【正文】 所需的穩(wěn)定直流石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 電源。 電 流測量電路設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)中 ,由于電流互感器二次側(cè)輸出的是電流信號 ,而內(nèi)部集成的 A/D轉(zhuǎn)換器所要求的模擬輸入量為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。其特點(diǎn)是輸入阻抗高。 ,時集成運(yùn)放的輸出 ,導(dǎo)致二極管截止 ,導(dǎo)通 ,凡中電流為零 , 因此輸出電壓 所以實(shí)現(xiàn)全波整流。具有以下特點(diǎn)短路保護(hù)輸出靜態(tài)功耗小 ,可單電源工作一犯低偏置電流最大叭犯每封裝含四個運(yùn)算放大器具有 內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ芄材７秶鷶U(kuò)展到負(fù)電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列輸入端具有靜電保護(hù)功能。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 控制系統(tǒng)測量電路設(shè)計(jì) 工頻耐壓試驗(yàn)控制系統(tǒng)需要測量 6個模擬量信號 ,分別為電源電壓、電源電流、初級電壓、初級電流、試驗(yàn)電壓 (高壓 )和次級電流信號。 該裝置的自動控制工作過程與手動控制工作過程基本一致 ,只是各相應(yīng)的操作均由來實(shí)現(xiàn)。準(zhǔn)備升壓。此時再將主回路石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 隔離開關(guān) ,斷路器合上。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 控制系統(tǒng)控 制回路設(shè)計(jì) 根據(jù)工頻耐壓試驗(yàn)對控制系統(tǒng)的壓球設(shè)計(jì)控制回路，如圖 所示。 QF 為斷路器起控制主回路的通斷和短路保護(hù)作用。 (4)系統(tǒng)能對升壓、降壓、變速升降壓及停 LL 等操作進(jìn)行控制。 (3)有些情況下需要將電器元件展開圖展開才能清楚表達(dá) ,這種情況下同一電器元件的各部件可以不畫在一起 ,但需用同一文字符號標(biāo)出 ,若有多個同一種類的電器元件 ,應(yīng)在文字符號后加上數(shù)字序號予以區(qū)分 ,如 Kl、 KZ、凡等。主電路包括從電源到電動機(jī)或線路末端的電路 ,是工作電流的通路部分。耐壓時間一到 ,應(yīng)速將電壓降至輸出電壓的 25%以下 ,再切斷電源 ,嚴(yán)禁在試驗(yàn)電壓下切斷電源 ,否則可能產(chǎn)生很高的操作過電壓。 (3)試驗(yàn)變壓器使用前應(yīng)擦拭干凈 ,檢查變壓器內(nèi)的油是否足夠 ,不夠應(yīng)補(bǔ)充合格的變壓器油 ,在注油后應(yīng)靜止足夠的時間 ,以排除變壓器內(nèi)空氣 ,并用25O0V 兆歐表檢查各繞組對外殼及地的絕緣電阻。通過計(jì)算可得諧波含量為 %5%,滿足試驗(yàn)標(biāo) 準(zhǔn)要求。為基波角頻率 ,即為 100。五次諧波分量 4V。和 b。 a。全波傅里葉算法具有較強(qiáng)的濾波能力 , 可以分析所有的整數(shù)次諧波分量 ,而且穩(wěn)定性好。因?yàn)槿菪载?fù)載對高次諧波電壓來說阻抗較小 ,故高次諧波電流相對較大 .這些高次諧波電流在調(diào)壓器及變壓器本身的阻抗中所產(chǎn)生的壓降將使輸出電壓的畸變加劇。 通常工頻高壓試驗(yàn)時 ,大部分試品表現(xiàn)為電容量不甚大的電容效應(yīng) ,它所造成的負(fù)荷電流相對于變壓器的激磁電流并不甚大 ,試驗(yàn)變壓器常接近于在空載狀態(tài)下運(yùn)行 。阻抗電壓可以控制在較小的范圍內(nèi) 。這種調(diào)壓器輸出電壓平滑均勻 ,制造工藝也比較簡單 ,能適于一般的高壓試驗(yàn)場合。 (2)調(diào)壓器 工頻耐壓試驗(yàn)對于調(diào)壓模塊的操作有一些基本的要求。 6)由于上述原因 ,試驗(yàn)變壓器工作溫度低 ,而電力變壓器溫升較高。試驗(yàn)變壓器的運(yùn) 行條件與電力變壓器有所不同 ,表現(xiàn)在以下幾個方面 : l)試驗(yàn)變壓器在大多數(shù)情況下 ,工作在電容性負(fù)荷下 ,而電力變壓器一般工 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 作在電感性負(fù)荷下。 (3)由分壓器低壓臂所測得的電壓波形與被測電壓波形相同 ,分壓比在一定的頻帶范圍內(nèi)應(yīng)與被測電壓的頻率和幅值無關(guān)。