电力系统的调压措施

电力系统的调压措施（精选7篇）

电力系统的调压措施 篇1

1 概述

晶闸管俗称可控硅。近年来, 在歌舞厅和剧场的现场灯光控制普遍采用晶闸管调压技术, 由于它的工作特点, 极易对扩音造成严重的干扰, 甚至使扩音设备无法使用, 这种干扰反映在扩音系统中是使输出的声音带有明显的"嗤嗤"杂声, 因此, 在整个音响系统的设计中一定要采取有效的防止措施。

2 晶闸管调压对扩音系统的干扰成因

我们知道50Hz交流电的波形是正弦波, 如图1 (a) 。当它接上负载后, 导线回路上的电流实际上随交流电周期而变, 在相位0°时电流为零, 90°时升至最大, 180°时又降至零, 其变化的波形是正弦曲线。

晶闸管调压的工作原理是依靠改变交流电的导通角θ (也就是改变导通时间) , 从而改变交流电压的有效值, 以达到调压的目的。例如, 当220V电压经过晶闸管调压, 如果控制导通角在0°附近, 那么有效值仍为220V左右;如果改变导通角, 使之延迟90°, 那么它的有效值大约只有220V的一半了, 见图1 (b) ;如果导通角是120°, 则有效值将降至更小, 见图1 (c) 。可见, 晶闸管的导通角越大, 有效电压也就越小。

再以导通角90°为例来看它的电流变化。不难看出在90°的瞬间, 电流突然增大。这好比闸刀开关接通电气设备时瞬间的启动电流一样。这一大电流的流动使输入端在这个角度上的电压突然降低, 这就形成一个严重的缺口, 破坏电网, 见图1 (c) 。晶闸管的输出实际上是一个非正弦波的断续脉冲波形, 这个断续的输出以及电网缺口, 产生了丰富的高次谐波, 造成电源电压正弦波波形畸变, 电能质量下降, 见图2。

分析晶闸管调压器对扩音系统的干扰频谱, 可知它是一个包括有多个频率的广谱性复合频率, 在扬声器中反应出“嗤嗤”声。

晶闸管调压的干扰主要由两个途径进入扩音系统。第一个途径是通过电网对扩音系统干扰。由于扩音机与晶闸管调压器同处于一个电网中, 晶闸管对电网波形的破坏, 会影响扩音系统的放音音质。第二个途径是空间电磁场干扰。晶闸管调压器及其电源输入线、负载输出线都大量地向周围空间发出音频干扰电磁场。如果传声器电缆以及输入变压器和它接近, 将感应到干扰电动势, 经放大就影响到扩音设备的正常工作。

3 晶闸管调压干扰的防止措施

对于因电网畸形波形破坏产生的的干扰, 其防止措施有:

(1) 采用两个电力变压器供电的方式, 音响设备与灯光设备各自使用一个变压器, 这种方法效果很好, 但不容易实现。

(2) 用磁饱和稳压器把扩音机与晶闸管干扰电源隔离, 也有一定效果, 见图3。

(3) 用单相隔离变压器 (变压器比为1:1) 。利用变压器的漏磁 (漏感) 对高频干扰的感抗作用, 从而达到初级输入有干扰交流电压时, 次级输出一个没有或略有干扰的正弦电压的目的。

设计隔离变压器时要有意提高变压器的漏感, 如采用芯式铁芯 (即初次级分别绕在两边的口字形) 和选用导磁率较低的铁片。

(4) 用三相变压器隔离。根据扩音的耗电量, 绕制一只三相变压器。将变压器初级接成三角形, 与三相电源连接, 因为三角形接线可以使三次谐波在隔离变压器绕组间形成通路。变压器次级用Y形输出, 每相并联一定数量的电容器 (例如1.5kW变压器约用10uF的电容器) , 就可以使电源的波形失真得到很大的抑制。

对于因空间电磁场辐射产生的的干扰, 其防止措施有:

(1) 对晶闸管调压设备进行屏蔽, 使其尽量少向周围辐射干扰电磁场。并将连接负载的两根电线绞起来。对固定部分的电线尽量穿过铁管敷设, 或用金属软管 (蛇皮管) 敷设。

(2) 增加扩音设备本身的抗干扰能力。采用屏蔽效应好和灵敏度高的传声器, 以降低放大器的放大倍数;降低放大器的输入阻抗, 如采用200Ω平衡式输入;传声器电缆要用金属屏蔽两芯绞线, 有条件时用四芯绞线对角并联使用, 见图4。电缆要尽量短, 固定部分应穿入铁管。图中a、b、c、d四种接法, 以图d效果最好, 图a效果最差, 但成本较低。

(3) 声频和视频线路都应用屏蔽线穿钢管铺设, 并尽量不与照明回路平行敷设, 无法避免时, 应相距8米以上。

(4) 灯光回路应设专门零线, 直接引自变压器中点, 不要和原有的中线合用, 以减少干扰。

(5) 音响室最好能远离调光控制室。

结束语

晶闸管调压干扰对扩音设备的影响难以避免, 以上措施的具体应用, 要根据实际情况, 进行认真分析、判断和试验, 才能找到既经济、简便, 又行之有效的方法。

参考文献

[1]袁燕, 电力电子技术[M].北京:中国电力出版社, 2009年

[2]袁学访, 殷召梅等.晶闸管应用中的抗干扰措施探析[J].科技资讯, 2008年21期.

