【正文】 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 38 在抑制來自電源干擾方面 。電源電路如圖 所示。通過電力變壓器把的交流電壓轉換為低壓交流電 ,再經過整流 ,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畢業(yè)設計 37 電源。 通過仿真軟件得到電流互感器二次側電流值對應轉換后電壓值如表所示。 如圖 所示為電流測量回路 ,首先要經過電流互感器將大電流按比例變換成標 準小電流 ,電路中電流互感器變比為 ,二次側標準輸出為 ,之后再依次經分壓、整流、濾波、電壓跟隨、放大、穩(wěn)壓電路變成 的模擬量 電壓?；镜牡ぷ儞Q 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 35 有有源和無源兩種 ,如圖 所示。 電 流測量電路設計 控制系統(tǒng)中 ,由于電流互感器二次側輸出的是電流信號 ,而內部集成的 A/D轉換器所要求的模擬輸入量為標準電壓信號。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 34 通過仿真軟件分析得到電壓互感器二次側電壓值對應轉換后標準電壓值如表 所示 ,從表中可以發(fā)現(xiàn)它們之間有很好的線性關系。電路中采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。 電路中放大倍數(shù)可調由電阻 ,和阻值決定。其特點是輸入阻抗高。 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)負反饋 ,作為緩沖級及隔離級。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 33 常用的濾波電路有有源和無源兩種。這樣做使得輸出的波形趨于 平滑。 ,時集成運放的輸出 ,導致二極管截止 ,導通 ,凡中電流為零 , 因此輸出電壓 所以實現(xiàn)全波整流。 下面分析精密整流電路的工作原理當。只有精密整流電路 能檢測到弱電壓信號。 1）精密整流 在工業(yè)控制過程中 ,計算機系統(tǒng)對被控對象的測試和對控制條件檢測的準確與 否 ,信號采樣回路是關鍵的一環(huán) ,它決定系統(tǒng)控制的成敗。具有以下特點短路保護輸出靜態(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 內部補償?shù)墓δ芄材７秶鷶U展到負電源行業(yè)標準的引腳排列輸入端具有靜電保護功能。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 32 主要器件為主要應用器件之一 ,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。 電壓測量電路設計 電壓測量電路的輸入電壓取自電壓互感器的二次側 ,電流測量電路的輸入電流取決于電流互感器的二次側 ,最終通過測量電路實現(xiàn)將交流電壓或電流變?yōu)闃藴手绷麟妷盒盘査腿?A/D 模塊的目的。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。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 31 控制系統(tǒng)測量電路設計 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。圖 為控制系統(tǒng)顯示電路。單步手動試驗則是由試驗人員按試驗步驟通過鼠標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行操作。連續(xù)試驗是通過軟件編程將整個試驗從開始到結束由程序連續(xù)地執(zhí)行 ,直到試驗結束。 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 ,只是各相應的操作均由來實現(xiàn)。 加壓時間到 ,同樣通過變頻器調壓系統(tǒng)控制調壓器進行試驗降壓過程。 升壓結束后 ,關合按鈕對試品進行加壓。 關合按鈕 ,升壓線圈 得電 ,通過變頻調壓系統(tǒng)控制調壓器開始快速升壓。準備升壓。、分別為一次側、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 ,一次側線圈失電試驗停止。所 以每次調壓必須從零開始 ,關合按鈕調壓器歸零。石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 29 當調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生過電壓 ,這是不允許的。此時再將主回路石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 28 隔離開關 ,斷路器合上。