电器智能化原理及应用

第1章绪论1

1.1电器智能化概述1

1.1.1电器智能化与智能电器1

1.1.2智能电器的基本特点2

1.1.3智能电器的一般组成结构3

1.1.4电器智能化网络的结构和特点5

1.2电器智能化技术的应用6

1.2.1电器智能化在电力系统自动化中应用6

1.2.2电器智能化在工业自动化中的应用9

1.2.3电器智能化在楼宇智能化管理中的应用10

1.3电器智能化技术的发展11

1.3.1智能电器监控器功能的完善与开发11

1.3.2监控器设计技术的现状与发展12

1.3.3电器元件工作机理的变革17

1.3.4电器智能化网络设计的现状与发展18

1.4本课程学习内容19

1.5本章小结20

习题与思考题20

第2章智能电器的一次设备21

2.1智能电器一次设备的功能及分类21

2.1.1一次设备的基本功能21

2.1.2一次设备的分类21

2.1.3一次设备实现智能控制的基本要求23

2.2断路器及其智能控制24

2.2.1传统断路器操动机构的工作特点和控制要求24

2.2.2永磁操动机构的基本工作原理及其控制24

2.2.3断路器的选相分/合闸操作27

2.2.4智能断路器监控器的功能和要求28

2.3接触器及其智能控制30

2.3.1接触器的特点及应用30

2.3.2接触器智能控制的目标及基本方法31

2.4其他一次开关元件33

2.4.1负荷开关33

2.4.2高压隔离开关33

2.4.3高压接地开关34

2.5成套开关设备34

2.5.1概述34

2.5.2常用成套开关设备及其智能控制35

2.6本章小结38

习题及思考题38

第3章现场参量及其检测39

3.1智能电器现场参量类型及数字化测量方法39

3.2电量信号检测方法40

3.2.1基于电磁感应定律的电压、电流互感器40

3.2.2霍尔电流、电压传感器47

3.2.3光学电流、电压互感器51

3.3非电量信号检测方法54

3.3.1

3.4被测量输入通道设计原理63

3.4.1输入通道的基本结构63

3.4.2模拟量输入通道中信号调理电路原理及常用芯片65

3.4.3多路模拟参量信号与A/D转换器的接口70

3.4.4模拟量采样环节设计原理及常用电路芯片71

3.4.5隔离概念及其措施75

3.5测量通道的误差分析78

3.5.1误差及其表示方法78

3.5.2智能电器监控器被测模拟量输入通道产生的误差79

3.6本章小结81

习题与思考题81

第4章被测模拟量的信号分析与处理82

4.1被测模拟量的信号分类82

4.2被测模拟量的采样及采样速率的确定83

4.2.1采样速率对测量结果的影响分析83

4.2.2采样频率的选择86

4.3数字滤波86

4.4非线性传感器测量结果的数字化处理88

4.4.1直接计算法88

4.4.2查表法88

4.4.3插值法89

4.5被测电参量的测量和保护算法91

4.5.1电压和电流信号的采样方法91

4.5.2常用的电量测量算法92

4.5.3基本保护算法93

4.5.4测量和保护计算的误差分析98

4.5.5常用提高计算结果精度的措施101

4.6本章小结103

习题与思考题103

第5章智能电器监控器的设计105

5.1智能电器监控器的功能和硬件模块的划分105

5.1.1监控器的基本功能105

5.1.2监控器硬件功能模块的划分106

5.2中央处理与控制模块的一般结构和设计方法108

5.2.1中央处理与控制模块结构设计步骤108

5.2.2中央控制模块常用处理器件和外围电路芯片113

5.3其他功能模块的结构组成120

5.3.1开关量输出模块的结构组成120

5.3.2通信模块的基本功能和设计原则123

5.3.3人机交互模块的设计步骤126

5.3.4电源模块132

5.4监控器的时序设计134

5.5监控器的软件设计135

5.5.1监控器软件设计的基本要求135

5.5.2监控器软件常用的设计模式与适用场合136

5.6RTOS概念及其在监控器软件中的实现138

第6章智能电器监控器的电磁兼容性设计149

6.1电磁兼容概述149

6.1.1电磁兼容基本概念149

6.1.2电子产品中电磁发射和磁场干扰的抑制152

6.1.3差模干扰和共模干扰153

6.2智能电器监控器的电磁兼容性设计问题154

6.2.1监控器受到的主要干扰154

6.2.2监控器的系统级电磁兼容性设计154

6.2.3监控器PCB的抗干扰设计158

6.3智能电器监控器的EMI测试标准和方法163

6.3.1静电放电抗扰度试验标准和方法163

