【正文】 少無(wú)功功率的占用。圖21無(wú)功補(bǔ)償?shù)刃щ娐穲D22開關(guān)斷開時(shí)的向量圖圖23 開關(guān)閉合時(shí)候的向量圖由圖23可以知道，容性電流IC在相位上超前電壓90度，這樣可以抵消一部分相位滯后電壓的感性電流，就使電路上的電流減少，功率因數(shù)cosΦ1提高到了cosΦ2線路除了需要負(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率P之外，還要承擔(dān)負(fù)荷無(wú)功功率Q有功功率與無(wú)功功率還有視載功率S之間存在如下關(guān)系：S=P2+Q2,功率因數(shù)可以表示成如下形式cosΦ1=PS=P3UI.可以想見，在一定的電壓和電流的情況下，提高cosΦ，其輸出的有功功率增大。中壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)與高壓補(bǔ)償相似，但由于補(bǔ)償接入點(diǎn)是電爐變壓器中壓補(bǔ)償端子，主要的無(wú)功補(bǔ)償容量來(lái)自于變壓器，而并非從電網(wǎng)獲得，因此，在大中型電爐變壓器中，中壓補(bǔ)償具有不可忽視的經(jīng)濟(jì)效益.低壓補(bǔ)償是在電爐變壓器低壓二次側(cè)短網(wǎng)最靠近電極的地方接入電容器組進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，由于接入點(diǎn)位于無(wú)功損耗和電流損耗最大的電流回路上，不但能夠提高整個(gè)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，還能對(duì)提升電極電壓，減少電能損失，增加產(chǎn)量，平衡三相功率有著十分明顯的作用。例如某個(gè)電石廠一臺(tái)礦熱爐，這臺(tái)礦熱爐的容量為5000kva，一次側(cè)電壓為10kv，二次側(cè)電壓為100，爐子運(yùn)行比較正常。在電極之前的短網(wǎng)，變壓器感性負(fù)載需要消耗大量無(wú)功，測(cè)試資料表明，短網(wǎng)部分消耗的無(wú)功占總量的70%。提高功率因數(shù)所需補(bǔ)償電容器的無(wú)功功率的容量Q，可根據(jù)負(fù)載有功功率的大小，負(fù)載原有的功率因數(shù)cosΦ0及提高后的功率因數(shù)cosΦ1來(lái)決定，其計(jì)算方法如下：設(shè)有功功率為P，無(wú)電容器補(bǔ)償時(shí)的功率因數(shù)cosΦ0，則由功率三角形可知，無(wú)電容器補(bǔ)償時(shí)的感性無(wú)功功率為：Q1＝PtanΦ0并聯(lián)電容器后，電路的功率因數(shù)提高到cosΦ1，并聯(lián)電容器后的無(wú)功功率為：Q2＝PtanΦ1由電容器補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率QK顯然應(yīng)等于負(fù)載并聯(lián)電容器前后的無(wú)功功率的改變。通過(guò)上面的計(jì)算公式，代入改善前功率因數(shù)cosΦ0=，和期望改善成的功率因數(shù)cosΦ1=。使用PLC軟件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程，其可以根據(jù)具體要求實(shí)現(xiàn)軟件的編程，這是電子式等硬件線路無(wú)法比擬的，而且如果真用硬件電路實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)完成完善的保護(hù)功能，那么他的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本系統(tǒng)，可靠性也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本系統(tǒng)，難以應(yīng)用于實(shí)踐生產(chǎn)，與電容器手動(dòng)投切相比，雖然本系統(tǒng)投入了幾千甚至上萬(wàn)元的成本，但是手動(dòng)投切只是早送晚切，功率因數(shù)根本不能隨時(shí)調(diào)整，平均值無(wú)法達(dá)到期望值，本設(shè)計(jì)中我們?yōu)橐粋€(gè)10Kv6600Kva的礦熱爐進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，那么根據(jù)計(jì)算：S=6600KVA cosΦ1= cosΦ2= R線路=5ΩS1=S* cosΦ I=S1/(U* cosΦ) U=120V用于線路發(fā)熱的功率：P損=I* R線路=S*R/(U*cosΦ)=6600*5/(120*cosΦ)=275/cosΦ，線路損耗是：全年損耗是：*4380 (小時(shí))=1267878（度），線路損耗是：全年損耗是：*4380（小時(shí)）=1338352（度），線路損耗是：全年損耗是：*4380（小時(shí)）：1606014（度）由上面數(shù)字可以看到，完全一年節(jié)約的電費(fèi)安裝上數(shù)個(gè)這樣的無(wú)功補(bǔ)償控制器，所以補(bǔ)償可以帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。電網(wǎng)中度阻感性負(fù)載將強(qiáng)，可以通過(guò)PLC來(lái)控制實(shí)現(xiàn)電容器組的投切，即投入容性無(wú)功功率來(lái)達(dá)到減少總無(wú)功功率的效果。該無(wú)功補(bǔ)償裝置主要有以下功能的要求：a. 當(dāng)電網(wǎng)電壓低于電壓超低限時(shí),認(rèn)為故障事件,電容3器全部切除。b. 當(dāng)電網(wǎng)電壓超過(guò)上限或低于下限則相應(yīng)的切除或投入電容器。d. 功率因數(shù)閾值范圍及相應(yīng)的控制方法如下:0≤cosΦ≤。 ≤cosΦ≤1時(shí)系統(tǒng)不投切電容器。該無(wú)功補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)框架如圖31所示該系統(tǒng)主要通過(guò)電壓互感器（PT），電流互感器（CT）將高壓電網(wǎng)的高電壓，打的電流都轉(zhuǎn)換成低的電壓，經(jīng)過(guò)變送器條例后，信號(hào)進(jìn)PLC中通過(guò)變換計(jì)算，算出相應(yīng)電量參數(shù)和是否需要投入電容器組，在通過(guò)中間繼電器控制電容器組投入電網(wǎng)中。電量采集模擬模塊PLC投切單元上位顯示 投切控制 電容器組負(fù)載圖31系統(tǒng)控制原理框圖 PLC系列選型在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計(jì)選型。可編程邏輯控制器及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。運(yùn)算功能簡(jiǎn)單可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂?，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。通信功能大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接?！】删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：　1）、PC為主站，多臺(tái)同型號(hào)可編程邏輯控制器為從站，組成簡(jiǎn)易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；　2）、1臺(tái)可編程邏輯控制器為主站，其他同型號(hào)可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；3）、可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；　4）、專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）?！【幊坦δ茈x線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。可編程邏輯控制器的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。