控制方式切换（精选7篇）
控制方式切换 篇1
1 引言
开关磁阻电机系统的控制方式，是指电机运行时对哪些参数进行控制以及如何进行控制，使电机系统的输出特性满足要求。目前开关磁阻电机系统的控制方式主要有3种控制方式，电流斩波控制、电压斩波控制、单脉冲控制。开关磁阻电机系统可以采用多种控制方式，不同的控制方式对应的电机特性也有较大的差异;由于应用场合一般要求电机有较宽的转速范围和较宽的转矩调节范围，为了使电机在不同的转速范围内都能获得理想的性能指标，一般根据电机的转速范围选用不同的控制方式、或者不同方式的组合。在启动和低速阶段，电流的上升速度较快，采用电流斩波控制可以有效地限制电流的峰值;在中速阶段，采用电压斩波可以兼顾电机系统的出力、效率、噪声;在高速段，采用单脉冲控制可以获得较高的系统效率，同时也能获得较大的出力。
随着电机转速的变化，不同的控制方式之间必然要进行切换。在控制方式切换时，会出现转矩突变的现象，转矩曲线如图1所示，转矩突变后，经过几个调节周期，转矩重新恢复稳定。在一些对转矩响应和转矩平稳性要求高的场合，普通控制方式切换方法满足不了使用要求。
本文首先分析了控制方式切换时，转矩波动产生的原因，并给出了控制方式切换时减小转矩波动的控制方法。经过试验验证，该控制方法可以使开关磁阻电机系统在控制方式切换时，减小转矩波动，加快转矩调节速度，使电机稳定运行。
2 控制方式切换时，转矩波动产生的原因
SR电机绕组轮流通电一周产生磁阻转矩为[1]
式中：N1为定子凸极数;N2为转子凸极数;U为相绕组外加的有效电压;ω为转子角速度;θ为关断角;θon为开通角。
若电机型号确定，开通角和关断角给定，上式积分部分为一常数，式(1)可写为
式中：F为式(1)中的积分和系数部分，与开通角和关断角有关。
因此，开关磁阻调速电机的可控参数有：绕组电压、开通角、关断角。改变其中1个或2个参数，即可调节SR电机转矩。虽然电机控制中，改变的是相绕组外加的有效电压U、绕组电流的关断角θ、开通角θon，但都借助了相电流这个中间量来实现对电机的运行特性的控制，所以研究控制方式切换时，转矩波动产生的原因，可以转换成研究电流不连续的原因。
图2为控制系统电流环控制框图，目标电流与实际电流的偏差经过PI调节器调节，输出相应控制方式下的可调节量，可调节量经过功率变换电路输出给定电流。
在电机控制方式切换时，由于PI调节器输出的类型变化，导致PI调节器的比例、积分参数由零开始调节，使实际电流从零调节到目标电流，如果PI调节器调节速度慢，就会造成电流不连续。图3为电机控制方式切换时电机相电流波形，电机从单脉冲控制切换到电压斩波控制，电流调节需要4个调节周期，造成4个周期的电机转矩不连续。
3 控制方式平稳切换控制方法
针对上述问题，本文提出采用增加预置补偿器来实现控制方式平稳切换。平稳切换电流环框图如图4所示。在电机正常运行时，预置补偿器无效，控制系统输出只由PI调节器控制;而在电机系统的控制方式切换时，预置补偿器有效，实际电流为PI调节器的输出与预置补偿器的补偿电流之和。
以单脉冲控制向电压斩波控制切换为例，具体说明平稳切换控制方法中预置补偿器的工作过程，其流程图如图5所示。
电机转速由高降低，电机在设定的单脉冲向电压斩波控制切换转速点，预置补偿器有效。预置补偿器判断当前的控制方式切换类型为单脉冲向电压斩波控制切换。预置补偿器读取控制方式切换前，单脉冲控制方式系统输出的电流，通过计算得出电压斩波控制方式产生相应的电流所需PWM占空比。
其计算方法，可以通过实际测量得出，首先测出在控制方式切换点转速下，单脉冲控制的开通角、关断角与电流的关系，再测量同一转速点电压斩波的PWM占空比与电流的关系，由此可以通过电流建立占空比与开通角、关断角的一个关系，关系曲线如图6所示。通过此关系可以计算出补偿给定，经过实际测量，此关系满足一分段函数，如下式所示：
式中：x为PWM导通宽度;y为单脉冲电流导通宽度与导通周期之比。
将计算得出的补偿占空比与PI调节输出的占空比相加，得到控制方式切换为电压斩波时的第1次给定值。
控制方式切换时，如果第1次输出的实际电流与切换前的实际电流偏差很大，则预置补偿器仍然有效，继续输出补偿给定。直到预置补偿器检测的实际电流与控制方式切换前的实际电流的偏差在允许范围内时，预置补偿器无效，控制方式切换完成。
4 试验验证
为了验证该控制方法的有效性，用同一测试系统，不同的控制方式，对比测试电机控制方式切换时电流与转矩。对比测试电流波形如图7所示;对比测试转矩输出曲线如图8所示。图7a为未采用预置补偿器的控制方式;图7b为采用预置补偿器的控制方式。未采用预置补偿器的控制方式，控制方式切换时，电流的过渡过程为4个调节周期，转矩由80 N·m突变到10 N·m，经过几个调节周期，重新稳定至80 N·m;而采用预置补偿器，电流过渡平稳，电流没有调节过程，转矩没有突变。
5 结论
本文针对开关磁阻电机控制方式切换时，易出现转矩波动问题，提出了一种补偿的控制方法。首先分析了控制方式切换时，转矩波动产生的原因，针对这些原因，给出了控制方式切换时采用预置补偿器来减小转矩波动的控制方法。经过试验验证，该方法可以使开关磁阻电机系统在控制方式切换时，电流过渡平稳，减小转矩波动，加快转矩调节速度，使电机稳定运行。
参考文献
[1]郝润科,高丽云.开关磁阻电机控制方法的研究[J].太原理工大学学报,2000,31(2):146-148.
