《普通高等教育"十一五"国家级规划教材•电气工程、自动化专业规划教材:电器智能化原理及应用(第3版)》适合作为高等院校电气工程、自动化等相关专业本科生和硕士研究生的教材，也可作为电气工程领域各类电器方向研发进修班的培训教材，对从事电器智能化研发的科技人员也有很好的参考价值。

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