电器智能化原理及应用

《电器智能化原理及应用》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，本书适合作为高等学校电气工程学科本科和研究生教材，适当裁剪后也可用做相关高职高专学校教材。本教材也是电力部门电器智能化培训教材和相关科技人员的学习参考书。

第1章 绪论

1.1 电器智能化概述

1.2 电器智能化技术的应用

1.3 电器智能化技术的发展

1.4 本课程学习内容

1.5 本章小结

习题与思考

第2章 智能电器的一次设备

2.1 智能电器一次设备的功能及分类

2.2 断路器及其智能控制

2.3 接触器及其智能控制

2.4 其他一次开关元件

2.5 成套开关设备

2.6 本章小结

习题及思考

第3章 现场参量及其检测

3.1 智能电器现场参量类型及数字化测量方法

3.2 电量信号检测方法

3.3 非电量信号检测方法

3.4 被测量输入通道设计原理

3.5 测量通道的误差分析

3.6 本章小结

习题与思考

第4章 被测模拟量的信号分析与处理

4.1 被测模拟量的信号分类

4.2 被测模拟量的采样及采样速率的确定

4.3 数字滤波

4.4 非线性传感器测量结果的数字化处理

4.5 被测电参量的测量和保护算法

4.6 本章小结

习题与思考

第5章 智能电器监控器的设计

5.1 智能电器监控器的功能和硬件模块的划分

5.2 中央处理与控制模块的一般结构和设计方法

5.3 其他功能模块的结构组成

5.4 监控器的时序设计

5.5 监控器的软件设计

5.6 RTOS概念及其在监控器软件中的实现

5.7 本章小结

习题与思考

第6章 智能电器监控器的电磁兼容性设计

6.1 电磁兼容概述

6.2 智能电器监控器的电磁兼容性设计问题

6.3 智能电器监控器的EMI测试标准和方法

6.4 本章小结

习题与思考

第7章 电器智能化网络

7.1 数字通信基础

7.2 计算机网络基础

7.3 电器智能化网络中常用的现场总线

7.4 电器智能化网络的设计与实施

7.5 电器智能化局域网的软件开发

7.6 关于网络互连技术的讨论

7.7 本章小结

习题与思考

第8章 智能电器及其应用系统设计实例

8.1 低压塑壳式断路器的智能脱扣器设计

8.2 电能质量在线监测器

8.3 分布式变电站自动化系统

8.4 本章小结

习题与思考

附：参考文献2100433B

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。

王汝文，教授1942年出生，1965年毕业于西安交通大学工业电气自动化专业，现任教于西安交通大学电气工程学院。1991年7月至1992年7月作为加拿大国际开发署(CIDA)访问学者赴University of Tronto进修。长期从事电力电子技术和微机原理及应用的科研和教学工作，主要研究方向为电力电子技术应用及电器智能化。著有《电力电子技术应用基础》等教材，发表论文50余篇，主编《电气工程师手册》第19篇(电加热)和《电力电子设备设计及应用手册》第12章（牵引变流器）。

本书是一本系统介绍电器智能化原理及应用的教材，全书分为8章。第1章介绍智能电器和电器智能化的基本概念等内容；第2章说明智能电器一次设备的分类、功能和控制方法，分析了其智能控制的条件和原理；第3，4章主要介绍智能电器现场参量的类型、传感原理、测量电路的形式和元件选择，讨论参量的数字化处理方法和相关算法，并分析测量误差；第5章从硬件和软件两方面介绍智能电器监控器设计的基本原理；第6章说明智能电器电磁兼容性的基本概念和设计原理，给出了相关的测试标准；第7章介绍与电器智能化网络有关的的基础知识，分析电器智能化网络的特点和设计方法；第8章给出多种智能电器设计实例，说明智能电器及电器智能化网络的设计过程。

