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航空機電工程論文范文1
論文摘要 針對傳統的機電一體化類課程在教學過程中重理論輕實踐的現狀，本論文對高等院校機電一體化類課程實踐教學進行了探討與研究，分析了我國高等院校當前機電一體化類課程教學現狀，并指出了其原因，在此基礎上重點探討了高等院校機電一體化類課程實踐教學的改革策略與教學方法，從充實實踐教學內容和教學手段、改革實踐教學考核方式及加強實踐設備及基地建設三個方面詳細論述了機電一體化類課程的專業實踐教學方法的改革，對于進一步提高我國高等院校機電一體化類課程的專業實踐教學水平和教學效果具有較好的指導和借鑒意義。
0 引言
“機電一體化”一詞的英文名詞是“Mechatronics”，它是取Mechanics（機械學）的前半部分和Electronics（電子學）的后半部分拼合而成的。由于機電一體化技術是其他高新技術發展的基礎，其發展依賴于其他相關技術的發展，因此很多高校都開展了機電一體化這門課程的課堂教學。機電一體化是一門綜合性實踐性很強的課程，涉及知識面廣、容量大，這門課的教與學都不容易。
傳統的教學方法都是按照機電一體化系統的功能結構構成，將機電一體化系統分為若干個功能結構模塊，逐一進行講解，例如分別講解機械本體功能模塊，傳感檢測功能模塊，中央控制功能模塊等等，這樣的教學方法易于學生理解，但是在無形中割裂了機電一體化系統各個功能模塊之間的有機聯系，為此必須結合機電一體化這門學科本身的特點，對其教學方法和教學策略進行改革與嘗試，以期從中能夠找到有效的復合機電一體化課程特點的教學方法與教學策略。
1 我國當前機電一體化類課程教學現狀及其原因分析
結合我國目前高等教育的現狀，造成當前機電一體化類課程理論講不透、實驗做不好、學得不扎實的原因主要有以下幾個方面：
1.1 師生思想上都不夠重視
從目前的高等院校的教學現狀來看，重視理論教學輕視實踐教學一直是我國高等院校理工科教學的傳統方法，在這樣的教學模式下，尤其是像機電一體化這樣的課程，理論課本來就比較晦澀難懂，加之實踐實訓比較少，學生學到最后完全沒有系統的概念和知識體系，對于機電一體化的理解只是停留在表面層次，因此必須要逐步加強實踐實訓。從體制上來說，師生自身對該課程的重視程度不夠也是十分重要的原因，教師認為對于機電一體化課程教學任務重，往往疲于應付授課；而學生對于機電一體化課程知識的理解比較吃力，往往興趣不大，加之實踐實驗時間較少，最后將實踐實訓流于形式，因此，師生在思想上不夠重視是目前高等院校機電一體化課程教學的一個基本現狀。
1.2 機電專業實踐教學課程的設計不合理
機電類專業實踐教學的課程內容包括很多技術內容，目前，絕大多數高等院校的機電專業課程體系受傳統教育思想的影響，課程的內容過多過深奧，理論課時數太大，實踐技能教學課時不足，而且內容陳舊。還有些學校脫離實際情況過高地制定了課程標準，導致教學與實踐相背離?，F在學校里學習的知識和社會上用到的知識相差很遠，很多學生學習了很多知識，可到了社會上去無從下手。相關機電行業和企業很少參與機電類專業實踐課程的制定，這也是導致高等院校機電專業的實踐課程體系設置不合理的原因。
1.3 實踐教學條件不完善
由于機電一體化類課程所開設的實驗，往往實驗設備體積比較龐大，集成度較高，價格昂貴，因此很多院校對于機電一體化課程實驗所配置的實驗設備都是很簡單的，目前很多高等院校也在進行教學改革，增大實驗實踐課程量，但是相應的實踐教學課程內容仍然或多或少的存留著傳統教學模式的影子，主要表現在以下幾個方面：
（1）實驗實踐條件差，硬件實驗設備陳舊，很多實驗臺或者實驗設備都是演示性實驗，整個實驗過程都是老師在做實驗，學生只負責看，即使動手也是按照老師調試好的實驗按照老師實驗的順序重復一遍，實驗教學效果比較差，這使得整個實驗就流于形式化。
（2）缺乏綜合性的創新性的實驗臺供學生動手實踐，目前機電一體化類的課程實驗都只是簡單的重復性的實驗，缺乏激勵學生創新動手能力的綜合性實驗，這使得機電一體化類的實驗無法激發學生創新能力，無法提高學生動手實踐能力。
