?0――导体在00C 时的电阻率 [??m]； a――电阻温度系数 [1/K]； ?――导体温度[ C ]
铁磁损耗：导体附近的钢铁件会产生涡流磁滞损耗，即铁磁损耗。与电阻损耗相比铁磁损
耗较小，且可以通过改用非磁性材料或者采用非磁性间隙来减小该损耗，一般计算中可以忽略不计。
b 断路器散热原理
众所周知，热的传递方式有：传导、对流和辐射三种方式。
传导 当直接接触的物体之间有温度差时，温度高的物体将热量传给温度低的物体。传导现象在固体、液体和气体中都可以进行。
对流 当流体内部存在温差时，随着流体的流动而进行热量传递。只能在流体中进行。
辐射 由温差引起的电磁波传播过程称为热辐射。它主要是通过空气或者真空传递热量。 热传导现象和电学中的导电现象是相似的，它们的对应关系是：热阻Rt 对应于电阻R；热流（即热功率）?对应于电流I；温差?对应于电压U，所以有欧姆定律：I=U/R，对应于热传导公式：?= ?/Rt。所以引入热阻的概念将有助于定性分析和定量计算温升和散热过程。热阻的计算方法如下：
1) 热传导热阻的计算方法
由于热传导散热量和接触面成正比和板厚成反比，故此有热传导热阻计算公式如下：
?[K/W] （2.41） Rt??A式中：δ――导热体厚度[m]； A ――导热体截面[m2 ]
λ――热导率[W / m .K ]，也称热导系数。
2) 对流换热热阻的计算方法
在对流换热的计算形式上，现在仍然采用牛顿所提出的公式，即:
??aA(?1??2)[W] （2.42）
2式中： a――对流换热系数[W/m?K]
A――与流体接触的壁面面积[m ]； ?1――壁面温度[K]； ?2――流体平均温度[K]。
对比式 ?= ?/Rt与式??aA(?1??2)[W]，因为温差??(?1??2),对流热阻计算公式如下：
Rt?1aA[K/W] （2.43）
22式中： α――对流换热系数[W/m?K]
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A ――与流体接触的壁面面积[m2 ]。
3) 辐射换热热阻的计算方法
两个物体间通过辐射交换的净换热量为：
????bA(T1?T2) （2.44）
44式中：?――表面黑度，也称为辐射率；
?b――斯忒藩－波尔兹曼常数，其值为5.67 ×10-8 [W/m2?K] A ――物体的辐射表面积[m2 ]； T1 ――发热体的绝对温度[K]； T2――受热体的绝对温度[K]。
对比式?= ?/Rt 与式????bA(T14?T24) ，因为温差??(T1?T2)故有辐射热阻计算公式为：
1Rt1Rt???bA(T1?T1T2?TT12?T)2
3223
???bA(1?T1T2?T1T222?T1T23)T2 322333当温差不大，即 ??(T1?T2)较小时(1?1RtT1T2?T1T23?T1T2) ?4，故有
?4??bAT2
Rt?14??bAT23 （2.45）
0例如，在20C 时，T2?273?20?293K，则有 :
Rt?15.7?A （2.46）
在实际传热中，固体零件主要以传导方式传热；真空主要以辐射方式传热；固体表面与流体间，当流体为气体时以对流和辐射方式传热，当流体为液体时以对流方式传热；能够自
由对流的流体内部主要以对流方式传热；流体薄层时，如果流体为气体则以传导和辐射方式传热，如果流体为液体则主要是传导传热。
2.3.2 主触头温度和主回路电阻间接算法
设断路器内部热源到断路器外表面的总热阻为Rt1 ，设断路器外表面散热热阻（空气层
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热阻）Rt0 ，断路器外表面温度为?1 ，断路器周围空气温度为?0，设断路器主触头的温度为?、断路器主触头的热损耗为?。则有：
??(?1??0)/Rt0?(???1)/Rt1?(???0)/(Rt0?Rt1) （2.47） 由上式可知：
主触头稳态温度为：??(?1??0)Rt1/Rt0??1 （2.48） 主触头热损耗为： ??(?1??0)/Rt0
又因主触头的电阻发热损耗计算公式：??KaI2R 式中：Ka―― 交流附加损耗系数，Ka与趋表效应（集肤效应）有关； I―― 断路器负荷电流；
R―― 断路器导电回路的总电阻。
由以上两式相等可得出断路器导电回路的总电阻R 的计算公式
R?(?1??0)/KaI2Rt0 （2.49） 注意：以上公式、只能用于估计或间接计算断路器在达到热平衡时的主触头温度和导电回路电阻，脱离稳态则无意义。
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第3章 硬件设计
3.1 硬件系统组成概述
1、传统在线监测系统组成
传统的在线监测系统[5]（如图3.1所示）包括以下基本单元：
