【正文】 件或 線路的主要特征 ,數(shù)字標(biāo)號用以區(qū)別電路不同線段 ,字標(biāo)號用以區(qū)別電路不同線段。三相交流電源引入線采用 Ll、 LZ、 L3 標(biāo)號 ,電源開關(guān)之后的三相交流電源主電路分別標(biāo) U、 V、 W?？刂齐娐酚扇换蛉灰韵碌臄?shù)字組成 ,交流控制電路的標(biāo)號一般以主要電器元件線圈為分界 ,左側(cè)用奇數(shù)標(biāo)號 ,右側(cè)用偶數(shù)標(biāo)號。 (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。 (4)所有按鈕、 觸頭等均按操作前、電路未帶電的原始狀態(tài)畫出。 (5)控制電路原則上按照動作先后順序排列 ,自左至右、自上而下按行依次繪出 ,沈陽 _!幾業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文也可水平布置或垂直布置 ,一般以水平繪制為宜。并應(yīng)做到布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于看圖。 (6)對于較復(fù)雜的電氣原理圖 ,為了便于讀圖分析、避免遺漏 ,應(yīng)對圖面進(jìn)行石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 區(qū)域劃分或電路編號 ,必要時刻注明回路用途 ,圖區(qū)編號在圖紙上、下方各用 ,在圖紙左、右方各用英文字母編號。 工頻耐壓試驗對控制系統(tǒng)的要求 (l)只有在試驗人員撤離高壓危 險區(qū) ,并關(guān)好安全隔離門之后才能加壓。 (2)試驗電壓必須從零開始施加。 (3)在試驗過程中 ,一旦系統(tǒng)發(fā)生過流、試品擊穿或閃絡(luò)時 ,要求能自動切斷試驗變壓器的工作電源。 (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。 (5)電壓上升和下降滿足 GBT1692 標(biāo)準(zhǔn)。 (6)耐壓時電壓值穩(wěn)定誤差控制在 1%一 3%。 (7)耐壓時間在 10 分鐘內(nèi)任意調(diào)改。 (8)要有緊急按鈕等各種保護(hù)措施。 (9)自動控制系統(tǒng)與原來的手動控制系統(tǒng)應(yīng)是并聯(lián)關(guān)系 ,通過切換各自可獨立進(jìn)行控制。 控制系統(tǒng)主回路 工頻耐一 壓試驗控制系統(tǒng)的主回路如圖 所示 ,主要由電源控制一次側(cè)開關(guān)、調(diào)壓器輸出控制二次側(cè)開關(guān)、濾波裝置、過電流保護(hù)裝置、試驗變壓器、電容分壓器以及試品等組成。 圖中 QSI、 Qs:為隔離開關(guān) ,主要作用是分閘后建立可靠的絕緣間隙 ,將需要檢修的線路或電氣設(shè)備與電源隔開 ,以保證檢修人員及設(shè)備的安全。 QF 為斷路器起控制主回路的通斷和短路保護(hù)作用。 KMI、 KM:接觸器主觸點 ,負(fù)責(zé)控制試驗變壓器的通斷電。 NSP 為過電壓保護(hù)裝置 ,TI為單相接觸式調(diào)壓器 ,T:為試驗變壓器 ,KAIKA3 為過電流繼電器 ,如果發(fā)生過電流 ,過電流繼電 器的觸點通過控制回路斷開主回路的主接觸器觸點 ,保護(hù)試驗變壓器。與試品并聯(lián)的為電容分壓器。工頻耐壓試驗需要測量主回路調(diào)壓器原邊電源電壓、電源電流 ,調(diào)壓器副邊初級電壓、初級電流 ,試品兩端試驗電壓、次級電流 6個模擬信號值。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 26 試驗時 ,首先是關(guān)合隔離開關(guān)的 QSI,然后將一次側(cè)的斷路器 QF 合閘 ,通過控制回路來驅(qū)動 KMI 接觸器主觸點接通 ,使調(diào)壓器一次側(cè)通電 ,此時調(diào)壓器應(yīng)在零位 ,確認(rèn)其零位后 ,合上隔離開關(guān) QSZ,再使主接觸器 KM:接通 ,這樣 ,試驗變壓器的原邊就開始有電流通過 ,按照工頻耐壓試驗的標(biāo)準(zhǔn)要求 ,在 O 一 75%Ue(Ue為試驗電壓額定值 )以前 ,應(yīng)快速升壓 ,到 后 ,再變速為慢速升壓 ,電壓升到額定電壓 Ue 后 ,停止升壓 ,持續(xù)加壓 1分鐘 ,若試品無閃絡(luò) ,則開始快速降壓 ,直至降壓為零 ,升降壓過程如圖 。 