目前，可編程邏輯控制器接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，～，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。四、可編程邏輯控制器的類型可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。整體型可編程邏輯控制器的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。西門子S7200構(gòu)造集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU221，222具有180mA輸出，CPU224，CPU224XP，CPU226分別輸出280，400mA?！　?S7200系列各型號(hào)CPU比較CPU221本機(jī)集成6輸入/4輸出共10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。1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。CPU222本機(jī)集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。1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。CPU224本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。1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。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器（100KHz），2個(gè)100KHz的高速脈沖輸出，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。是具有模擬量I/O和強(qiáng)大控制能力的新型CPU?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。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。I/O端子排可很容易地整體拆卸?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。信號(hào)采集是無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)的眼睛，決定著PLC是否進(jìn)行操作，沒有信號(hào)采集，無(wú)所謂控制，在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，最少需要采集一次測(cè)電壓，電流，功率因數(shù)，以及二次側(cè)的諧波電壓和諧波電流，才能滿足本設(shè)計(jì)系統(tǒng)最低的設(shè)計(jì)要求.本設(shè)計(jì)中，礦熱爐的一次測(cè)電壓為10KV，如此大的電壓不可能直接輸入到PLC模擬量模塊中，必須將這電壓轉(zhuǎn)換成PLC能承受的電壓，才能輸入到PLC中。它主要由一、二次線圈、鐵心和絕緣組成。改變一次或二次繞組的匝數(shù)，可以產(chǎn)生不同的一次電壓與二次電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。電壓互感器工作原理：其工作原理與變壓器相同，基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副繞組。電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長(zhǎng)而燒毀線圈。測(cè)量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)，其原邊電壓為被測(cè)電壓（如電力系統(tǒng)的線電壓），可以單相使用，也可以用兩臺(tái)接成VV形作三相使用。供保護(hù)接地用電壓互感器還帶有一個(gè)第三線圈，稱三線圈電壓互感器。正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)的三相電壓對(duì)稱，第三線圈上的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和為零。線圈出現(xiàn)零序電壓則相應(yīng)的鐵心中就會(huì)出現(xiàn)零序磁通。對(duì)于這種互感器，第三線圈的準(zhǔn)確度要求不高，但要求有一定的過(guò)勵(lì)磁特性（即當(dāng)原邊電壓增加時(shí)，鐵心中的磁通密度也增加相應(yīng)倍數(shù)而不會(huì)損壞）。精密電壓互感器是電測(cè)試驗(yàn)室中用來(lái)擴(kuò)大量限，測(cè)量電壓、功率和電能的一種儀器。但是變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計(jì)算單位；而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來(lái)給測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置供電，用來(lái)測(cè)量線路的電壓、功率和電能，或者用來(lái)在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線路中的貴重設(shè)備、電機(jī)和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過(guò)一千伏安。要直接測(cè)量這些低壓和高壓電壓，就需要根據(jù)線路電壓的大小，制作相應(yīng)的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)和變壓器很相似，它也有兩個(gè)繞組，一個(gè)叫一次繞組，一個(gè)叫二次繞組。兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵心之間都有絕緣，使兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電的隔離。因此在測(cè)量高壓線路上的電壓時(shí)，盡管一次電壓很高，但二次卻是低壓的，可以確保操作人員和儀表的安全。同時(shí)，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。電壓互感器二次回路是高阻抗回路，二次電流的大小由回路的阻抗決定?？梢哉f(shuō)，電壓互感器是一個(gè)被限定結(jié)構(gòu)和使用形式的特殊變壓器。本設(shè)計(jì)中采用JSZJK10Q互感器JSZJK10Q型電壓互感器為單相環(huán)氧樹脂澆注戶內(nèi)雙線圈電壓互感器型號(hào)額定電壓V準(zhǔn)確級(jí)及相應(yīng)的額定輸出(VA)最大容量(VA)連接組一次二次1530501202001/112JDZ6600010040801503005001/112其接線圖如圖所示：通過(guò)電壓互感器，可以將一次側(cè)的高電壓轉(zhuǎn)化成二次側(cè)的低電壓，而且成數(shù)學(xué)比例，方便獲得電網(wǎng)數(shù)據(jù)。采用普遍傳感器電壓電流信號(hào)，輸入電壓信號(hào)：0~5V/0~10V/1~5V輸出電流信號(hào)：0~10mA、0~20mA、4~20mA輸出電壓信號(hào)：0~5VDC、0~10VDC、1~5VDC。交流電壓變送器具有單路、三路組合結(jié)構(gòu)形式。電壓變送器工作原理：電壓變送器可以直接將被測(cè)主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA(通過(guò)250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC1～5V或通過(guò)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(計(jì)算機(jī)或顯示儀表)。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)。上圖為電壓變送器與電壓互感器的連接圖，變