2M时延测试及保护切换方式分析 篇2
随着电网的发展, 光传输系统已在其通信业务中占据主导地位。在电力传输系统承载的业务中, 继电保护、安全稳定控制业务对通道时延要求最高, 电力光纤通信网络需为该类业务提供更高质量的传输通道[1]。但随着传输网络不断扩大, 以及长距离传输而产生的时延对业务的稳定性、可靠性具有极大影响, 对时延的量化研究具有重要意义。
2 保护信息的传输对光纤通道的技术要求
根据中华人民共和国电力行业标准《DL/T 364-2010光纤通道传输保护信息通用技术条件》中, 继电保护信息的传输对光纤通道的技术要求[2]:用于继电保护的通信通道单向时延不大于10ms;双向通道倒换环作为线路纵差保护的信息传输通道时, 不能采用通道自愈功能;若通道具有自愈功能, 通道正常运行或切换后, 双向路由必须一致;双向复用段倒换环可作为线路纵联保护的信息传输通道。
3 宁夏电力SDH光传输网的2M传输时延测试
3.1 时延的测算[3]
时延是指数字信号以群速通过一个数字连接所经历的时间。
时延t可以由以下公式表示:
式 (1) 中:
TPCM—PCM复用设备复用、解复用时延, 对2M接口, TPCM为零;
TSDH—SDH设备复用、解复用时延;
Ti—中间节点设备时延;
N—中间节点设备总数;
TO—传输介质时延 (目前光纤应用最广) 。
对于SDH光传输系统来说, TO光缆时延可由以下公式计算得出:
式 (2) 中:
式 (2) 中:
L—光缆长度;
n1—为纤芯折射率, 对常用的G.652光缆, n1为1.48;
C—为光速, C=3×105km/s。
因此, 单位长度光缆的时延约为4.93μs/km, 即TO=4.93L。
对于SDH系统, 不同厂家、型号及速率的设备, TSDH、Ti各不相同, 可以通过对运行的SDH传输节点进行多次测试平均算出。
通过计算TO、TSDH、Ti, 即可算出t, 也可通过测出t, 计算其它的时间。
3.2 宁夏电力SDH传输网时延测试
宁夏电力SDH传输网主要由爱立信公司的OMS1664设备组成, 速率最高为10Gbit/s。笔者针对OMS1664设备进行测试, 仪表为Anritsu公司的MP1590B, 通过不同的设备配置, 经多次测试, 结果如下:TSDH平均值为129μs, Ti平均值为71μs。
测试情况如下:
SDH自愈环测试拓扑图:
测试说明:
建立银川东变至徐家庄变的2M传输通道, 分别测试该通道长、短路径的2M时延 (仪表测试结果为单向实际时延的2倍即2t) 。
网元节点间光缆距离总和经计算如下表所列, 计算时延与实测结果2t基本符合。
上述测试单项时延均小于10ms, 对于保护业务的通信通道单向传输时延小于10ms, 目前宁夏光传输网络结构满足此指标要求。从表中数据可以得出, 当光缆路径超过100km时, 由传输介质引起的时延占了总时延的主要部分, 光缆路径在10km以内时, 时延很小, 主要由设备产生。
4 保护业务2M传输通道切换方式分析
保护业务对传输通道的可靠性要求很高, 这种高可靠性要求体现在: (1) 要求传输通道准确无误地传送保护装置的数据信号, 保证传输通道不产生信号中断、告警、误码等问题; (2) 要求传输通道时延小, 并且双向时延一致。通过前面对时延的测试分析, 2M通道完全能够满足保护信息的承载。
由于工程施工、线路检修、光纤裂化或断裂、设备故障、光器件老化、接头接触不良等原因, 会造成传输通道产生信号中断, SDH网对2M信号的保护倒换主要有通道保护和复用段保护, 当采用SDH通道自愈环的方式组网时, 易造成收发路由不一致, 从而造成双向时延不同, 最终导致保护装置的不正确动作。
因此, 对于电力SDH传输网, 重要线路的保护信息应采用双向复用段保护方式, 这种保护切换方式能够保证双向时延一致, 但在切换时会产生瞬时的数据丢失、重复、时延变化, 不过对保护业务影响不大。在条件具备的情况下, 应采用双设备、双路由承载保护信息, 或采用光纤直连与2M通道互为补充。
5 结论
鉴于电力保护业务的重要性及利用2M实现复用传输的必要性, 充分实现传输网络2M通道的安全性尤为重要。因此, 在配置保护业务2M通道的时候, 要注意如下几点: (1) 计算通道的时延, 不应超过10ms, 对于光缆路径较长的线路, 应尽量减少中间节点的数量; (2) 双向路由必须一致, 要求SDH环网采用双纤系统; (3) 可采用复用段保护方式, 不宜采用通道保护环。
摘要：随着电网生产业务对传输通道可靠性要求的不断提高, 电力保护业务要求通信系统具备高质量的传输通道。文章介绍了电力保护业务对光纤通道的技术要求, 结合宁夏电网的实际情况, 对2M通道进行了时延测试, 结果符合保护业务要求。讨论了保护业务的保护倒换方式, 分析了通道保护方式的不足, 提出了复用段和双设备双路由保护的方案。
关键词：保护通道,时延测试,复用段保护,双路由
参考文献
[1]国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[Z].国家电网公司, 2012.
[2]D2/T364-2010.光纤通道传输保护信息通用技术条件[S].北京:中国电力出版社, 2010.
