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变压器微机保护装置的设计原理

设计方案

根据方案所需要实现的功能，我们将系统构建成信号输入→信号处理→信号输出的模

式，其系统框图下列图所示。右边边为信号输入输出局部，可分为几个小模块进展设计；

中间是信号处理局部，为80C196kc最小系统；左边为数据采集系统，也可分为几个小模块

进展设计。

80C196KC

图2-1保护系统框图

ERROM

键盘输入和液晶显示模块又称为人机接口模块，主要负责参数的输入和状态的显示，

E2PROMRMA

PT多

交流接口电压形成模拟滤波

这里采用的是小键盘输入和LCD1602液晶模块。

CPU系统

路

转A/D

电流检测模块采用的是Ma*im公司生产的Ma*471芯片，电压检测模块采用AD736，。

CT交流接口电压形成模拟滤波换8255PIO光电隔离出口

在电压、电流分别通过电压互感器和电流互感器后，再经过电流、电压监测模块，进展对

开

数据采集系统关

数据的采集与转换；变压器的温度直接通过温度监测模块进展收集，接着把转换过的数据

I/O显示器/键盘

输入输出系统

通入单片机中进展处理，最后报警并显示变压器当前的参数值并自动地控制、调整变压器

的运行。

三、系统模块的设计

从总体上看，变压器智能保护系统可以分为以下模块：CPU模块、电流信号监测处理模

块、电压信号监测处理模块及〔显示〕输出模块、通信模块。下面我们就一一进展较为详

细的阐述。

1、CPU模块

在本设计中采用的微处理器〔CPU〕是AT89C51，它是美国ATMEL公司生产的低电压、

高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes可编程可电擦除的只读存储器〔PEROM〕和128bytes

的随机存储器〔RAM〕，片内置通用8位中央处理器，和FLASH存储单元，功能强大，可供

许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。在本系统中，只需一片89C51并

少许扩展外围信号调理电路，即可出色地实现本系统功能。下列图便是本设计所用到的单

片机：

另外我们还采用了6N137光耦合器，以求对继电器信号进展采集。这是一款用于单通

道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAsLED和一个集成检测器组成，其检

测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。

6N137光耦合器原理图：

图3-56N137广耦合原理图

在具体的设计电路中，本芯片由模拟电源提供3.3V电压，并且接地点与模拟地AGND

相连，AGND与数字地DGND和通信地CGND等通过单点跟系统外壳〔上图中用粗黑线画出的〕

共地，最后接入真正的大地。采取模拟电压供电和单独接入模拟地AGND的原因是为了防止

数字电路的信号噪声干扰模拟信号采集电路，导致对模拟信号的采在集出错。其中MA*6674

与数字系统的通信采用高速通信光耦隔离。通过Protel绘制的温度信号处理电路如下列图

所示。

3、电压、电流信号处理模块

AD736采用双列直插式8脚封装，其管脚排列如下图：

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各管脚的功能如下：

+Vs：正电源端，电压*围