然后依次順序打開 KM KM QS QF、 QS1等開關(guān)，整個試驗過程結(jié)束。在升壓或加壓 1分鐘過程中，若線路中出現(xiàn)過電流現(xiàn)象，則相應(yīng)的過流繼電器KA KA2 或 KA3 動作，停止試驗：若試品出現(xiàn)閃絡(luò)擊穿，則保護(hù)裝置 NSP 瞬間動作，將試驗變壓器 T2 的原邊能量瞬間釋放，起到保護(hù)試驗變壓器的作用。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 27 控制系統(tǒng)控 制回路設(shè)計 根據(jù)工頻耐壓試驗對控制系統(tǒng)的壓球設(shè)計控制回路，如圖 所示?？刂苹芈吠ㄟ^控制程序的執(zhí)行，完成對整個試驗過程的控制，包括工作方式的選擇、動作順序控制、耐壓時間設(shè)定、調(diào)壓器位置檢測與報警、試驗電路過電流檢測與保護(hù)等。 本文控制系統(tǒng)包括以為核心的自動控制系統(tǒng) ,同時為防止發(fā)生意外情況還設(shè)計一套手動繼電控制系統(tǒng) ,能與自動控制系統(tǒng)并行使用 ,是自動控制系統(tǒng)和手動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換按鈕。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。通過關(guān)合轉(zhuǎn)換按鈕 ,接觸器線圈得電 ,常開觸點閉合 ,切換到手動控制系統(tǒng)。手動控制系統(tǒng)工作過程如下試驗前應(yīng)首先確認(rèn)門聯(lián)鎖開關(guān)是否關(guān)合 ,只有在確認(rèn)門聯(lián)鎖開關(guān)閉合的情況下才 能開始試驗 ,這樣做能確保試驗人員安全。首先接通控制回路電源 ,電源指示燈亮。再選手動擇控制方式 ,關(guān)合按鈕 ,線圈得電 ,常開觸點閉合 ,切換到手動位置。此時再將主回路石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 28 隔離開關(guān) ,斷路器合上。 檢查 調(diào)壓器是否在下限位 ,下限位常開觸點是否閉合。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 29 當(dāng)調(diào)壓器不為零而從某一位置突然加壓時 ,試驗變壓器的激磁涌流將產(chǎn)生過電壓 ,這是不允許的。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。所 以每次調(diào)壓必須從零開始 ,關(guān)合按鈕調(diào)壓器歸零。 關(guān)合按鈕 ,由于、分別為一次側(cè)開關(guān)分?jǐn)嗯c緊急分繼常閉按鈕 ,故線圈得電 ,主回路主觸點閉合一次側(cè)關(guān)合 ,一次側(cè)指示燈亮。、分別為一次側(cè)、試驗變壓器副邊過電流繼電器常閉觸點 ,如果試品發(fā)生擊穿現(xiàn)象常閉觸點斷開 ,一次側(cè)線圈失電試驗停止。 一次側(cè)關(guān)合之后 ,主回路隔離開關(guān)合閘 ,關(guān)合按鈕 ,二次側(cè)線圈得電關(guān)合 ,主回路主觸點閉合 ,試驗變壓器原邊得電 ,二次側(cè)指示燈亮。準(zhǔn)備升壓。升壓過程中如果調(diào)壓器副邊發(fā)生過電流 ,過電流繼電器常閉觸點斷開 ,二次側(cè)線圈失電 ,使試驗停止。 關(guān)合按鈕 ,升壓線圈 得電 ,通過變頻調(diào)壓系統(tǒng)控制調(diào)壓器開始快速升壓。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)常閉觸點立刻斷開 ,同時發(fā)出報警鈴聲 ,停止升壓檢查故障。 升壓結(jié)束后 ,關(guān)合按鈕對試品進(jìn)行加壓。加壓時間根據(jù)試驗要求可以進(jìn)行調(diào)石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 30 整。 加壓時間到 ,同樣通過變頻器調(diào)壓系統(tǒng)控制調(diào)壓器進(jìn)行試驗降壓過程。最后 ,依次斷開二次側(cè)開關(guān)、一次側(cè)開關(guān) ,試驗過程結(jié)束。 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)的操作均由來實現(xiàn)。