[3]黄会雄, 袁力辉.晶闸管交流装置的抗干扰措施[J].电子质量, 2007年01期

[4]梅俊涛.电气管理知识[J].北京:中国劳动出版社, 2004年

调压调速系统的应用 篇2

关键词：调压调速,遥控行车,电机,机械特性,数字无触点

在现代工业企业中, 起重机已成为不可缺少的设备之一, 其作用日益重要, 是实现生产过程机械化和自动化、减轻繁重体力劳动、提高生产效率和实现安全生产的重要设备。本文通过重钢遥控行车现实改造为案例展开阐述。

1 项目实施原因

重钢脱硫区域31#50t/20t行车用于吊运脱硫渣锅和其他辅助作业, 工作非常频繁, 行车工作级别设计偏低与现场实际频繁作业的工况不符;该行车处于脱硫高温区域, 加之除尘效果又极差, 粉尘很大, 导致该行车清扫后又很快被粉尘覆盖, 接触器等设备经常由于粉尘原因而导致卡阻短路等现象, 继而造成整机故障频繁。73m转炉塔楼20#32t/5t行车主要用于吊运转炉烟罩、氧枪、副枪及其它设备, 该行车工作环境温度极高, 粉尘很大, 与当初设计工况相差很大, 因而导致该行车故障极高。

该两台行车的拖动系统采用交流绕线式异步电动机, 转子回路内串入多级外接电阻来分级调速, 采用遥控器、继电器、接触器控制, 这种调速方式实现简单, 但是存在诸多缺点。

1) 绕线型转子串电阻的调速机械特性软, 调速性能差;无法实现平稳的起动和制动;已经不能满足现代生产工艺的要求。

2) 串电阻调速是一种有级调速方式, 通过接触器的分合完成对转子串联电阻的切换, 从而调整电机的转速, 在进行电阻切换时会对电网及天车的机械部分带来不可避免的冲击。

3) 主回路中采用正反转接触器实现电机换向, 实际操作中操作者为了调整桥式起重机的工作状态, 频繁采用反接制动 ( 俗称打反车) , 切换电流大, 接触器和电机工作状态恶劣, 设备故障率高, 维护强度大, 维护成本高。

4) 起重机起动、调速时转子所串电阻为纯耗能元件, 浪费大量电能。另外, 由于调速电阻的限制, 调速范围窄, 起动转矩小, 延长了起动时间, 影响生产效率。

5) 系统抱闸是在运动状态下进行的, 对制动器损耗很大, 闸瓦磨损严重。在很多的生产现场需要起重机吊运的重物准确定位, 并且具有较高的生产效率, 但老式的转子串电阻调速系统很难同时满足准确的定位 (慢速) 和提高生产效率 (快速) 两方面的要求。操作者为了准确定位, 采用点动的办法是重物一点一点地移动, 这样就会对起重机的机械结构和电气设备带来有害冲击, 严重影响其使用寿命。

2 采取的措施、实施的技术改进

由于上述诸多缺点, 该两台行车已不能满足繁重生产的需要和现代生产工艺的要求, 对其电控系统的改造已迫在眉睫。

采用调速系统进行控制可提高起重机的使用性能。

1) 具有良好的低速、高速性能。低速可以实现物体的准确定位, 高速可满足提高生产率的要求, 妥善解决准确到位和高生产率的矛盾。

2) 同时具有良好的起动、制动特性, 抑制有害冲击。在重物上升方向加速时, 负载的加速转矩会对机械设备产生巨大冲击;下降减速停车时, 由于机械制动器参与减速停车, 因此也回产生过载冲击。这些有害的机械, 影响机械部位、起重机钢结构、起重机制动部件的寿命。另一方面, 当电机在加速和减速时, 会产生很大的电流。过大的电流将对电机等电器设备造成影响, 影响使用寿命。为了抑制有害冲击, 在重物加速上升时, 调速系统能够有效的控制加速度时间;在重物下降减速时, 调速装置能够按照设定的减速的进行电制动, 等待速度降到低速时才进行机械制动, 在机械制动完全闭合前, 保持电制动转矩。确保了制动平稳、防止重物下溜。

3) 减少或避免电动操作次数, 减少机械部件和电动机、电器元件的冲击, 提高电器元件的使用寿命。

点动操作对行车电气设备存有巨大影响, 点动操作是指将电机接通电源, 但不等待电机起动结束, 就切断电源。使电动机总是工作在启动状态, 而电机的起动电流将大于额定电流, 如果点动操作次数多, 电动机的温度上升很快, 极易损坏电机绕组。对于接触器、继电器而言, 点动次数就是开断次数, 接触器就是开断电机的起动电流, 这样接触器的触头磨损大大加快。所以点动操作无论对电机的绕组还是接触器、继电器触头盒线圈都十分不利。

此次改造主要针对其原有落后的控制方式, 将转子串电阻的有级调速改为定子调压无级调速。调速装置选用鞍山起重控制设备有限公司生产的定子调压调速系列产品数字无触点可控硅换向。由于新技术的应用, 原有的电气设备已不能满足新的要求, 所以需要将其更换;如电阻器, 电控柜等。利用原有电线电缆, 原则上不更换;若遇电缆老化严重等特殊情况, 则必须更换。将原有转子串电阻有级调速改为定子调压调速控制, 克服原有控制方式的缺点;提高可靠性, 减少设备的故障率, 减少维护成本和维护强度;提高生产率;节能降耗。

