【正文】 模擬量輸入接口模塊的主要 技術(shù)性能有： （ 1） 輸入通道數(shù)： 有 4 路、 8 路、和 6 路等； （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換 的 位數(shù)： 有 8 位、 10 位、 12 位或 14 位（均為二進(jìn)制） （ 3） 輸入信號(hào)：電壓輸入 10～ +10V、 +0～ +10V、 +1～ +5V； 電流信號(hào) 4～ 20mA； R r rˊ 互感器 C2 C1 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 21 頁(yè)，共 40 頁(yè) （ 4） 轉(zhuǎn)換 的 精度： %～ %； （ 5） 線性度 的 量程： +%（環(huán)境溫度 +25℃ ）； （ 6） 轉(zhuǎn)換時(shí) 的 間：小于 50mA FX2N4AD 模塊： 本設(shè)計(jì)中模擬量輸入輸出模塊我選用 FX2N4AD。 假如 要對(duì)這些模擬量進(jìn)行采集并送給 PLC的 CPU 模塊， 則 必須對(duì)這些模擬量進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 ， 才能使可編程器 可以 接收這些數(shù)據(jù)。因此 我們可以 通過(guò) 對(duì) 外加輸入量模塊 的方式 來(lái) 穩(wěn)定系統(tǒng)的安全 ， 這樣便可以在 同一模塊 下 適應(yīng)各種不同 模擬量的 的輸入范圍。 智能式高壓開(kāi)關(guān)在本設(shè)計(jì)中電壓互感器將與運(yùn)放電路連在一起，具體電路如 圖 所示： 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 20 頁(yè)，共 40 頁(yè) 運(yùn)算放大器 圖 互感器與運(yùn)放的連接電 模擬量 模塊 模擬量輸入模塊 模擬量輸入模塊有各種不同的類型，例如： 0～ 10V、 10～ +10V、 4～ 20mA 等各種范圍的模塊。 具有 使用 簡(jiǎn)便， 精度高 （ 級(jí) ）， 體積小 以及 完全電隔 離的優(yōu)點(diǎn) 。 其原理接線如圖 所示： 電壓互感器 R 被 I/V 測(cè) 電 壓 圖 電壓互感器原理線路圖 本次設(shè)計(jì) 選用的為 PT011 電壓互感器。 工作時(shí)，互感器一次繞組與限流電阻 R 串聯(lián)接被測(cè)電壓，二次輸出接運(yùn) 算 放 大器 進(jìn)行 電流 /電壓之間的相互 變換（或直接電阻采樣）。 保護(hù)用互感器 的工作時(shí)限有所不同，它 只是在電流 大于正常范圍 時(shí)才開(kāi)始 進(jìn)行 有效的工作 ，所以我們對(duì)其 保護(hù)用 的 互感器主要 的 要求： （ 1） 絕緣 的 可靠 性高 （ 2）擁有 足夠大的準(zhǔn)確限值系數(shù) （ 3） 足夠的熱穩(wěn)定性 和動(dòng)穩(wěn)定性。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 19 頁(yè)，共 40 頁(yè) 該電流互感器用 PBT 外殼，耐高溫，耐腐蝕； 環(huán)氧樹(shù)脂灌封，隔離性能好，抗沖擊性強(qiáng)； 體積 非常 小，外形 十分 美觀，插針式直接焊接線路板； 并且它的線性范圍寬，一致性好。 保護(hù)用電流互感器 ： 我們使用的 電流互感器分為 可以歸類為 過(guò)負(fù)荷互感器 保護(hù)電流用的 、 具有 差動(dòng) 性的 電流互感器 、 接地保護(hù)電流互感 器 。 測(cè)量用電流互感器 ： 我們通常的 測(cè)量 時(shí)使用的 電流互感器主要與測(cè)量?jī)x表 相互 配合， 主要的用途便是 用來(lái) 對(duì) I、 U、 P 的測(cè)量 等。 實(shí)際電流比 K 的概念就是在 電流互感器 中的 一次繞組電流 I1和 二次繞組 I2的電流比。 通過(guò)原理圖可以知道 繞組 N1 連接的稱作 被測(cè)電流， 相應(yīng)的便是 一次繞組； 此外 繞組 N2 連接的 則 是 測(cè)量?jī)x表， 相應(yīng)的為 二次繞組。 