小型断路器电热式电流测量系统模型参数辨识方法研究
发布时间：2021-07-14 08:12
随着计算机微型化及通信等技术的不断突破,智能化已成为当今电网的主流发展趋势。在电网设备中,以低压电器为首的配电设备在生活生产等众多领域中得到了普遍应用,如今,在人们的实际生活当中,能够接触到且使用范围最广泛的低压电器当属断路器,故使低压断路器具备智能化控制效果已成为热门研究项目之一。电流检测及过载保护是低压电器智能化技术的重要组成部分,同样也是低压断路器的关键研究部分。近年来,出现了许多检测断路器中电流的研究成果,其中以电子式断路器为首,使用电流互感器对电流进行精确测量,但由于其体积过大,无法安装在使用基数最为庞大的微型断路器中,而小型断路器受到体积的制约,使其智能化的研究成果相对较少。因此,如何在有限的空间中实现电流检测的目的,对于实现微型断路器的智能化具有重要意义。本文提出了一种基于电热耦合效应的电热式电流检测方法,这种方法具备所需的空间小、能够实现电隔离且能准确预测电流大小等优点。本课题来源于国家自然科学基金:新型热电磁混合式智能小型断路器及智能低压配电微系统研究（项目编号:51777129）。首先,本文使用Solidworks软件建立了一个球形封闭电流测量腔模型,该模型用来替代...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双金属片保护原理示意图
第2章电热式电流检测方法9图2.1DZ47-60型小型断路器结构图Fig.2.1StructurediagramofDZ47-60miniaturecircuitbreakerDZ47-60型小型断路器的适用范围需满足如下几个方面的要求：（1）工作温度：环境温度大于-5℃，小于40℃。且24小时内平均温度不超过30℃。（2）工作高度：安装地点的海拔高度不得超过2000m。（3）工作湿度：工作环境的空气相对湿度在环境温度为25℃时不超过90%，在环境温度为40℃时不超过50%。2.2电热式电流检测结构特点概述本文结合了热过载式断路器和电子式断路器电流检测的优缺点，提出了一种基于新型电流检测方法的电热式断路器。它的电流检测部分由单片机系统、发热元件、热电阻以及温度传感器组合而成。断路器工作时，发热元件产生的热量经温度传感器将温升情况传递到单片机系统中，将电流的电信号转换成温度信号，供单片机进行转换，再根据编译好的程序预测当前电流大校这种方法相比电子式断路器中的电流互感器来说，有效减小了测量体积，便于安装在MCB中实现其智能化，还可实现主电路与保护电路的隔离。在电热式断路器出厂前，应确定下来发热元件的结构。并结合散热情况使用热平衡方程列出相关等式，求解出系统辨识所需的“电流-温升”数学模型，利用电流与对应温升数据结合系统辨识算法，求出电热式断路器在不同温度时对应的测量结构中的未知参数，确认无误后将参数固化，即可借助单片机运行系统辨识算法，由温升数据求出当前电流值的大校为避免发热元件产生的热量经绝缘层后受周围空气温度所影响，布置了一个温度补偿传感器，PT100铂电阻结合温度传感器等硬件电路将温度信号转换为电信号，将此电信号传递给单片机系统进行参数辨识、A/D转换以及预测电流等操作，当电流过载时，单片机
沈阳工业大学硕士学位论文10系统发出过载保护的相关指令，通过电磁脱扣机构动作来对电路进行保护，控制主回路的通断状态。工作原理图如图2.2所示。图2.2电热式电流检测原理图Fig.2.2Schematicdiagramofelectrothermalcurrentdetection其中，1－被测元件；2－PT100电阻；3－绝缘层；4－温度补偿PT100电阻；5－硬件电路；6－单片机；7－电磁脱扣机构。电热式电流检测法代替了传统双金属片式断路器的双金属片以及电子式断路器中的电流互感器来进行电流的测量，比双金属片测得的结果更加科学准确，比电流互感器的体积更加小巧。且由于将电流转换为温度信号，可将电流中的高频干扰有效降低，达到滤波的效果，使电路故障次数有效减少。因此，该种方法对微型断路器的智能化具有重要作用。2.3电热式电流检测辨识数学模型2.3.1电热式电流测量腔的建立电热式电流检测结构见图2.3。铜板通电生热，铂热电阻与铜板相结合，铂电阻的阻温特性根据生热铜板的温度改变阻值，用以测量铜板的温度。并将其安装在一个相对封闭的测量腔内，在铜板与外壳之间充满导热硅脂，使测量腔内的热量通过硅脂向球形外壳外散热。外壳材质选择为ABS塑料，铜板两端各有一个圆孔。图2.3电热式电流测量腔构造图Fig.2.3Structurediagramofelectrothermalcurrentmeasuringcavity
