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。但如何在保證靈敏度高的前提下，提高其動作的可靠性和準確性成為衡量這類產(chǎn)品性能的一個重要指標(biāo)。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(xiàn)場運行證明，其靈敏度、可靠性和準確性都令人滿意。現(xiàn)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(yīng)用于三相三線或三相四線制低壓用電回路中。當(dāng)線路中有漏電流或者有人觸電時，就會在一ＣＴ中感應(yīng)出一個電壓。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為鑒幅鑒相型。當(dāng)該相中漏電流的變化值大于３０ｍＡ（或者５０ｍＡ）時，漏電保安器應(yīng)跳閘，斷開三相電源。
鑒幅鑒相漏電保安器實際上是測量漏電信號中相鄰兩個交流信號的矢量差。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，主要有以下幾個原因：
１．因工作電壓范圍寬，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動范圍比較大時，ＣＰＵ能正常工作。
２． 低成本：除ＣＰＵ之外，還需Ａ／Ｄ、看門狗電路。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(tǒng)為單字節(jié)，程序“跑飛”的可能性比具有雙字節(jié)的指令系統(tǒng)要小。
４．體積小，電源供電電路簡單，進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可實現(xiàn)交流接觸器的無聲運行。由于被測信號是相鄰兩個交流信號的矢量差，為了達到測量相位的目的，需建立一個相位基準。本電路以交流工作電源信號的相位為基準，相鄰兩個交流信號與相位基準的差即為兩個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盘枺唬眨保翆⒈粶y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“定時中斷”測出兩個相鄰交流信號的相位差。線路漏電流經(jīng)插頭Ｐ５接進來，Ｕ１Ｃ實現(xiàn)小信號半波精密整流，Ｕ１Ｄ實現(xiàn)直流放大。這樣，電容Ｃ６上的直流電壓將與線路漏電流成正比。PIC16C711單片機通過其內(nèi)部的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換測知線路漏電流的大小。當(dāng)線路漏電流大于３００ｍＡ?xí)r，通過繼電器切斷外部的交流接觸器。根據(jù)相位差和線路漏電流的大小，通過數(shù)字矢量運算，得出單相漏電流的變化值。當(dāng)該變化值大于５０ｍＡ?xí)r，表示有人正在觸電，須立即斷開外部的交流接觸器。延時２０秒后，保安器自動合上外部的交流接觸器，實現(xiàn)線路復(fù)送。
下面就軟件的一些細節(jié)加以闡述：
１．系統(tǒng)初始化
系統(tǒng)初始化包括單片機的Ｉ／Ｏ口、Ａ／Ｄ、定時器及中斷的設(shè)置。在初始化程序中不允許Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的精度。該軟件是在ＭＰＬＡＢ軟件包環(huán)境下編輯和調(diào)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(dāng)ＲＢ４～ＲＢ７設(shè)置為輸入方式時有一個重要特性。這４條口線上的電平發(fā)生變化時，可引起ＣＰＵ中斷，這就是電平變化中斷。利用這一特性，可測出兩個相鄰交流信號的相位差。例如，當(dāng)交流電源信號過零時，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)生變化的時刻。同理，中斷服務(wù)子程序也記錄線路漏電流信號過零的時刻，兩個記錄時刻的差值即為線路漏電流信號的相對相位。
３．Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換
Ｕ１Ｂ輸出的方波信號電平的正向變化還有一個重要作用——啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。這樣在每個周波的固定時刻對電容Ｃ６上的電壓進行測量，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)頻率波動對測量的影響。
圖中，四個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，通過以上幾個方面的闡述，可以看出該線路充分利用了PIC16C711單片機的內(nèi)部資源，以較少的外部元器件實現(xiàn)了鑒幅鑒相功能。