（3）實驗實踐評價機制不夠健全，很多實驗實踐流于形式，這導致學生對實驗重視程度不夠，多數學生的實驗報告依靠抄襲完成，老師對學生沒有印象，學生的實驗成績僅僅憑實驗報告打分，實驗實踐評價機制的缺失使得機電一體化類的實驗實踐失去了價值。
2 機電一體化類課程的教學改革策略探討
2.1 充實機電一體化類課程的專業實踐教學內容和完善教學手段
在對機電一體化課程專業實踐課程進行教學改革的時候，我們提倡應當根據各個院校各個專業自身的專業特色進行相應的教學改革，添加符合專業特色的實踐教學內容，不斷完善實踐教學條件和教學手段，盡量弱化傳統實踐模式中的演示性的或驗證性實驗，加大動手實踐實驗及綜合性實驗內容，并和理論課程對應起來，使得學生在掌握理論知識的基礎上進行相關實踐實驗，這樣更容易掌握機電專業知識和技能。
2.2 重視機電一體化類課程的專業實踐教學環節的考核
任何課程都需設置考核環節，同樣的，機電一體化課程實踐教學也需要考核，考核環節也是學生最為敏感的環節之一。傳統的機電專業實踐課程考核的方式是出勤考查、實驗報考考查以及最后實驗考查成績相結合的方式，這種考查考核方式不能夠考查出學生的完全實踐能力，只能夠從實驗報告的完成情況給學生考核打分，因此傳統的考核方式并不合理，就需要對傳統的考核方式進行改革。
結合機電一體化課程實踐教學的特點，對于機電一體化實踐課程的考核不應該有一個統一的模式和標準，而是應該結合實踐教學的方式和手段靈活的設定考核方式，采取定量結合定性的方法進行實踐教學考核。簡單的演示性或者驗證性實驗，應當減小考核的比重，而對于綜合實驗及動手考查較為全面的實驗，考核比重就應當加大；另一方面，還可以靈活的采取口試筆試、現場提問、課程設計、綜合課程實驗等多種形式進行考核，重點不是考查學生的知識理解程度，而是應當重點考核學生對于實踐技能的掌握和應用能力。
2.3 加大機電專業校內外實習實訓基地建設的力度
對于機電一體化這樣的實踐要求較高的課程，實踐實訓基地的建設就顯得十分有必要了。實踐實訓基地的建設力度直接關系到機電一體化課程實踐教學的效果與成果，而學生實踐能力的掌握也取決于實踐實訓基地的建設，以及實踐實訓基地實踐教學內容的設置和安排。各院校要想真正提高機電一體化專業實踐課程教學的效果，就必須加大對實踐實訓基地的建設力度。另一方面，機電專業校內外實習實踐項目的開設依賴于實習實訓基地，而目前多數機電專業課程依賴于金工實習的相關設備，因此對于機電一體化類課程的專業實習實踐，必須要加強具有機電一體化特色的專業實習實踐基地及其相關設備的投資建設力度，為機電一體化類課程及其專業的學生提供足夠豐富的實習實踐動手機會，以真正提高機電一體化類課程的專業實習實踐能力水平。
3 結語
隨著科學技術的飛速發展，教育的方法和手段應適應這一發展的需要，傳統的純理論教學已不能適應新的教育目標，加強實踐能力和創新能力的教育已勢在必行。本論文所探討的機電一體化類課程實驗教學方法及其教學改革策略的應用研究，是結合當前國內高等院校機電一體化類課程教學內容設置及其實驗實踐教學現狀而提出來的，能夠有效地提高機電一體化類課程的教學效果，對于這一類的理論知識多且深、動手實踐能力要求高的課程而言，必須要不斷加強實驗實踐教學的份量，而本論文也是重點探討如何開展實踐動手能力的訓練，對于進一步提高機電一體化類課程的實驗實踐教學效果無論是在理論方面還是在實踐方面都具有較好的借鑒和指導意義。
參考文獻
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航空機電工程論文范文2
關鍵詞：應變測試 數據采集 ADuC845 Delphi
中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）01-0125-02
1 引言
在材料、航空航天、機械等重要工程領域中為了提高工程結構的安全性和可靠性，需要通過實驗應力分析來檢驗材料的質量。在實際應用中，實驗應力分析的方法很多，其中以電測法中的電阻應變測試方法應用最為廣泛。