该两台车的此次电控系统改造主要包含以下几个方面。

2.1 改造范围

更换主、副起升电气控制柜更换主、副起升电阻器更换大、小车电气控制柜。

1) 更换电气控制柜。

(1) 更换主起升控制柜。

目的:将原有转子串电阻有级调速改为定子调压调速控制, 克服原有控制方式的缺点;同时控制柜加设散热风扇, 提高可靠性, 减少设备的故障率, 减少维护成本和维护强度;提高生产率;节能降耗。

(2) 更换副起升控制柜。目的:同上。

2) 更换电阻器。

电阻器由原铁烙铝更换为不锈钢电阻器。

3) 更换大小车电气控制柜。

目的:将柜体器件更新, 加设散热风扇。

4) 全车电线、电缆利旧, 若遇电缆老化严重等特殊情况, 则必须更换。

2.2 工作原理

1) 调压调速装置工作原理说明。

(1) 控制器工作前, 安全检测电路对三相电源进行检测, 如出现错相、缺相、严重相不平衡、供电电压过低或反馈线断路等, 控制器则不工作进行封锁保护。

(2) 控制器具有延时功能, 防止操作人员快速点动操作, 保证平稳的加速和减速, 防止对电机和减速机的冲击。在两个运行方向上均设四档速度, 10%、20%、30% 速度, 当选择四档100% 速度时, 电机沿斜坡加速到全速。

(3) 对起升机构, 有两个加速模块, 分别在50% 速度 (25Hz) , 75% 速度 (12.5Hz) 时接通, 以平稳加速到全速, 加速过程中切换时的峰值电流限制在满载电流的两倍以內。

(4) 当电机超载时, 加速模块立即释放, 防止电机严重超载。

2) 机械特性分析。

众所周知, 改变定子电压可以改变电机机械特性。电动机定子电压的改变, 可以通过在定子上串联反并联晶闸管并控制其导通角来实现, 利用晶闸管调节定子电压是可以实现三相绕线转子异步电机低速稳定运行, 但这种调速是开环调速。

开环调压调速, 特性硬度不够, 速度波动率很大。

而单独的改变转子电阻的人为机械特性调速平滑性又不好, 属有级调速, 不能长时间低速用行, 只能依靠电机与转子电阻消能。为了提高调速性能, 采用定子调压转子串电阻闭环调速系统, 反馈方式为转子平率反馈。当给定电压vg大于反馈电压Vf时, PID输出V0 增加, 晶闸管导通角增大, 电机定子电压升高, 电机加速。当给定电压vg小于反馈电压Vf时, PID输出V0 减小晶闸管导通角减小, 电机定子电压降低, 电机减速。当vg=Vf时, V0 不变, 晶闸管导通角不变, 电机定子电压不便, 电机稳定运行。

下图为闭环调压调速时电机的机械特性曲线图阴影部分为闭环调速区, 转子按三段电阻切除, 得到转子串电阻的特性;1 为反接制动特性 (全电阻) ;2 为重载起动和提升的闭环区的特性;3 为起升加速特性;4 为高速运行特性 (转子包含一段软化电阻) ;5 为电机自然特性。

闭环控制机械特性保证了启动力矩同时提高了调压调速机械特性的硬度。上升1、2、3 档工作在闭环状态, 此时转子电阻串在转子回路中, 见2 特性。第4 档为全压开环工作状态, 并在第3 档到第4 档的加速过程中切除两段电阻, 只剩一段常接软化电阻, 加速到特性4 的曲线和负载特性线的交点稳定运行, 此时电机高速运行。减速时, 电阻接入, 机械特性由4 变为2, 电机沿曲线2 运行, 系统重新进入闭环。

3 取得的成果

通过此次改造, 克服转子串电阻调速的缺点, 减少设备的故障率, 减少维护成本和维护强度, 提高生产率, 节能降耗。

1) 采用调压调速改造后, 实现平滑调速, 且效率极高, 与原有串电阻调速方式比较, 起动更平稳、定位更准确。

2) 系统中选用了鞍山起重控制设备有限公司生产的定子调压调速系列产品, 内部集成的抱闸逻辑控制, 提高了系统应用的稳定性和可靠性; 同时无极调速电阻使用数量减少, 无论故障点还是硬件消耗都大大减少。

3) 卷扬、制动、加速、减速等过程更平稳快速, 定位更准确, 节能效果明显。

4) 控制回路简单, 实现了软启、软停, 对齿轮、电机无冲击, 故障率低, 易于维护, 大大减少维护费用。

5) 提高了行车的可靠性和安全性, 延长了使用寿命。

定子调压调速系统的选型及应用 篇3

国内厂矿企业早期安装的天车等起重设备,其原有的起升电气控制系统绝大部分采用绕线式三相异步电动机转子串电阻调速的方式实现起升机构的起动、调速,即在绕线式三相异步电动机转子回路串入多段外接电阻进行起动,实现减小起动电流并增加起动转矩的作用,采用凸轮控制器、时间继电器、接触器等元器件组成主控制回路。转子外接的电阻在起动时全部串入电路,随着电动机转速逐渐加快,利用控制器逐级切除起动电阻,最后将起动电阻从转子电路中全部切除,只留软化电阻。

1现状分析

绕线式三相异步电动机转子串电阻调速的方式, 其优点在于控制简单,维护水平低,对维修人员的技术要求不高。但缺点在于:

1)电阻的分段切除,属于有级调速,在机构的起动、制动过程,由接触器实现的换向、调速过程对起重机的机械结构和电控设备冲击大;

2)元器件频繁损坏,维护成本高,无缓冲的逻辑控制及换相频繁等因素,经常造成接触器主触头烧毁或粘连、制动闸皮磨损过快、档位回零后抱闸不闭合等故障;

