微型电机范文

微型电机篇1

【关键词】电机；转速；Multisim

1.引言

电机的转速是其运行时的一个重要参数，在很多控制系统中，都需要监测电机的转速。本设计采用红外光电传感器ST155作为光电检测门，显示部分运用74HC4511译码和驱动数码管显示，计数部分巧妙地运用了74LS290与逻辑门电路的连接分别实现了定时、计数和计数清零的功能，特别是定时和清零电路巧妙地运用了高低电平转换对芯片工作状态的影响，达到了自动计数和清零的功能。这一电路的运用，避免了使用锁存芯片清零的麻烦，减少了大量数字芯片的浪费，同时简化了电路，增强了自动性能。采用时钟晶振芯片通过CD4060分频产生标准的秒脉冲，大大减小了定时和计数误差，提高了整个设计的精确度[1]。

为了满足微型电机的测速要求，系统必须具备以下功能模块：光电门检测模块、频率发生模块、转速计数模块。本方案通过光电门检测模块检测电机在一秒内转动的次数，并向转速计数模块发正脉冲用以计数；由计时模块产生时间控制电路，用以控制计数及停止的时间，设计1：9的时间比例（计数1秒测转速，停留8秒用以读数）及自动清零功能，增强了系统的自动控制能力；转速计数模块由计数部分和显示部分组成，用以显示电机转速。方案设计框图如图1所示。

2.系统的组成与实现

2.1 光电门电路的设计实现

光电门电路的设计原理图如图2所示。

利用光电门电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一缺口，缺口上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通一次，利用此信号做为计数脉冲。

D2、D3为组成光电门，当光电门之间有物体阻挡时，D3与Q2不导通，输出低电平；当无物体阻挡时，D3与Q2导通，输出高电平。脉冲由J1的2脚输出。

2.2 计时模块的设计实现

2.2.1 秒脉冲发生器

秒脉冲发生器的设计原理图如图3所示。

Y1为时钟晶振，U1、U2为CD4060分频器，它内部含有14级的二进制串行计数器，可以进行214分频，32768Hz谐振频率经过内部14级计数器214=16372分频后可以得到2Hz的精确频率。现在所需要的1秒的时钟，因此2Hz的脉冲需在经过一个分频电路就可以输出准确1秒脉冲，故采用两级芯片级联，共同完成秒脉冲的分频[2]。

2.2.2 定时部分和清零部分

如图4所示，由分频计分出的1Hz脉冲由74LS290的10脚输入，控制74LS290每秒钟计一次数。根据其真值表可知，当MR1和MR2有一个为低电平时，电路处于计数状态。当MR1和MR2同时为高电平时，处于清零状态。

图中U6 MR及MS脚的接法满足计数要求，此时电路工作于计数状态，当计数到Q3Q2Q1Q0=1001时，通过U4和U5组成的与门将高电平信号输入到下一级电路，根据电路设计，此高电平信号与光电测试电路发出的高电平相与，当两者同为高电平时，才能使计数电路计数；当Q3Q2Q1Q0不等于1001时，此定时器输出低电平，无法驱动计数电路计数，此时数据将在显示模块保持，用于读数。

当Q3Q2Q1Q0再次等于1001时，再计数一秒。由此可知此定时器完成了1：9的定时，即计数1秒，停留8秒，此过程完全由设计电路的高低电平的转换自动完成。

同时，在8、9脚连接与非门电路，实现在第8秒清零的功能。实现如下：为了避免竞争冒险造成的提前清零现象，由三极管Q1组成的电平选择电路实现了非门的功能，即当Q3Q2Q1Q0=1000时，74LS290的9脚输出低电平，三极管不导通，接VCC输出高电平信号，与第8脚输出的高电平信号经过与门可输出高电平信号，将此信号接入计数电路中74LS290芯片的MR脚，使其处于清零状态，可将三个数码管读数全部同时清零，以便于下一次计数不受影响。

2.3 转速计数模块的设计实现

2.3.1 计数部分

本电路设计了三位十进制计数器，三个计数器工作原理完全相同，在此以其中一个为例分析。计数部分的原理实现如图5所示：

由J2的2脚接入光电检测部分输入的电平，与定时部分输入的电平信号同时决定技计数与否，当两者同时为高电平时，进行计数。计数时，数值通过Q3Q2Q1Q0输入译码器的ABCD脚，同时当Q3（即8脚）计数满时，即计数到1001时，将8脚的高电平输入到下一级计数器作为进位。

2.3.2 显示部分

显示部分的原理实现如图6所示[3]：

计数器将计数值输入ABCD，通过译码器译码可得8段数码管的输入信号。由4511的真值表可知，二进制数值可经译码器译码在数码管上显示成十进制数。

3.系统的仿真

3.1 电路仿真

由Multisim软件仿真本数字转速仪[4]，图中光电门检测模块所产生的脉冲由一脉冲发生计代替，设其频率为400Hz。由于仿真软件时间设置较慢，若用1Hz秒脉冲仿真，则每次要等待很长时间才能看到电路工作效果，故将其设为10Hz。这样设置可以正确反映电路工作原理，不影响电路正常工作。