應變測試儀在測量過程中有數據采集點多、數據采集量大的特點，同時又要求測試儀能動態實時地反映應變數據。由于測量過程中人工干預等因素，使傳統的應變測試儀無法完成大量數據的實時采集和分析匯總。為此，本文設計了一套基于ADuC845微控制器的應變測試系統，以解決傳統應變測試儀測量精度較低、校準不便、數據處理功能差等問題。
2 硬件設計
本文研究開發的應變數據采集系統采用ADuC845單片機為主控制器，能完成工業現場的應變數據采集和分析，應力數據采集系統硬件部分由自帶A/D轉換器的單片機系統、數據采集電路、繼電器控制電路、通訊電路等構成，如圖1所示。
本文選擇ADuC845型單片機作為下位機處理器。ADuC845是ADI公司新推出的嵌有單指令周期8052閃存MCU，自帶兩路24位Δ-∑A/D、雙12位D/A以及兩個靈活脈寬調制輸出的高性能24位數據采集與處理系統芯片。該芯片的數據處理速度達12MIPS，且設計簡單，噪聲低，非常適用于精密儀器儀表。
ADuC845內部集成的A/D轉換部件包含兩24位Δ-∑A/D模數轉換器和一個10通道輸入多路復用器。該ADC是由基于電容式ADC的常規逐次逼近式轉換器組成，能接收的外部輸入模擬電壓范圍為±20mV—±2.56V。ADuC845及其電路如圖2所示。
由電橋電路采集到的應變信號相對微弱，需要通過信號放大才能進行后續的處理，系統中采用二級放大電路完成應變信號的放大。前一級采用差分放大電路，使系統能準確放大電橋電路輸出的電壓差同時抑制噪聲信號。后一級主要功能是放大，將第一級放大電路的信號放大到合適用于AD采樣的電壓值。同時考慮到工業現場的高頻干擾，在放大電路前設置了一個低通抗混疊濾波器。
3 軟件設計
3.1 下位機軟件設計
下位機主要完成現場的應變數據采集，采用模塊化程序設計，由主程序、數據采集程序、數據處理程序、通信程序、延時程序等模塊構成，以完成系統初始化、采集控制、通信控制、數據處理等功能。主程序流程圖如圖3所示。
為了降低外界干擾對系統的影響，提高采集精度，一方面采用高精度、高穩定度的ADC基準源同時對ADC輸入信號進行RC高頻濾波。另一方面在軟件設計中采用濾波算法來減小系統帶來的誤差。在實際測試中，系統的采集精度能夠接近理論上的24位精度。A/D轉換流程圖如圖4所示。
3.2 上位機軟件設計
上位機軟件采用Delphi平臺開發。根據功能要求系統由串口通訊、數據顯示及數據保存三部分組成。 包含登陸界面、主界面、串口設置界面、密碼設置界面、曲線繪制界面等五個圖形用戶界面，每個界面對應一個窗體，各個窗體之間相互獨立，主窗體可以調用其它的窗體。主界面圖5所示。
（1）應變采集與數據顯示功能。能實時接收下位機的應變數據，對接收到的數據進行處理在上位機顯示。
（2）應變數據記錄和查詢功能。通過文本或Excel方式對應變數據進行保存。其中采用Excel方式保存可以進行歷史數據的查詢。
（3）曲線繪制功能。通過繪制測試點應變數據的變化曲線，可以更加直觀的來了解應變量的變化過程。
（4）報表打印功能。可以將繪制出的應變曲線打印出來，方便分析。
4 實驗結論
本文對應變測試系統進行實驗測試，將實驗測量值與理論計算值進行比較，分析系統的測量誤差。實驗裝置中，橫梁的規格，長600mm，寬10mm，高28mm，材質為不銹鋼，彈性模量。橫梁中貼有7個電阻應變片，應變片的阻值R為120，靈敏度系數K為2.08。根據公式可以計算實驗裝置中各點的應力值，根據實測可得測量值。下表為理論值與測量值的誤差（如表1）。
從實驗測量數據，應力測試系統基本滿足了測量的需求，而且系統性能穩定、可靠，具有較好的應用前景。
參考文獻
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航空機電工程論文范文3