3)档位间较大的速度差值,在档位切换时带来车体明显的晃动,吊钩等部位容易出现大幅度的摆动,严重影响到天车作业的安全性;

4)转子串电阻系统实现了调速功能,但由于是开环系统,使得传动系统的机械特性很软,调速范围小、精度差。

为了解决绕线式三相异步电动机转子回路串电阻调速带来的如上诸多问题,提高天车作业的安全性,减少元器件损坏频繁,维护工作量大,维护成本高等问题。需要对天车起升机构的调速系统进行改造。

2改进措施

目前适用于天车起重电气传动系统的调速系统包括变频调速与定子调压调速两种,变频调速在调速精度、响应能力等方面更优于定子调压调速,考虑到定子调压调速也能够满足机构平缓地起动、制动、加减速动作的调速要求,其降低了绕线式电动机串电阻起动调速对天车机械结构和电气设备的冲击。从改造成本方面考虑,在定子调压调速系统改造中,调压调速以转子频率反馈为速度反馈,虽然精度较低,但是简单可靠,工作环境要求低,能够更多地利用电动机等原有设备,也不需要增加抑制谐波的电抗器等装置,降低改造费用。因此,定子调压调速较变频器更适合于天车起升机构的调速控制。

2.1调速控制器选型

天车起升机构驱动电机为YZR系列的冶金起重用绕线式三相异步电动机,其功率为75k W,工作制为S3-40%,额定电流为169A,在控制器的选型中, 以控制器标称电流I≥1.3Ie=219.7A为计算标准,选取相近规格的260A调压控制器。

2.2转子电阻参数的计算及选择

天车的起重量100t,机械效率为0.90,起升速度≤6(m/min),起升机构所需的实际功率PM为

起升电机的额定功率PN、实际功率PM和转子额定电流I2N=154A,计算转子实际电流I2M为

根据转子开路电压E2=325V和转子实际电流I2M计算转子电阻Re为

起升电机功率裕度较小时,依据绕线式电动机转子串接的三段电阻值的选取,计算分别得三段电阻值为

2.3外围元器件的选型

选择转子加速接触器前,先确定加速接触器的接线方式。对加速接触器常用的三种接线方式进行对比后,选择通过接触器电流较小的三角形接法,并通过计算及裕量值将接触器的容量定为150A。

调压控制器内部输出继电器触点容量为阻性负载2A,而实际选择的接触器的容量为150A,控制器内部输出继电器不能直接控制加速接触器的通断,需要增加中间继电器,以保证系统的可靠运行。

调速控制器具有缺相保护功能,因此,为了降低系统改造成本,取用负荷开关作为主回路电源开关。

2.4安装接线

2.4.1安装要求

安装调压控制器时,确保调压控制器周围有足够的散热空间,并且调压控制器必须垂直安装。

2.4.2主回路接线

根据控制器上的标识,将主回路电源连到端子U、V、W上,将电机定子端连接到端子U0、V0、 W0上。

2.4.3控制回路接线

控制回路的接线图见图1,将对应的档位信号及限位等信号串接在相应的端子上。

2.5调试及注意事项

2.5.1通电前检查项目

1)检查调压调速控制器外部线路及系统接线, 确保调压控制器的内、外部电源及回路均按照要求正确地接线,在控制器安装过程中主回路及控制回路的线路没有断路、短路、接地等异常现象。确认控制器可靠接地。

2)转子电阻器接线一旦错误,将导致档位调速及电机起动转矩出现异常情况,严重时将损坏控制器及外围器件。因此,在送电试车前,一定要确保接线正确。

2.5.2通电前期检查项目

1)断开电机接线柱与控制器输出的连接,合主电源开关,检查主回路及控制回路有无错相、缺相、 欠压、三相不平衡等电源异常情况。

2)操作主令控制器,提供输入信号,检查控制回路的动作控制与内部动作指示灯是否正常。

3)通过控制单元面板,调出用户参数,按照电机参数及其他外围部件的配置,设置加减速、动作时间等参数。

2.5.3起升机构的轻载试车

1)由操作人员配合,将档位信号置于上升或下降1档,判断起升机构的动作方向是否正确,若机构动作方向与操作方向相反,说明电机转向错误,需要调整电动机接线相序。

2)逐档递增,观察机构上升或下降过程中的速度变化,并检查档位的速度调节情况及高速档时的转子回路切阻情况,观察、测量主回路电机的电流,是否三相电流平衡,以及在机构下降过程中,主令回零后机构的减速及电气、机械制动是否可靠动作。同时, 检查上升限位等安全设施的动作状态。

3)主令控制器在1~3调速档时,控制器主要以调压为主,所以测量控制器的输出电压值偏低,当主令控制器在全速档时,控制器的输出电压以工频电压输出。

2.5.4起升机构带负载试车

通过前几个步骤的通电试车、检查,确保起升机构轻载状态下的动作等正常后,起升机构需要带负载试车。

与操作人员交流,将主令控制器置于上升1档, 且逐档递增,观察控制器、电机加、减速过程中的运行情况,尤其是起动和换挡瞬间,电机起动力矩的大小及控制器档位速度的判别及速度的反复调整,可能存在问题,需要密切地关注起升的动作状态,出现起升机构下滑的异常情况,需要操作人员及时采取应急措施,视机构下滑速度及现场情况,选择拍急停切断主回路供电或者及时将控制器置于下降档位,将故障锁定在可控范围之内。

测量电动机的定、转子电流,确保电机的定、转子三相电流平衡。满载试验时,测量起升机构从低速到高速时最大的切换电流,设定过电流保护器的动作值,确保主回路电流<2.5倍的电机额定电流。