首先接通控制回路電源 ,電源指示燈亮。通過關合轉換按鈕 ,接觸器線圈得電 ,常開觸點閉合 ,切換到手動控制系統(tǒng)。 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)的轉換按鈕。石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 27 控制系統(tǒng)控 制回路設計 根據(jù)工頻耐壓試驗對控制系統(tǒng)的壓球設計控制回路，如圖 所示。 然后依次順序打開 KM KM QS QF、 QS1等開關，整個試驗過程結束。工頻耐壓試驗需要測量主回路調壓器原邊電源電壓、電源電流 ,調壓器副邊初級電壓、初級電流 ,試品兩端試驗電壓、次級電流 6個模擬信號值。 NSP 為過電壓保護裝置 ,TI為單相接觸式調壓器 ,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 ,保護試驗變壓器。 QF 為斷路器起控制主回路的通斷和短路保護作用。 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開關、調壓器輸出控制二次側開關、濾波裝置、過電流保護裝置、試驗變壓器、電容分壓器以及試品等組成。 (8)要有緊急按鈕等各種保護措施。 (6)耐壓時電壓值穩(wěn)定誤差控制在 1%一 3%。 (4)系統(tǒng)能對升壓、降壓、變速升降壓及停 LL 等操作進行控制。 (2)試驗電壓必須從零開始施加。 (6)對于較復雜的電氣原理圖 ,為了便于讀圖分析、避免遺漏 ,應對圖面進行石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 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。 (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)大學碩十學位論文也可水平布置或垂直布置 ,一般以水平繪制為宜。 (3)有些情況下需要將電器元件展開圖展開才能清楚表達 ,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出 ,若有多個同一種類的電器元件 ,應在文字符號后加上數(shù)字序號予以區(qū)分 ,如 Kl、 KZ、凡等。三相交流電源引入線采用 Ll、 LZ、 L3 標號 ,電源開關之后的三相交流電源主電路分別標 U、 V、 W。主電路標號一般由文字符號和數(shù)字組成。繪制電氣原理圖時 ,主電路一般排在圖面的左面或上面 ,控制電路或輔助電路排在右面或主電路的下面 ,元器件目錄表排在標題欄上方 ,按倒置順序編寫。主電路包括從電源到電動機或線路末端的電路 ,是工作電流的通路部分。石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 24 第三章 工頻耐壓試驗控制系統(tǒng)硬件設計 控制系統(tǒng)主回路設計 電氣圖設計原則 電氣原理圖是根據(jù)工作原理而設計的 ,具有結構簡單 ,層次分明 ,便于研究和分析電路原理等優(yōu)點 ,在各種電器控制中 ,無論在設計部門或生產現(xiàn)場都得到廣泛的應用 ,繪制電氣原理圖應遵循以下原則囚。其次 ,采用全波傅里葉算法分析諧波分量并設計 濾波電路消除試驗電壓中的諧波。石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 23 本章小結 本章首先介紹了工頻耐壓試驗的工作原理。耐壓時間一到 ,應速將電壓降至輸出電壓的 25%以下 ,再切斷電源 ,嚴禁在試驗電壓下切斷電源 ,否則可能產生很高的操作過電壓。 (3)交流耐壓試驗中 ,加至試 驗標準電壓后 ,為了便于觀察被試品的情況 ,同時也為了使己經開始擊穿的缺陷來得及暴露出來 ,要求持續(xù) 1 分鐘的耐一壓時間。 (2)耐壓試驗過程中 ,升壓應當從零開始 ,禁止在 30%試驗電壓以上沖擊合閘。 (5)試驗儀器連線正確 ,高壓輸 出部分與被試品的連接應可靠。 (3)試驗變壓器使用前應擦拭干凈 ,檢查變壓器內的油是否足夠 ,不夠應補充合格的變壓器油 ,在注油后應靜止足夠的時間 ,以排除變壓器內空氣 ,并用25O0V 兆歐表檢查各繞組對外殼及地的絕緣電阻。例如對母線可進行分段、分相試驗。容量等級有 : 250、 100、 150、 2200kVA 等。如試驗前應檢查以下幾個方面 : (1)核算試驗設備和電源容量是否滿足試驗要求。通過計算可得諧波含量為 %5%,滿足試驗標 準要求。從圖中可以看出濾波后電壓變得更為光滑。 本文中三次濾波電路濾波電容 c=lo 林 F,電感 L110mH,五次濾波電路濾波電容 c10 林 F,電感 L=43mH。 為了不顯著增加調壓設備的容量 ,選擇濾波電容時 ,要考慮流過濾波回路的石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 20 交流電流不要太大 ,各濾波支路的濾波電容 c都應選擇在 6F1。