1 amp。 amp?，F(xiàn)在的測(cè)量大多數(shù)字化 了 ， 所以計(jì)算機(jī)的采樣的信號(hào)一般為毫安級(jí)（ 0~5V、 4~20mA 等）。 在很大程度上面確保了生命財(cái)產(chǎn)的 安全。 （ 2） 隔離高壓電路。 主要 的作用： （ 1） 能夠在 一次回路的電壓 較高或者 電流 較大的轉(zhuǎn)換成 二次回路 中 的電壓較低的 和小電流， 這樣的設(shè)計(jì)會(huì)使的相應(yīng)的一些 裝置 設(shè)備能夠模塊化以及 小型化 。 圖 相位判別電路 相位檢測(cè)和判別的接線圖如圖 所示： D Q CP OUT S “cp” U0 U1 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 17 頁(yè)，共 40 頁(yè) 圖 相位檢測(cè)和判別的接線 圖 互感器 我們熟知的 互感器是 實(shí)際上也是一種 變壓器， 它的用途十分廣泛。 其相關(guān)的 波形如下圖 所示 ： F1 F2 A B C 圖 相位檢測(cè)波形圖 相位極性判別電路 通過(guò)對(duì) 波形 進(jìn)行一系列的 整形 的 之后，對(duì) 兩路輸出方波送入 D 觸發(fā)器 隨后便對(duì)其 相位極性 進(jìn)行 判別， 如若 U0超前 U1 時(shí)， Q 端輸出高電平，反之 則 輸出低電平 。 相應(yīng)的相位差計(jì)算 表達(dá)式 為 ： Θ = 180176。 將此兩路正弦波 的 信號(hào) 再 經(jīng)過(guò)放大整形成 正方波信號(hào) 兩路占空比為 百分之五十 的 f f2， 通過(guò) 異或門輸出一個(gè)產(chǎn)生 脈沖序列 a， 這時(shí)它 與晶振 之間 基準(zhǔn)脈沖波 b 進(jìn)行調(diào)制后的 得到 波形 c。 本次我們?cè)O(shè)計(jì)的 主要 方面著重在 檢測(cè) 相位以及 檢測(cè) 電流的 電路組成 ， 通過(guò)對(duì)于無(wú)功的損耗的減少量的大小 ， 達(dá)到 系統(tǒng) 智能 偵測(cè)到是否要對(duì)其 無(wú)功補(bǔ)償 的 量 的投切 。 4 同上 （ 3） 電網(wǎng)狀態(tài) 的 LED 顯示： 分別顯示當(dāng)前電壓、當(dāng)前電流、當(dāng)前功率因數(shù) 值； （ 4） 3 個(gè)按鈕： 對(duì)于 切換 位置的改變實(shí)施動(dòng)態(tài)的 顯示， V 顯示的是此刻的電壓值， 同樣的 I 顯示的是此刻的 電流值， φ 為當(dāng)前功率因 數(shù)的顯示 ； （ 5） 2 個(gè)按鈕：將 LED 顯示切換到預(yù)設(shè)功率因子狀態(tài)，分別預(yù)設(shè)功率因 數(shù)上限值 和下限值； （ 6） 2 個(gè)按鈕： 用于設(shè)定功率因 數(shù) 的操作鍵， “ +” 代表 功率因子加 “ ” ，“ —” 代表 功率因子減 “ ” ； （ 7） 2 個(gè)按鈕 ： 這些按鈕是用來(lái)方便對(duì) cos? 設(shè)置 的操作鍵， “ +” 為 增 加“ ” ， 而 “ —” 為 相應(yīng)的減少 “ ”。 以下是我設(shè)計(jì)的控制面板 如圖 所示 ： 圖 控制面板的外觀圖 圖中編號(hào)注釋： （ 1） 外殼：控制面板 的 主容器。 根據(jù)設(shè)計(jì)的功能需要它大體需要有以下幾個(gè)功能： 對(duì)當(dāng)前電流電壓及功率因 數(shù) 的顯示 對(duì)當(dāng)前 系統(tǒng) 投切 的 狀態(tài) 進(jìn)行 顯示。 下面我將逐一的進(jìn)行 具體分析。 由 向量圖如（ c）所示 的是 I 的相位 反而 超前于 U 的相位 ，這 樣我們把它 稱為過(guò)補(bǔ)償。該電路電流方程為 lIIcI r?? 由圖（ b）向量圖可知， 在通過(guò)采取 并聯(lián)電容 措施之 后 供電回路的 cos? 提高了 ，即 U 與 I 的相位差變小了。