本文提出了一种新型的以单片机式数字化测量、控制和处理单元为核心的集成低压电器，其外形类似一普通的电磁接触器，但它既能在正常的工作条件下频繁地接通或分断主电路，也能在过载、短路或欠压等异常情况下自动地分断主电路，具有功能多、保护性能好、可靠性高和故障自诊断能力及通信能力等智能化低压电器所共有的优点，智能化集成低压电器的工作原理接触器和低压断路器一般均由3部分组成，即感测部分、传动部分和执行部分。两者的感测部分和传动部分完全不同，但执行部分均为触头。
接触器主触头的灭弧能力较差，不具备接通和分断短路电流的能力，即使采用与低压断路器完全相同的触头系统和灭弧室，由于其电磁系统的复位时间较长且分闸速度有限，它也无法分断短路电流低压断路器有较强的接通和分断能力，但其操作和脱扣机构满足不了频繁动作和远距离控制的要求。故接触器和低压断路器往往需要配合在一起使用，两者一直未能合为一体。
为了将接触器和低压断路器集成在一起，本设计兼顾低压断路器的通断能力和接触器的频繁动作及远距离控制要求，采用电磁铁驱动触头运动，借助电力电子技术和单片机测控技术实现了电磁铁的快速动作及主电路的故障诊断和动作保护。该电器主要由触头、灭弧室、电磁铁及智能控制单元组成。触头和灭弧室的工作条件不仅能满智能化集成低压电器低压电器足频繁操作的要求，还能满足接通和分断短路电流的要求电磁铁的匝数少、线径粗，故其时间常数小、动作速度快。电磁铁在全电压下通电吸合，随即在低电压下保持，即使频繁操作，线圈的温升也不会超过允许值。在短路分闸时，去磁电路能快速除去电磁铁中的磁场，以使开关迅速脱扣以单片机为核心的数字测量和处理电路实时采集主电路的电流，并作出故障诊断，以适时给予动作保护。
智能控制单元的设计由于工作条件及控制和保护功能不同，普通的接触器和低压断路器不能互相取代，但将接触器的电磁铁和低压断路器的触头及灭弧室稍加改进并有机结合之后，利用电力电子技术和单片机测控技术组成智能控制单元，巧妙地解决了其频繁操作和保护动作的问题，从而将接触器和低压断路器集成于一体。
智能控制单元主要由励磁去磁电路、电流采集电路、数字处理电路和整定及显示电路组成。
励磁去磁电路是智能控制单元最为关键的部分。为保证开关能快速地接通和关断，且能频繁地操作，线圈需在全压下吸合，并在直流低压下加以保持。当线圈断电时，还需辅之以有效的去磁措施。本设计采用IGBT切换励磁电源，并在去磁过程中，用功率晶体管向线圈施加一反向电压，使之快速去磁。实验结果表明，本设计电路能有效地减少电磁铁的复位时间，从而成功地分断了预期的短路电流。
电流采集电路的职能是采集主电路的电流，以进行故障诊断和动作保护。为利于小型化，互感型电流传感器的铁芯为高磁导率的坡莫合金。
为能快速采集到短路电流，本设计利用微分电路检测主电路的电流上升速率。这样，即使短路电流尚未达到幅值，也能及时作出反应，以给予动作保护。
数字处理电路以美国Microchip Technology公司的PIC16F873单片机为核心，其特点是速度快、功耗低、体积小、价格廉，片内除含有程序存储器、数据存储器和I O口及定时器外，还含有128 Byte的EEPROM和5路10 bit的A D转换器及定时器看门狗，只需很少的外围器件就能组成系统。它的哈佛结构、单周期指令等特点更是能够满足实时控制的要求整定和显示电路包括2个输入按键和6 bit LED显示器。为节约I O口，本设计采用动态扫描方式，并用2片移位寄存器74分别给出位码和字码。利用整定和显示电路，用户能方便地查询和修改整定值，并能及时了解被保护电路的工作情况，非常便捷。
过电流保护特性和保护模型本集成低压电器的保护功能包括过电流保护、欠压保护、失压保护和断相保护及三相不平衡保护等。其中过电流保护是最基本和重要的事前保护，保护模型也最为复杂。过电流保护特性为三段保护，包括过载反时限延时动作、短路定时限短延时动作和短路瞬时动作。短路定时限短延时动作和短路瞬时动作是直接根据电流过载倍数给出动作命令的。由于电动机在运行过程中，负载始终处于动态变化之中，故本设计利用热平衡方程计算出每一采样间隔内低压电器智能化集成低压电器电动机定子绕组的温升变化，进而用递推公式计算出瞬时温升，并在温升超出允许值时，给予过载保护。
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