论文导读：硬件设计所采用的单片机为ATMEL公司生产的89C2051，是MCS-51系列产品，2k字节FLASH程序空间，128字节RAM,2.7V～6V工作电压，最高工作频率24MHz,15个I/O口，输出端口能直接驱动LED，1个片内比较器。
关键词：选相合闸装置，设计，低压电器
0 引言 在低压电器试验中，对电流和电压的波形有着严格的要求。例如国家标准GB14048.2中，在对脱扣极限和特性试验——短路条件下断开的验证过程中，短路脱扣器的动作需要在脱扣器短路整定电流的80％和120％下完成，并且电流应对称[2]。还有，在国家标准GB 10963中，在进行额定短路能力试验（Icn）-“O”时，需要分别在15°相角，45°相角，75°相角处闭合电路，分别作为三台试品的断开操作，并且试品接通电源的开关需要与电压波形同步 [3]。介于以上功能的实现，选相合闸装置是试验过程中不可缺少的试验设备。
1 工作原理 在交流电源的工作电路中，负载主要为感性负载，当接通负载的瞬间电路中的电流符合以下的公式：
在验证GB14048.2中短路条件下的断开时，保证试验电流的对称，瞬态电流应为零，即ψ等于φ。
在GB10963中额定短路能力试验中明确规定，“O” 操作时，合闸角度分别为15°、45°、75°。因此在实际的试验电路中，用于接通电源的开关应能准确识别出电压的相位，能自动根据所选的相位来接通电源。
目前单片机技术已经非常普遍、成熟，将交流50Hz的电压信号转换成单片机能识别的高低电平信号，利用单片机准确、可靠的定时器分析出相位及频率，根据需要在某一相位上输出合闸信号,驱动真空断路器接通电源。[1]
工作的时序图见图1。其中曲线（1）为电源交流电压波形，曲线（2）为将交流电压转变为单片机可识别的方波信号，曲线（3）为单片机输出控制信号，曲线（4）为由于驱动开关的固有动作时间延时后最终输出控制信号。Tb为当单片机输出驱动信号后到真空断路器最终接通电源时的延时时间，它由各级的驱动元件固有动作时间决定，为一个固有的常数，在实际调试过程中可以测量得出。但所采用的元件不同，其值不同。Tc为设定合闸角度所设定的时间。Th为高电平宽度。Tl为低电平宽度。T为交流电压周期。
图1. 选相合闸装置工作时序图
2 硬件设计 所采用的单片机为ATMEL公司生产的89C2051，是MCS-51系列产品，2k字节FLASH程序空间，128字节RAM,2.7V～6V工作电压，最高工作频率24MHz,15个I/O口，输出端口能直接驱动LED，1个片内比较器。电压信号的采集利用光藕TIL117，将交流电压转换成方波信号作为89C2051采样的输入信号，采用光藕的最大优点是将强电信号与弱电单片机系统隔离，反相续流二极管、压敏电阻、电阻、电容用于保护光藕，因为在真空断路器接通和断开的瞬间所产生的瞬态恢复电压会造成光藕的损坏。输出为逐级驱动，单片机i/o口→小型继电器→中间继电器→真空断路器→接通电源。为了使用方便设置了按键、LED指示灯和4个LED数码管，数码管显示方式采用静态显示，由89C2051的串行口工作于方式0，经4个16位计数器74LS164分别驱动4个共阳极的数码管，用于输出驱动参数的设置，包括两部分，1：设置选相合闸角度0°～360°，最小设置0.1°；2：输出驱动的时间0～9999ms, 最小设置1 ms。论文发表。具体的电路图见图2。
按键: KEY1-选相启动；KEY2-参数设置；KEY3-参数确认；KEY4-显示光标的位置；KEY5-显示内容调整；KEY6-CPU手动复位。
指示灯：LED1-调整参数（选相合闸角度）指示；LED2-调整参数（输出驱动的时间）指示；LED3-选相合闸启动指示；LED4-电压输入指示。
图2. 选相合闸装置电路示意图
3.1 初始化CPU 将定时器0定义为16位的计数器，Th0=#00H，Tl0=#00H，每个机器周期加1。
3.2 选相合闸角度、输出驱动时间的参数设定 利用按键和LED数码管进行操作和显示。设定后，启动定时器0采集电压信号。论文发表。
3.3 采集电压信号 等待电压信号的到来，有上升沿时将计数器清零，有下降
图3 软件程序主框图沿时将计数器内容保存，作为Th的长度，计数器清零；有上升
沿将计数器内容保存，作为Tl的长度，Th、Tl为一组有效信号周期。重复以上步骤，采集若干组有效的电压信号用于分析。
3.4 分析电压信号 得出周期T、Th、Tl。在启动合闸角度时，采用上升沿作为计时开始的起点，必须对起点所在的角度进行确认。由于电压采集电路无法保证Th：Tl一定为1：1，则上升沿来时正好在0°角，因此必须分析Th：Tl确定起点所在的角度。根据设定的启动角度，重新修正启动时间，实际的启动时间为Td=Tc-Tb。
3.5 启动输出 计数器清零，等待上升沿，延时Td；启动选相输出，计数器清零，延时Tout; 关闭选相输出、定时器，本次操作结束。论文发表。
4 结束语在具体的试验过程中与数据采集系统（电流、电压信号的采集）配合使用，对相应信号进行监控分析处理。如GB10963[3]试验中，先将合闸角度设为0°，断路器处于分的位置，在空载情况下启动选相合闸，分析所得到的电压信号的角度，确定驱动装置的固有动作时间。将所需要的角度减去固有动作时间，作为实际的合闸角度来进行试验，即可得到满足试验条件的合闸角度。在GB14048.2[2]中验证脱扣极限和特性试验-短路条件下的断开时，可先投入较小的电流（小于断路器的额定工作电流，不足以使断路器动作）测量得到φ，推测出ψ，修正合闸角度，得到对称的电流波形，再将电流调整到试验电流值完成试验。通过多次试验，实践证明均能满足试验需要。
【参考文献】
［1］ATMEL AT89C2051产品手册
［2］GB 14048.2 低压开关设备和控制设备 低压断路器
［3］GB10963 家用及类似场所用过电流保护断路器
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