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摘要：作为智能断路器的信号摄取元件——电流互感器，其转换的线性度和精度直接影响智能断路器产品性能。为了能在大电流下检测电流互感线圈的性能，该文设计一种基于STM32F103的RLC充放电系统，该系统产生的瞬时脉冲电流作为检测电流。文中介绍了可控RLC充放电系统的应用背景和工作原理，阐述了系统的总体实现方案，详细分析了系统的硬件电路设计和软件设计。
关键词：智能断路器；STM32F103；电流互感器；瞬时脉冲电流
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）06-0224-04
Design and Application of RLC Charge and Discharge System Based on STM32F103
JIN Jian， HUAN Xiao-ping， PENG Xia
（Anhui Xinhua University， Hefei 230000， China）
Abstract： Current transformer as a signal acquisition components of intelligent circuit breaker， the linearity and precision of conversion is direct impact on the performance of the intelligent circuit breaker. In order to test the performance of the current mutual inductance coil in the high-current conditions， our design a RLC charge and discharge system based on STM32F103 in the paper， the system produces transient pulse current as a test current. In the paper， the background and work principle of the RLC charge and discharge system was introduced， the overall implementation of the system was described， the design of hardware and software of system were given in detail.
Key words： intelligent circuit breaker； STM32F103； current transformer； transient pulse current
随着智能电网技术的发展，智能断路器也逐步代替传统断路器成为低压配电系统中的重要保护元件之一。作为智能断路器的核心部件智能脱扣器，它通过高精度电流互感器、电压互感器采集线路的电流、电压信号，经A/D转换后送入微控制器进行计算、分析和处理，并输出给显示器，显示线路的电参数。当出现故障信号时，将故障信号输出到磁通量变换器，转换成脱扣力，使断路器分闸[2]。
电流互感器作为智能断路器的信号摄取元件，其转换的线性和精度直接影响数据的可信度，这些数据是智能脱扣器工作的基础，因此对智能断路器
互感器性能的测试尤为重要。目前，大部分断路器厂家只是在较小的电流下测试互感器的性能，由于互感器的铁芯是非线性材料，在处理小电流是线性度很好，但大电流时互感器铁芯容易饱和导致信号波形畸变，从而出现线性失真。因此在小电流测试得到的数据与真实数据有较大的偏差，直接影响到智能断路器的质量。
为了在实际的大电流下检测电流互感线圈的性能，本文设计出一个基于可控RLC的充放电系统，该系统可以产生电流互感器测试所需要的瞬时脉冲大电流。与传统的测试系统相比，该系统具有以下优点：①测试电流大小可控且精度高；②测试的范围广，可用来测试的额定电流范围可从几十安到上千安；③系统的制造成本低[2]。
1 瞬时脉冲大电流系统总体设计
瞬时脉冲大电流发生器的理论基础是脉冲功率技术，所谓脉冲功率技术就是首先经过电子电路中的储能设备进行慢储能，使初级能源具有足够的能量，然后将具有较高密度的能量快速释放给负载。瞬时脉冲大电流发生器的基本原理是：首先将220V交流电经整流电路输出直流电压，通过对储能元件电容组进行充电，把电能储存在电容组中，然后触发放电开关使能量通过RLC回路瞬间释放，从而负载就可获得瞬时脉冲大电流[2]。
整个系统的结构图如图1所示，整个系统由主回路、检测与驱动电路以及控制电路构成。主回路包括直流装置、充电回路、放电回路以及负载等组成部分，主回路主要实现能量的变换。检测与驱动电路包括主电路电压和电流检测电路、功率开关管的驱动和触发电路，主要实现对主电路信号的采集、功率开关管的驱动以及主电路和控制电路的隔离等功能。控制电路包括微控制器STM32F103最小系统、串口输入输出电路等，控制电路主要实现对整个系统的控制。
4 总结
本文从硬件电路设计和软件设计两个方面详细阐述基于STM32F103的RLC充放电系统的设计。系统产生的瞬时脉冲电流可以应用在智能断路器的性能检测上，为提高智能断路器产品的质量有着重要的意义。
参考文献：
[1] 王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：1-475.
[2] 叶鹏，陈冲，吴桂初.检测塑壳断路器瞬时保护特性的新方法[J].低压电器，2010（8）： 43-46.
[3] 陆青峰.基于PLC的万能式断路器大电流检测系统实现[J].低压电器，2010（4）： 43-48.