Abstract： This article analyzes the development pattern of higher vocational education in based on the information in the enrollment guide of ten full-time higher vocational colleges such as history and enrollment number， development of each major and their understanding of each major， diversity of school-enterprise cooperation as well as the fitting degree with regional economy and national development strategy. It is put forward that the future direction is to be closer with the regional economy and national development strategy.
關鍵詞： 湖北??；高職；發展格局
Key words： Hubei province；higher vocational education；development pattern
中圖分類號：G718.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）11-0266-02
0 引言
高職教育的發展格局如何，作者選取了一個非常有意思的角度，選取了湖北省內10所具有一定影響力和知名度的全日制的高職院校，這些院校分別為武漢職業技術學院、湖北科技職業學院、武漢民政職業學院、武漢城市職業學院、武漢工業職業技術學院、武漢交通職業學院、湖北商學院、湖北交通職業技術學院、武漢航海職業技術學院、武漢船舶職業技術學院，從他們的招生簡章來探討這個問題，發現一些有趣的現象。
1 各高職學校的歷史與招生人數比較
在招生簡單中可以明了地了解湖北高職學校發展的歷史，武漢職業技術學院是教育部批準獨立設置、湖北省人民政府主辦、湖北省教育廳主辦的全日制普通高等學校。湖北科技職業學院是經湖北省人民政府批準、教育部備案，具有獨立頒發學歷文憑資格的省屬全日制普通高等學校。武漢民政職業學院隸屬于湖北省民政廳，是全日制普通高等職業院校。武漢城市職業學院創立于1904年清末湖廣總督張之洞創辦的兩湖總師范學堂，是湘鄂兩省近代師范教育的發端。2004年更名為江漢大學實驗師范學院，培養小學、幼兒園教師。2007年更名為武漢城市職業學院。武漢工業職業技術學院是由武漢市政府主辦的面向全國招生的全日制綜合性高等職業技術學院。武漢交通職業學院是直屬湖北省教育廳領導和管理的公辦全日制高等學校。湖北商學院是經教育部批準、湖北省人民政府主管、武漢市人民政府主辦的普通本科院校，也是唯一一所高職的本科院校。湖北交通職業技術學院是經湖北省人民政府批準、教育部備案的全日制公辦高等職業院校，是湖北省交通廳主辦的唯一一所院校，有60年的辦學歷史。武漢航海職業技術學院是經教育部批準，中國外運長航集團舉辦的唯一一所公辦普通高等職業院校。武漢船舶職業技術學院創建于1950年，是一所中央與地方共建、由湖北省人民政府管理的主辦全日制普通高等學校。從2013年的招生簡單中，作者對各學校的招生人數進行了比較（表1）。
以上的學校都是全日制院校，大部分的歷史有40年以上。有中央與地方共建的，有湖北省人民政府主辦的，有市政府主辦的，也有民政廳和中外運長航集團主辦的。辦學的主體多樣化。十所院校中，幾乎90%以上的學生從湖北省內招生，可以看出高職在湖北省內招生的競爭是十分殘酷的。其中舉辦本科的高職院校只有湖北商學院一所，其余都是專科學校，高職教育的層次還十分單一。除了武漢職業技術學院招生6890名，武漢船舶職業技術學院4700名，武漢交通職業學院4600名以外，其余都在4000人以下，我們可以看出湖北的高職招生是以武漢職業技術學院為龍頭，武漢船舶職業技術學院和武漢交通職業學院緊緊跟隨而其余學校為補充的多層次的高職群落。而武漢交通職業學院和武漢船舶技術學院從名稱上也可以看出是高職類的偏重于交通和船舶方面的?？茖W校，雖然現在這兩所學校已經向綜合性高職方向發展，但其本身交通和船舶方向的發展功底還在。
2 各學校專業的比較