3效果验证

天车起升调速系统改造为调压调速系统后,在起升机构的起动、制动过程中,对起重机的机械结构和电控设备冲击减小,延长了制动器闸皮的使用寿命, 维护工作量大为减少,安全性明显提高。

4结束语

调压调速系统在天车起升传动机构的应用,不仅消除了天车电机转子回路串电阻调速系统存在的问题。同时,操作面板的参数设置及故障查询等功能, 在设备维护管控方面更快捷、精细,不仅降低了天车的故障率及维护成本,提高了天车作业的安全系数。

摘要：本文主要介绍定子调压调速系统应用于天车的起升机构时,需要采取的容量选型等措施,该措施降低天车起升机构在档位变化及起动、制动时的冲击。

水平定向钻机的旋转调压控制系统 篇4

水平定向钻机是一种在不开挖地表的条件下,铺设各种地下管道和电缆的施工机械。大型水平定向钻机旋转液压系统最大压力的设定,是通过溢流阀溢流压力来实现的,水平定向钻机旋转液压系统液控溢流阀一旦选定后,其最大溢流压力即为定值,该旋转系统的最大保护压力也为定值。

大型定向钻机旋转系统的最大溢流(保护)压力是按照标配(较粗)钻杆的旋转扭矩设定的。当大型水平定向钻机所钻孔径较小时,需通过变径接头使用较细的钻杆。此时因使用的钻杆较细、强度较低,当钻杆遇到大石块或流沙等阻力较大的障碍物时,常常造成钻杆变形或钻杆与钻杆连接处螺纹损坏,而此时旋转液压系统溢流阀仍未达到溢流压力。这样还将造成钻杆损坏,并会影响工程质量和施工安全,给用户带来极大的损失。

2. 改进方法

为解决使用大型水平定向钻机钻小直径孔时出现的上述问题,我们将大型水平定向钻机旋转系统改为旋转调压控制系统。

该控制系统由电源总开关1、蓄电池2、点火开关3、保险丝4、旋转手柄5、测压传感器6(0～60MPa)、控制器7、显示器8、左旋电磁阀9、右旋电磁阀10组成,如附图所示。

1.电源总开关2.蓄电池3.点火开关4.保险丝5.旋转手柄6.测压传感器7.控制器8.显示器9.左旋电磁阀10.右旋电磁阀

水平定向钻机工作时,动力头可在钻架上前、后运行。动力头前方的钻铤连接钻杆,钻杆左、右旋转通过旋转手柄前推或后拉来实现。向前推或向后拉的行程越大,旋转手柄的S端输入到控制器124端的电压变化越大,控制器115或103端输出到旋转泵左旋电磁阀9或右旋电磁阀10的电流越大,旋转泵内部的斜盘摆角越大,旋转泵排出的液压油越多,旋转马达的旋转速度越快,动力头带动钻铤及钻杆旋转速度越快。

大型定向钻施工时,用户往往根据不同工程的需要,通过在动力头钻铤上安装不同直径的变径接头,来安装不同直径的钻杆(如直径分别为89mm、102mm、127mm、140mm的钻杆)。每种钻杆对应不同数值的最大扭矩。安装所需直径的钻杆后,机手可通过显示器的钻杆选择窗口选定钻杆直径。动力头旋转测压传感器实时检测旋转系统压力,当系统压力超过所用钻杆的最大扭矩对应的压力时,即使旋转手柄处于前推或后拉状态,控制器的115或103端子均无电流输出到左旋电磁阀9或右旋电磁阀10,动力头马达停止旋转,从而保证钻机及钻杆安全。

3. 改进效果

电力系统的调压措施 篇5

Math-works开发研制出的Simulink是动态系统仿真领域中应用相当广泛的仿真工具之一,数学、电力系统、通信、信号处理、自动控制、机械控制、金融、生物等领域的建模仿真都可以用到Simulink。它用模块组合的方法来使用户快速、准确的建立线性、非线性、连续、离散动态系统模型,并通过强大的图形显示和处理功能,将用户需观察的仿真结果准确的显示出来。本文的电力交流调压电路的建模仿真,主要用到的是Simulink里的电力系统(Powersys)工具箱,它专用于RLC电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电路系统的仿真。

电力交流调压电路广泛应用于调压、调功、调温、调光和电动机的软起动、调速中,这些调压电路体积小、重量轻、成本低、电路简单、易于制造、可靠性高。一般采用三相交流调压电路。

本文在Simulink基础下,运用电力系统(Powersys)工具箱中的各种元件建立三相交流调压电路模型,该模型采用相位控制方式,它在不同控制角的触发下,进行电路中电压的变化研究,同时提出了同步六脉冲发生器在触发三相交流调压电路时的弊端,并给出了解决方案。

2 基于Simulink的电力系统工具箱

基于Simulink的电力系统工具箱中包含了各种交直流电源、大量的电气元器件和电工测量仪表等模型。利用这些模型可以模拟含电阻、电感、电容组成的电路,最重要的是它还可以模拟电力电子器件的开关、整流和逆变、变频等装置,以及电力系统运行和故障的各种状态。在电力电子电路和电力拖动控制系统的仿真中主要使用该工具箱的模型。在使用电力系统工具箱的模型时,模型必须连接在回路中,这就像搭建一个电路一样,在回路中流动的是电流,并且电流通过每个电气元器件时均相应的产生电压降。由电力系统工具箱中的模型构成的电路和系统可以和Simulink其他工具箱中的控制单元连接、组合成控制系统,研究和观察在不同控制方案下系统的各种响应问题。[1]