用電容分壓器測量高電壓的原理是 ,將被測電壓通過串聯(lián)的電容分壓器進(jìn)行分壓 ,測出其中低阻抗電容器上的電壓 ,再用分壓比算出被測電壓 ,如圖 所示 ,圖中 C,、 Q分別代表高電壓臂和低電壓臂的電容 ,測量儀表接在 Q 兩端 ,可以用高阻抗的交流電壓表或靜電電壓表測量電壓的有效值 ,也可以用峰值表測量電壓的峰值 ?？梢酝ㄟ^測量檢流計(jì)指示的平均電流幾來求得電壓的峰值。 U隨時間作正弦變化 ,i。否則活動電極會被風(fēng)吹動 ,造成較大的測量誤差。可動電極移動時 ,張絲所產(chǎn)生的扭矩或是彈簧的彈力產(chǎn)生了反力矩 ,當(dāng)反力矩和靜電場的力矩相平衡時 ,可動電極的位移達(dá)到一個穩(wěn) 定值。 (4)要校訂大氣條件。 最后 ,我們對測量球隙作為一種高電壓測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。由于測量球并不是處在無限大空間里 ,而是有外物及大地對球間電場發(fā)生影響 ,所以很難用靜電場理論來計(jì)算球間的電場強(qiáng)度和擊穿電壓 ,因此測量球隙放電的電壓主要靠試驗(yàn)來決定。均勻電場下空氣間隙的放電電壓與間隙距離具有一定的關(guān) 系。 在高壓實(shí)驗(yàn)室中用來測量交流高電壓的方法很多 ,目前最常用的有下列幾種 : (1)利用測量球隙氣體放電來測量未知電壓的峰值。工頻耐壓試驗(yàn)?zāi)苡行У匕l(fā)現(xiàn)絕緣中危險(xiǎn)的集中性缺陷 ,是檢驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最有效和最直接的方法 ,但工頻耐壓試驗(yàn)也會使有機(jī)絕緣中存在的絕緣弱點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)展。 第二章 試驗(yàn)原理及模擬試驗(yàn)電壓諧波分析 第二章 試驗(yàn)原理及模擬試驗(yàn)電壓諧波分析 工頻耐壓試驗(yàn)原理 工頻耐壓試驗(yàn)接線圖如圖 所示。鑒于國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 ,認(rèn)為工頻耐壓控制系的設(shè)計(jì)與研究很有其實(shí)際意義。國外在工頻絕緣試驗(yàn)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的報(bào)道還比 較少。西安高壓電器研究所大容 量試驗(yàn)室三期工程項(xiàng)目已通過國家驗(yàn)收。 4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。美國 Microchip公司 生產(chǎn)的 Plc16c57 單片機(jī)進(jìn)行了工頻絕緣試驗(yàn)控制系統(tǒng)的研究開發(fā) ,論文主要論述了應(yīng)用單片機(jī)完成試驗(yàn)過程的自動控制。試驗(yàn)?zāi)芰_(dá)到 550kv、 63kA 整極和 SO0kV、 63kVI/2 極 ,使大容量試驗(yàn)?zāi)芰_(dá)到世界先進(jìn)水平。 PLC 控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的比較有許多相對獨(dú)道之處 ,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。這就需要使用交流、直流、沖擊電流等各種波形的高電壓對電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)電壓越高 ,發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的有效性越高 ,但被試品被擊穿的可能性越大 ,積累效應(yīng)也越嚴(yán)重。而在電力系統(tǒng)所發(fā)生的事故中 ,很大一部分都是由于設(shè)備或線路的絕緣遭到破壞所造成的。設(shè)計(jì)了工頻耐壓控制系統(tǒng)的主回路包括接觸式調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器、 NSP 保護(hù)裝置等。因此對于交流高壓電氣設(shè)備 ,工頻耐壓試驗(yàn)在高電壓技術(shù)中具有非常重要和不可替代的地位和作用。 研究了暫態(tài)恢復(fù)過電壓保護(hù)系統(tǒng)。工頻耐壓試驗(yàn)?zāi)苡行У匕l(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備存在的絕緣缺陷 ,是考驗(yàn)電力設(shè)備絕緣承受各種過電壓能力最嚴(yán)格、最有效的方法 ,是保證設(shè)備安全運(yùn)行的重 要手段。因此 ,必須正確選擇試驗(yàn)電壓和耐壓時間。 試驗(yàn)方面的技術(shù)革新驚人的速度和試驗(yàn)設(shè)備的日新月異 ,使傳統(tǒng)的手動控制系統(tǒng)相比之下十分的落后 ,工作效率低 ,勞動量大。