控制方式切换 篇3
船载卫通站经常使用国际卫星组织的圆极化通信卫星, 且在A极化 (接收右旋圆极化信号, 发射左旋圆极化信号) 频点紧张的情况下, B极化 (接收左旋圆极化信号, 发射右旋圆极化信号) 频点被船载卫通站越来越频繁地使用, 致使圆极化方式的切换也随之增多。船载卫通天线在圆极化工作模式下, 完成A、B极化切换需要对和差网络之前的射频线缆的连接关系进行调整, 这种调整会导致和差通道传输特性的改变, 使跟踪接收机的校相值全部作废, 因此在校相有相当难度的海上, 采用现行方案无法实现圆极化方式的切换。此外, 现行方案切换所需的时间过长。
为在不改变和差网络之前的射频线缆连接关系的条件下实现圆极化方式切换, 克服现行方案的缺点, 必须对圆极化方式切换方案进行改进。
1 馈源网络
船载卫通天线馈源主要由波纹喇叭、微波网络、发射波导等组成, 如图1所示。
TE21模耦合器耦合出跟踪用的差信号, 差信号经差低噪放大后送至和差网络。频谱复用网络隔离收、发载波。圆极化器被装在频谱复用网络的接收端和发射端的端口, 其相当于一个移相器, 对电磁波相位进行0或90°调整。双工器连接圆极化器, 有2个端口, 一个端口允许A极化载波通过, 阻隔B极化载波, 另一个端口反之。接收端的双工器能同时输出A、B极化的载波, 并将载波送至和低噪倒换开关的1号口和3号口。和低噪倒换开关的2号口输出由1号口输入的A极化载波至和差网络, 4号口输出由3号口输入的B极化载波至下变频器 (跟踪和通信极化相反时使用) 。
2 现行圆极化方式切换方案
由A极化切换至B极化的现行方案的具体步骤如下:① 更换TE21模合成网络至差低噪倒换开关1号口的线缆, 使差低噪由放大A极化信号改为放大B极化信号;② 将发射端双工器的开关从发射A极化载波的位置旋转到发射B极化载波的位置;③ 互换和低噪倒换开关2号口与4号口的线缆, 使经4号口输出的B极化信号进入和差网络。
现行方案的射频线缆调整会使和差通道的传输特性发生改变, 每次圆极化方式切换后, 跟踪接收机的校相值全部作废, 必须重新校相, 但在海上进行校相有相当难度, 故采用现行方案无法在海上动态实现圆极化方式的切换。
3 改进的圆极化方式切换方案
组成B极化和差网络方案与圆极化器反向转动方案均能克服现行圆极化方式切换方案的缺点, 可以在不改变和差网络之前的射频线缆连接关系的条件下实现圆极化方式的切换。
3.1组成B极化和差网络
若A、B极化的信号均有独立的和差网络, 则完成A、B极化切换不必改变和差网络之前的线缆连接, 改进方案的设备连接关系如图2所示, A极化的和、差信号依然进入原有的和差网络, B极化的和、差信号则进入新增加的和差网络, 组成B极化和差网络。B极化和差网络和A极化和差网络的设备组成一致, 且B极化和差网络与A极化和差网络的线缆连接成对应关系, 故组成B极化和差网络完全可以实现;也同时证明该改进方案可行。
B极化和差网络到下变频器和跟踪接收机的线缆可以利用原和差网络到下变频器和跟踪接收机的备用线缆。B极化和差网络的0～π调制器接收备用跟踪接收机送出的低频方波信号 (主、备用跟踪接收机送出的低频方波信号完全一致, 且主、备用跟踪接收机的低频方波信号均送至天线上) 。组成B极化的和差网络只需要增加1套和差网络的微波元器件和2根从和低噪倒换开关4号口、差低噪倒换开关4号口至B极化和差网络的等长、等相位射频线缆。此改进方案的操作性很强, 现有设备变动也小。
组成B极化和差网络后, 只需要改变连接下变频器和跟踪接收机的射频线缆, 就能完成圆极化方式切换。射频线缆调整在机房内即可完成, 并且射频线缆调整在和差网络之后, 不影响和差通道的传输特性, 跟踪接收机不需要重新校相, 在海上亦能实现切换。
线缆调整完成后, 将发射端双工器的开关调整到相应位置即可完成圆极化方式的切换。
3.2圆极化器反向转动
实现收线模式与收圆模式之间的切换是通过改变圆极化器与双工器的夹角。收线模式时, 圆极化器与双工器的夹角为0或90°;收圆模式时, 圆极化器与双工器的夹角为±45°。现有设备由收线模式改为收圆模式的策略是将圆极化器从0向右转动45°, 如图3所示。圆极化器与双工器的夹角调整为45°后, 接收端双工器在线极化模式下A、B极化对应的输出端口与其在圆极化模式下A、B极化对应的输出端口一致。
若接收端双工器在线极化模式下A、B极化对应的端口与其在圆极化模式下A、B极化对应的端口相反, 即原本A极化的输出端口输出B极化的信号, 原本B极化的输出端口输出A极化的信号, 则完成A、B极化切换不必改变任何线缆连接。基于此设想, 改进方案为将圆极化器向右转动45°改为向左转动45°。当极化器与双工器的夹角为-45°时, 电磁波原本+90°的移相变为了-90°的移相, 使接收端双工器在收线极化模式下A、B极化对应的端口和收圆极化模式下A、B极化对应的端口恰好相反。
实现接收端圆极化器左、右转动45°功能, 需要将现在0位置的机械限位开关改为光限位开关, 在-45°位置装机械限位开关, 同时对环路极化控制单元的电路和开关做相应的调整。
发射端与接收端的圆极化器位置与双工器的A、B极化端口对应关系相同。发射端圆极化器转动到与双工器夹角为-45°的位置时, 就可在不调整发射频段双工器开关的情况下, 完成发射端A、B极化切换。发射端圆极化器左、右转动45°功能实现方案与接收端一致。
发射端与接收端的圆极化器均实现左、右转动45°后, 就可以不上天线, 不改变任何线缆连接, 完成圆极化方式切换, 在海上亦能完成。此改进方案的操作性较强, 设备改动稍多, 但系统实现后圆极化方式切换操作极为方便。
4 改进方案测试
