用PIC16C711A制作鑒幅鑒相漏電保安器

鑒幅鑒相漏電保安器和脈沖型漏電保安器相比，具有保護靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。但如何在保證靈敏度高的前提下，提高其動(dòng)作的可靠性和準確性成為衡量這類(lèi)產(chǎn)品性能的一個(gè)重要指標。本文成功的采用PIC16C711A單片機制作了鑒幅鑒相漏電保安器，經(jīng)現場(chǎng)運行證明，其靈敏度、可靠性和準確性都令人滿(mǎn)意?，F就ＣＰＵ的選取原則和工作原理加以闡述，真誠希望精通PIC單片機的朋友予以斧正。
這種保安器主要應用于三相三線(xiàn)或三相四線(xiàn)制低壓用電回路中。當線(xiàn)路中有漏電流或者有人觸電時(shí)，就會(huì )在一ＣＴ中感應出一個(gè)電壓。對這一信號電壓不同的處理方法就形成不同的漏電保安器類(lèi)型。例如，只計算該電壓的絕對大小和幅度變化的叫脈沖型漏電保安器；不但計算該電壓的絕對大小，而且通過(guò)幅度的變化推算出三相電中某一相的漏電流變化值的漏電保安器稱(chēng)為鑒幅鑒相型。當該相中漏電流的變化值大于３０ｍＡ（或者５０ｍＡ）時(shí)，漏電保安器應跳閘，斷開(kāi)三相電源。
鑒幅鑒相漏電保安器實(shí)際上是測量漏電信號中相鄰兩個(gè)交流信號的矢量差。由于該信息瞬間即逝，所選用的ＣＰＵ的性能就顯得至關(guān)重要。之所以選用PIC16C711A單片機而不選用51單片機，主要有以下幾個(gè)原因：
１．因工作電壓范圍寬，當電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍比較大時(shí)，ＣＰＵ能正常工作。
２． 低成本：除ＣＰＵ之外，還需Ａ／Ｄ、看門(mén)狗電路。選用PIC16C711單片機比選用51單片機的總成本要便宜。
３． 由于PIC單片機的指令系統為單字節，程序“跑飛”的可能性比具有雙字節的指令系統要小。
４．體積小，電源供電電路簡(jiǎn)單，進(jìn)一步降低了整機的成本。
完整電路如左下圖所示，繼電器ＪＸ和ＪＤ可實(shí)現交流接觸器的無(wú)聲運行。由于被測信號是相鄰兩個(gè)交流信號的矢量差，為了達到測量相位的目的，需建立一個(gè)相位基準。本電路以交流工作電源信號的相位為基準，相鄰兩個(gè)交流信號與相位基準的差即為兩個(gè)相鄰交流信號的相位差。圖中，Ｕ１Ｂ將相位基準信號變?yōu)榉讲ㄐ盘?；Ｕ１Ａ將被測信號變?yōu)榉讲ㄐ盘?，兩方波信號分別接到ＣＰＵ的ＲＢ６和ＲＢ７引腳，利用ＰＩＣ單片機的“電平變化中斷”和“定時(shí)中斷”測出兩個(gè)相鄰交流信號的相位差。線(xiàn)路漏電流經(jīng)插頭Ｐ５接進(jìn)來(lái)，Ｕ１Ｃ實(shí)現小信號半波精密整流，Ｕ１Ｄ實(shí)現直流放大。這樣，電容Ｃ６上的直流電壓將與線(xiàn)路漏電流成正比。PIC16C711單片機通過(guò)其內部的Ａ／Ｄ轉換測知線(xiàn)路漏電流的大小。當線(xiàn)路漏電流大于３００ｍＡ時(shí)，通過(guò)繼電器切斷外部的交流接觸器。根據相位差和線(xiàn)路漏電流的大小，通過(guò)數字矢量運算，得出單相漏電流的變化值。當該變化值大于５０ｍＡ時(shí)，表示有人正在觸電，須立即斷開(kāi)外部的交流接觸器。延時(shí)２０秒后，保安器自動(dòng)合上外部的交流接觸器，實(shí)現線(xiàn)路復送。
下面就軟件的一些細節加以闡述：
１．系統初始化
系統初始化包括單片機的Ｉ／Ｏ口、Ａ／Ｄ、定時(shí)器及中斷的設置。在初始化程序中不允許Ａ／Ｄ轉換，而是在ＰＯＲＴＢ的“電平變化中斷”中使能Ａ／Ｄ中斷，這樣做的目的是提高產(chǎn)品的抗干擾能力和Ａ／Ｄ轉換的精度。該軟件是在ＭＰＬＡＢ軟件包環(huán)境下編輯和調試的，該軟件包要求符號單獨占一行，且符號后不能帶冒號。
２．電平變化中斷
在PIC16C711A單片機的ＰＯＲＴＢ中，當ＲＢ４～ＲＢ７設置為輸入方式時(shí)有一個(gè)重要特性。這４條口線(xiàn)上的電平發(fā)生變化時(shí)，可引起ＣＰＵ中斷，這就是電平變化中斷。利用這一特性，可測出兩個(gè)相鄰交流信號的相位差。例如，當交流電源信號過(guò)零時(shí)，Ｕ１Ｂ輸出的方波信號電平將發(fā)生變化，引起電平變化中斷。在此中斷服務(wù)子程序中，將記錄此電平發(fā)生變化的時(shí)刻。同理，中斷服務(wù)子程序也記錄線(xiàn)路漏電流信號過(guò)零的時(shí)刻，兩個(gè)記錄時(shí)刻的差值即為線(xiàn)路漏電流信號的相對相位。
３．Ａ／Ｄ轉換
Ｕ１Ｂ輸出的方波信號電平的正向變化還有一個(gè)重要作用——啟動(dòng)Ａ／Ｄ轉換。這樣在每個(gè)周波的固定時(shí)刻對電容Ｃ６上的電壓進(jìn)行測量，達到了鎖相測量的目的。既減輕了對整流濾波電路的要求，又克服了電網(wǎng)頻率波動(dòng)對測量的影響。
圖中，四個(gè)ＬＥＤ分別用以指示電源、漏電保護、觸電保護和正常工作指示，Ｓ１為觸發(fā)試驗按鈕，Ｓ２為漏電試驗按鈕，通過(guò)以上幾個(gè)方面的闡述，可以看出該線(xiàn)路充分利用了PIC16C711單片機的內部資源，以較少的外部元器件實(shí)現了鑒幅鑒相功能。