【参考文献】：
期刊论文
[1]LabVIEW课程课堂实验演示系统[J]. 冉俊霞,玄阳,王浩,刘富成,张建飞. 中国现代教育装备. 2020(05)
[2]基于改进参数辨识的三绕组变压器绕组状态在线监测方法[J]. 陈一鸣,梁军,张静伟,余江,张利. 高电压技术. 2019(05)
[3]基于递推最小二乘法的虚拟同步发电机参数辨识方法[J]. 罗琴琴,苏建徽,林志光,汪海宁,施永. 电力系统自动化. 2019(01)
[4]自适应模糊PID控制器的设计及MATLAB仿真[J]. 宋超,曹翱,温家玺. 现代制造技术与装备. 2018(07)
[5]施耐德EcoStruxure Power中低压智能配电系统[J]. 晏璐. 建筑电气. 2018(05)
[6]新型热继电器过载保护研究[J]. 宗鸣,宫赫. 电气工程学报. 2017(06)
[7]Matlab语言特点与应用分析[J]. 张凤莉,张培训. 商丘职业技术学院学报. 2017(01)
[8]鲁棒控制与系统辨识的复杂度及其关联的综述和探讨[J]. 王乐一,赵延龙,王婷. 中国科学:数学. 2016(10)
[9]智能型开关电器的意义与开发现状[J]. 汤世源. 科技展望. 2016(26)
[10]智能断路器在线监控系统的研制分析[J]. 刘洪涛,张灿煜,郭天昊,刘刚. 佳木斯职业学院学报. 2016(04)
博士论文
[1]过载保护数学模型及其算法的研究[D]. 迟长春.河北工业大学 2008
硕士论文
[1]电热式过载电流测量方法及过载保护算法研究[D]. 王晓翠.沈阳工业大学 2019
[2]实现全范围ZSI保护的小型断路器控制器网络研究[D]. 阎放.沈阳工业大学 2019
[3]嵌入式低压智能断路器及其服务平台的研究[D]. 张晨曦.贵州大学 2018
[4]适于ZSI技术可实现短路保护的小型断路器的研究[D]. 宫赫.沈阳工业大学 2017
[5]基于间歇性可再生能源并网的智能电网安全管控研究[D]. 郭超豪.华北电力大学(北京) 2017
[6]自适应技术在配电线路保护中的应用研究[D]. 唐金凤.广东工业大学 2014
[7]DZ47-63 C1型小型断路器热分析[D]. 王大洋.河北工业大学 2014
[8]带嵌入式Linux系统的断路器智能脱扣器的设计[D]. 刘艳杰.河北工业大学 2012
[9]开关智能控制器的开发与研制[D]. 王聪.华北电力大学（河北） 2008
[10]基于DSP智能脱扣器的设计[D]. 陈燕坤.北京交通大学 2007
本文编号：3283764
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双金属片保护原理示意图
第2章电热式电流检测方法9图2.1DZ47-60型小型断路器结构图Fig.2.1StructurediagramofDZ47-60miniaturecircuitbreakerDZ47-60型小型断路器的适用范围需满足如下几个方面的要求：（1）工作温度：环境温度大于-5℃，小于40℃。且24小时内平均温度不超过30℃。（2）工作高度：安装地点的海拔高度不得超过2000m。（3）工作湿度：工作环境的空气相对湿度在环境温度为25℃时不超过90%，在环境温度为40℃时不超过50%。2.2电热式电流检测结构特点概述本文结合了热过载式断路器和电子式断路器电流检测的优缺点，提出了一种基于新型电流检测方法的电热式断路器。它的电流检测部分由单片机系统、发热元件、热电阻以及温度传感器组合而成。断路器工作时，发热元件产生的热量经温度传感器将温升情况传递到单片机系统中，将电流的电信号转换成温度信号，供单片机进行转换，再根据编译好的程序预测当前电流大校这种方法相比电子式断路器中的电流互感器来说，有效减小了测量体积，便于安装在MCB中实现其智能化，还可实现主电路与保护电路的隔离。在电热式断路器出厂前，应确定下来发热元件的结构。并结合散热情况使用热平衡方程列出相关等式，求解出系统辨识所需的“电流-温升”数学模型，利用电流与对应温升数据结合系统辨识算法，求出电热式断路器在不同温度时对应的测量结构中的未知参数，确认无误后将参数固化，即可借助单片机运行系统辨识算法，由温升数据求出当前电流值的大校为避免发热元件产生的热量经绝缘层后受周围空气温度所影响，布置了一个温度补偿传感器，PT100铂电阻结合温度传感器等硬件电路将温度信号转换为电信号，将此电信号传递给单片机系统进行参数辨识、A/D转换以及预测电流等操作，当电流过载时，单片机