依照改进方案的设计, 完成3.8 m卫通天线和7.3 m卫通天线的技术改造, 其中3.8 m天线采用组成B极化和差网络方案, 7.3 m天线采用圆极化器反向转动方案。
在测试中, 采用李沙育图分析天线跟踪效果。测试点位置为东经120.26°, 北纬31.91°, 为克服地理环境影响, 分别对180°圆极化通信卫星和66°圆极化通信卫星进行测试 (测试前, 完成180°星和66°星在A、B极化方式下跟踪接收机的校相) 。
2套天线均由A极化方式切换为B极化方式后, 跟踪接收机选用B极化校相值, 待天线稳定跟踪后, 分析李沙育图, 误差电压变化范围均未出现明显改变, A、E两轴误差电压均控制在±0.2 V以内, 故证明2套改进方案均可在不改变和差通道传输特性的条件下, 实现圆极化方式切换。
5 改进方案应用于线极化方式切换
线极化方式切换通常采用极化面旋转90°的方法。该法应用于固定卫通站, 无任何缺陷。但若船载卫通站使用线极化通信卫星的B极化频点时, 采用极化面旋转的方法实现B极化工作模式, 则船通过卫星所在经度线时, 极化面将出现大范围调整 (如过星下点时, 极化角将由+90°跳变至-90°) , 致使数字跟踪接收机相位补偿不正确, 天线跟踪性能下降, 甚至无法跟踪。
为避免船过卫星所在经度线时出现极化角跳变, 完成线极化方式切换也应采用改进的圆极化方式切换方案。若天线工作于线极化的B极化方式时, 与圆极化的B极化方式的线缆连接一致, 下位机设置依然为A极化, 则船通过卫星所在经度线时, 极化角无跳变, 跟踪接收机不受任何影响, 天线跟踪稳定。
6 结束语
改进后的圆极化方式切换方案, 可以快速实现圆极化方式的切换, 而不需要重新校相, 在海上也能完成。实现改进的圆极化方式切换方案, 对卫通天线馈源系统并不需要做太多改动, 2套方案的操作性均很强。在卫星带宽日趋紧张, 海上测控任务中卫星通信使用B极化方式机会越来越多的情况下, 在不改变和差通道传输特性的条件下, 实现圆极化方式快速切换的方案具有很高的应用价值。此外, 改进方案应用不局限于圆极化方式切换, 对线极化方式切换具有同样重要的意义。
参考文献
[1]王新稳.微波技术与天线[M].北京:电子工业出版社, 2003.
控制方式切换 篇4
1 感应电动机机械负荷模型及相关参数
单绕组绕线型感应电动机等值电路, 如图1所示, 其相关参数, Rs, Xs, Rr, Xr, Xm分别表示感应电动机定子电阻、定子电抗、转子电阻、转子电抗和励磁电抗[2,3]。
一般而言, 感应电动机包含不带变频装置的电动机和由变频装置驱动的电动机两类。对于不带有变频装置的电动机来说, 最关注的是它们的负载特性。这是因为负载特性的不同将直接影响电动机受到外加激扰动后的变动情况。
感应电动机负载特性主要有两种, 恒定转矩和随转速变化的转矩。本文假设随转速变化的机械转矩的大小与负载率和转速满足如下关系:
式中, Tl1为随转速变化的转矩, k1为随转速变化的负载比例系数 (负载率) , w为转子角转速, n为与转速有关的方次。属于这类负载的生产机械有通风机, 水泵、油泵等。
由变频装置驱动的电动机的有功、无功对电压、频率的特性不同于不带变频装置的电动机。变频装置的主要目的是通过调节变频器输出电压或者电流来控制电动机力矩、转速, 从而达到工艺上的要求。在负荷建模时, 若主要关注输入电压的变化如何影响感应电动机各参数, 则需要详细考虑不同变频器控制策略的影响。根据现场需要的不同, 变频器有不同的控制策略。为简化起见, 选择占空比调节率, 其目的是使加到电动机上的电压维持恒定, 从而保证整个负载运行在恒功率状态。同时考虑到这个控制调整的过程非常短, 因此对于带有变频器的电动机我们可以看作恒转矩负荷。恒转矩负载的特点是负载转矩恒定不变, 与转速无关, 即:
式中, Tl2为恒定转矩, k2为恒定转矩负载的比例系数。属于这一类的生产机械有提升机构、提升机的行走机构、皮带运输机、轧机以及金属切割机床等。
厂用工作母线端感应电动机群机械负载转矩的类型和大小各有不同, 本文结合以上分析, 采用恒转矩负载和随速度变化的转矩负载相结合的机械负载转矩类型, 其数学表达式如下:
式中, Tow为机械负载力矩;k为感应电动机的负载率系数;a为负载转矩中恒转矩部分所占比例;w为转子角速度;n为负载转矩中与转速有关部分的方次。
2 感应电动机负荷参数对厂用电切换方式的影响
2.1 厂用电切换方式
现有厂用电切换方式的种类和特点主要有以下3种切换方式:
(1) 快速切换
快速切换的特点主要体现在“快”字上, 要求既能保证电动机安全, 又不使电动机转速下降太多。备用电源快速切换的核心问题是速度和角度, 实际的自动切换装置中, 整定值通常为相角差。最理想的备用电源投入时间应在工作母线电源失去后相角差第一次出现的30°区间内, 此时, 残压下降不多, 相角差也不大, 对电动机启动极为有利。
(2) 同期捕捉切换
同期捕捉切换的定义是在实时跟踪残压相量变化过程中, 尽量做到在残压与备用电源电压相量第一次相位重合时合闸。若能实现同期捕捉切换, 特别是同相点合闸, 对电动机的自启动很有利, 因为此时差压最小, 冲击电流最小。
(3) 残压切换
残压切换通常是在工作母线电压 (残压) 衰减到20%～40%的额定电压后实现的切换, 本文为简单起见, 考虑残压为30%额定电压时进行切换。
随着发电厂机组容量的增大, 为保障厂用电系统的安全可靠性, 要求新型切换装置应具备快速切换, 同期捕捉切换和残压切换的功能, 并在一种切换方式失效时, 自动转为其他切换方式, 以提高切换成功率 (表1) 。
2.2 分析指标
对于厂用辅机系统, 厂用电源中断时间越短越有利。结合以上分析, 将采用如下指标参数来分析感应电动机参数对厂用切换方式的影响:
(1) 残压与备用电压相角差首次为30°时, 工作母线失电时间;