近 10 余年來 ,由于電氣設(shè)備故障診斷的需要以及傳感技術(shù)、光纖技術(shù)、信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展 ,使電氣試驗(yàn)中采用的新設(shè)備不斷增多 ,新方法不斷涌現(xiàn) ,新技術(shù)不斷應(yīng)用 ,診斷石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 技術(shù)不斷提高 ,從而出現(xiàn)喜人的新局面。但是它在高壓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域 ,特別是在超高壓試驗(yàn)技術(shù)中的應(yīng)用 比較滯后。對于試品擊穿或沈陽〔業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文可靠性高 ,抗干擾能力是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 7)大型 PLC還可以采用由雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三個 CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。三期工程提高了 ,滿足了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和國際 IEC標(biāo)準(zhǔn)及電力部門的特殊要求 ,擴(kuò)大了試驗(yàn)領(lǐng)域 ,填補(bǔ)了國內(nèi)空白 ,以新建短路發(fā)電機(jī)、短路變壓器系統(tǒng)為電流源 ,與新建成的 SO0kV 斷路器試驗(yàn)系統(tǒng)聯(lián)合作合成試驗(yàn)。對高電壓的測量一直是工頻耐壓試驗(yàn)的難題 ,國外有采用光或光磁技術(shù)對超高壓、特超高壓進(jìn)行測量的研究 [LBJ。采用全波傅里葉算法對模擬試驗(yàn)電壓諧波分量進(jìn)行分析。在高壓測量中要達(dá)到達(dá)個要求并不是輕而易舉的。工頻耐壓試驗(yàn)的難點(diǎn)之一就是如何準(zhǔn)確的測量試驗(yàn)電壓 ,并把誤差控制在士 3%以內(nèi)。 (4)利用整流電容電流測量交流高電壓的峰值。加壓時 ,球隙間形成稍不均勻石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 電場。保護(hù)電阻凡的作用是限制球隙放電時的電流 ,以免燒傷球的表面及阻尼放電時可能引起的振蕩 ,因此這個電阻應(yīng)盡量大一些 ,但也應(yīng)考慮在球隙擊穿之前流過球隙電容的電流應(yīng)在電阻 R:上引起太大的壓降 ,從而影響測量的準(zhǔn)確度 ,在測量交流電壓時 ,這個壓降不應(yīng)超過 1%,一般按此要求確定保護(hù)電阻值如下 : R=K(50/f)Umax() 式中 :Umax 為被測電壓幅值 。 (3)有一定的準(zhǔn)確度 ,測量交流及沖擊電壓時準(zhǔn)確度在士 3%以內(nèi)。 靜 電壓表 法測量 靜電壓表法測量原理是加電壓于兩電極 ,由 于兩電極上分別充上異性電荷 ,電極就會受到靜電機(jī)械力的作用 ,測量此靜電力的大小或是由靜電力產(chǎn)生的某一極板的偏移 (或是偏轉(zhuǎn) )就能夠反映所加電荷的大小。通常還可以把它接到分壓器上來擴(kuò)大其電壓量程 ,目前國內(nèi)已生產(chǎn)有 250500kV 的靜電電壓表。目前應(yīng)用較多的有兩種方法 :一種是利用電容電流整流來測量電壓峰值 。 D,及 D:為兩個二個整流管 ,G 為檢流計(jì)。放電過程中電容兩端電壓為 : 式中 :以 為波動電壓最大值 。假定被測電壓為 U,Q兩端電壓為 根據(jù)電流連續(xù)性原理 : 本文采用電容分壓器法測量試驗(yàn)電壓 ,其中高壓臂電容量 CI=Zo0PF,低壓臂電容量 Q=1 林 F,額定電壓 550kv,額定頻率 50Hz,分壓比 5000:1。 (6)分壓器應(yīng)采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?,使它的測量結(jié)果基本上或完全不受周圍環(huán)境的影響。 3)試驗(yàn)變壓器在工作時 ,經(jīng)常要放電 ,電力變壓器在正常運(yùn)行時 ,發(fā)生短路事故的機(jī)會是不多的 ,而且即使發(fā)生 ,繼電保護(hù)裝置也會立即將電源跳開。 控制系統(tǒng)中選用的試驗(yàn)變壓器參數(shù)為 : 1)容量 2200kVA。此外還要保持波形的完整和穩(wěn)定性。這樣可以均勻平滑的調(diào)壓 ,不受電網(wǎng)的電壓波動的影響 ,并可以供給正弦波形。 模擬試驗(yàn)電壓諧波分析 試驗(yàn)電壓諧波的產(chǎn)生 試驗(yàn)電壓的波形對各種試驗(yàn)是有不同程度的影響的。當(dāng)試驗(yàn)變壓器的前面接有調(diào)壓器而且調(diào)壓器的漏抗較大時 ,如圖 。