电力系统工具箱主要含有7个子模型库:电源(Electrical Sources)模型库,它包含本文所需的交流电源;电器元件(Elements)模型库,内有电路建模所需的变压器、电阻、电感、电容等;电机(Machines)模型库,提供各种电机模型;电力电子元件(Power Electronics)模型库,给出电力调压电路所需的电力电子开关模型;测量仪器(Measurements)模块库,该库中的模块用于电压、电流和阻抗的测量;另外还有应用模块库(Application Libaray)和其它电气模块库(Extra Library)。

3 三相交流调压电路模型

3.1 原理分析

根据三相电路联结的形式的不同,三相交流调压电路具有多种不同的形式。调压电路有星形联结形式、线路控制三角形联结形式、支路控制三角形连接形式、中点控制三角形联结形式等。而性能最好,用的最多的是星形联结形式的三相交流调压电路,其结构如图1所示。

该电路中三个正向晶闸管VT1、VT3、VT5的触发信号相差120°,三个反向晶闸管VT2、VT4、VT6的触发信号也相差120°。因此VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发信号依次各差60°,同一相的两个触发信号相差180°。三相交流调压电路的触发信号控制角从各自的相电压过零点开始算起。触发电路采用双窄脉冲触发。

本文中三相调压电路的负载采用纯电阻负载,则触发角α的移相范围为0°~150°。其电路的工作范围可分为三段:[2]

1)0°≤α<60°:三管导通与两管导通交替,即输出的a相负载电压波形由交替构成。每管导通180°-α。但α=0°时一直是三管导通,得到的a相负载电压波形既为a相电源波形。

2)60°≤α<90°:两管交替导通,即输出的a相负载电压波形由交替构成。每管导通120°。

3)90°≤α<150°:两管导通与无晶闸管导通交替,即输出的a相负载电压波形由交替构成。导通角度为300°-2α。

3.2 建模

有了三相交流调压电路的原理分析,下面就可以运用Simulink中的电力系统工具箱中的模型进行建模。得到模型如图2所示。

模块的选择和参数设定是电路仿真的关键,图2中每个模块的名称、用途,及来自的模块库见表1。

几个主要的模块参数设置如下:

1)三相电Ua、Ub、Uc的幅值=100V,初相位分别为0°、120°、240°,频率=50Hz。

2)六个晶闸管中,设Ron=0.01Ω,Lon=0H,Uf=0.8V,Ic=0A,Il(擎住电流)=0A,Tq(关断时间)=0s,Rs=10Ω,Ls=4.7e-6F。其中m输出端用来作为测量晶闸管上的电压和电流的输出端。

3)三相负载设为R=1Ω,L=0H,C=inf(电阻负载)

4)同步六脉冲发生器设定频率为50Hz,脉宽为20%。该模块的alpha-deg端为触发角信号输入端,单位为度,其输入为30,则触发角应为30°;block端为触发器使能端,给该端施加零信号,则该模块可用,若该端施加大于零的信号,则模块的输出信号被封锁。[3]

5)设定仿真的开始时间0s,终止时间0.08s,选择ode23tb算法。

3.3 仿真结果分析

调压电路建模完成后,进行仿真,可得波形如图3、4、5所示。

从这个模型可看到,alpha-deg端的输入值比理论上需要的值小了30°,并且仿真不到控制角为0°时的波形。这是因为,同步六脉冲发生器是专门为三相桥式整流电路设计的。其alpha-deg端的输入值为0,实际对应的是调压电路控制角为30°时,因此用同步六脉冲发生器去触发三相调压电路,得不到0°-30°理论分析出的波形。而30°往后的调压波形,应该把alpha-deg端的输入值减30得到。为了从根本上解决这个问题,可以将建模电路的同步六脉冲发生器换为独立的脉冲发生器来实现,建模得到图6所示。

控制角为0°触发时,六脉冲pg1、pg2、pg3、pg4、pg5、pg6的相位延迟依次设为0、1/300s、2/300s、3/300s、4/300s、5/300s。控制角为30°触发时,六脉冲P1、P2、P3、P4、P5、P6的相位延迟依次设为1/600s、3/600s、5/600s、7/600s、9/600s、11/600s。依次类推,可得波形如图7、8所示。

4 结束语

电力调压电路的理论分析是比较复杂的,有时很难直观的得到结果,而用Simulink进行波形的仿真,可以任意改变仿真参数,在仿真时用Scope观察仿真波形,能实时、直观的观察结果。同时,在电路仿真研究过程中,适当的转换模型,能帮助我们准确的得到结论。因此,Simulink无疑是我们进行电路研究的有益工具。

摘要：文章在Simulink基础下,运用电力系统工具箱中的各种元件建立三相交流调压电路模型,并在不同控制角的触发下,对电路中电压的变化进行研究。同时提出了同步六脉冲发生器在触发三相交流调压电路时的弊端,并给出了解决方案。

关键词：Simulink,三相交流调压,建模,晶闸管

参考文献

[1]洪乃刚.电力电子和电力传动控制系统的MATLAB仿真[M].北京:机械工业出版社,2007:62-63.

[2]王兆安.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2007:117-118.