(2) 残压与备用电源电压相量第一次相位重合时工作母线的失电时间;
(3) 残压衰减至额定电压30%时工作母线失电时间;
3 算例分析
研究所用厂用电系统简图, 如图2所示, 6 kV工作母线上感应电动机由厂高变、启备变供电。图中, 工作、备用电源分别为两个独立电源, 且电压初始相量相同。感应电动机参数可参见表1。
仿真研究过程中, 每次只改变感应电动机某一参数, 使其在厂用感应电动机参数可信的变化范围之内变化, 而其它参数保持不变。机械负载转矩的初始值为采用30%恒转矩负载和70%与转速有关且速度方次为2的负载, 负载率为0.2。同时, 采用事故发生时的串联切换方式来进行仿真。本文只研究单台大型感应电动机参数对厂用电切换的影响。
通过对计算结果的深入分析, 可以得到如下规律:
(1) 对于残压与备用电源电压首次相角差时厂用母线失电时间, 其值随定子电阻、励磁电抗和惯性常数的值的增大而增大;随定子电抗、转子电阻和转子电抗的值的增大而减小。从数值上分析, 感应电动机定子电阻、电抗, 转子电阻、电抗和励磁电抗对快速切换的影响都很小, 而惯性常数则对这种切换方式的影响很大。惯性常数值越大, 残压与备用电源电压首次相角差时厂用母线失电时间会越长, 不利于进行快速切换和电动机启动, 实际操作中需根据情况将快速切换时的整定相角调小;
(2) 对于残压与备用电源电压相量第一次相位重合时工作母线的失电时间, 其值随定子电阻、励磁电抗和惯性常数的值的增大而增大;随转子电阻的值的增大而减少;而定子电抗、转子电抗的改变基本不引起其值的变化。从数值上分析, 感应电动机定子电阻、电抗, 转子电阻、电抗和励磁电抗对同期捕捉切换的影响都很小, 而惯性常数则对这种切换方式影响很大。惯性常数值越大, 残压与备用电源电压相量第一次相位重合时工作母线失电时间会越长, 此时母线电压会降得较低, 不利于进行同期捕捉切换及电动机启动;
(3) 对于残压为额定电压时工作母线失电时间, 其值随励磁电抗和惯性常数的值的增大而增大;随其余4参数 (定子电阻、电抗, 转子电阻、电抗) 的值的增大而减小。从数值上分析, 感应电动机定子电阻, 转子电抗对残压切换的影响很小;定子电抗和惯性常数对其影响较大;而转子电阻和励磁电抗对这种切30%换方式影响则更大。转子电阻、定子电抗越大, 工作母线失电时间越短, 有利于成功进行残压切换及电动机自启动成功, 而励磁电抗和惯性常数的影响则恰好相反。
4 结语
以某厂用电系统为例, 深入分析了工作母线端大型感应电动机关键参数的取值不同对电源切换的三种方式:快速切换、同期捕捉切换和残压切换的影响。研究发现, 快速切换、同期捕捉切换方式主要受电动机惯性时间常数和负荷转矩负载率的影响;而残压切换方式主要受转子电阻, 励磁电抗和负荷转矩负载率的影响。本文所研究的内容对于研制微机型快速切换装置和选择更有效的厂用电源切换方式, 具有一定的参考价值。
摘要：以某厂用电系统为例, 深入研究了感应电动机关键参数对快速切换、同期捕捉切换和残压切换3种常见厂用电切换方式的影响。研究发现快速切换、同期捕捉切换方式主要受电动机惯性常数和负荷转矩负载率的影响;而残压切换方式主要受转子电阻, 励磁电抗和负荷转矩的负载率的影响。
关键词：厂用电,感应电动机,快速切换,同期捕捉切换,残压切换
参考文献
[1]高爱云.蔡泽祥.基于EMTDC的异步电动机故障仿真.电力自动化设备, 2002, 22 (12) :32～34
控制方式切换 篇5
例1:多台电动机共用一台变频器,即1拖N
如图1即为N台电动机共用一台变频器的示意图,变频器的容量选择能承担最大容量电动机满负荷运行需要的功率。每台电动机通过相应的切换开关实现在工频电源及变频电源之间切换,一般情况是电动机的起动由变频器执行,当#1电动机完成起动过程后,变频器根据工况通过调速来调节电动机负荷,当该台电动机接近满载时则通过切换开关将其切换到工频电源,变频器转而起动第二台电动机,并控制第二台电动机的运行工况,直到在其接近满载后再将其切换到工频电源,如此循环直至最后#N电动机在变频器控制下运行,不难想到,当最后#N电动机的负荷减到已接近空载时,则可将此台电动机电源切除进入停运状态,而通过#N-1切换开关将#N-1电动机由工频电源切换到变频电源,由变频器控制该台电动机的运行。如果负荷继续减小,按此程序切除#N-1电动机,变频器转而控制#N-2电动机。这种工作模式常常用在恒压供水的场合。
例2:一台电动机专用一台变频器,即1拖1
如图2即为1拖1的示意图,正常时电动机的工况由变频器控制,但当变频器故障时,为了电动机不致停止运行,此时可通过保护装置快速切断B1、B2开关,继而如条件满足时快速合上开关B3,使电动机改由工频电源供电继续运行。此处所说条件主要是指电动机原来运行的电压频率和工频电源频率的差值。
然而根据目前绝大多数的切换操作,大都是随机任意实施的。稍谨慎一些的则是在两电源频率相近时实施切换。这种切换常常引起很大的冲击,甚至因为冲击电流太大将导致开关被保护跳闸。然而,更大的危害则是,电动机以及其驱动机械绕组变形、绝缘水平下降,轴应力增大而受损。
事实上当电动机在切换过程中基于转子的惯性及剩磁,使其由电动机工况转入发电机工况,电动机端的电压携带着原供电电源的特征(即电压、频率、相位),脱离电源后电压和频率按惯性规律下降,相位也在变化,一旦当电动机随机切换到另一电源时,如果其电压、频率和相位与该电源有差时必然产生冲击,特别是当相位有较大差值时产生的冲击扭矩对电动机和被拖动机械的伤害是很大的。因此,这种电源切换必须保证电动机端电压的电压、频率、相位在完成切换瞬间与新电源的相关值一致或相近,事实上这种切换类似于两交流电源的同期操作,不同的是电动机脱离原电源后电压和频率按一定规律下降,相对原电源而言相位也在向滞后方向加大。在电动机与新电源接通瞬间,两电压的电压差将导致电压高的一侧向低的一侧突发性的输送与压差数值相当的无功功率;频率差将导致频率高的一侧向低的一侧突发性的输送与频差数值相当的有功功率;而相位差将引起电动机转子突发性地向相位差减小方向加速旋转,其中伴随着有功功率和无功功率的交换。因此,应尽量在压差、频差及相位差较小时实施切换。