[4] 许广龙，曾成，杨磊，等.万能式断路器大电流试验自动测试系统[J].低压电器，2010（5）：24-26.
[5] 琚长江，阮于东.10kVA低压大电流试验装置的研制[J].低压电器，2010（11）：26-28.
关键词：智能断路器；STM32F103；电流互感器；瞬时脉冲电流
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）06-0224-04
Design and Application of RLC Charge and Discharge System Based on STM32F103
JIN Jian， HUAN Xiao-ping， PENG Xia
（Anhui Xinhua University， Hefei 230000， China）
Abstract： Current transformer as a signal acquisition components of intelligent circuit breaker， the linearity and precision of conversion is direct impact on the performance of the intelligent circuit breaker. In order to test the performance of the current mutual inductance coil in the high-current conditions， our design a RLC charge and discharge system based on STM32F103 in the paper， the system produces transient pulse current as a test current. In the paper， the background and work principle of the RLC charge and discharge system was introduced， the overall implementation of the system was described， the design of hardware and software of system were given in detail.
Key words： intelligent circuit breaker； STM32F103； current transformer； transient pulse current
随着智能电网技术的发展，智能断路器也逐步代替传统断路器成为低压配电系统中的重要保护元件之一。作为智能断路器的核心部件智能脱扣器，它通过高精度电流互感器、电压互感器采集线路的电流、电压信号，经A/D转换后送入微控制器进行计算、分析和处理，并输出给显示器，显示线路的电参数。当出现故障信号时，将故障信号输出到磁通量变换器，转换成脱扣力，使断路器分闸[2]。
电流互感器作为智能断路器的信号摄取元件，其转换的线性和精度直接影响数据的可信度，这些数据是智能脱扣器工作的基础，因此对智能断路器
互感器性能的测试尤为重要。目前，大部分断路器厂家只是在较小的电流下测试互感器的性能，由于互感器的铁芯是非线性材料，在处理小电流是线性度很好，但大电流时互感器铁芯容易饱和导致信号波形畸变，从而出现线性失真。因此在小电流测试得到的数据与真实数据有较大的偏差，直接影响到智能断路器的质量。
为了在实际的大电流下检测电流互感线圈的性能，本文设计出一个基于可控RLC的充放电系统，该系统可以产生电流互感器测试所需要的瞬时脉冲大电流。与传统的测试系统相比，该系统具有以下优点：①测试电流大小可控且精度高；②测试的范围广，可用来测试的额定电流范围可从几十安到上千安；③系统的制造成本低[2]。
1 瞬时脉冲大电流系统总体设计
瞬时脉冲大电流发生器的理论基础是脉冲功率技术，所谓脉冲功率技术就是首先经过电子电路中的储能设备进行慢储能，使初级能源具有足够的能量，然后将具有较高密度的能量快速释放给负载。瞬时脉冲大电流发生器的基本原理是：首先将220V交流电经整流电路输出直流电压，通过对储能元件电容组进行充电，把电能储存在电容组中，然后触发放电开关使能量通过RLC回路瞬间释放，从而负载就可获得瞬时脉冲大电流[2]。
整个系统的结构图如图1所示，整个系统由主回路、检测与驱动电路以及控制电路构成。主回路包括直流装置、充电回路、放电回路以及负载等组成部分，主回路主要实现能量的变换。检测与驱动电路包括主电路电压和电流检测电路、功率开关管的驱动和触发电路，主要实现对主电路信号的采集、功率开关管的驱动以及主电路和控制电路的隔离等功能。控制电路包括微控制器STM32F103最小系统、串口输入输出电路等，控制电路主要实现对整个系统的控制。
4 总结
本文从硬件电路设计和软件设计两个方面详细阐述基于STM32F103的RLC充放电系统的设计。系统产生的瞬时脉冲电流可以应用在智能断路器的性能检测上，为提高智能断路器产品的质量有着重要的意义。
参考文献：
[1] 王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：1-475.
[2] 叶鹏，陈冲，吴桂初.检测塑壳断路器瞬时保护特性的新方法[J].低压电器，2010（8）： 43-46.
[3] 陆青峰.基于PLC的万能式断路器大电流检测系统实现[J].低压电器，2010（4）： 43-48.
[4] 许广龙，曾成，杨磊，等.万能式断路器大电流试验自动测试系统[J].低压电器，2010（5）：24-26.
[5] 琚长江，阮于东.10kVA低压大电流试验装置的研制[J].低压电器，2010（11）：26-28.