制动系统调压阀性能检测及选型 篇6

关键词：制动系统,调压阀,溢流性,选型

0 引言

调压阀是气动元件的基本三大件之一, 被广泛用于各种电力机车制动系统中。制动系统中各功能模块对空气压力和空气流量的大小有相应的要求, 制动系统中的调压阀就是为满足不同整定压力要求并保证稳定流量供给而设置的, 因此调压阀的性能对制动系统具有重要意义。

1 调压阀在制动系统中的应用

1.1 调压阀的结构与原理

调压阀主要由调压弹簧、膜板、调整杆、进风阀、阀座和溢流阀等部件组成, 结构如图1所示。

调压阀的作用就是将输入的高压力值减小到特定的压力大小, 该压力值称为调压阀的整定值。调压阀实现压力调节的过程如下:当调压阀左侧通入压缩空气时, 由于调整弹簧的作用, 膜板下凹, 通过阀杆顶开进风阀, 使空气经进风阀口通向右侧输出, 同时经下阀体上的平衡小孔进入膜板下方中央气室;当输出压力逐渐增高时, 则膜板上下方压力差逐渐减小, 膜板将渐趋平衡, 进风阀逐渐上移;在输出压力与整定压力相等时, 进风阀口关闭, 输出压力不再升高, 调压阀的结构能使输出端的漏泄得到补充。同时当输出端压力高于整定值时, 膜板上凸, 溢流阀打开, 使多余的压缩空气排出, 直至压力平衡时停止溢流, 进一步得到特定的整定值压力并保持稳定。

通过对调压阀的结构和工作原理的分析可知, 调压阀的整定值可以通过旋转尾部的调杆来调节, 当整定值漂移时可以通过调杆进行校正。

1.2 调压阀在制动系统中的作用

制动系统中一般包含以下5种调压阀, 分别是:闸缸控制模块调压阀、紧急增压调压阀、均衡控制模块调压阀、停放制动模块调压阀以及撒砂模块调压阀。各调压阀的功能描述及整定值如表1所示。

在均衡控制模块和闸缸控制模块中, 都需要对压力值进行精确控制。该功能模块是通过EP闭环模拟控制模式, 采用高速电空阀、压力传感器以及PWM脉宽调制方式来实现对压力的精确控制, 因此, 对压力值的变化相当敏感。对于调压阀的选择, 既需保证对压力大小的要求, 也应保证风压供给的稳定度。

停放制动模块中, 调压阀的整定值根据停放制动缸的所需缓解压力来设定, 保证缓解功能正常进行。

闸缸控制模块中, 通过调压阀对紧急制动时制动缸最高压力的限制, 防止因制动力过大而产生的不良影响。

由此可见, 在制动系统的各个关键模块中, 调压阀均起到了重要作用, 其整定压力值的大小及稳定性会对制动机的性能产生重要影响。

2 调压阀性能检测试验

为检测调压阀的性能, 需对调压阀进行相应的试验, 试验内容主要包括整定值调整试验和溢流性能试验。

2.1 整定值调整试验

随机挑选多个不同型号的调压阀进行试验, 试验过程中关闭排气塞门, 打开进气塞门, 观察出气口处的压力值, 若压力不在整定值±5 k Pa范围内, 则调节阀尾部的调杆, 使出口压力值尽量接近整定值, 试验数据见表2。

由表2可以看出, 实际输出压力与整定值之间存在偏移, 且大多数都超过了5 k Pa的范围, 因此对整定值的校正是一项很有必要的工作。

在调节好整定值后, 为了检验其稳定性, 对其进行反复充气和排气动作, 记录出气口压力值的变化, 以均衡控制模块调压阀为例进行试验, 其整定值为650 k Pa。试验结果如表3所示。

由表3中数据可以看出, 该调压阀的整定值出现了漂移, 但维持在650±5 k Pa范围内。

2.2 溢流性能试验

考虑到阀内部的机械构造和零部件性能对调压阀溢流性能可能存在的影响, 本文研究了溢流初始值和停止值之间的关系。分别对整定值为650 k Pa的小流量阀和整定值为450 k Pa的大流量阀进行了试验。

1) 从整定值开始逐步调高出气口的压力值, 直到溢流孔刚刚开始排气时, 记录此时出气口的压力值, 即为初始溢流值。

2) 从溢流状态开始, 由高到低逐步减小出气口的压力值, 直到溢流孔刚好停止溢流时记录出气口的压力值, 即为停止溢流值。

比较这两个数值, 发现溢流初始值和停止溢流值存在一定的差异。出气口压力值与是否溢流的对应关系如图2所示。

理论上初始溢流值和停止溢流值应该相同, 由图2可以看出小流量阀初始溢流值是662 k Pa, 停止溢流值是659 k Pa, 溢流时出气口压力比整定值高10 k Pa左右。大流量阀的初始溢流值是479 k Pa, 停止溢流值是474 k Pa, 溢流时出气口压力比整定值高25 k Pa左右。

3 结语

电力系统的调压措施 篇7

晶闸管作为开关器件常被使用在传统的调压方式中。但是这种调压方式存在功率因数小, 谐波含量高, 对电网的噪声污染严重的缺点。针对以上传统调压方式所存在的缺点, 提出了以IGBT作为开关器件, 利用模糊PID控制方案, 通过正弦波脉宽调制技术 (SPWM) , 并辅以ARM微处理器芯片控制, 实现单相交流斩波调压。鉴于该调压技术具有动态响应快, 调压范围广。输入输出电压易于正弦化等优点。目前在中小功率的交流调压领域得到广泛的应用。