設立有建筑工程學院的有兩個學校的是武漢職業技術院校和武漢工業職業技術學院，但這兩所院校的偏重又不太相同，武漢職業技術學院偏重的是適合房地產開發行業的建筑工程類學生，而武漢工業職業技術學院則偏重的是工業用空調的安裝人員和大型場館建設人員。
除民政學院外，其余九所學校都設有工程學院或相關學院。大部分的學校工程學院都涉及有機電一體化、模具和汽車行業。而有些高職設有特殊的工程專業：如湖北科技職業學院設有石油工程學院，武漢交通職業學院和武漢船舶職業技術學院設有船舶與海洋工程學院，武漢交通職業學院設有交通與工程學院，湖北交通職業技術學院設有道路與橋梁工程系，武漢航海職業技術學院設有輪機工程系，武漢船舶職業技術學院設有動力工程學院。這十個學校都設有經貿方向的專業，武漢航海職業技術學院雖沒有單獨的商貿學院但設有航運物流系。另外機電與計算機在這十所學校中所都占有重要的一席之地。除武漢航海職業技術學院和武漢船舶職業技術學院外，所有學校都設有藝術方向的專業。除武漢科技職業學院、湖北交通職業技術學院和武漢船舶職業技術學院外，其余七個學校都設有旅游方向的專業。另外有些學校設有一些特殊的專業：如武漢民政學院設有民政管理系、老年事業服務與管理系、康復醫療系。武漢城市職業學院設有學前教育學院、初等教育學院、職業網球學院。武漢商學院設有體育與馬術學院、烹飪與食品工程學院。
3 各學院對專業的理解不盡相同
各學校在發展自己相同的大專業，如藝術專業，但各學校有著不同的對藝術專業的理解。如武漢職業技術學院的藝術設計學院擁有環境藝術設計、景觀設計、動漫設計與制作、電腦藝術設計、產品造型設計、數字傳媒藝術方向。武漢城市職業學院則擁有裝飾藝術設計（包括中央財政支持建設方向和環境藝術方向）、廣告設計與制作、視覺傳達藝術設計、文化創意與策劃（奢侈品文化與營銷管理）、初等教育（美術）、新聞采編與制作（包括網絡編輯和影視制作兩個方向）、動漫設計與制作方向。武漢商學院的應用藝術系則擁有動漫設計與制作、攝影攝像技術、環境藝術設計、服裝設計（其中包括一個漢繡方向）、藝術設計方向。我們發現，各學校對藝術專業的理解不一樣，或者因其發展歷史不一樣，其藝術專業中小的培養方向也各不相同，武漢職業技術學院偏重于通過對整個藝術通用的整體分類，來發展自己的藝術專業；而武漢城市職業學院則因其師范的歷史，在其專業發展中重視對美術教育人才的培養，同時也關注現在中國的消費品市場的發展，開設了針對奢侈品方向的文化創意與策劃小的方向；武漢商學院則以傳承和發展漢繡為已任，開設了漢繡方向的服裝設計專業。
4 各學校與企業合作的形式也很多樣
從武漢職業技術學院各學院的學生就業企業來看，幾乎所有國內外知名企業都在它的學生就業名單里。如機電工程學院的學生就業單位主要有富士康集團、深圳華為公司、上海大眾有限公司、上海通用汽車有限公司等；電子信息工程學院的學生就業單位主要有烽火集團武漢光迅科技股份有限公司、深圳華為慧通有限責任公司、廣東長虹電子有限公司等；計算機技術與軟件工程學院的學生就業單位主要有百度（中國）有限公司、騰訊網、淘寶網、新浪網、網易網等；旅游與航空服務學院的學生就業單位主要有雅高酒店集團、迪拜金棕櫚集團、大韓航空、南方航空等，學生的就業單位是社會上你幾乎可以想得到或想不到的大、中、小型企業。
除了就業上與企業合作以外，企業與各學校合作辦了不少的定單班，在武漢交通職業學院，寧波逸東豪生大酒店設立了酒店管理的訂單班，中國國旅集團――武漢國際旅行社設立了旅游管理訂單班，富士康集團設立了應用電子技術訂單班，武漢地鐵集團設立了交通安全與智能控制訂單班和機電一體化的訂單班，馬士基航運集團設立了航海技術和輪機工程技術的訂單班。
武漢民政職業學院則與企業更深度的合作，學校利用企業的培訓的品牌，而企業利用學校的資源進行合作培訓學生，與民政學院合作辦學的企業有武漢宏鵬咨詢有限公司、武漢海天世紀航務有限公司、武漢雅博教育服務有限公司與光谷金融港合作的公司以及武漢四維創意教育科技有限公司。通過上述的深度合作，學校收取學生學歷培養的費用，而企業則收取學生職業技能培訓的費用，學生的就業由學校和企業一起給予推薦，收到了雙贏的效果。
多種形式的校企合作辦學已經在高職學院展開，其多種形式不勝枚舉。