為基波角頻率 ,即為 100。濾波電路并聯(lián)在調壓器輸出電路上 ,分別濾除三次諧波分量與五次諧振波分量。 模擬試驗電壓諧波含量為 : (3)試驗電壓諧波的消除 我們知道一般高次諧波中的三次及五次諧波起主要作用 ,通過計算模擬試驗電壓諧波含量可知此試驗電壓不滿足試驗標準 ,必需對試驗電壓進行濾波。仿真分析結果為 :基波分量 22OV,二次諧波含量 10V,三次諧波含量 SV,四次諧波含量 6V,五次諧波含量 4V。五次諧波分量 4V。三次諧波分量 SV。采用 S函數(shù)進行定步長采樣 ,采樣頻率 1oooHZ。模型主要包括電源模塊 (Subsystem)如圖 所示、LC濾波元件、電 l 江 t 和顯示元件 (Scope)等。和 b。具體的傅里葉算法為 : 式中 :N為一個周期中的采樣點數(shù)。為 n次諧 波的正弦分量。次諧波的余弦分量 。 a。p,為基波 (n=l)或 (倫 2)分量的相位。為基波 (n=l)分量或 (倫 2)分量的幅值 。全波傅里葉算法能有效地求解直流分量和信號中的整數(shù)次諧波分量 .如輸入信號為 :式中 :a 為直流分量 。全波傅里葉算法具有較強的濾波能力 , 可以分析所有的整數(shù)次諧波分量 ,而且穩(wěn)定性好。 諧波分析算法 目前諧波分析方法有離散傅里葉變換 (DFT)法、準同步法、小波變換法等 .其中離散傅里葉變換法發(fā)展很快 ,快速傅里葉變換 (FFT)就是 DFT 的一種改進算法。而對于某些調壓器 (如感應調壓器 )由于磁路中或多或少存在著飽和現(xiàn)象 ,輸出波形不一定能保證滿足正弦的。 對于移圈式調壓器來說 ,磁通穿過較大一段非導磁材料 ,鐵心基本上滿足線性的。因為容性負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壓器及變壓器本身的阻抗中所產生的壓降將使輸出電壓的畸變加劇。另外 ,激磁電流與總電流之比越大 ,則波形畸變也越大。非正弦的激磁 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 16 電流 11就會在其上產生非正弦的壓降 u,如果電源電壓 u:為正弦波 ,則因 uZ=ul一 u,因此試驗變壓器的一次側電壓 u:必為非正弦的 ,變壓器的高壓側輸出電壓u3 也因此為非正弦 。由于變壓器的鐵心的基本磁化曲線是非線性的 ,因此若變壓器一次側所加的電壓接近為正弦波時 ,變壓器鐵心中的主磁通也接近為正弦形 ,這樣激磁電流 11 就是非正弦的 ,也就是說除基波分量之外 ,還有三次、五次等諧波分量 ,激磁電流呈尖頂波形。 通常工頻高壓試驗時 ,大部分試品表現(xiàn)為電容量不甚大的電容效應 ,它所造成的負荷電流相對于變壓器的激磁電流并不甚大 ,試驗變壓器常接近于在空載狀態(tài)下運行 。則認為滿足上述的波形要求回。國家標準規(guī)定試驗電壓一般應是頻 率為 45Hz65Hz 的交流電 ,試驗電壓的波形為兩個半波相同的近似正弦波 ,且峰值和方均根 (有效 )值之比應在點扼士 以內?？刂葡到y(tǒng)中采用的是接觸式調壓器型號為TXZC 250kVA/10kV/0 10kV。阻抗電壓可以控制在較小的范圍內 。 4)接觸式調壓器接觸調壓器也是自禍調壓器的一種 ,它具有輸出電壓波形好 ,畸變小 ,輸出電壓下限可以為零 。當然 ,這里要求發(fā)電機必須是正弦波發(fā)電機 ,并且在適當場合并聯(lián)電抗器做補償。 3)電動發(fā)電機組 電動發(fā)電機組是由電動機帶動同步發(fā)電機的轉子旋轉 ,通過調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流來調節(jié)發(fā)電機的輸出電壓。這種調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場合。這樣的調壓器一般容量較小 ,它價格低 ,攜帶方便 ,波形好 ,在小容量領域用的很多 ,但是在高壓領域用的不多。常用的調壓設備有自禍調壓器、移圈式調壓器、電動發(fā)電機祖、接觸式調壓器等。調壓要均勻 ,前期的調速可以較快 ,但是在放電電壓的后25%時 ,每秒的升一壓不能超過放電電壓的 2%。 (2)調壓器 工頻耐壓試驗對于調壓模塊的操作有一些基本的要求。 3)電流 :高壓側 4A。 2)電壓 :55okv。而試驗變壓器則沒有各種附加的散熱裝置 ,或只有簡單的散熱裝置。 6)由于上述原因 ,試驗變壓器工作溫度低 ,而電力變壓器溫升較高。比如進行電氣設 備的耐壓試驗時常常用的是 lmin 工頻耐壓。 4)電力變壓器在運行中可能受到大氣過電壓及操作過電壓的侵襲 。而高壓電力變壓器的容量都很大。試驗變壓器的運 行條件與電力變壓器有所不同 ,表現(xiàn)在以下幾個方面 : l)試驗變壓器在大多數(shù)情況下 ,工作在電容性負荷下 ,而電力變壓器一般工 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 14 作在電感性負荷下。 因為試品大多為電容性的 ,當知道試品的電容量及所加的試驗電壓位時 ,便可計算出