为了保证交流电动机(尤其是大容量电机能平稳无冲击的在2电源间进行切换,应增设专用的交流电动机双向电源切换控制器,其基本原理应为,在电动机正常运行时,控制器实时监测两个电源电压的电压U、频率ω和相位差φ,同时还监测变频器的输出电流。如图3所示,图中电源切换控制器的输入信号为两交流电源的电压U1和U2及变频器的输出电流。其输出则分别控制变频器上电断路器及自动转换开关ATS的输入端,一般ATS开关有2个输入端,即正向切换和反向切换输入端。当电动机切换到新电源的瞬间应该满足电动机端电压与新电源电压、频率及相位相等的条件,所以控制器发出切换命令的时刻,应较两电压相位差为零的时刻提前相当于切换开关的动作时间的提前量。
控制器快速对U1、U2两交流电压进行瞬时值采样,并计算出2电压的实时电压差、频率差及相位差,控制器按预先设置的允许切换频率差、允许切换电压差及ATS开关切换动作时间等参数不断计算发出切换命令的精确时机,一旦控制器接到人工或上位机发来的允许切换命令,控制器将在第一时间实施无扰动切换操作,完成电源切换。为了加速切换过程,控制器可对变频器进行升频和降频控制。此外,控制器应计及电动机在脱离原电源后惰转频率下降的因素,以提高捕捉零相位差切换的精度。
目前进行电动机电源切换的开关,大都使用两个通过辅助接点在电气上互锁的接触器,互锁的目的是保证电动机不会同时连接到2个电源上,这样会造成变频器受损。这种方式的优点是投资较少,但存在一定的隐患,因当电气闭锁电路出现问题时可能导致2个电源通过接触器联通而使变频器烧坏。比较可靠的切换开关应使用在机械上互锁的自动转换开关(ATS),这种开关可确保不会出现将2电源短接的问题,当然其价格较用2个相同遮断容量的接触器高一些,但从保护变频器的角度看,还是使用ATS开关合理。
由深圳智能设备开发有限公司研制的SID-2AM智能型交流电动机双向电源切换控制器,就是一种可按前述的各种工况及条件来完成电动机在2个电源之间做平滑切换的新装置。对变频器和电动机起到了很好的保护作用。值得一提的是,深圳智能设备开发有限公司还在推出SID-2AM智能型交流电动机双向电源切换控制器同时,还为大容量变频器开发出一种附带涌流抑制功能的SID-3YE型涌流抑制及双电源切换控制器。其控制原理框图见图4。
该型控制器不但可以对电动机的双电源进行平滑切换,还可对变频器的输入裂相变压器提供上电时的励磁涌流进行有效抑制,确保变频器在空投时,不会出现励磁涌流的冲击一次启动成功。同时,还可解除变频器生产厂家在生产变频器柜时,为躲避励磁涌流而加装的电抗器等限流装置,可大大减小变频器柜的体积。其接线示意图见图5。
控制器输入的模拟量信号有3个,即工频电压UG、变频电压UB及变频器输入端电流,该电流用以对可能发生的励磁涌流进行录波。控制器输入的开关量信号有2个,即变频器上电及起动切换,变频器上电命令发出后将起动涌流抑制功能,在计及变频器电源侧开关合闸时间的前提下选择最佳时机给变频器无涌流上电。起动切换命令前可对变频器进行调速控制,以使变频器的频差和压差与工频电源频差和压差尽量一致,当切换命令发出后,装置将在首次同期条件出现时,在计及自动转换开关ATS动作时间的前提下对ATS进行控制,完成平滑切换,控制器还可通过RS-485现场总线由上位机实施监控。
变频器拖动电机进行电源转换的方式存在着很大的隐患,需要认真对待。其实,保护好电动机和变频器本身就是一种最大的节能;设计人员在设计和实践当中应尽量选用合理和可靠的电气装置;以确保电气设备的安全运行。
摘要：变频器的使用可以在很大程度上节能降耗,但由于其价格不菲,在很多场合都选择了一拖多的形式,这就要求电动机的电源在变频电源和工频电源之间进行切换。这实际上相当于两个不同的电源进行同期操作,而现有的操作方式存在着很大的隐患。
控制方式切换 篇6
随着现代经济和技术的迅速, 各行业对供电的质量和可靠的要求愈加严格。重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、主要宾馆、体育场、人员大量集中的公共场所等单位的电力负荷为重要电力负荷, 一旦中断有可能造成人员伤亡、紧急损失、火灾等严重后果, 这些单位基本都设置有备用发电机组, 当市电中断或者设备检修时, 需迅速启动发电机组来恢复供电, 以确保重要负荷的稳定运行。过去工程中经常使用单市电与发电机自动切换方式供电, 但随着各行业要求的不断提高, 采用双市电与发电机自动切换的方式供电的也越来越多。但是很多的工程项目中采用手动启动发电机和手动切换的方式, 自动切换的方式较少, 本文主要设计了一种基于继电器励磁特性的双市电与发电机的自动切换方式。
1 双市电与发电机组切换主回路
本设计采用两台变压器, 由高压柜馈出两路10KV线路至两台变压器一次侧, 由变压器二次侧馈出0.4KV线路至两台低压柜, 采用单母线分段形式, 并设置母联柜;发电机馈出0.4KV线路至切换柜。熔断器FU1, 继电器线圈KV1~KV2, 断路QF1设置在1#低压柜中;熔断器FU2, 继电器线圈KV3~KV4, 断路QF2设置在2#低压柜中, 断路器QF3设置在母联柜中, 断路器QF4设置在切换柜中。
2 双市电与发电机组自动切换控制回路