5 與區域經濟和國家發展戰略的擬合程度不高
從湖北省戰略性新興產業發展“十二五”規劃中，政府真金白銀地投入了節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能力汽車等七大新興產業，在2015年，新一代信息技術產業力爭產值達到2500億元，高端裝備制造產業產值達到2000億元，新材料產業產值突破2500億元，生物產業產值達到1300億元，節能環保產業產值達到1700億元以上，新能源裝備產業產值超過1000億元等等。
但是我們發現，新材料、節能環保、新能源等產業許多高職院校鮮有涉及，而大部分學校了新一代信息技術、生物、高端裝備制造等產業，但是其進入程度比較淺，而且進入面比較窄。如在生物產業中涉及了四個方向：生物醫藥、生物醫學工程、生物農業和生物制造方向，但是，許多學校則偏重于生物醫藥和生物制造的比較淺層的方面，學生大部分進入的是醫藥企業的流水線上，做著最基層的工作，學生的創造性和工作滿意度都不太高。
對湖北高職院校發展現狀的一些思考：
湖北高職院?；旧闲纬闪艘粋€良好的生態發展群落，以武漢職業技術學院這所綜合性高職院校為龍頭，第二集團和第三集團共同發展的良好態勢。各學校有相同的方向，但因為各種原因，有自己發展的不同方向，形成了既競爭又互補的共同發展之路。在湖北高職院校的發展中，各院校有著自己展的思路，發展手段靈活，發展形式多樣，有著鮮明的自我特色。
但是由于高職的發展歷史普遍不長，最長的高職學校的武漢城市職業學校的歷史也才60年，其發展經驗不足，發展模式也有待發展，與區域經濟的關系也有待貼合，以及其發展水平有待提高，這是需要湖北高職院校急需考慮的問題。
參考文獻：
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航空機電工程論文范文4
關鍵詞:微機保護;數據采集;三段電流保護;零序保護;自動重合閘
中圖分類號:TM76;TP368.1 文獻標識碼:B 文章編號:1004-373X(2009)10-174-04
Application for Power System Microprocessor-based Protector on MSP430
CHEN Ming1,BAO Xin2,ZHU Mozi3
(1.Department of Communication,Headquarters of 94580 Army,Bengbu,233000,China;
2.State Key Lab of Industrial Control Technology,Zhejiang University,Hangzhou,310027,China;
3.Huawei Technologies Co.Ltd.,Nanjing,210005,China)
Abstract:In order to realize microprocessor-based protector of 10 kV power system,MSP430F1611 single chip computer is applied to collect current and voltage of power system in order to protect it.In addition,communication with measurement module and display module by serial bus is also completed.This protector is introduced in detail both on hardware and software.Every part is introduced in detail apart with a circuit diagram.Specifications are analyzed and flow charts are presented.This equipment has been applied in 10 kV power systems reliable.