第1章 绪论

1.1 电器智能化概述

1.1.1 智能电器与电器智能化的基本概念

1.1.2 智能电器的基本特征

1.1.3 智能电器的一般组成结构

1.1.4 电器智能化网络的结构和特点

1.2 电器智能化技术的应用

1.2.1 电器智能化在电力系统自动化中的应用

1.2.2 电器智能化在工业自动化中的应用

1.2.3 电器智能化在楼宇智能化管理中的应用

1.3 电器智能化技术的发展

1.3.1 智能电器监控器功能的完善与开发

1.3.2 监控器设计技术的现状与发展

1.3.3 电器元件工作机理的变革

1.3.4 电器智能化网络设计的现状与发展

1.4 本课程学习内容

本章小结

习题与思考题1

第2章 智能电器的一次设备

2.1 智能电器一次设备的功能及分类

2.1.1 一次设备的基本功能

2.1.2 一次设备的分类

2.1.3 一次设备实现智能化的基本要求

2.2 断路器及其智能控制

2.2.1 传统断路器操动机构的工作特点和控制要求

2.2.2 永磁操动机构的基本工作原理及其控制

2.2.3 断路器的选相分/合闸操作

2.2.4 智能断路器监控器的功能和要求

2.3 接触器及其智能控制

2.3.1 接触器的特点及应用

2.3.2 接触器智能控制的目标及基本方法

2.4 其他一次开关元件

2.4.1 负荷开关

2.4.2 隔离开关

2.4.3 接地开关

2.5 成套开关设备

2.5.1 成套开关设备概述

2.5.2 常用成套开关设备及其智能控制

本章小结

习题及思考题2

第3章 现场参量及其检测

3.1 智能电器现场参量类型及数字化测量方法

3.2 电量信号检测方法

3.2.1 基于电磁感应定律的电压、电流互感器

3.2.2 霍尔电流、电压传感器

3.2.3 光学电流、电压互感器

3.3 非电量信号检测方法

3.3.1 温度检测传感器及在智能电器中的应用

3.3.2 湿度检测传感器及应用

3.3.3 电器操动机构机械特性测量

3.4 被测量输入通道设计原理

3.4.1 输入通道的基本结构

3.4.2 模拟量输入通道中信号调理电路原理及常用芯片

3.4.3 多路模拟参量信号与A/D转换器的接口

3.4.4 模拟量采样环节设计原理及常用电路芯片

3.4.5 隔离概念及其措施

3.5 测量通道的误差分析

3.5.1 误差及其表示方法

3.5.2 智能电器监控器被测模拟量输入通道产生的误差

本章小结

习题与思考题3

第4章 被测模拟量的信号分析与处理

4.1 被测模拟量的信号分类

4.2 被测模拟量的采样及采样速率的确定

4.2.1 采样速率对测量结果的影响分析

4.2.2 采样频率的选择

4.3 数字滤波

4.4 非线性传感器测量结果的数字化处理

4.4.1 直接计算法

4.4.2 查表法

4.4.3 插值法

4.5 被测电参量的测量和保护算法

4.5.1 电压和电流信号的采样方法

4.5.2 常用的电量测量算法

4.5.3 基本保护算法

4.5.4 测量和保护计算的误差分析

4.5.5 常用提高计算结果精度的措施

本章小结

习题与思考题4

第5章 智能电器监控器的设计

5.1 智能电器监控器的功能和硬件模块的划分

5.1.1 监控器的基本功能

5.1.2 监控器硬件功能模块的划分

5.2 中央处理与控制模块的一般结构和设计方法

5.2.1 中央处理与控制模块结构设计步骤

5.2.2 中央控制模块常用处理器件和外围电路芯片

5.3 其他功能模块的结构组成

5.3.1 开关量输出模块的结构组成

5.3.2 通信模块的基本功能和设计原则

5.3.3 人机交互模块的设计步骤

5.3.4 电源模块

5.4 监控器的时序设计

5.5 监控器的软件设计