本设计采用低压双回路进线, 将1#进线柜和2#进线柜表示在同一张图纸中, 如继电器线圈KM1、KM4设置在1#进线柜中, 括号中的KM2、KM5设置在2#进线柜中。低压进线柜、低压母联柜、自动切换柜控制系统为一个整体, 需要结合在一起看。
3 双市电与发电机组自动切换控制系统中的功能
本设计所要实现的功能是在市电正常工作时, 两路进线分列运行, 母线断路器断开, 当一路进线断电时, 该路断路器自动断开, 母线断路器自动合闸, 另一路电源带全部负载;当该路进线恢复供电时, 先自动断开母联断路器, 进线断路器再重新合闸, 重新带载。
当两路进线断电时, 母线断路器合闸, 发电机进线断路器延时闭合, 发电机启动, 待发电机运行正常后方能带载;当进线恢复供电时, 马上断开发电机进线断路器, 发电机空载运行一段时间, 再停机。要保证在市电正常时, 绝对不可启动发电机、闭合发电机进线断路器, 避免发电机供电倒灌入电网, 引发严重事故。
4 双市电与发电机组自动切换控制系统原理
(1) 市电正常时
将SA1转至手动位置, 按动SB1, 使QF1合闸, 1#进线柜向1段母线供电, 再将SA1转至自动位置;将SA2转至手动位置, 按动SB2, 使QF2合闸, 1#进线柜向2段母线供电, 再将SA2转至自动位置;将SA3转至自动位置, 使QF3处于自投准备状态。
(2) 一路进线停电时
1#进线柜电源停电时, KT1延时闭合, 跳闸线圈YT1得电, 使QF1掉闸, QF1常闭和KT1的常开延时接点闭合, 使延时QF3合闸, 2#进线柜电源自动投入1段母线;2#进线柜电源停电时, 与1#进线柜电源停电时动作过程类似。
(3) 一路电源恢复时
当1#进线柜电源恢复时, KM1失电, KM1常闭接点闭合, 使QF3掉闸, QF3常闭接点闭合, QF4常闭接点一直处于闭合状态, 使QF1合闸;2#进线柜电源恢复时, 与1#进线柜电源恢复时动作过程类似。
(4) 两路电源停电时
当1#, 2#进线柜电源停电时, KT1, KT2延时闭合, 使QF1, QF2掉闸, QF1常闭和KT1的常开接点闭合, QF2常闭和KT1的常开接点闭合, 使QF3合闸, 切换柜中KT1和KT2在QF3合闸后延时闭合 (延时可调) , 使QF4合闸, 向发电机控制箱发出启动信号, 待发电机运行正常后, 发电机带载。
(5) 发电机运行, 电源恢复供电时
1#进线柜电源恢复时, KM1失电, KM1常闭接点闭合, 使QF4掉闸, 发电机空载运行, 运行时间可调, 由于KM1常闭接点闭合闭合QF3掉闸, QF3, QF4的常闭接点闭合, 使QF1合闸;2#进线柜电源恢复时, 与1#进线柜电源恢复时动作过程类似。
(6) 手动操作
如果要求1# (或2#) 进线柜电源恢复时, QF1 (或QF2) 手动合闸, 只需将SA1 (SA2) 转至手动位置即可, 如需发电机供电时, 需切断两路电源, 将SA4切换至手动即可实现, 当负荷故障, 使QF1或QF2跳闸时, QF3不能自动合闸, 待故障排除后, 手动恢复正常供电。
(7) 闭锁保险
低压母联柜的中的闭锁回路可以保证在1#进线柜电源和2#进线柜电源正常时不可对母联断路器QF3合闸, 切换柜中闭锁回路保证在1#进线柜电源盒2#进线柜电源正常时, 不可对发电机进线断路器QF4进行合闸, 而在低压进线柜中, 当进线柜电源停电时, 断路器QF1或QF2无法手动或自动合闸, 当电源恢复时只有当发电机断路器QF4和母联断路器QF3断开时, 方能自动合闸。
5 采用继电器控制的优点和弊端
采用继电器所形成的双市电与发电机组自动切换控制系统的优点是逻辑关系简单、造价低, 运行可靠, 但是弊端是浪费电能、维护工作量大, 适用于用电负荷不大的工程。
摘要：本文主要设计了一种基于继电器励磁特性的双市电与发电机组的自动切换方式。
关键词：双市电,继电器,发电机,自动切换
参考文献
[1] (GJB1515—92) 固体继电器总规范[S].北京:国防科学技术工业委员会, 1992
[2]郑昆和.固体继电器接通电压的概念和应用[J].机电元件, 1999 (4) :14—15
控制方式切换 篇7
关键词：信令切换,网络优化,WCDMA,TD-SCDMA
1 引言
近年来,随着3G移动通信技术的发展,网络规划和优化工作越来越重要。对于未来的WCDMA和TD-SCDMA网络运营商而言,如何经济有效地建设一个WCDMA网络,保证网络建设的高性价比是运营商所关心的问题。概括地讲,就是在支持多种业务,并满足一定Qos条件下,获得良好的网络容量,满足一定的无线覆盖要求,同时通过调整容量、覆盖、质量之间的均衡关系提供最佳的服务。为了达到高性能,WCDMA和TD-SCDMA采用很多先进的技术,所以二代系统所使用的规划和优化方法就不能满足需求,需要有新的规划方法和工具。
2 切换信令中的差异
UMTS系统的切换过程主要可以分为四个阶段:测量控制阶段,网络通过发送测量控制消息告诉UE进行测量的参数,相关参数随MEASURE CONTROL消息下发;测量报告阶段,当满足测量门限时UE给网络发送测量报告消息;切换判决阶段,网络根据测量报告做出切换的判断;切换执行阶段,UE和网络侧按照信令流程执行相应操作。TD-SCDMA和WCDMA系统的切换均具备上述四个步骤,但是其中一些具体信令还是有着明显的区别。
2.1 测量控制阶段的区别
网络侧根据UE所驻留的小区向UE发送测量控制消息(MEASUREMENT CONTROL),在消息中可以指定UE进行频内、频间或系统间三种切换中的一种测量(即测量类型)。WCDMA网络中一般初始时只下发一条测量控制,即建立同频测量;TD-SCDMA网络中经常会下发两条测量控值信息,建立同频和异频测量。这种现象是由于TD-SCDMA网络采用N频点组网方式后由于公共信道所处的主载波采用异频组网方式,出现了所谓“异频邻区”,需要对异频邻区进行切换测量。
