【正文】 至發(fā)生故障或燒毀。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速發(fā)展使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們高度的關(guān)注。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對(duì)周圍的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。例如，供電網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)用戶工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)可能被相鄰的另一個(gè)用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波所干擾。只要哪里有諧波源那里就有諧波產(chǎn)生。在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗下產(chǎn)生諧波電壓的振幅等于相應(yīng)諧波電流和對(duì)應(yīng)于該電流頻率的供電網(wǎng)絡(luò)阻抗Z的乘積。其他功率消耗裝置，例如熒光燈的電子控制調(diào)節(jié)器產(chǎn)生大強(qiáng)度的3次諧波(150赫茲)。6脈沖設(shè)備僅有11119…n倍于電網(wǎng)頻率。由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器比較大的背離正弦曲線波形。在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。多路模擬量輸出可以實(shí)現(xiàn)電流，電壓，功率，功率因數(shù)的變送輸出。通過對(duì)電網(wǎng)的電壓，電流回路采樣，經(jīng)過DSP的運(yùn)算處理后實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)，頻率和電能的高精度測(cè)量和顯示。對(duì)中點(diǎn)不可接的對(duì)稱三相電路，可采用三相功率因數(shù)表來測(cè)量。對(duì)一般負(fù)載,在力矩M1和M2的作用下，指針轉(zhuǎn)到相應(yīng)的cosΦ值的標(biāo)度處。對(duì)純電感負(fù)載，由于靜圈電流I及力矩M2改變了方向，電表可動(dòng)部分在M2的作用下，指針順時(shí)針轉(zhuǎn)到Φ＝90176。,M1=0,電表可動(dòng)部分在M2的作用下,指針逆時(shí)針轉(zhuǎn)到Φ＝90176。即cosΦ＝1的標(biāo)度處。對(duì)純電阻負(fù)載, ?Φ＝0176。動(dòng)圈2與電感器L（或電容器C）串聯(lián)后接以電源電壓U,并與靜圈組合，相當(dāng)于無功功率表，從而使可動(dòng)部分受到一個(gè)與無功功率UI sinΦ和偏轉(zhuǎn)角余弦cosα的乘積成正比的力矩M2,M2=K2UIsinΦ cosα。動(dòng)圈1與電阻器R串聯(lián)后接以電源電壓U,并和通以負(fù)載電流I的固定線圈(靜圈)組合,相當(dāng)于一個(gè)功率表，從而使可動(dòng)部分受到一個(gè)與功率UIcosΦ和偏轉(zhuǎn)角正弦sinα的乘積成正比的力矩M1,M1=K1UIcosΦsinα。所以，供電部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。上圖是電流變送器與電壓互感器的連接圖。本次設(shè)計(jì)采用CPA33A10420D型電流變送器，其是三相三線交流變送器，輸入5A的交流信號(hào)，輸出4~20mA的直流模擬信號(hào)，工作電壓是220v。特別適用發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、智能低壓配電柜、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、路燈等負(fù)載電流的智能監(jiān)控系統(tǒng)。電流變送器具有精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗干擾等特性。　　電流變送器原副邊高度絕緣隔離，有兩線制和三線制的輸出接線方式。01010151015203304061550752910015150～200300～60045電流變送器可以直接將被測(cè)主回路交流電流或者直流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA（通過250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC1～5V或通過500Ω電阻轉(zhuǎn)換DC2～10V）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置。本次設(shè)計(jì)中，正常工作的一次側(cè)電流大概是660A，所以我們選擇LZZBJ910C型電流互感器產(chǎn)品型號(hào)額定電流級(jí)次組合準(zhǔn)確級(jí)及額定輸出 VA一秒熱穩(wěn)定電流(KA)動(dòng)穩(wěn)定電流(KA)10P15LZZBJ910C1LZZBJ910C2電流互感器5　Kn=I1n/I2n。微型電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實(shí)際電流比K。）微型電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，變壓器變換的是電壓而微型電流互感器變換的是電流罷了。微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”?，F(xiàn)在的電量測(cè)量大多數(shù)字化，而計(jì)算機(jī)的采樣的信號(hào)一般為毫安級(jí)（05V、420mA等）。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用?；ジ衅髟碓诠╇娪秒姷木€路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬(wàn)安都有。電流互感器的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測(cè)量等用途。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。變壓器一次側(cè)電流達(dá)到數(shù)百安培，二次側(cè)甚至達(dá)到了數(shù)萬(wàn)安培，這樣大的電流無法直接輸給測(cè)量元件，必須要通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，而這樣的轉(zhuǎn)換需要電流互感器和電流變送器。 本設(shè)計(jì)選擇CPV33A5A420D電流變送器，他是三相三線的電壓變送器能將5A以下電流轉(zhuǎn)換成只有420ma的電流，方便輸入到PLC中。電壓變送器原副邊高度絕緣隔離，兩線制輸出接線，輔助工作電源+24V與輸出信號(hào)線DC4～20mA共用，具有精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗干擾、國(guó)內(nèi)首創(chuàng)4種補(bǔ)償措施和6大全面保護(hù)功能，兩線端口防感應(yīng)雷能力強(qiáng)，具有雷擊波和突波的保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)。直流電壓變送器是一種能將被測(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器，也廣泛應(yīng)用在電力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自控等各個(gè)需要電量隔離測(cè)控的行業(yè)。電壓變送器分直流電壓變送器和交流電壓變送器，交流電壓變送器是一種能將被測(cè)交流電流（交流電壓）轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器，廣泛應(yīng)用于電力、郵電、石油、煤炭、冶金、鐵道、市政等部門的電氣裝置、自動(dòng)控制以及調(diào)度系統(tǒng)。電壓變送器是一種將被測(cè)交流電壓、直流電壓、脈沖電壓轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流并隔離輸出模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的裝置。