sx460自动电压调节器（精选2篇）
sx460自动电压调节器 篇1
AVQC电压无功自动调节系统技术说明
1.意义
电压的稳定对于保证国民经济的生产，延长生产设备的使用寿命有着重要的意义，而减少无 功在线路上的流动，降低网损经济供电又是每一供电部门的目标，因此变电站随着负荷的波动对 其电压与无功调节需求往往很频繁，如果由人进行调节干预，则一方面增加值班员的负担，另一 方面靠人去判断操作很难做到调节的合理性。
随着变电站的综合自动化能力的提高，系统的采样精度与信号响应速度均有很大的改善，各 种方式接入的信号范围较以往系统有很大的扩展，因此在现有的当地监控系统中，用软件模块的 控制来实现电压与无功的自动调节理论上所需的条件已具备。
2.适用范围
本系统主要应用于电力系统各种电压等级的变电站，尤其能适应复杂接线的变电站，最大可同时监管多个各种不同电压等级的变电站，每个变电站最大可控制 多台主变、多个电容器、多个电抗器。
作为一个功能模块可与各种当地监控系统或集控中心系统、小型调度系统集成。PGC-EX2000 后台监控系统的VQC模块作为系统的一个功能组件存在。
3.调节原理
对于变电站来讲，为了使电压与无功达到所需的值，通常采用改变主变分接头档位和投切电容器或电抗器来改变系统的电压和无功。分接头的变化不仅对电压有影响，而且对无功也有一定的影响，同样电容器或电抗器的投切对无功影响的同时也对电压起着一定的影响。
3.1 一般调节
分节头调节与电容器、电抗器投切对电压、无功的影响 在很多地方供电系统中，不是考虑无功而是考虑功率因数作为调节依据。实际上，可以根据当时的有功功率换算出无功的控制范围，在处理上目标是一致的，只不过无功的上下限范围是始终是动态变化的范围在实际应用中，主变分节头调节主要用于电压的调节，调节方式分以下几种： 1．只调电压 2．只调无功
3．电压优先(当电压与无功不能同时满足要求时，优先保证电压正常)4．无功优先(当电压与无功不能同时满足要求时，优先保证无功正常)5．智能(当电压与无功不能同时满足要求时，保持现状)对于只调电压和只调无功的系统，调节方式较为简单。
3.2 特殊调节
本系统还支持一些其它调节方案，以满足某些特定地区的要求。增加了 500kV 单电压和 500kV双电压的自动电压调节（AVC）方案。
3.3定值定义方式
定值给定有两种方式：根据时间段给定值和根据时间点给定值。根据时间点给定值方式中，定值点与定值点是按折线连接，即不同时间，定值不同。有时某些地区要求当主变负荷大时，要调整电压的上限值或主变负荷小时调整电压的上限值，此时需要设置相应的参。
3.4越限判定 越限判定有两种方式： A.取平均值
系统在设定的时间内计算 U 与 Q 的平均值，以平均值来判定 U 与 Q 的当前运行区域，当调 节对策无法实现时(有时可能无电容器可用或分节头档位已调到极限位置等闭锁情况)，启用备用方案。B.智能方式
系统在设定的时间内，计算分接头或电容器的累积动作值，若动作值达到给定的限值，则VQC 动作。在计算动作值时，考虑到了加权处理，即正常越限相应的动作值加10，当运行值超出限值很多时，则相应的动作值增加量应超过10，同样，当运行值离越限值差很多则累计的动作值相应减少一点，当运行值向相反方向越限时，则累计权值为0。(具体的增加量和减少量，视各个变电所情况而定，参数可人为设定)。
4．功能管理
在 PGC-EX2000 后台监控系统中，电压与无功自动调节是作为一个相对独立的软件功能 模块而存在，它的启动有两级控制，第一个是由远方调度下发Y K命令来启动，第二个是由后台人为启动，两级控制缺一不可。
在实际应用中，一个变电站往往有两台甚至三台主变，每台主变有可能是两卷变或三卷变，而一台主变一侧对应的母线有可能不止一条，因此在本系统的实现中，考虑了以下几个原则：
4.1调节对象管理