沈阳工业大学硕士学位论文10系统发出过载保护的相关指令，通过电磁脱扣机构动作来对电路进行保护，控制主回路的通断状态。工作原理图如图2.2所示。图2.2电热式电流检测原理图Fig.2.2Schematicdiagramofelectrothermalcurrentdetection其中，1－被测元件；2－PT100电阻；3－绝缘层；4－温度补偿PT100电阻；5－硬件电路；6－单片机；7－电磁脱扣机构。电热式电流检测法代替了传统双金属片式断路器的双金属片以及电子式断路器中的电流互感器来进行电流的测量，比双金属片测得的结果更加科学准确，比电流互感器的体积更加小巧。且由于将电流转换为温度信号，可将电流中的高频干扰有效降低，达到滤波的效果，使电路故障次数有效减少。因此，该种方法对微型断路器的智能化具有重要作用。2.3电热式电流检测辨识数学模型2.3.1电热式电流测量腔的建立电热式电流检测结构见图2.3。铜板通电生热，铂热电阻与铜板相结合，铂电阻的阻温特性根据生热铜板的温度改变阻值，用以测量铜板的温度。并将其安装在一个相对封闭的测量腔内，在铜板与外壳之间充满导热硅脂，使测量腔内的热量通过硅脂向球形外壳外散热。外壳材质选择为ABS塑料，铜板两端各有一个圆孔。图2.3电热式电流测量腔构造图Fig.2.3Structurediagramofelectrothermalcurrentmeasuringcavity
【参考文献】：
期刊论文
[1]LabVIEW课程课堂实验演示系统[J]. 冉俊霞,玄阳,王浩,刘富成,张建飞. 中国现代教育装备. 2020(05)
[2]基于改进参数辨识的三绕组变压器绕组状态在线监测方法[J]. 陈一鸣,梁军,张静伟,余江,张利. 高电压技术. 2019(05)
[3]基于递推最小二乘法的虚拟同步发电机参数辨识方法[J]. 罗琴琴,苏建徽,林志光,汪海宁,施永. 电力系统自动化. 2019(01)
[4]自适应模糊PID控制器的设计及MATLAB仿真[J]. 宋超,曹翱,温家玺. 现代制造技术与装备. 2018(07)
[5]施耐德EcoStruxure Power中低压智能配电系统[J]. 晏璐. 建筑电气. 2018(05)
[6]新型热继电器过载保护研究[J]. 宗鸣,宫赫. 电气工程学报. 2017(06)
[7]Matlab语言特点与应用分析[J]. 张凤莉,张培训. 商丘职业技术学院学报. 2017(01)
[8]鲁棒控制与系统辨识的复杂度及其关联的综述和探讨[J]. 王乐一,赵延龙,王婷. 中国科学:数学. 2016(10)
[9]智能型开关电器的意义与开发现状[J]. 汤世源. 科技展望. 2016(26)
[10]智能断路器在线监控系统的研制分析[J]. 刘洪涛,张灿煜,郭天昊,刘刚. 佳木斯职业学院学报. 2016(04)
博士论文
[1]过载保护数学模型及其算法的研究[D]. 迟长春.河北工业大学 2008
硕士论文
[1]电热式过载电流测量方法及过载保护算法研究[D]. 王晓翠.沈阳工业大学 2019
[2]实现全范围ZSI保护的小型断路器控制器网络研究[D]. 阎放.沈阳工业大学 2019
[3]嵌入式低压智能断路器及其服务平台的研究[D]. 张晨曦.贵州大学 2018
[4]适于ZSI技术可实现短路保护的小型断路器的研究[D]. 宫赫.沈阳工业大学 2017
[5]基于间歇性可再生能源并网的智能电网安全管控研究[D]. 郭超豪.华北电力大学(北京) 2017
[6]自适应技术在配电线路保护中的应用研究[D]. 唐金凤.广东工业大学 2014
[7]DZ47-63 C1型小型断路器热分析[D]. 王大洋.河北工业大学 2014
[8]带嵌入式Linux系统的断路器智能脱扣器的设计[D]. 刘艳杰.河北工业大学 2012
[9]开关智能控制器的开发与研制[D]. 王聪.华北电力大学（河北） 2008
[10]基于DSP智能脱扣器的设计[D]. 陈燕坤.北京交通大学 2007
本文编号：3283764
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3283764.html