如果 我們要彌補(bǔ)之間的差別的話，采取的措施便是加 裝電容元件，使 感性的無(wú)功和容性的無(wú)功 相互抵消， 從而達(dá)到 I的 矢量 和 U矢量之間 想差的角度 縮小 ， 詳細(xì)的如圖 。 在同一電路中，電感電流 和 電容電流方向相反， 相互 差 180176。 電流存在于 電感元件 中，往往在其 作功時(shí)， I要 滯后于 U為 90176。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑? 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹恚? 電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分；一 是 有功功率，二是無(wú)功功率。一種是 有功電流Ia 另外一種是 無(wú)功電流 Ir， 這樣以來(lái)的話， 線路中的電壓損失 可以表達(dá)為： ? ? U QXPRXIRIU llra ??????? 33 式中： P—有功功率， kW Q—無(wú)功功率， kvar U—額定電壓， kV R—線路總電阻， Ω Xl—線路感抗， Ω 由此可見(jiàn) ，功率因數(shù)提高以后能夠降低線路上傳輸?shù)臒o(wú)功功率 Q，若保持有功功率不變， 則 R、 Xl均為定值， 相應(yīng)的 無(wú)功功率 Q 減小， 達(dá)到 電壓損失降低，從而提高了電壓質(zhì)量。 功率因數(shù)由 1cos? 提高到 2cos? 提高變壓器利用率為： %100c o sc o s1%100%21121 ????????? ?????? ??S SSS 通過(guò)以上可以知道 ， ΔS%的提高反映了補(bǔ)償前后的差異 ， 并且能夠負(fù)擔(dān) 更 為廣泛 的負(fù)荷， 從而 減少了電設(shè)備的 投資 。 如果能夠在 長(zhǎng)距離輸電時(shí)用以 提高輸電 線路 穩(wěn)定性和能力 的大小 以及 對(duì)于 平衡三相負(fù)載的 P 和 Q， 這樣便可以 提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。 主要的方法是 安裝電容器 并且將它們并聯(lián)， 進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償 。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔? 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 11 頁(yè)，共 40 頁(yè) 其作用最 主要 就是提高 cos? ，以便 從 減少 設(shè)備的投資及大小。 在日常的運(yùn)作當(dāng)中，我們 為了提 升系統(tǒng)正常的 運(yùn)行， 通過(guò)對(duì) 電網(wǎng)中的 Q 的不同 的種類 分析 ， 從而 人 工對(duì)的 無(wú)功 功率補(bǔ)償，其主要是容性。 由于要 滿足用電的要求，所以 供電線路和變壓器的容量就需要增加。 無(wú)功補(bǔ)償 定義 電力系統(tǒng)中，不但有功功率 需 要平衡 以外 無(wú)功功率也要平衡。 非正弦電路的功率因數(shù)： P=UI 1cos? Q=UI 1sin? S=UI 此時(shí)非正弦電路功率因數(shù)為： 11 c os?? IIUIP ?? 式中： 1cos? —基波功率因數(shù) 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 10 頁(yè)，共 40 頁(yè) 1I —基波電流 I—總電流 由 以上的公式我們可以分析出 ： 功率因數(shù) 是 通過(guò)具有 基波 形式的 I 進(jìn)行 相移和 其 波形 產(chǎn)生 畸變 的原由來(lái) 決定的。在三相對(duì)稱電路中，各相電壓、 電流為對(duì)稱，功率因數(shù)也相同。它的值是有功功率與視在功率之比。并且在 實(shí)際 存在 系統(tǒng)中或者 負(fù)載 負(fù)荷 時(shí)候往往 并不是 單一的 純感性 、 純?nèi)菪?抑或是 純阻性，而是 三者之間兩兩組合相互寄存的 。