1．以一台主变为单元来考虑电压与无功的自动调节一个系统若有多台主变则有多个电压与无功的自动调节子模块。
2．多台主变并联运行时，若要调节主变分节头，应同时调节多台主变分节头，尽量保持多台主 变分节头的档位一致。
3．一台主变同时带多段母线运行时，连在多段母线的电容器都可以用来投切。4．主变分接头开关操作过程中，要进行滑档判断及处理。5．电容器、电抗器根据容量大小，按指定次序
6．调节过程中若有多个容抗器可用来调节，则优先使用最久未曾动过的容抗器。即根据最近动作时间循环投切。
7．对于并列运行的主变，其母线上投入的电容器或电抗器数按均匀原则分布投切。
4.2 闭锁管理
1．两段母线并列运行时，应检查两段母线的电压测量误差应在允许范围。2．在监控系统中提供一个“VQC”YX 接点和一个“VQC”启动遥控号。3．U 与 Q 有一个上下限闭锁值，超出闭锁范围停止调节。
4．在调节过程中，分节头与电容器开关两次拒动则闭锁对该设备的操作。拒动该信号闭锁必须人为解除，不能自动解除。
5．分节头与电容器开关一天动作次数有限制，超过次数则闭锁对该设备的操作，每天零点动作次数归零，闭锁自动解除。
6．主变分接头开关与电容器开关动作后，有一定的闭锁时间，防止短时间内频繁操作设备。
7．主变分接头开关操作时，有闭锁电流设置，当通过主变的负荷太大或太小时，均可以闭锁 对主变分接头开关操作。
8．能单独设置 VQC 调节设备如分接头、电容器、电抗器停止或参与 VQC 调节。
4.3 限值管理
1．考虑U与Q在一天不同时段、一周不同星期和每月固定日、一年不同日的上下限值的不同。提供按日、周、月和指定日下定值。2．提供根据功率因数下定值。
3．根据负荷的变化，相应的调整主要是放宽电压的上、下限范围。
4.4 统计与操作管理
1．提供 VQC 当前运行状态的画面以及投退 VQC 设备、人工解除闭锁、不同时期的定值取舍操 作界面。
2．提供闭环控制与开环控制两种模式，及可根据需要可让VQC 程序只发信号不操作。即参数中的“仅监视不调节”。
3．提供电压、无功或功率因数合格率统计，提供容抗器、分接头的调节次数包括高峰低谷等时段的调节次数统计，提供容抗器高峰低谷等时段的投入时间等。4．VQC定值修改有权限设置和修改操作记录。5．有完善的登录信息，便于事后分析和统计。
6．对于无人值班站VQC的当前运行状况能够反映到远方调度。
5．技术指标 调节闭锁判断延迟
≤1 秒(不包括监控系统的信号延迟)调节方案产生的最小时间 30 秒（不包括特殊调节方案）调节结果监视的最小时间 30 秒 遥控操作出口时间
由监控系统决定
本身系统最大延迟<200ms 每组（一天）定值时间段 48 个（时间精确到分钟）星期定值组数
个
每月固定时期定值组数
个 指定时期定值组数
sx460自动电压调节器 篇2
自动电压调节器简称AVR, 通过检测发电机输出端的电压, 自动调节发电机励磁绕组的励磁电流, 使发电机输出电压稳定在一定范围。AVR一般以发电机输出电压为电源, 当发电机输出电压未达到设定值时, 增大励磁绕组的励磁电流, 反之, 减小励磁。
AVR主要有触点式、晶体管式、晶闸管式、PWM调节式。触点式电压调节器通过控制电磁铁触点开闭, 接通和断开磁场电路, 来改变磁场电流, 由于电磁铁开关速度低, 触点易损坏, 目前已基本淘汰。晶体管式电压调节器通过调节晶体管控制极电压来调节流过晶体管的电流, 多余的能量由晶体管以热的形式消耗, 在大功率发电机中该方式能量浪费严重, AVR散热困难。晶闸管式电压调节器通过削波调节晶闸管的导通角, 在AVR输入电压高, 发电机所需的励磁电流较小时, 发电机励磁电流断续、波动大, 导致发电机输出电压不稳定, 动态相应差。PWM式电压调节器通过控制功率开关管通断的时间来调节励磁电流, PWM一般工作在高频, 设备体积小, 发热量小, 动态相应快, 应用广泛。