WCDMA采用同频组网方式,因此系统内优先选用同频软切换方式,只有当同频小区的信道质量急剧恶化,才会通过硬切换向异频小区或异系统小区切换;由于WCDMA系统中硬切换的成功率相对较低,同频切换的优先级最高,反映到测量控制机制上就是:同频测量触发门限>异频测量触发门限>异系统测量触发门限。而对于TD-SCDMA网络来说,每个小区必然同时配有同频和异频邻区,两者间没有优先级区别,测量触发门限一般设置为相同。
2.2 测量报告阶段
MEASUREMENT CONTROL消息中指定测量上报方式是周期上报还是事件上报。如果是周期上报方式需要指定上报次数和间隔;如果是事件上报方式需要指定事件类型。除此之外消息中还包括一些切换参数的配置。UE收到测量控制消息后,根据消息中的参数进行相应的测量,周期上报模式下UE会周期性地上报测量结果;事件触发模式下UE会根据测量量进行相应的判断,如果满足事件触发的条件,UE上报事件号;切换模块收到UE的测量报告消息(MEASUREMENT REPORT)后,在周期上报的模式下其对测量结果进行存储,并由切换算法做出是否切换的判决。在事件上报模式直接由切换算法做出切换判决。如果判决需要发生切换,则向UE发出切换命令。
2.3 切换执行阶段的区别
对于WCDMA系统测量关闭一般出现在进行异频或异系统测量时,当前服务小区的信道质量得到改善,高于测量触发门限后进行该操作;UE如果进行了异频切换,那么系统将在目标小区内下发新的MEASUREMENT CONTROL消息。但是在TD-SCDMA系统中,网络侧接收到MEASUREMENT REPORT后,在执行PHYSICAL CHANNEL RECONFIGRATION命令前会下发MEASUREMENT CONTROL将UE当前所有测量关闭。
3 网络优化中的覆盖对切换的影响
对于3G系统,3种国际标准,在业务模式、信道模式两方面是完全相同的,而系统体制的不同表现在无线调制上,不同的物理层技术决定了不同的无线传播参考模型。
因此,对于TD-SCDMA系统,网络优化更多要考虑采用何种信道分配算法,智能天线的指标特性等。下面,我们对TD-SCDMA与WCDMA优化在几个方面进行对比。
3.1 切换
切换设计对于每种移动通信网络都很重要。从网络资源使用效率的角度看,移动台未处于最佳业务扇区时,对业务质量的影响很大。举例来说,某Node B导频信号过强,周围移动台会经常切换到此扇区,造成该NodeB的无线资源被占用,系统负荷过大,就会增加该小区的掉话率,与此同时,小区内移动台间的干扰也会加大。
在WCDMA体制中,同频切换采用软切换的方式,而在TD-SCDMA中,使用的是接力切换,这是一种介于硬切换与软切换之间的一种切换方式。也是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。其设计思想是利用智能天线和上行同步等技术,在对移动台的距离和方位进行定位的基础上,根据移动台方位和距离信息作为辅助信息来判断目前移动台是否移动到了可进行切换的相邻Node B的临近区域。如果移动台进入切换区,则RNC通知该Node B做好切换的准备,从而达到快速、可靠和高效切换的目的。
3.2 信道分配
WCDMA的信道分配相对简单,在同频系统中信道分配顺序相同。但在TD-SCDMA系统中,采用动态信道分配(DcA)方式,系统中的任何一条物理信道都是通过它的载频|时隙|扩频码的组合来标记的。信道分配实际上就是一种无线资源的分配过程。
3.3 智能天线
在TD系统中,如果不采用智能天线,对一个用户来说,同一时隙内除有用信号之外的其它信号功率都是影响其通信质量的干扰和噪声;采用了波束赋型之后,只有来自于主瓣和较大旁瓣方向的干扰才会对用户信号带来影响。智能天线的波束赋型有效地降低了用户间干扰,其实质是对不同用户的信号在空间上进行区分。
3.4 室内覆盖
在WCDMA系统中,对于热点的覆盖。尤其是大型建筑的室内覆盖,广泛使用室内信号分配系统。用户在室内移动时,同样可有效通信,通过这种方式接入Node B的用户。其信号被Node B视为通过不同天线接收到的同一用户的多径信号。在TD-SCDMA系统中,室内信号分配与WCDMA有些不同。
(1)TD-SCDMA通过智能天线估计到达时间差DOA,但直放站,或室内天线没有此功能。
(2)TD-SCDMA上/下行链路要求同步。上行链路同步的建立与维持需要测量发射功率,并且通过测量移动台发射功率、变化趋势及信号延时的统计与估计,NodeB可确定用户具体位置。但由于室内天线的增益与Node B不同,若用户在室内外天线覆盖范围间反复切换,Node B就无法根据其发射功率判断出用户的距离,也就无法维持上行链路的同步。
4 结论
TD-SCDMA和WCDMA均属于UMTS体系,因此它们的信令上有很多相同和相似的地方,但是由于空中接口结构的不同,规范中对于FDD和TDD模式在很多细节上的定义是不同的,因此在工程中不能完全参照以往WCDMA的经验,需要更加深入的观察和分析。
TD-SCDMA系统同时采用了时分、频分、码分等多种多址方式,因而它在很多方面兼有CDMA和TDMA系统的特点,需要将不同制式网络的优化经验相结合,摸索出一套适合TD-SCDMA网络的优化方法。
参考文献
[1]杨伟祝,何方白.TD-SCDMA与WCDMA混合组网的网络规划研究.中国无线电,2006,(3)
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[3]王金成.将用户从GSM网络平滑迁移到WCDMA网络的方法.华为技术有限公司,2004,(1 9)