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研究生: 黃俊智
Jyun-jhih Huang
論文名稱: 具保護協調特性的智慧型插座之研製
Implementation of Intelligent Outlet with Protection Coordination
指導教授: 吳瑞南
Ruay-nan Wu
口試委員: 陳建富
Jiann-fun Chen
謝宗煌
Tsung-huang Hsieh
林育勳
Yu-hsun Lin
郭明哲
Ming-tse Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 電能量測ZigBee反時性過電流保護協調
外文關鍵詞: power measurement, ZigBee, inverse time overcurrent, protection coordination
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在面臨能源過度使用所帶來的短缺危機時,除了開發再生能源外,尚需發展出電能管理設備,透過兩技術及政策下,期許能抑制能源快速耗竭之情形。為此,本篇論文在電能管理上研製一具備電能量測且利用無線通訊裝置的智慧型插座,藉由此插座當其電器負載之監控設備,便可量測該電器的電力參數,並運用ZigBee無線通訊裝置將資訊傳送至電腦監控端上,使得可察看用電情況及狀態,然而透過此監控端發出各項功能的控制命令給智慧型插座,促使在系統中便可實現遠端監視及控制之電能管理目的。

本文於智慧型插座研製上具有電能參數量測、溫度感測、反時性過電流保護及無線通訊等功能;此外,在結合本研究模擬出的插座反時性過電流保護曲線與無熔絲斷路器動作曲線之情況下,即能達成當發生線路過載時,該插座當其主保護裝置,且將無熔絲斷路器視為後衛保護設備,而後藉由此兩種保護模式,便能構成主保護與後衛保護彼此間的保護協調之成效,最後則是搭配電腦端的人機介面觀察及記錄電能資料,以激起使用者改善用電習慣、落實節約能源之目標。


As facing the crisis of intensely use of energy, we not only need to find the renewable energy but also need to develop energy management equipment to expect that it can inhibit the rapid depletion of the energy by using through the technologies and policies. For this reason, this thesis develops an intelligent outlet with power measurement and wireless communication for energy management. It can get the power parameters immediately by using the outlet for load monitoring. User can observe the situation and status of the usage via the ZigBee wireless communication device, which can send the parameters information to the monitoring computer. However, the system can achieve the purpose of energy management for remote monitoring and controlling through the computer monitor, sending various control commands to the intelligent outlet.

In this thesis, the functions of the intelligent outlet are power parameters measurement, temperature sensing, inverse time overcurrent protection and wireless communication. In addition, under the circumstances of combining the inverse time overcurrent curve simulated by this study with the curve of No Fuse Breaker, it can achieve better performance of the protection coordination by two protection devices. When the circuit is overloaded, the outlet is primary protection device and No Fuse Breaker is backup protection device. Finally, by combining with graphical user interface to observe and record power information, users can be aroused to improve the habits of electrical consumption and the goal of energy saving can be implemented.

中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與背景 1 1.2 研究目的與方法 3 1.3 章節概述 4 第二章 微控制器與ZigBee無線通訊網路介紹 6 2.1 微控制器簡介 6 2.1.1 PIC微控制器之特性 7 2.1.2 PIC微控制器之振盪方式 8 2.2 ZigBee無線通訊簡介 11 2.2.1 ZigBee技術特性 11 2.2.2 ZigBee網路架構 14 第三章 智慧型插座硬體架構 19 3.1 系統架構 19 3.2 硬體功能模組 20 3.2.1 電源供應模組 22 3.2.2 微控制器 23 3.2.3 電能量測模組 24 3.2.4 輸出電力控制模組 32 3.2.5 系統重置鍵及開關控制鍵 33 3.2.6 溫度量測模組 34 3.2.7 無線傳輸模組 35 第四章 智慧型插座軟體架構 38 4.1 前言 38 4.2 反時性過電流保護及保護協調 39 4.2.1 反時性過電流保護 39 4.2.2 無熔絲斷路器特性 46 4.2.3 保護協調 47 4.3 軟體架構流程 51 第五章 電腦監控端及實作測試 56 5.1 電腦監控端功能架構 56 5.2 使用者介面設置 57 5.3 實作與測試 62 5.4 實體電路圖 66 第六章 結論與未來研究方向 67 6.1 結論 67 6.2 未來研究方向 68 參考文獻 69

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