1 电压调节器的调压原理
电压调节器主电路如图1所示, 开关管Q1串联于励磁线圈W中, 通过控制Q1的开关状态调节发电机励磁绕组的励磁电流。
由于励磁绕组存在电感, 在功率管的控制下, 励磁电流按照指数规律变化。功率管导通时, 励磁电流按指数增长, 功率管截止时, 励磁线圈上的感应电动势通过续流二极管D1放电, 励磁电流按指数规律衰减, 流过励磁线圈的是脉动电流。励磁电流的平均值Iav可以由式 (1) 求出:
式中:T为脉冲周期;t1为导通时间;ion为Q1导通时线圈电流;ioff为Q1截止时线圈电流;R为回路的等效电阻;δ为Q1的导通比t1 /T。只要使Q1导通比随发电机工作状态的变化而调整, 就可以控制励磁电流, 使发电机的端电压在一定范围内可调。
2 控制电路设计
本系统是以SG3525为核心的PWM控制电路, 其控制框图如图2所示, 主要包括发电机输出电压与频率检测, 电压比较器, 电压调节器和PWM控制四部分。
2.1 PWM控制电路
控制电路以SG3525为核心, 该芯片是通用公司生产的具有软启动、过压保护、闭环调节功能的PWM芯片。其通过外接电容的充放电产生锯齿波电压, 作为芯片的振荡器, 选择不同的外接电容和电阻, 可以改变电容的充放电时间, 从而改变振荡器的频率。其内置的误差放大器将输入的反馈信号与基准电压相比较, 产生的误差信号再与振荡器的输出信号比较, 即可调节输出脉冲的宽度, 达到稳定输出电压的目的。图3为基于SG3525的PWM主控电路, 1脚接收发电机电压反馈信号, 2引入片上16脚的5.1 V电压基准, 电阻R3和电容C2在9脚形成积分电路, 保证发电机在负载剧变时电压能平滑调节至额定电压, 10脚接入保护电路, 在系统异常时切断11脚的PWM输出。
EG3525震荡频率由R1、R2和C1决定, 震荡频率f由式 (2) 求出[1]:
振荡器产生锯齿波, t1为电容C1充电时间, t2为C1放电时间, t2作为PWM输出的死区时间, 因此取t1≫t2, 本设计取C1=470 p F, R1=100 kΩ, R2=100Ω, 则f=30 k Hz, 振荡器每两个震荡周期输出一个脉冲, 因此输出PWM频率为15 k Hz。
PWM的占空比受9脚电压控制, 占空比随9脚电压增大而增大, 最小为0, 最大为0.5, 图3中C2, R3组成积分电路, 由模拟电路基本运算电路知, 该电路的积分常数为C2×R3, 积分常数越小, 系统调整时间越小, 积分常数越大, 系统调整平滑性越好, 若C2=0.1μF, R3=200 kΩ, 则系统调整时间为0.02 s。
C3为软启动电容, 8脚以50μA恒流为C3充电至9脚电压, C3越大, 软启动时间越长, 电容充放电公式为:
式中:Qs为电容极板上电量;Is为充电电流;ts为充电时间;Cs为电容值;Us为电容极板间电压, 由式 (3) 可知, 当C3=0.01μF, 电容充电至基准电压5.1 V时, 软启动时间最长为1 ms。
2.2 信号检测电路
信号检测包括电压检测和频率检测, 电压检测电路如图4所示, 将发电机输出全桥整流后经R4, R5和R6分压, 经由运放LM124搭建的电压跟随器输出电压信号, 因SG3525的1脚仅需很小电流驱动, 分压电阻可取稍大些的值, 此处取R4=470 kΩ, R5=5.1 kΩ, R6=5.1 kΩ。可通过调节可调电阻R5调节检测电压, 调整主控电路的PWM脉宽, 继而控制发电机输出电压。
频率检测电路如图5所示, 将发电机电压分压后, 送由频压转换芯片LM2907, 输出频率检测电压信号, 供后级保护电路参考。LM2907的输出电压信号由式 (4) 得出[2]:
若VCC=24 V, fin=400 Hz, C5=0.01μF, R9=50 kΩ, 则Uo=4.8 V。