6.3.2电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度试验164

6.3.3浪涌（冲击）抗扰度试验166

6.3.4电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度试验167

6.4本章小结168

习题与思考题168

第7章电器智能化网络169

7.1数字通信基础169

7.1.1数字通信系统的基本概念169

7.1.2信道的截止频率与带宽171

7.1.3信道的最大数据传输速率172

7.1.4数据编码方式173

7.1.5数据信号的传输方式175

7.1.6多路复用技术176

7.1.7信号传输的同步方式176

7.1.8数字通信网络的传输介质178

7.2计算机网络基础179

7.2.1计算机通信网络的基本特点179

7.2.2计算机网络的分类与拓扑结构180

7.2.3网络通信协议和分层模型182

7.2.4开放系统互连参考模型183

7.2.5电器智能化网络与通用信息网络的特性比较185

7.3电器智能化网络中常用的现场总线185

7.3.1现场总线的特点及总线标准类型186

7.3.2MODBUS187

7.3.3CAN190

7.3.4PROFIBUS196

7.4电器智能化网络的设计与实施197

7.4.1电器智能化网络的基本要求198

7.4.2电器智能化局域网的结构与设计199

7.4.3现场层网络的设计203

7.5电器智能化局域网的软件开发204

7.5.1软件功能和设计基本原则204

7.5.2保证系统开放性的设计方法205

7.5.3软件的可靠性、稳定性设计20

7.6.2网络级互连的概念211

7.6.3TCP/IP参考模型及其特点212

7.7本章小结213

习题与思考题213

第8章智能电器及其应用系统设计实例215

8.1低压塑壳式断路器的智能脱扣器设计215

8.1.1智能脱扣器的基本功能和设计要求216

8.1.2智能脱扣器的硬件设计217

8.1.3智能脱扣器的程序设计220

8.2电能质量在线监测器221

8.2.1电能质量在线监测器的设计要求222

8.2.2电能质量在线监测器的硬件设计222

8.2.3电能质量在线监测器的软件设计224

8.3分布式变电站自动化系统227

8.3.1分布式变电站自动化系统概述228

8.3.2系统功能的分析及整体设计229

8.3.3系统后台管理软件的设计232

8.4本章小结237

习题与思考题238

参考文献239

　　本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，全书系统、全面地讨论电器智能化的原理与应用，全书共分8章。第1章介绍智能电器及电器智能化的基本概念等内容。第2章讨论智能电器常用的一次设备及其控制特点，分析了其智能控制的可行性。第3章和第4章主要介绍智能电器元件与开关设备现场的各类运行参量及其测量电路的设计和常用电路元件、讨论现场模拟参茧数字处理方法，分析测量误差。第5章着重讨论智能电器元件及开关设备监控器的结构组成及软，硬件的设计方法第6章介绍了与智能电器电磁兼容性有关的基本知识、主要的干扰类型及抑制措施、相关的试验标准和方法第7章讨论与电器智能化网络相关的基础知识，分析电器智能化网络的结构特点和设计方法。第8章给出具体智能电器和网络的设计实例，说明智能电器和电器智能化网络的设计过程。本书适合作为高等院校电气工程，自动化等相关专业本科生和工程硕士研究生的教材，也可作为电气工程领域各类电器方向研发进修班的培训教材，对从事电器智能化研发的科技人员也有很好的参考价值。　　本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，全书系统、全面地讨论电器智能化的原理与应用，全书共分8章。　　第1章介绍智能电器及电器智能化的基本概念等内容。第2章讨论智能电器常用的一次设备及其控制特点，分析了其智能控制的可行性。第3章和第4章主要介绍智能电器元件与开关设备现场的各类运行参量及其测量电路的设计和常用电路元件，讨论现场模拟参量数字处理方法，分析测量误差。第5章着重讨论智能电器元件及开关设备监控器的结构组成及软、硬件的设计方法。第6章介绍了与智能电器电磁兼容性有关的基本知识、主要的干扰类型及抑制措施、相关的试验标准和方法。第7章讨论与电器智能化网络相关的基础知识，分析电器智能化网络的结构特点和设计方法。第8章给出具体智能电器和网络的设计实例，说明智能电器和电器智能化网络的设计过程。　　本书适合作为高等院校电气工程、自动化等相关专业本科生和工程硕士研究生的教材，也可作为电气工程领域各类电器方向研发进修班的培训教材，对从事电器智能化研发的科技人员也有很好的参考价值。