其自動控 制可為兩種 ,即單步手動試驗和連續(xù)試驗。連續(xù)試驗是通過軟件編程將整個試驗從開始到結(jié)束由程序連續(xù)地執(zhí)行 ,直到試驗結(jié)束。這過程中 ,若某一步出現(xiàn)故障 ,會作相應(yīng) 記錄。單步手動試驗則是由試驗人員按試驗步驟通過鼠標(biāo)在界面中順序點動界面中的各組態(tài)按鈕 ,一步一步按照試驗過程進(jìn)行操作。 工頻耐壓試驗控制系統(tǒng)部分器件清單如表所示。圖 為控制系統(tǒng)顯示電路。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、下限位指示、上限位指示、升壓指示、降壓指示、手動控制指示等等。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 31 控制系統(tǒng)測量電路設(shè)計 工頻耐壓試驗控制系統(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、試驗電壓 (高壓 )和次級電流信號。對此控制系統(tǒng)分別設(shè)計了電壓、電流測量電路。其中 ,測量電路包括對電源電壓、初級電壓和試驗電壓的測量。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。 電壓測量電路設(shè)計 電壓測量電路的輸入電壓取自電壓互感器的二次側(cè) ,電流測量電路的輸入電流取決于電流互感器的二次側(cè) ,最終通過測量電路實現(xiàn)將交流電壓或電流變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)直流電壓信號送入 A/D 模塊的目的。 如圖所示為電壓測量回路 ,包 括電源電壓、初級電壓的測量 ,兩個電壓量 首先都要經(jīng)過電壓互感器將高電壓按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓 ,電路中電壓互感器變比為 ,二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)輸出為 ,之后再依次經(jīng)分壓、整流、濾波、電壓跟隨、放大、穩(wěn)壓電路變成 的模擬量電壓。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 32 主要器件為主要應(yīng)用器件之一 ,系列運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器 ,它內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器 ,除電源共用外 ,四組運放相互獨立。采用腳雙列直插塑料封裝 ,電壓范圍是一犯或士。具有以下特點短路保護(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。電路分析電壓測量電路包括分壓、精密整流、濾波、電壓跟隨器、放大、穩(wěn)壓五部分組成。 1）精密整流 在工業(yè)控制過程中 ,計算機(jī)系統(tǒng)對被控對象的測試和對控制條件檢測的準(zhǔn)確與 否 ,信號采樣回路是關(guān)鍵的一環(huán) ,它決定系統(tǒng)控制的成敗。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。只有精密整流電路 能檢測到弱電壓信號。所以本課題采用全波精密整流電路以 保留輸入電壓的形狀 ,從而提高測量精度。 下面分析精密整流電路的工作原理當(dāng)。時 ,集成運放的輸出 ,從而導(dǎo)致二極管導(dǎo)通 ,截止 ,電路實現(xiàn)反比例運算 ,輸出電壓 當(dāng)。 ,時集成運放的輸出 ,導(dǎo)致二極管截止 ,導(dǎo)通 ,凡中電流為零 , 因此輸出電壓 所以實現(xiàn)全波整流。 2）濾波 在信號送入刀轉(zhuǎn)換模塊之前 ,必須加濾波電路。這樣做使得輸出的波形趨于 平滑。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。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 33 常用的濾波電路有有源和無源兩種。在本文設(shè)計中采用的是一階濾波器 ,這種濾 波器電路簡單 ,能很好的消除高頻干 擾和由此疊加在被測電流信號上的“尖峰”。 