二、斩波调压系统设计

(一) 斩波调压系统总体框图。

主电路以IGBT作为开关器件, 采用单相Buck型斩波调压。通过对输出电压电流进行实时采样。利用调压模块对采样电压电流进行计算, 经过滤波、放大处理后, 再电压/电流采集电路, 得到电压电流对应的数字量, 送入ARM微处理器。利用模糊PID算法对采样结果对应的数字信号进行计算。得到该输出电压对应的输出控制量。利用规则采样法生成该输出控制量电压所对应的SPWM波形。ARM处理器向开关管IGBT驱动电路提供SPWM触发脉冲.控制IGBT的开通和关断时间, 从而完成对主电路的斩波调压。系统结构框图如图1所示。

(二) 调压主控电路的设计。

图2中V1、VD1、V2和VD2构成双向斩波开关, VF1和VDF1、VF2和VDF2构成双向续流开关, 在实际电路中, 双向开关由采用带有反并联二极符的单IGBT功率模块反相串联组成。该拓扑结构采用带电流检测的非互补控制方式, 开关模式由电压极性决定, 避免了调压器中主开关和续流开关换相过程引起的共态运行, 开关器件无换相过电压。主开关缓冲电路经优化设计后, 可保证主开关开通电流小于l.5倍通态电流, 改善开关过程电压、电流变化轨迹, 大大减小器件开关损耗。对输出电压波形的傅里叶分析结果表明, 除基波以外还含有其他谐波, 谐波频率在开关频率及其整数倍两侧分布, 开关频率越高, 越容易滤除。经优化设计的滤波器滤波后, 可认为输出电压仅含有基波信号。

三、斩波调压系统模糊PID控制算法

(一) 模糊PID系统结构。

模糊PlD控制器主要由参数可调整的PID调节器和模糊推理器两部分组成, 模糊推理器以偏差e和偏差变化率ec作为输入, 以常规PID控制器的三个参数kP、kl、kD为输出, 采用模糊推理方法实现对参数kP、kl、kD的调整, 以满足不同时刻偏差e和偏差变化率ec对PlD参数自调整的要求, 其基本结构如图3所示。

(二) 模糊PID参数整定原则。

按照系统时时变化的偏差e和偏差变化率ec, 根据经验, kP、kl、kD的整定原则如下所示:一是当偏差e较大时, 误差较大, 为使系统有较快的响应速度, 应取较大的kP;为了防止偏差变化率ec瞬时过大, 应取较小的KD;为了避免较大的超调, 应对积分作用加以限制, 通常取KI=0。二是当偏差e处于中等大小时, 为使系统相应具有较小的超调, KP应取得小些, KI取值要适当, 这时KD取值对系统影响较大, 取值应大小适中, 以保证系统的响应速度。三是当偏差e较小时, 为使系统具有较好的稳定性, KP与KI均应取大些, 同时为避免系统在设定值附近出现振荡, 并考虑系统的抗干扰性能, 应适当地选取KD值。KD值的选择根据偏差变化率ec来确定, 当ec较大时, KD取较小值, 当ec值较小时, KD取较大值, 一般情况下, KD为中等大小。

(三) 模糊控制器的设计。

1.确定模糊控制器的维数。

确定模糊控制器的输入、输出变量, 从而也就确定了模糊控制器的维数。输入变量取为系统电压偏差和偏差变化率, 输出变量为PID参数kP、kl、kD或者PID参数的增量ΔkP、Δkl、ΔkD。

2.确定各变量的取值范围。

根据实际需要确定各个输入、输出变量的变化范围, 然后确定它们的量化等级、量化因子、比例因子。

3.在每个变量的量化论域内定义模糊子集。

首先确定模糊子集个数, 确定每个模糊子集的语言变量, 然后为各语言变量选择隶属度函数。

4.确定模糊控制规则。

这实质上是将操作人员的控制经验加以总结得出的许多模糊条件语句的集合。确定模糊控制规则要遵守的原则是保证控制器的输出能够使系统输出响应的动静态性能达到最佳。

5.求出模糊控制表。

根据已知的模糊控制规则和确定的输入、输出变量求出模糊控制器的输出。这些输出值是PID参数的调整量, 把它们与输入量在一个表中按一定关系列出就构成了模糊控制表。PID三个参数一般是独立调整, 所以有三个模糊控制表。

6.参考的计算。

把采样得到的偏差、偏差变化率经过变量选择后, 代入模糊控制规则表, 得出新的PID参数, 在经过PID算法的计算就得出了最后的输出量, 也就是系统的控制量。

7.结果分析。

根据仿真效果或实验结果分析模糊PID的控制性能, 再对量化因子和比例因子进行调整以达到理想的控制效果。

四、结语

本文设计的单相斩波调压系统充分利用了模糊控制的快速性和准确性。主电路采用交流斩波技术, 利用SPWM进行调制, 使系统的调压范围变广。输出电压电流易于正弦化。ARM具有较强的控制性能和丰富的片内外资源, 使该调压系统具有很好的实时性和稳定性。实验证明了该调压系统的可行性, 在中小功率交流调压 (如电动机的调速控制) 领域具有很好的应用前景。

摘要：本文介绍了模糊PID控制的单相交流斩波调压系统。给出了一种以IGBT作为开关器件的单相交流斩波调压电路的拓扑结构。利用模糊PID控制方案, 采用ARM920微处理器作为该控制系统的核心, 满足该系统对实时性和稳定性的要求。通过实验验证了该调压系统的可行性。

关键词：模糊PID,交流斩波调压,IGBT

参考文献

[1].林渭勋.现代电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2011

[2].王兆安, 刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2009, 第5版

[3].蔡春渡.PID参数自整定算法研究及应用[D].哈尔滨工业大学, 2005