（1） 信号变送：一般由传感器来完成，它从电气设备上检测出那些反映 设备状态的物理量，例如电流、电压、温度、压力等，并将其转换为合适的电信号传送到后续单元。 （2） 信号处理：其功能是对传感器变送来的信号进行适当的预处理，对混叠于其中的干扰信号进行抑制。
（3） 数据采集：对经过处理的信号进行采样、A/D转换和记录。
（4） 数据通信：将采集到的信号传送到后续单元，对于在线监测系统，因为数据处理单元远离现场，故需要配备专门的信号传输单元。
（5） 数据处理：对所采集到的数据进行处理和分析，例如：读取特征值、做时域分析和频域分析、进行平均处理等等。
（6） 故障诊断：根据数据处理得来的数据和历史数据、判据及其它信息进行比较和分析后，对设备的状态或故障部位作出诊断。
上述六个单元构成一闭合系统，传感器、变送器和设备在一起位于设备现场；数据采集系统位于设备附近也在现场，该环节有与监控计算机通信的能力；监控计算机从通讯口得来数据并对其进行分析和诊断，也可以对被监视设备进行必要的控制或采取措施。
2、现代在线监测系统组成
传统的在线监测系统过分的依赖通讯接口，实时性较差，现场附近的数据采集系统基本上不具备任何处理能力，无法在必要时紧急处理突发事件，但它也有一定的优势，例如后台的监控计算机属于PC机或者大型计算机，可以使用复杂的分析处理软件对数据进行精确处理。
与传统在线监测系统相比，现代在线监测系统的现场设备部分本身就是一个完整的监测系统，在通讯完全中断的情况下它依然可以自成体系，从而减轻了对上位机的依赖。这也是微电子计算发展的结果，因为目前的单片机已经可以做到处理能量较强，可以完成一些过去只能由PC机完成的工作。现代在线监测系统同时保留了传统在线监测系统的优势，即在上位机召唤时可以实时传递上位机所需的一切数据，也可以只传送单片机系统 诊断的结果。
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现代在线监视系统（如图3.2所示）包括以下基本单元：传感器、单片机系统、通讯系统、上位监控机系统。各部分的功能如下：
传感器：将各种各样的物理量转换为对应的电气量。
单片机系统：除滤波环节和信号放大环节外、诸如A/D环节、MCU、SPI接口、UART接口都属于单片机的功能模块，给设计带来了极大的便利，同时也提供了系统的可靠性和抗干扰能力。 通讯系统：现场总线是联接单片机系统和上位监控机的数据传输线路，目前工业现场较为常用的通信总线有CAN和RS-422/485，在该设计中我们选用了RS-485接口。
上位监控机系统：对下位单片机通过通讯接口传送来的实时数据，通过高级软件进行分析；对下位单片机通过通讯接口传送来的诊断结果进行显示或者报警；通过通讯接口对下位单片机传送诸如命令、时钟、定值数据等。
3.2 新一代单片机MSP430简介
在本设计中，我们选用了TI 公司新近推出的新一代功能强大的MSP430系列单片机，该系列单片机具有如下特点[10] ：
（1）超低功耗，典型功耗是：2.2V时钟频率1MHz时，活动模式为250μA，关闭模式时仅为0.1μA，且具有5种节能工作方式。
（2）高效16位RISC-CPU，27条指令，8MHz 时钟频率时指令周期时间125ns，绝大多数指令一个时钟周期完成，32kHz时钟频率时16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHz时钟频率时的执行速度。
（3）低电压供电、宽工作电压范围：1.8V～3.6V。
（4）12位8路A/D、内部基准源、采样保持和自动扫描。 （5）两个16位定时器，带捕获功能。
（6）片内2kRAM、60kflashROM。
（7）灵活的时钟系统（两个外部时钟和一个内部时钟）。 （8）低时钟频率可实现高速通信。
（9）串行在线编程能力，无需外加编程电压，带有密码锁。 （10）强大的中断功能。
（11）唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需6μs。 （12）ESD保护，抗干扰力强。
基于以上特点，MSP430系列单片机在便携式仪表、智能传感器、实用检测仪器、电机控制、家庭自动化等领域的应用较为便捷。MSP430产品系列可以提供多种存储器容量组合的选择，从14位ADC到LCD驱动电路的混合信号外设，可根据需要进行选择，简化了各类应用的电路设计。且集成时钟、集成LCD驱动电路、集成A/D使硬件简化，所需外部元件极少。所以，与传统单片机相比较MSP430单片机具有较高的性能价格比。用Flash或OTP型可快速制作样机、用Flash型可作现场更新，且容易学习和设计程序，从而加快产品
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