Keywords:microprocessor-based protector;data acquisition;three sect current protection;zero-sequence protection;auto-reclosure
0 引 言
電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求,電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷注入了新的活力。隨著微機保護裝置的研究,在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果[1-8]。從20世紀90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。
電力系統對微機保護的要求不斷提高,除了保護的基本功能外,還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間,快速的數據處理功能,強大的通信能力,與其他保護、控制裝置和調度聯網,以共享全系統數據、信息和網絡資源的能力、高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。
計算機網絡可從網上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據,也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。因此,每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能,而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能,亦即實現保護、控制、測量、數據通信一體化。
本文以MSP430F1611單片機為基礎,通過采集配電網的電流、電壓以及開關的狀態;對配電網實現保護,其內容包括電流速斷保護、三段式過流保護、反時限保護、零序保護和帶后加速的三相一次重合閘,并且利用串口總線實現與測量模塊、人機界面模塊的通信。
1 硬件部分
1.1 概述
微機保護的硬件由數據采集系統、CPU主系統、開關量輸入輸出系統等組成。整體原理圖如圖1所示。通常整套硬件是用單獨的專用機箱組裝的。
1.2 數據采集系統硬件組成
數據采集系統又稱模擬量輸入系統,它的作用是將互感器次側輸出的電壓、電流等模擬量經過隔離、采樣、A/D轉換等步驟轉化為計算機能接受與識別的數字量,然后經過CPU主系統進行數據處理與運算,開關量輸出輸入系統的作用主要是輸出跳閘、信號等信息。本文的裝置共有8路數據采集輸入,其中的一路見圖2。該系統中,共有3個部分組成:互感器與變換器、低通有源濾波器、限壓電路。
互感器與變換器分別包括電流和電壓?；ジ衅鞯淖饔檬遣杉妇€上的電流和電壓,并將其轉換成單片機可接受的電流和電壓值。這里選擇CS-TA1型互感器,一般將二次側的電流值變為5 A。另外,由于要求實現零序保護,將B相的電流互感器設定為零序互感器。電流變換器是將互感器的二次側電流再一次變換。
MSP430F1611所接收的電壓最大值為3.3 V,但作為保護電路,要考慮到瞬時脈沖電流的最大值可能遠大于平均值,所以設計的電路可以使單片機承受正常電流20倍以上的沖擊。
電網上采集的電流電壓有高次諧波,不利于軟件求出電流平均值,因此要加入低通有源濾波器,見圖3。
圖3中,Vo:Vi=1+R7/R6,可以選R6=400 Ω,R7=240 Ω。該有源濾波器的特征頻率ωn=1/(RC)。對于工頻為50 Hz的交流電,采樣頻率fs=600 Hz。根據香農采樣定理,取R8=4 kΩ,C1=1 μF,可以達到濾波的功能。另外,濾波器的地與單片機的地是一致的。
由于MSP430F1611的容許電壓是3.3 V,而電網電流可能產生瞬時脈動而造成單片機的燒毀,因而要有一限壓電路。如圖4所示。