正弦波發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)時采用了特殊繞組 ,可以產(chǎn)生正弦波電壓。u。 b。仿真時陽 J選擇 ,選用變步石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 長 ode45 算法 ,Relative to leranee:le7。從仿真結(jié)果可以看出 ,該諧波分析算法與被給定信號諧波分量的參數(shù)完成一致 ,可以應(yīng)用該算法進(jìn)行模擬試驗(yàn)電壓的諧波分 析。林 F范圍之內(nèi)。我國試驗(yàn)變壓器的電壓等級有 : 2 3 50、 100、 150、 500kV 等。 工頻耐壓試驗(yàn)過程中應(yīng)注意事項(xiàng)回 : (l)由于交流耐壓試驗(yàn)是一種破壞性試驗(yàn) ,試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)電壓往往比運(yùn)行電壓高 ,過高的電壓會使絕緣介質(zhì)損失增大、發(fā)熱、放電 ,會加速絕緣缺陷的發(fā)展 ,故在對設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時應(yīng)根據(jù)絕緣介質(zhì)的不同及設(shè)備的運(yùn)行狀況的不同 ,按照有關(guān)規(guī)程及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的試驗(yàn)電壓。工頻耐一壓試驗(yàn)首先需要解 決的一個問題就是試驗(yàn)電壓測量的問題 ,本文采用電容分壓器法測量高電壓。 (2)電氣原理圖中 ,所有電器元件的圖形 ,文字符號必須統(tǒng)一標(biāo)號。并應(yīng)做到布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于看圖。 (7)耐壓時間在 10 分鐘內(nèi)任意調(diào)改。與試品并聯(lián)的為電容分壓器。鑰匙開關(guān)控制整個控制回路通斷電 ,打開總電源指示燈亮控制系統(tǒng)直接進(jìn)入自動控制程序。同樣調(diào)壓器若處在非零位突然斷電 ,在試品上會由于自感電動勢造成過電壓。為了防止在升壓過程中發(fā)生達(dá)到試品額定電壓之后調(diào)壓器繼續(xù)升壓 ,需要在調(diào)壓器另一端安裝一個上限位行程開關(guān) ,一旦發(fā)生上述情況 ,上限位行程開關(guān)常閉觸點(diǎn)立刻斷開 ,同時發(fā)出報(bào)警鈴聲 ,停止升壓檢查故障。這過程中 ,若某一步出現(xiàn)故障 ,會作相應(yīng) 記錄。電流測量電路包括對電源電流、初級電流和次級電流的測量。如何處理采樣進(jìn)來的交流輸入信號 ,使其準(zhǔn)確反映外部設(shè)備的運(yùn)行情況 ,而常規(guī)的全波整流或者橋式整流來采集微弱的電壓 ,是無法保證其精度的 ,甚至?xí)z測不到信號。以消除現(xiàn)場和電路元件等因數(shù)所引起的干擾 ,以免給檢測精度帶來嚴(yán)重的影響。 5）穩(wěn)壓 為防止電壓或電流過大而對電路采取的保護(hù)措施 ,這樣可保證輸入的電壓 被限制在安全范圍內(nèi)。因無源電路安全可靠受外界干擾性小 ,這里采 用后者。 電源濾波電路設(shè)計(jì) 電源干擾來自兩個方面 ,一是電源引入干擾 ,另一個是系統(tǒng)引入變頻器實(shí)現(xiàn)可控升壓 ,變頻器應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù) ,運(yùn)行時包含各種諧波 ,對試驗(yàn)系統(tǒng)本身就是 一個干擾源 ,上述干擾可能導(dǎo)致控制過程失敗 ,測量結(jié)果誤差大 ,甚至損壞控制系統(tǒng)。 電源電路設(shè)計(jì) 電源是各種電子設(shè)備必不可缺的組成部分 ,其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。 試驗(yàn)電壓測量電路設(shè)計(jì) 由于試驗(yàn)電壓為高電壓其測量方法有別于電源電壓和初級電壓 ,首先采用電容分壓器法降壓 ,然后在經(jīng)過變比為的隔離變壓器如圖所示 ,最后試驗(yàn)電壓信號再依次經(jīng)過分壓 、精密整流、濾波、電壓跟隨器、放大、穩(wěn)壓電路最終把試驗(yàn)電壓變成 的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號 ,送入模塊。 4）放大電路 利用運(yùn)算放大器構(gòu)成反相比例放大電路或同相比例放大電路 ,將電壓和電流按一定比例放大。時 ,集成運(yùn)放的輸出 ,從而導(dǎo)致二極管導(dǎo)通 ,截止 ,電路實(shí)現(xiàn)反比例運(yùn)算 ,輸出電壓 當(dāng)。采用腳雙列直插塑料封裝 ,電壓范圍是一犯或士。包括電源指示、一次側(cè)合指示、一次側(cè)分指示、次側(cè)合指示、二次側(cè)分指示、門聯(lián)鎖指示、下限位指