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聊一聊单片机的自动转换开关控制器设计

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发表于 2020-6-18 09:06:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

引言随着最近的技术进步和发展,电源开关系统中出现了一种新型的自动转换开关设备(ATSE)由此可见,施耐德电气有着强有力的发展脉搏,是行业发展不可或缺的动力源泉。


它由一个(或多个)转换开关设备和其他必要的设备组成

监视电源电路,并自动将负载电路(故障)从一个电源切换到另一(备用)电源

这是专门用于电源转换的新产品

可以说,自动转换开关(ATSE)代表了电源开关系统产品的发展方向[]

它主要用于消防和电梯等应急电源系统,并广泛用于民用和商业住宅建筑

其产品的应用决定了其可靠性尤为重要

一旦转换失败,将导致以下两种危险之一电源之间的短路或重要的负载电源故障(甚至是短路电源故障),后果非常严重

这不仅会造成经济损失(停产,瘫痪资金),还会造成社会问题(使生命和安全置于危险之中)

因此,工业化发达国家已经将自动转换开关设备的生产和使用作为限制和法规的重点

纵观国内市场,长期以来,中国设计的双电源转换装置是由设计院根据设计要求设计的,并由全套制造商使用刀开关和空气开关等电气元件组装而成





和接触器

由于中国相关部门和制造商先前对市场需求的忽视,以及缺乏相关的国家标准的系统考虑和明确要求,因此此类产品通常具有结构缺陷,而且还由于电路选择,组件和制造工艺的原因

质量参差不齐使得中国的ATSE研究和生产落后于国外同类产品的先进水平

在年代中期,来自法国,日本,新加坡,美国,韩国和其他国家的多个品牌的ATSE产品陆续进入中国市场

除了国内差异和价格原因外,适合中国国情的通用ATSE产品的开发也引起了电气设计师越来越多的关注

近年来,中国的自动转换开关电器制造企业(尤其是生产CB级ATSE的企业)发展迅速,其产品性能和产品质量也有所不同,这在设计和使用部门的选择上造成了一些困难

这也是由于ATSE使用和选择不当,对国家财产造成了巨大损失

为了规范自动转换开关设备(ATSE)产品的生产和选择,国家质检总局于年月颁布了国家标准GB  T-“自动转换开关设备”(相当于IEC-)[]

]

]

,],于年月日实施

此标准将成为ATSE制造,设计和使用单位以及以后的业务活动遵循的技术法规文件,并且还将基于C认证的技术法规



本文中ATSE控制器的设计是根据国家标准设计的CB型ATSE控制器

在ATSE(CB型)控制器的设计中,根据不同的应用和需求,该控制器可分为两种类型一种使用继电器来实现,电路简单,但只能使用三相来检测和检测

切断电源

无法检测到过电压和过电压,功能简单; 一种是采用智能控制器,该控制器不仅可以检测开路,欠压和过压,还具有自动电气设置,人机界面,并且可以设置过压和欠压

压力值和转换时间非常强大

本文的ATSE控制器的设计是以单片机为核心的智能控制器[],完成了控制器的设计并实现了ATSE的功能

本文从硬件和软件设计说明了ATSE控制器的设计

ATSE控制器的硬件设计(ATSE控制器的硬件设计)ATSE控制器的硬件部分主要由电源电路,两个三相交流电压检测电路,一台单片机,选项设置和位置检测以及一个电动机控制电路组成

参考图,它分为两种电路板设计

一个电路板实现电源电路和电动机控制电路,另一块电路板实现弱电流电路,例如数据收集,微控制器控制,选项设置和位置检测

使用这种设计可以防止高电流和低电流之间的干扰,并便于维护

以下是电路各部分的简要说明)电源电路电源电路主要为电动机控制电路的继电器以及单片机和电压检测电路的控制提供两个隔离的V和V电源

交流侧的数据收集可以提供电源,以针对强电流和弱电流提供安全和抗干扰的隔离

V AC通过变压器,整流器滤波电路以及LM和LM芯片产生V和V电源

电路框图如图所示

输入AC选择(继电器)用于选择使用公共电源还是备用电源

电源正常时,请使用普通电源,否则请使用备用电源

)电机控制电路在控制器中,使用交流电动机的前进和后退控制开关转到相应位置(例如,I位置,II位置和位置)

