[发明专利]微型机继电保护实验板

说明书

本发明公开了一种微型机继电保护实验板，包括：电压采集电路、周期测量电路、电流采集电路、开关量输出回路、开关量输入电路、电源功能电路、单片机、按键功能电路、通信功能电路和显示模块，本发明设计的实验板器件基本为引线电阻的形式，实验板空间较大，便于学生观察；同时为了试验需要，引出了相关的测试点，采用的STM32F103单片机，其运算速度快，能够保证继电保护对运算速度的要求，实验板上设计了存储芯片AT24C256，能够记录保护定值和故障记录数据。

技术领域

本发明涉及电路实验装置领域，具体涉及一种微型机继电保护实验板。

背景技术

微型机继电保护原理是目前大中专院校电气类专业的一门必修课程，也是实用性很强的课程，因为当前电力系统的保护基本已经被微机保护取代；微机保护原理课程教学主要介绍微型机实现继电保护装置的硬件原理、软件算法等知识，为了让学生更好地掌握本专业课的相关知识，该课程需要配合相应的实验内容和和时间教学环节；传统的实验器材采用的单片机系统大多为8位16位单片机，系统运行速度慢，不能够实现高速采样和复杂的保护计算，与目前微机保护的发展不匹配，另外，因为传统的单片机程序烧录繁琐，只能进行验证实验。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种微型机继电保护实验板，设计了目前流行的16位ARM系列单片机作为主控单元，能够完成快速采样和复杂运算。采用的STM32103系列单片机拥有方便的SWD烧录仿真接口，可以让同学按照自己的思路设计实验程序，在实验板上进行仿真测试，能够满足学生微机保护程序设计和创新的需求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

微型机继电保护实验板，包括：电压采集电路、周期测量电路、电流采集电路、开关量输出回路、开关量输入电路、电源功能电路、单片机、按键功能电路、通信功能电路和显示模块，单片机采用STM32F103单片机；

电压采集电路采用电流型电压互感器实现电压变换，将大电压变为测量系统的小电压，采用LM358AD运放构成电压偏移电路，实现将传感器输出交流电压抬升为0V以上，采用采样保持芯片LF398实现电压电流同时采样；

周期测量电路用于对交流信号的周期进行测量，测量时，首先将交流信号变为方波，然后，测量方波周期，电路中VINI和VINN分别接电压采集回路中电压输入的两端，光电耦合器U4实现两侧电压的隔离，保证后边电路的安全，光耦输出后的电压经过运算放大器（LM358）整形，输出一个上升和下降沿都很陡峭的方波，该方波的最大值为5V，而单片机为3.3V的，因此，通过R15和R52分压，将方波电压降低后送给单片机；单片机响应管脚下降沿中断，通过两次中断间的时间来计算信号的周期；

电流采集电路通过小型电流变换器实现的，电流变换器额定电流为5A/5mA，通过该变换器将大电流变为小电流，再通过电阻分压将电流变换为电压，

开关量输出电路中， K1为5V的继电器，有两组开关输出，一组用于反馈，通过光耦U8实现光电隔离；KZ1和KZ2两个管脚通过控制 Q1和Q2的导通来实现继电器的控制，当KZ1=1并且KZ2=0时Q1才能导通，从而光耦导通继电器吸合；U7用于检测继电器动作情况，继电器未动作时，光耦输入侧没有电流，光耦不导通，PB1反馈电压为高电平；继电器吸合时，光耦导通，FB1反馈电压为低电平；继电器线圈两端并联的D7用于释放掉继电器突然断电时其线圈存储的能量，防止产生高压危害单片机的工作。