3）電壓跟隨器電壓跟隨器的作用是在電路中引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋 ,作為緩沖級及隔離級。 4）放大電路 利用運算放大器構(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。其特點是輸入阻抗高。電路的電壓放大倍數(shù)由外接電阻決定。 電路中放大倍數(shù)可調(diào)由電阻 ,和阻值決定。 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)。電路中采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。 本文使用電路仿真軟件 網(wǎng)進(jìn)行仿真 ,電壓互感器二次側(cè)電壓為標(biāo)準(zhǔn)時 ,對應(yīng)電源電壓初級電壓為 ,經(jīng)過電壓測量電路的仿真結(jié)果如圖 所示 ,依次為整流、濾波、放大、穩(wěn)壓仿真圖。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 34 通過仿真軟件分析得到電壓互感器二次側(cè)電壓值對應(yīng)轉(zhuǎn)換后標(biāo)準(zhǔn)電壓值如表 所示 ,從表中可以發(fā)現(xiàn)它們之間有很好的線性關(guān)系。 試驗電壓測量電路設(shè)計 由于試驗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)壓電路最終把試驗電壓變成 的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號 ,送入模塊。 電 流測量電路設(shè)計 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。因此信號必須經(jīng)過電流電壓變換 電路將電流信號轉(zhuǎn)變成為電壓信號來能直接送的模擬量端口?；镜牡ぷ儞Q 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 35 有有源和無源兩種 ,如圖 所示。因無源電路安全可靠受外界干擾性小 ,這里采 用后者。 如圖 所示為電流測量回路 ,首先要經(jīng)過電流互感器將大電流按比例變換成標(biāo) 準(zhǔn)小電流 ,電路中電流互感器變比為 ,二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)輸出為 ,之后再依次經(jīng)分壓、整流、濾波、電壓跟隨、放大、穩(wěn)壓電路變成 的模擬量 電壓。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 36 電流互感器二次側(cè)最大電流為 ,經(jīng)電流測量電路后轉(zhuǎn)換電壓為 ,當(dāng)電流互感器二次側(cè)電流為時 ,得到的仿真結(jié)果如圖所示 ,依次為整流、濾波、放大、穩(wěn)壓仿真圖。 通過仿真軟件得到電流互感器二次側(cè)電流值對應(yīng)轉(zhuǎn)換后電壓值如表所示。 電源電路設(shè)計 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。通過電力變壓器把的交流電壓轉(zhuǎn)換為低壓交流電 ,再經(jīng)過整流 ,濾波 ,穩(wěn)壓等環(huán)節(jié) ,就可以獲得裝置工作所需的穩(wěn)定直流石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 37 電源。本文采用整流橋、三端穩(wěn)壓塊、以及 濾波電容及一些電阻組成電源 ,輸出為 電源電壓來滿足各部分線路所需電壓的要求。電源電路如圖 所示。 電源濾波電路設(shè)計 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)引入變頻器實現(xiàn)可控升壓 ,變頻器應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù) ,運行時包含各種諧波 ,對試驗系統(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)。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 38 在抑制來自電源干擾方