交流电动机的正转和反转由三根导线(O,A,B)控制

根(O)连接到中性线,其余两个(A)之一连接到火线,另一个(B)垂下,反之亦然

两条线A和B通过晶体管控制继电器的常开节点通过微控制器的I  O端口连接到火线

框图如图所示

)两相三相交流电压检测电路两路三相交流电压检测电路实现三相交流电压检测,将交流电压转换为-直流电压,并通过AD转换芯片(ADC)将其转换为数字量,由ADC采集

ADC

微控制器这部分电路由六个电路之一组成分压器电路,整流器滤波电路,A  D转换电路和光耦合器隔离电路,见图

从六个电路中选择一个电路,然后单片机一次采样一个交流电[]

该电路使用八个光耦合器(、V光耦合器),其中六个连接到公共电源和备用电源的带电线路,另外两个连接到公共电源和备用电源

电源的中性线用于选择每次连接到公共电源或备用电源的火线和中性线的光电耦合器,并且对该相的交流电流进行采样以完成选择功能

它具有以下功能电气隔离; 分压器电路通过电阻分压器达到零

-V AC电源降至-V AC; 整流滤波电路实现交流电压到直流电压的转换

A  D转换实现了从模拟到数字的转换,因为控制器对采样精度和速度的要求不高,因此选择八位串行A  D采样芯片ADC; 光耦隔离可以实现AC和MCU控制电路的电气隔离

本系统采用中速光耦N来实现

)选件设置和位置检测电路选项设置电路将控制器设置为电气自动状态,并通过按钮手动设置电气状态下的位置,I位置和II位置

ATSE控制器具有两个控制状态,即电气自动状态

在电气状态下,通过按钮将开关设置在,Ⅰ和Ⅱ位置

在自动状态下,控制器根据公共电源和备用电源的状态进行切换

它位于位置,位置I和位置II

正常电源正常时,开关在位置I; 备用电源正常时,公共电源异常,位置II; 两个电路均异常且处于零位

位置检测电路检测,I和II的位置

当开关位于相应位置时,相应端口为,单片机可以停止电机旋转

)单片机电路单片机是控制器的核心

它完成了整个控制器的控制功能,包括交流电压选择,电压采样,采样数据处理,选项设置,电机正向和反向控制以及开关位置检测

ATSE控制器的软件设计(ATSE控制器的软件设计)ATSE控制器的核心控制器是微控制器

应用中使用A AT微控制器

用 C编程

该软件完成了整个控制器的功能,包括输入交流采样选择,A  D转换接口,电压采样和采样数据处理

,选项设置,电机正反转控制和开关位置检测等功能

该软件的整体框图如图所示

以下部分是对该软件各部分的介绍

)开始初始化上电初始化主要完成定时器初始化,端口初始化和每个标志位的初始化功能

在控制器的设计中,交流电压的数据采集为以采集电压

整个通道电压需要秒才能完成,并且数据获取的时序被微控制器的计时器中断

微型计算机[]

计时器初始化完成了计时器初始值和工作模式的设置

)电动自动检测对电动自动按钮进行采样以确定控制器是电动还是自动

高状态是自动状态,低状态是电状态

)电气状态当控制器处于电气状态时,通过按钮将ATSE设置为,I和II

图是将ATSE转换为位的框图

移至位I和位II的框图相似

)自动状态ATSE控制器在自动状态下完成输入AC功率采样选择,电压采样,采样数据处理,电动机正向和反向控制以及开关位置检测的功能

参见图

定期选择采样电压根据计时器的计数值(此设计在时中断一次),也就是说,当计数值是(),() ()时, 选择相应的交流门输入

A  D采样打开交流电源选通输入时,A  D转换芯片(ADC)将打开以收集数字量

数据处理根据采集到的数据,判断正常电源和备用电源是否正常

系统中的正常电压范围在-之间

在系统设置中,与对应的数字量为、V和V

数字量分别为和

认为公共电源和备用电源中的相电压之一发生故障,并且设置了相应的标志位

开关旋转控制根据普通电源和备用电源是否正常,将开关转到相应位置

图是程序框图

参考图

参照图,示出了用于改变为位,I位和II位的框图



总结经过实际工作测试,本文的ATSE控制器的设计已达到预期的目的,符合设计CB型ATSE的国家标准,并已完成自动电气设置,开路检测,欠压和过压

ATSE转到相应位置

该控制器已满足产品生产的要求,已投入批量生产

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