5.5.1 监控器软件设计的基本要求

5.5.2 监控器软件常用的设计模式与适用场合

5.6 RTOS及其在监控器软件中的应用

5.6.1 任务调度的概念和实时操作系统的分类

5.6.2 基于μC/OSⅡ的智能电器监控器软件设计

5.6.3 智能监控器软件的数据格式

本章小结

习题与思考题5

第6章 智能电器监控器的电磁兼容性设计

6.1 电磁兼容概述

6.1.1 电磁兼容基本概念

6.1.2 智能电器电磁兼容的研究进展

6.2 智能电器监控器的电磁兼容性设计问题

6.2.1 监控器受到的主要干扰

6.2.2 监控器的系统级电磁兼容性设计

6.2.3 监控器PCB的抗干扰设计

6.3 智能电器监控器的抗扰度试验标准和方法

6.3.1 静电放电抗扰度试验标准和方法

6.3.2 电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度试验

6.3.3 浪涌（冲击）抗扰度试验

6.3.4 电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度试验

本章小结

习题与思考题6

第7章 器智能化网络

7.1 数字通信基础

7.1.1 数字通信系统的基本概念

7.1.2 信道的截止频率与带宽

7.1.3 信道的最大数据传输速率

7.1.4 数据编码方式

7.1.5 数据信号的传输方式

7.1.6 多路复用技术

7.1.7 信号传输的同步方式

7.1.8 数字通信网络的传输介质

7.2 计算机网络基础

7.2.1 计算机通信网络的基本特点

7.2.2 计算机网络的分类与拓扑结构

7.2.3 网络通信协议和分层模型

7.2.4 开放系统互连参考模型

7.2.5 电器智能化网络与通用信息网络的特性比较

7.3 电器智能化网络中常用的现场总线

7.3.1 现场总线的特点及总线标准类型

7.3.2 MODBUS

7.3.3 CAN

7.3.4 PROFIBUS

7.4 IEC61850标准体系

7.4.1 IEC 61850标准概述

7.4.2 IEC61850标准的模型体系

7.5 电器智能化网络的设计

7.5.1 电器智能化网络的基本要求

7.5.2 电器智能化局域网的结构与设计

7.5.3 保证系统开放性的设计方法

7.5.4 常用数据交换方式及数据包格式

7.5.5 软件的可靠性、稳定性设计

本章小结

习题与思考题7

第8章 智能电器及其应用系统设计实例

8.1 低压塑壳式断路器的智能脱扣器设计

8.1.1 智能脱扣器的基本功能和设计要求

8.1.2 智能脱扣器的硬件设计

8.1.3 智能脱扣器的程序设计

8.2 电能质量在线监测器

8.2.1 电能质量在线监测器的设计要求

8.2.2 电能质量在线监测器的硬件设计

8.2.3 电能质量在线监测器的软件设计

8.3 基于专用集成电路的智能电器监控器

8.3.1 智能电器监控器的设计要求

8.3.2 智能电器监控器的总体设计

8.3.3 智能电器监控器中主要IP模块设计

8.4 分布式变电站自动化系统

8.4.1 分布式变电站自动化系统概述

8.4.2 系统功能的分析及整体设计

8.4.3 系统后台管理软件的设计

本章小结

习题与思考题8

参考文献 2100433B

第1章 绪论

1.1 电器智能化概述

1.1.1 电器智能化与智能电器

1.1.2 智能电器的基本特点

1.1.3 智能电器的一般组成结构

1.1.4 电器智能化网络的结构和特点

1.2 电器智能化技术的应用

1.2.1 电器智能化在电力系统自动化中应用

1.2.2 电器智能化在工业自动化中的应用

1.2.3 电器智能化在楼宇智能化管理中的应用

1.3 电器智能化技术的发展