圖4中,因二極管的存在,輸入A/D轉換器的電壓被限制在3.3 V以下。同時兩個電阻產生分壓效果。當電壓過高,會使二極管導通,輸入A/D轉換器的電壓會箝制在3.3 V。
1.3 CPU
MSP430系列單片機是由美國德州儀器設計開發的。這是一種具有超低功耗特性、功能強大的單片機。它具有處理能力強,運行速度快,功耗低等優點。具體介紹
參考文獻[9]。
1.4 開關量輸入/輸出系統硬件組成
對微機保護裝置的開關量輸入/輸出,即接點狀態的輸入/輸出可以分為兩類:安裝在裝置面版上的接點;從裝置外部經過端子排引入裝置的接點。
保護模塊不僅要有保護裝置,還要與測量顯示模塊實現異步通信。要從測量顯示模塊得到設定值及從自身得到閘刀的開關狀態,必須要有開關量的輸入輸出。從其他模塊得到的開關量直接接在P3口上,而自身得到的開關量需要有開關量輸入電路。
1.4.1 開關量輸入電路
圖5中,開關量經過光電隔離后與CPU相連。其中,當輸入端為高電平時,輸出端為低電平。
1.4.2 開關量輸出電路
開關量輸出電路是跳閘合閘信號的通道,低電平有效,如圖6所示。
2 軟件部分
微機保護的軟件由初始化模塊、數據采集模塊、故障計算模塊、故障檢出模塊、數字濾波模塊及自檢模塊等組成。其核心部分是故障計算模塊和故障檢出模塊,這些模塊是根據所需保護的保護算法用高級語言編寫的[10]。
2.1 主要技術指標[11]
2.1.1 電流速斷保護
電流速斷保護指當電流超過一定值,閘刀立即斷開。這個一定值Idz1由用戶自行設定。用戶在顯示模塊中設定后,通過異步通信傳輸到保護模塊中。由于是計算機控制,所謂的立即斷開是指經過連續數次采樣,每次采樣值都在設定值之上,CPU輸出跳閘信號。這里采用6次采樣后跳閘。
2.1.2 三段式過流保護
三段式過流保護指用戶設定三個電流保護值Idz1,Idz2,Idz3,當電流高過任何一個時都執行調閘,但每個跳閘延時不一樣。這里,當測量值高過一段值時進行速斷保護,測量值在一段值和二段值之間時,延時跳閘。同樣在二段值和三段值之間也進行延時跳閘。兩次延時時間tdz2和tdz3不同,且都由用戶設定。延時時間的測定在程序中由定時器提供。
2.1.3 反時限保護
反時限保護是動作時間與被保護線路電流大小有關的一種保護,當電流大時保護的動作時限短,而電流小時動作時限長。
2.1.4 零序保護
在大接地電流系統中,零序電流保護是利用中性點直接接地電網中發生接地故障時出現零序電流的特點而構成的。從保護構成情況看,零序電流保護與相間電流保護類似,其主要區別在于零序電流保護的測量元件(電流繼電器)接入的電流量性質不同,零序保護的測量元件則接在零序電流濾波器的出口。
零序保護的數值I0dz和時間t0dz由用戶設定。
2.1.5 帶后加速的三相一次重合閘
自動重合閘的作用是針對電網故障的不同類型起作用的。對于瞬時性故障,斷路器斷開后再合上,電網就能恢復正常供電。對于永久性故障,即使合上電源,由于故障的存在,線路還要被繼電保護再一次斷開,因而就不能恢復正常的供電。
帶后加速的三相一次重合閘是指在閘刀斷開后,經過一段延時,閘刀自動合上,此時若故障在一段時間內仍然存在,就再次斷開閘刀,這一次斷開后閘刀就不再自動合上。若在一段時間內,測量值未大于設定值,則動作結束,系統正常供電。
在軟件中,用定時器實現重合延時時間,重合后再檢測參數并判斷。由用戶設定重合時間tch和記憶時間tjy。
2.2 軟件流程圖
2.2.1 程序流程圖
主程序的流程比較簡單,如圖7所示。主程序作為一個永久循環,不斷與測量顯示模塊實現通信。
2.2.2 中斷程序流程圖
在編寫程序時,可采用一個中斷,其中A/D轉換,數字濾波及所有的保護都在該中斷中。一個中斷周期與一個采樣周期的時間相同。中斷程序流程圖如圖8所示。
3 結 語
在總結前人對微機保護研究工作的基礎上,對微機保護的應用做了深入探討,設計了一種具有多功能的保護裝置,并可靠地應用在10 kV配電網中。但設計中,由于筆者的水平有限,論文還需進一步研究和改進,如保護定值不能隨電力系統的運行變化而自動調整等。
參考文獻
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