2550802003001/112JDZ101000010013JDZ33000100簡(jiǎn)單的說就是“檢測(cè)元件”。當(dāng)二次負(fù)載阻抗減小時(shí)，二次電流增大，使得一次電流自動(dòng)增大一個(gè)分量來滿足一、二次側(cè)之間的電磁平衡關(guān)系。電壓互感器雖然也是按照電磁感應(yīng)原理工作的設(shè)備，但它的電磁結(jié)構(gòu)關(guān)系與電流互感器相比正好相反。電壓互感器基本作用：電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計(jì)量、儀表裝置使用。電壓互感器在運(yùn)行時(shí)，一次繞組N1并聯(lián)接在線路上，二次繞組N2并聯(lián)接儀表或繼電器。兩個(gè)繞組都裝在或繞在鐵心上。線路上為什么需要變換電壓呢?這是因?yàn)楦鶕?jù)發(fā)電、輸電和用電的不同情況，線路上的電壓大小不一，而且相差懸殊，有的是低壓220V和380V，有的是高壓幾萬(wàn)伏甚至幾十萬(wàn)伏。電壓互感器和變壓器很相像，都是用來變換線路上的電壓。[1]電壓互感器是發(fā)電廠、變電所等輸電和供電系統(tǒng)不可缺少的一種電器。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心（10KV及以下時(shí)）或采用三臺(tái)單相電壓互感器。一旦發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移，開口三角的端子間就會(huì)出現(xiàn)零序電壓使繼電器動(dòng)作，從而對(duì)電力系統(tǒng)起保護(hù)作用。三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的的電壓線圈聯(lián)接。實(shí)驗(yàn)室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應(yīng)測(cè)量不同電壓的需要。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原副邊絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。電壓互感器將高電壓按比例轉(zhuǎn)換成低電壓，即100V，電壓互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等；主要是電磁式的（電容式電壓互感器應(yīng)用廣泛），另有非電磁式的，如電子式、光電式。當(dāng)在一次繞組上施加一個(gè)電壓U1時(shí)，在鐵心中就產(chǎn)生一個(gè)磁通φ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則在二次繞組中就產(chǎn)生一個(gè)二次電壓U2。為了能獲得合適的電壓，我們需要采用電壓互感器和電流互感器電壓互感器是一個(gè)帶鐵心的變壓器。本設(shè)計(jì)采用S7200CPU226由于S7200CPU226的集成24輸入/16輸出不能完全滿足設(shè)計(jì)要求所以又選用了EM231擴(kuò)展模塊，正好滿足設(shè)計(jì)要求用于接收外界的模擬量輸入信號(hào)。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。本機(jī)還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O,位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。CPU224XP本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)。I/O端子排可很容易地整體拆卸。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出?？蛇B接2個(gè)擴(kuò)展模塊。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。無I/O擴(kuò)展能力?？捎米髫?fù)載電源。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。因此S7200系列具有極高的性能/價(jià)格比。西門子S7200用途：S7200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：；。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。處理速度可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。通過軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì)可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。診斷功能可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。　五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語(yǔ)言。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、）通信處理器?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負(fù)荷不大于60%。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等?？刂乒δ芸刂乒δ馨≒ID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品能與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信的能力，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。三、控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。二、存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量?！∫?、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算　I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。該P(yáng)LC系統(tǒng)可以通過RS484串行總線與上位機(jī)通信。 cosΦ≤0時(shí)系統(tǒng)切除電容器。 cosΦ 。c. 當(dāng)電網(wǎng)電流低于下限且0≤cosΦ≤,系統(tǒng)控制閉鎖,即系統(tǒng)保持原電容器投切控制狀態(tài)不變,以避免投切振蕩。當(dāng)電網(wǎng)諧波電壓超過上限或諧波電流超過上限則電容器全部切除。本設(shè)計(jì)采用西門子公司的S7200plc系統(tǒng)來控制無功補(bǔ)償裝置更好的滿足實(shí)時(shí)性和精準(zhǔn)性的要求。第3章 無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)目前無功補(bǔ)償裝置在礦熱爐無功補(bǔ)償中廣泛應(yīng)用。計(jì)算得到sinΦ0=, sinΦ1=.礦熱爐變壓器的容量P=6600kvar,所以我增加了200Kvar無功補(bǔ)償容量,以滿足額外的容量. 本次設(shè)計(jì)中是對(duì)6600KV的礦熱爐進(jìn)行補(bǔ)償,經(jīng)過計(jì)算和校準(zhǔn),得到補(bǔ)償容量為2100Kvar,所以我們可以采用7臺(tái)提供300kvar無功功率的電容器組. .本設(shè)計(jì)中的6600kvar礦熱爐,所以P0=ScosΦ0=6600*=5280kw Q0=SsinΦ0=3960kw.當(dāng)投入一組并聯(lián)電容器組是Q1=Q0QC=3660kwP1=S2Q12. cosΦ1=P1/S=S2Q12/S.(公式1)根據(jù)公式1,我們可以算出每投入一組時(shí)可以到達(dá)的功率因數(shù).當(dāng)投入一組電容器時(shí),無功功率到達(dá)3660kw, cosΦ1=當(dāng)投入二組電容器時(shí),無功功率到達(dá)3360kw, cosΦ2=當(dāng)投入三組電容器時(shí),無功功率到達(dá)3060kw, cosΦ3=當(dāng)投入四組電容器時(shí),無功功率到達(dá)2760kw, cosΦ4=當(dāng)投入五組電容器時(shí),無功功率到達(dá)2460kw, cosΦ5=當(dāng)投入六組電容器時(shí),無功功率