【正文】 件或 線路的主要特征 ,數(shù)字標(biāo)號(hào)用以區(qū)別電路不同線段 ,字標(biāo)號(hào)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(hào) ,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(hào)一般以主要電器元件線圈為分界 ,左側(cè)用奇數(shù)標(biāo)號(hào) ,右側(cè)用偶數(shù)標(biāo)號(hào)。 (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(hào)標(biāo)出 ,若有多個(gè)同一種類的電器元件 ,應(yīng)在文字符號(hào)后加上數(shù)字序號(hào)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(dòng)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(jì) 25 區(qū)域劃分或電路編號(hào) ,必要時(shí)刻注明回路用途 ,圖區(qū)編號(hào)在圖紙上、下方各用 ,在圖紙左、右方各用英文字母編號(hào)。 工頻耐壓試驗(yàn)對控制系統(tǒng)的要求 (l)只有在試驗(yàn)人員撤離高壓危 險(xiǎn)區(qū) ,并關(guān)好安全隔離門之后才能加壓。 (2)試驗(yàn)電壓必須從零開始施加。 (3)在試驗(yàn)過程中 ,一旦系統(tǒng)發(fā)生過流、試品擊穿或閃絡(luò)時(shí) ,要求能自動(dòng)切斷試驗(yàn)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(shí)電壓值穩(wěn)定誤差控制在 1%一 3%。 (7)耐壓時(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)與原來的手動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)是并聯(lián)關(guān)系 ,通過切換各自可獨(dú)立進(jìn)行控制。 控制系統(tǒng)主回路 工頻耐一 壓試驗(yàn)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(yàn)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(diǎn) ,負(fù)責(zé)控制試驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)通過控制回路斷開主回路的主接觸器觸點(diǎn) ,保護(hù)試驗(yàn)變壓器。與試品并聯(lián)的為電容分壓器。工頻耐壓試驗(yàn)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(jí)電壓、初級(jí)電流 ,試品兩端試驗(yàn)電壓、次級(jí)電流 6個(gè)模擬信號(hào)值。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 試驗(yàn)時(shí) ,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(dòng) KMI 接觸器主觸點(diǎn)接通 ,使調(diào)壓器一次側(cè)通電 ,此時(shí)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(yàn)變壓器的原邊就開始有電流通過 ,按照工頻耐壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求 ,在 O 一 75%Ue(Ue為試驗(yàn)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(gè)試驗(yàn)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(dòng)作，停止試驗(yàn)：若試品出現(xiàn)閃絡(luò)擊穿，則保護(hù)裝置 NSP 瞬間動(dòng)作，將試驗(yàn)變壓器 T2 的原邊能量瞬間釋放，起到保護(hù)試驗(yàn)變壓器的作用。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。控制回路通過控制程序的執(zhí)行，完成對整個(gè)試驗(yàn)過程的控制，包括工作方式的選擇、動(dòng)作順序控制、耐壓時(shí)間設(shè)定、調(diào)壓器位置檢測與報(bào)警、試驗(yàn)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(dòng)控制系統(tǒng) ,同時(shí)為防止發(fā)生意外情況還設(shè)計(jì)一套手動(dòng)繼電控制系統(tǒng) ,能與自動(dòng)控制系統(tǒng)并行使用 ,是自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換按鈕。鑰匙開關(guān)控制整個(gè)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(dòng)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(diǎn)閉合 ,切換到手動(dòng)控制系統(tǒng)。手動(dòng)控制系統(tǒng)工作過程如下試驗(yàn)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(yàn) ,這樣做能確保試驗(yàn)人員安全。首先接通控制回路電源 ,電源指示燈亮。再選手動(dòng)擇控制方式 ,關(guān)合按鈕 ,線圈得電 ,常開觸點(diǎn)閉合 ,切換到手動(dòng)位置。此時(shí)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。 檢查 調(diào)壓器是否在下限位 ,下限位常開觸點(diǎn)是否閉合。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 當(dāng)調(diào)壓器不為零而從某一位置突然加壓時(shí) ,試驗(yàn)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(huì)由于自感電動(dòng)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(diǎn)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(yàn)變壓器副邊過電流繼電器常閉觸點(diǎn) ,如果試品發(fā)生擊穿現(xiàn)象常閉觸點(diǎn)斷開 ,一次側(cè)線圈失電試驗(yàn)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(diǎn)閉合 ,試驗(yàn)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(diǎn)斷開 ,二次側(cè)線圈失電 ,使試驗(yàn)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(gè)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(shí)發(fā)出報(bào)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(shí)間根據(jù)試驗(yàn)要求可以進(jìn)行調(diào)石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 整。 加壓時(shí)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(yàn)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(yàn)過程結(jié)束。 該裝置的自動(dòng)控制工作過程與手動(dòng)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)。其自動(dòng)控 制可為兩種 ,即單步手動(dòng)試驗(yàn)和連續(xù)試驗(yàn)。連續(xù)試驗(yàn)是通過軟件編程將整個(gè)試驗(yàn)從開始到結(jié)束由程序連續(xù)地執(zhí)行 ,直到試驗(yàn)結(jié)束。這過程中 ,若某一步出現(xiàn)故障 ,會(huì)作相應(yīng) 記錄。單步手動(dòng)試驗(yàn)則是由試驗(yàn)人員按試驗(yàn)步驟通過鼠標(biāo)在界面中順序點(diǎn)動(dòng)界面中的各組態(tài)按鈕 ,一步一步按照試驗(yàn)過程進(jìn)行操作。 工頻耐壓試驗(yàn)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(dòng)控制指示等等。 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(gè)模擬量信號(hào) ,分別為電源電壓、電源電流、初級(jí)電壓、初級(jí)電流、試驗(yàn)電壓 (高壓 )和次級(jí)電流信號(hào)。對此控制系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)了電壓、電流測量電路。其中 ,測量電路包括對電源電壓、初級(jí)電壓和試驗(yàn)電壓的測量。電流測量電路包括對電源電流、初級(jí)電流和次級(jí)電流的測量。 電壓測量電路設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn)將交流電壓或電流變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)直流電壓信號(hào)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(jí)電壓的測量 ,兩個(gè)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(jì) 32 主要器件為主要應(yīng)用器件之一 ,系列運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器 ,它內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器 ,除電源共用外 ,四組運(yùn)放相互獨(dú)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(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(gè)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。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(jì)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(hào)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(hào) ,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(hào)。只有精密整流電路 能檢測到弱電壓信號(hào)。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(shí) ,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)。 ,時(shí)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。 2）濾波 在信號(hào)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(jì) 33 常用的濾波電路有有源和無源兩種。在本文設(shè)計(jì)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(hào)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(jí)及隔離級(jí)。 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。其特點(diǎn)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(shí) ,對應(yīng)電源電壓初級(jí)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(jì) 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(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(jí)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(hào)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(hào) ,送入模塊。 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(hào) ,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(hào)。因此信號(hào)必須經(jīng)過電流電壓變換 電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電壓信號(hào)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(jì) 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(jì) 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(shí) ,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(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。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(jì) 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(jì) 電源干擾來自兩個(gè)方面 ,一是電源引入干擾 ,另一個(gè)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(shí)包含各種諧波 ,對試驗(yàn)系統(tǒng)本身就是 一個(gè)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(jì) 38 在抑制來自電源干擾方