仿真电路见图7。

3.2 波形仿真

由于原本设电机仿真频率为400Hz，而秒脉冲为1Hz，这样无法在逻辑分析仪中看到完整的波形，故为得到工作波形设秒脉冲发出100Hz的频率，其他部分的工作原理由此可清楚地由仿真波形中看出。

由图8可知，当定时信号为低时，计数信号也为低，即此时计数模块保持上一周期所计数据，当定时信号为高时，计数模块开始计数，此时计数频率与电机转动频率相同；同时可知，秒脉冲每发出9个高电平，计数器计数1秒，故每个测量周期为10秒；另外，清零信号在第8秒跳转，完成自动清零功能。

总之，由Multisim仿真可得到非常好的结果，并由此验证的本次设计原理的正确性，同时可得出硬件电路原理图，以实现实物的制作。

4.系统测试

4.1 测试方法及误差分析

（1）用示波器测试晶振通过两级CD4060分频后是否产生秒脉冲，测试结果显示可以产生稳定标准的秒脉冲；

（2）用示波器测量光电门检测模块所发出的频率，与计数部分显示的数据比较，可知每秒钟平均相差0.14转，由此可得平均误差为±（0.14*60）r/min，即±8.4r/min，达到了很好的精度。

4.2 测试结果

本转速仪可以较为准确地测试直流电机的转速，误差范围控制在-8.4r/min～+8.4r/min；并且实现了自动计数及自动清零的功能，控制灵活，定时、计数、清零的工作都由高低电平的转换自动实现。

5.总结

本设计完全达到了实际所要求的技术范围，并成功地实现于仿真软件及硬件电路，达到了设计课题所要求的技术指标，误差范围控制在-6r/min～+6r/min，远小于20r/min的题目要求。并且实现了自动计数及自动清零的功能，控制灵活，自动性能好。

总的来说，电路设计制作还是比较成功的，获得了很多的经验：

（1）设计思路是实际制作的扎实基石

一个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上50%的时间，因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。

（2）电子制作慢工出细活

在制作过程中，马虎不得，粗心不得，特别是电子类的设计制作更应该如此。一步一步来，逐个调试，不可囫囵吞枣，不可贪图方便。

（3）活学活用

理论知识永远是基础，而基础正是你向高层次迈进的扎实阶梯，没有这个基础，就无法实现技术上的腾飞。在实践当中，灵活运用书本上所讲的知识，万变不离其宗，只有扎实掌握了核心的方法，才有可能做到活用巧用。

参考文献

[1]康华光，等.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社，1997.

[4]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京：电子工业出版社，2007.

项目资助：南华大学船山学院教改课题（2012CY003），2011年南华大学网络教育资源项目。

微型电机篇2

关键词：微机保护；线路保护；精度；抗干扰

中图分类号：TP371文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)22-820-03

Compare of Several Types of Computer Relay Protect

LU Zi-jun

（IC Embedded System Lab, Southeast University, Nanjing 210096, China）

Abstract: Compare of several types of computer relay protect, analyses their characteristic,sum up the predominance of each other,and discusses some key technology in function, precision hardware structure and control logic.

Key words:computer protect; circuitry protect; precision; anti-jamming

1 引言

微机型继电保护由于具有功能强、维护调试方便等一系列优点，自问世以来就受到普遍重视与欢迎，近年来更是在国内外得到广泛应用。由于输电线路保护在继电保护中具有重要地位，且随着超高压、长距离输电线路的发展，对输电线路保护的功能提出了更新更高的要求，加之输电线路保护本身具有的复杂功能和逻辑，使微机保护在输电线路保护这一领域获得了广泛应用。本文结合自身体会，对国内常用的几种微机型线路保护装置的一些特点进行了分析与比较，主要侧重于功能和性能方面的探讨。这里主要介绍的保护装置是南自PSL640 型线路微机保护和南瑞继保推出的 RCS-9611-C 型线路保护装置。另外还提及北京四方 CSC-211 系列数字式保护测控装置和许继 WXH-820 线路保护装置，以进行更好的比较分析。

2 功能

各型号微机保护装置能实现的保护功能介绍：

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这些保护功能大部分是现代微机保护装置的基本配置，如过流保护，定时限，反时限等，它们的概念限于篇幅在这里不再叙述。但是在实际情况下，某些保护装置或系列的某些型号可能会根据现实情况只配备某些功能。比如许继的 WXH-821 过流保护只设定了两段过流保护的功能。