1.3.1 智能电器监控器功能的完善与开发

1.3.2 监控器设计技术的现状与发展

1.3.3 电器元件工作机理的变革

1.3.4 电器智能化网络设计的现状与发展

1.4 本课程学习内容

1.5 本章小结

习题与思考题

第2章 智能电器的一次设备

2.1 智能电器一次设备的功能及分类

2.1.1 一次设备的基本功能

2.1.2 一次设备的分类

2.1.3 一次设备实现智能控制的基本要求

2.2 断路器及其智能控制

2.2.1 传统断路器操动机构的工作特点和控制要求

2.2.2 永磁操动机构的基本工作原理及其控制

2.2.3 断路器的选相分，合闸操作

2.2.4 智能断路器监控器的功能和要求

2.3 接触器及其智能控制

2.3.1 接触器的特点及应用

2.3.2 接触器智能控制的目标及基本方法

2.4 其他一次开关元件

2.4.1 负荷开关

2.4.2 高压隔离开关

2.4.3 高压接地开关

2.5 成套开关设备

2.5.1 概述

2.5.2 常用成套开关设备及其智能控制

2.6 本章小结

习题及思考题

第3章 现场参量及其检测

3.1 智能电器现场参量类型及数字化测量方法

3.2 电量信号检测方法

3.2.1 基于电磁感应定律的电压、电流互感器

3.2.2 霍尔电流、电压传感器

3.2.3 光学电流、电压互感器

3.3 非电量信号检测方法

3.3.1 温度检测传感器及在智能电器中的应用

3.3.2 湿度检测传感器及应用

3.3.3 电器操动机构机械特性测量

3.4 被测量输入通道设计原理

3.4.1 输入通道的基本结构

3.4.2 模拟量输入通道中信号调理电路原理及常用芯片

3.4.3 多路模拟参量信号与A/D转换器的接口

3.4.4 模拟量采样环节设计原理及常用电路芯片

3.4.5 隔离概念及其措施

3.5 测量通道的误差分析

3.5.1 误差及其表示方法

3.5.2 智能电器监控器被测模拟量输入通道产生的误差

3.6 本章小结

习题与思考题

第4章 被测模拟量的信号分析与处理

4.1 被测模拟量的信号分类

4.2 被测模拟量的采样及采样速率的确定

4.2.1 采样速率对测量结果的影响分析

4.2.2 采样频率的选择

4.3 数字滤波

4.4 非线性传感器测量结果的数字化处理

4.4.1 直接计算法

4.4.2 查表法

4.4.3 插值法

4.5 被测电参量的测量和保护算法

4.5.1 电压和电流信号的采样方法

4.5.2 常用的电量测量算法

4.5.3 基本保护算法

4.5.4 测量和保护计算的误差分析

4.5.5 常用提高计算结果精度的措施

4.6 本章小结

习题与思考题

第5章 智能电器监控器的设计

5.1 智能电器监控器的功能和硬件模块的划分

5.1.1 监控器的基本功能

5.1.2 监控器硬件功能模块的划分

5.2 中央处理与控制模块的一般结构和设计方法

5.2.1 中央处理与控制模块结构设计步骤

5.2.2 中央控制模块常用处理器件和外围电路芯片

5.3 其他功能模块的结构组成

5.3.1 开关量输出模块的结构组成

5.3.2通信模块的基本功能和设计原则

5.3.3 人机交互模块的设计步骤

5.3.4 电源模块

5.4 监控器的时序设计

5.5 监控器的软件设计

5.5.1 监控器软件设计的基本要求

5.5.2 监控器软件常用的设计模式与适用场合

5.6 RTOS概念及其在监控器软件中的实现

5.6.1 任务调度的概念和实时任务操作系统的分类

5.6.2 智能监控器软件的数据格式

5.7 本章小结

习题与思考题

第6章 智能电器监控器的电磁兼容性设计

第7章 电器智能化网络

第8章 智能电器及其应用系统设计实例2100433B