3 保护电路
保护电路如图6所示, 主要包括过压保护、欠压保护和低频保护三部分。
保护电路主要由运算放大器构成的电压比较器构成。过压检测电路由U2A、R11和D3构成。将电压检测信号输入电压比较器的同向端, 基准电压信号输入比较器的反相端, 正常状态下, 电压比较器U2A输出低电平, 当发电机电压超过设定值时, 比较器U2A输出高电平, 切断SG3525的PWM输出, 过压保护电压可通过调节可调电阻R12上的电压设定。
欠压保护电路由U2B, U3A, R12和D4构成。开机启动时, 由于U2B同向端的电压检测信号低于反相端R12上的电压信号, U2B输出低电平, U3A不工作, 即开机启动时, 低压保护不工作。当发电机输出电压达到或者超过设定的低压保护值时, 发电机从启动状态过渡到工作状态, U2B输出高电平, U3A工作于低压保护状态, 由于电压检测信号接U3A的反相端, 当电压检测信号高于同向端的设定电压时, 电压比较器U3A输出低电平, 系统正常工作, 当电压检测信号低于同向端的设定电压时, U3A输出高电平, 切断PWM输出, 欠压保护电压可通过调节可调电阻R12上的电压设定。欠频率保护同欠压保护的电路, 将过压保护、欠压保护和欠频率保护电路求或后输入SG3525的保护脚10, 在任一情况发生时, PWM信号均被切断, 保障系统安全运行。
4 实验与分析
制作实验样机, 替换上海电机厂生产的感应子式10 k W变频机组的AVR, 加载8 k W负载示波器测得FET漏极电压和励磁线圈上的电流波形如图7所示, 励磁电流为占空比0.3, 周期65μs的高频脉动电流, FET关断时, 漏极没有出现明显的电压尖峰, 保障了FET可靠工作。发电机加载8 k W负载瞬态过程如图8所示, 加载瞬间电压峰值下降约30 V, 电压恢复到正常态用时3个周期, 即加载瞬间, 电压波动约21 V, 波动10%, 电压调整用时7.5 ms, 电压波动范围和电压调整时间都在常用设备允许的范围内, 达到了设计的要求。
5 总结
AVR自动调节发电机的励磁电流, 使发电机的输出电压不受负载变化的影响。本文设计的以SG3525为控制核心的PWM调节式AVR, 采用负反馈闭环控制, 设计了积分电路, 频率检测电路, 过、欠压保护电路, 并设计了硬件电路检验设计的正确性。
摘要：电压调节器控制发电机的输出电压, 在负载变化时, 电压调节器通过检查输出电压, 自动调节励磁电流, 使发电机的输出电压稳定。传统的电压调节器通过调节功率晶体管控制极的电压或者调节晶闸管的导通角调节励磁电流, 这些方法要么能耗大, 要么电压调节瞬态响应差。这里设计了基于SG3525控制的Buck电路, 通过调节功率开关管的PWM占空比调节励磁电流。为了平稳调节输出电压, 硬件平台上设计了PI调节和软启动, 并具有过压欠压保护和过励磁电流保护等功能。最后设计硬件平台验证设计的合理性。
关键词：励磁电流,Buck电路,PI控制,PWM
参考文献
[1]深圳屹晶微电子有限公司.EG3525芯片用户手册V1.0[M].深圳:深圳屹晶微电子有限公司, 2011.
[2]National Semiconductor.Application note[M].USA:National Semiconductor, 1976:7-8.
[3]倪海东, 蒋玉萍.高频开关电源集成控制器[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[4]王兆安, 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2003.
[5]张利国, 高静.基于AVR单片机的高可靠性开关量模块的设计[J].现代电子技术, 2012, 35 (20) :146-148.