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（或論文） 第 9 頁(yè)，共 40 頁(yè) 總而言之 無(wú)功補(bǔ)償裝置 的 選擇要 考慮的因素非常多，要結(jié)合理論還是實(shí)際綜合的參考， 并且要 最終的目的要達(dá)到綠色節(jié)能的效果最佳 。比如較為嚴(yán)重的就是無(wú)功的倒送現(xiàn)象。 配電變壓器低壓補(bǔ)償 對(duì)于配電變壓器的低壓 補(bǔ)償容量 可以 按 照 ～ 器額定容量取值并且計(jì)算。 低壓用戶設(shè)備 對(duì)于較為低壓的用戶以及用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，我們可以 按 ～ 產(chǎn)生的 空載無(wú)功功率 來(lái)進(jìn)行 取值并且計(jì)算，從而確實(shí)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制以及容量的大小。為了防范于未然也 可 以 安裝固定 的補(bǔ)償裝置 用來(lái) 確定補(bǔ)償容量。 通過(guò)以上理論，我們可以通過(guò)對(duì) 該線路無(wú)功負(fù)荷 的大小 和 無(wú)功負(fù)荷 最小值來(lái)取均值 進(jìn)行 計(jì)算 ，從而 確定 其 配電線路的補(bǔ)償容量 。根據(jù)這個(gè)原則我們可以 選擇電容器 ，其 最大 的過(guò)電壓能力 很強(qiáng) ， 并且 可以 承受短路 電流沖擊的 能力、 勵(lì)磁 涌流， 還有在 運(yùn)行 維護(hù) 環(huán)境和電容器 時(shí)候，必然會(huì)消耗 的有功 功率 損耗等 一些原因 。 不同的是 單點(diǎn)補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn) 應(yīng)該選擇在 線路首端 三分之二 處， 相應(yīng)的 補(bǔ)償?shù)娜萘繎?yīng)為無(wú)功負(fù)荷的 三分之二 ， 此外 兩點(diǎn)補(bǔ)償分別裝設(shè)在距首端 無(wú)分之二 和 五分之四 處。 其中 多點(diǎn)補(bǔ)償 可以采取的方式分為 分支線分段 聯(lián)合 補(bǔ)償 的 方式 。從而確保了在 電壓 穩(wěn)定 和無(wú)功補(bǔ)償 的 效果最 好 情況下，使電容器組 投切開(kāi)關(guān)的 動(dòng)作的 次數(shù) 盡可能 減少 ，這樣才是最佳方案。 同時(shí)向其他的設(shè)備進(jìn)行 無(wú)功 的 輸送 時(shí)候 ， 也要盡可能的 配電線路的無(wú)功負(fù)荷 的 調(diào)壓需要 ，這樣才能形成一個(gè)穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng) 。 無(wú)功補(bǔ)償容量確定為： ～ ； 相對(duì)于集中補(bǔ)償不同的 分散的農(nóng)業(yè)負(fù)荷為主的 大型設(shè)備 ， 它們的無(wú)功補(bǔ)償常常發(fā)現(xiàn) 要 盡量配合 主變壓器的無(wú)功損耗 同 時(shí) 還要 注意有時(shí)候在用電高峰期間 無(wú)功負(fù)荷的需要，無(wú)功補(bǔ)償容量確定為： ～ 。 變電站 10kV 母線集中補(bǔ)償 有關(guān)之前我們描述到的內(nèi)容，在這里要涉及到 補(bǔ)償容量的確定， 在 110 kV及以下變電站集中補(bǔ)償?shù)娜萘堪粗髯內(nèi)萘康? 10%～ 30% 配備。該裝置需要把 一部分 安裝 在 變電所 內(nèi) ，另 外的則安裝在其他 部門或車間。而一般 用戶 就可以根據(jù) 分散補(bǔ)償?shù)脑瓌t 進(jìn)行 ， 二者互補(bǔ)最終可以達(dá)到 無(wú)功功率的分級(jí)補(bǔ)償 平衡 無(wú)功功率的 補(bǔ)償方法 有 ：集中補(bǔ)償 以及 集中與分散 相組合 補(bǔ)償 。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞? 無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞绞且?