基于P87LPC764型單片機延時型漏電繼電器

1 引言

漏電繼電器是一種可在被保護線路漏電電流達到設(shè)定值(額定動作電流IΔ)后切斷被保護線路供電電源的保護裝置。漏電信號的檢測由零序電流互感器來完成，它 可將檢測到的被保護線路的漏電電流轉(zhuǎn)換成毫伏級的交流電壓信號，再通過信號整流、放大和濾波得到一個直流電壓，然后配合相應(yīng)的控制電路來驅(qū)動執(zhí)行回路，以 實現(xiàn)切斷保護線路供電電源的控制目的。簡單的實現(xiàn)過程是信號檢測→濾波→二級放大→控制電路→驅(qū)動執(zhí)行回路→切斷被保護線路電源。

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

2 繼電器的功能

根據(jù)漏電保護標(biāo)準及延時型漏電繼電器驅(qū)動要求，該保護裝可以實現(xiàn)以下功能：

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

(2) 每一種額定動作電流下(1倍情況下)均設(shè)有3檔延時動作時間T1a、T1b、T1c(設(shè)定T1a

(3) 與第一點對應(yīng)，在5倍額定動作電流下，這3檔電流可分別記為5IΔ1、5IΔ2、5IΔ3，相應(yīng)的3檔延時動作時間為T2a、T2b、T2c，同樣設(shè)定 T2a

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

(5) 根據(jù)漏電動作基本要求，當(dāng)選擇第條功能后，裝置可以在T3延時時間后自動恢復(fù)，但此時若檢測的漏電信號仍然超過裝置設(shè)定的額定動作電流(可稱為“二次漏 電”)，軟件中在延時T3后緊接著設(shè)定T4(T4<

3 P87LPC764簡介

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

運行速度快;

程序存儲器為4KB OTP(一次編程)，32B用戶代碼區(qū);

2個16位定時/計數(shù)器;

2個精確模擬量比較器;

可編程的I/O口輸出模式;

20mA的口線驅(qū)動能力。

4 硬件電路

4.1 信號檢測與放大電路

圖1所示是漏電保護裝置中信號檢測與放大部分的局部電路。該裝置對漏電電流的檢測用一個零序電流互感器來完成，以將檢測到的被保護線路的漏電電流轉(zhuǎn)換成毫 伏級的交流電壓信號。再由運算放大器構(gòu)成的線性電路整流放大、通過對零二級放大，得到一個直流電壓U20。顯然，通過對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，對漏電電流信號的處理在電路中就轉(zhuǎn)化為對U20的處理。前面提到，用戶可以選擇、3種額定 動作電流，實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 )來實現(xiàn)，每次只有一種(必須有一種)選擇;額定動作電流下T1a、T1b、T1c時間的設(shè)定及5倍額定動作電流下T2a、T2b、T2c時間的設(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種不同額定動作電流所對應(yīng)的U20是不同的，而參考電位 VREF只有一種標(biāo)準，該標(biāo)準一旦設(shè)定就不能改變，所以S2A的作用就是將U20信號通過開關(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，進而與設(shè)定的參考電位VREF進行比較。

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，按照圖中參考可以得出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時裝置具有重合閘功能;P1.1、P1.2、P1.3用于額定動作電流下T1a、T1b、T1c時間和5倍額定動 作電流下T2a、T2b、T2c的判斷和選擇。二級放大后的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作電流下的U20和5倍額定動作電流下的U20，P0.0來驅(qū)動執(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線路的供電。

5 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要圍繞不同狀態(tài)下的延時時間的設(shè)定來進行，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 額定動作電流;二是大于當(dāng)前設(shè)定的額定動作電流但小于5倍的額定動作電流;三是大于5倍的額定動作電流，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)來決定是否實際重合閘及不同的動作時間。其程序流程如圖3所示。

6 結(jié)束語

于要區(qū)分多種延時時間，因而采用單片機的實現(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 控制額定動作電流和5倍額動作電流下的動作時間。軟件編寫中，延時時間主要以“軟件延時和定時器定時”來實現(xiàn)，利用傳遞不同變量的方式來完成多種延時時間 的控制，事實證明，這是軟好的實現(xiàn)方案。