PSL640 和 RCS9611 微机保护的电流保护主要性能包括：设置了三段全相运行时投入的电流保护。各段零序保护的方向元件均可由控制字整定投入或退出；重合加速全相运行零序保护三段亦可由控制字投入或退出；后加速时间有一定的范围。除设有定时限过流元件之外，还设有反时限过流元件。反时限保护元件是动作时限与被保护线路中电流大小自然配合的保护元件，通过平移动作曲线可以非常方便地实现全线的配合。常见的反时限特性解析式大约分为三类，即标准反时限，非常反时限，极端反时限。装置中反时限特性由整定值中反时限指数整定。选择哪一条反时限特性曲线完全取决于负荷特性和与其他相邻继电保护相配合。反时限特性特别适用于保护直配线、变压器、电动机以及低压配电线路，尤其是在线路有分支线，且分支线用高压熔断器保护时具有更优秀的保护特性。

在我国，对于重合闸装置的基本要求是能确定故障相，能检无压或检同期，在故障后经一定延时重合，且只重合一次。PSL640 的综重元件靠软件来实现了以上功能。通过控制字KG2.0 和 KG2.1 可选择重合闸的方式、不检方式、检无压方式检同期方式。保护动作后重合闸如果导致故障原因仍存在第一次重合不成功将再次跳开断路器，允许经过一段较长延时等故障处绝缘建立后再二次重合闸。由于运行要求的不同，我国不采用多次重合闸，（许继、四方、南瑞都没采用）但对于无人值班的变电所还是多次重合闸更具优势。瞬时重合闸和多次重合闸对断路器的性能提出了更高的要求。

在故障录波或者事叫件顺序记录(SOE）功能上，PSL640 可记录的模拟量为 Ia ，Ib， Ic ，3I0 ，Ua ，Ub，Uc， Ux，I0c可记录的状态量为断路器位置,保护跳闸合闸命令。为避免因系统扰动使保护频繁启动,导致存储不需要的数据,本装置录波数据仅当保护动作后才存入 Flash Memory 中，掉电保持。否则本次数据只保存在RAM 中,掉电不保持。可被PC机读取可记录的录波报告为8至50个，可记录的事件不少于40次，数据存入Flash Memory 中。RCS-9611可保存最新64次动作报告，最新256次 SOE 变位记录报告，最新64次用户操作记录报告，最多8次故障录波报告（每次故障录波时间最长15 秒）。而 WXH-820 系列 FLASH 则可存最多最近发生的200份报告，且分两个菜单，可实现查看报告和擦除报告功能。

保护装置面板都配置有通讯接口，可接PC机进行人机对话操作，便于调试与分析。通讯接口主要有SCI标准RS232接口，RS485接口，以太网口，光纤接口。有些厂家提供接口类型和数量的选择，而且在接口的设计上也不尽相同。如RCS9611系列可以提供双以太网口的标配，（一般装置都提供双网口的标配是因为一旦一个网口失效可以有被用）也可以提供三个以太网口，而且网口可以通过控制字分别或同时设成支持串口的 modbus 通信规约。

我们由表格可以看出南自、南瑞及四方的微机保护装置提供的功能比较完备，许继的WXH820系列也很优秀，但是在功能上略有欠缺。各型号都在实际电力运行中稳定有效的发挥各自的作用。

3 主要性能指标

表1 性能指标

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由于国家规约的相关规定，这些性能指标都能达到一定的要求，尤其是测量回路的误差四款产品都在相同的范围内。但在保护回路的精度方面各款产品所能达到的精度却不一样。一般来说，误差越小的产品精度越高，且运行的灵敏性也越高，产生误动的几率也越小，这样对电网的运行来说就越安全。

上表中，南瑞产品中的频率误差相对也较低。频率测量的精度会直接影响到装置的如低周保护等功能实现的准确性。所以在这里略微探讨一下保护装置的里运用的测频技术。我们知道常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。一般对于低频信号采用测周期法，对于高频信号采用测频法，因此测试时很不方便，所以出现了等精度测频方法。不同厂家使用的测频技术也影响了装置的频率精度。南自PSL640 在 CPU 的选用上选择了内置测频模块（时间处理单元 TPU ）的芯片，因此不需要占用给多的CPU资源进行测率的处理，而且精度也可以得到保证。而南瑞 RCS9611 则选择使用基于 FPGA 的高精度频率测量手段。因为在快速测量的要求下，要保证较高精度的测频，必须采用较高的标准频率信号；而单片机受本身时钟频率和若干指令运算的限制，测频速度较慢，无法满足高速、高精度的测频要求。采用高集成度、高速的现场可编程门阵列 FPGA 为实现高速，高精度的测频提供了保证。而且既然 FPGA 和 DSP 同样可以完成对转换成为数字信号的模拟量信号的处理，那我们可以了解一下不同厂家的微机保护装置的硬件架构设计。

4 硬件架构

通常，保护装置采集的模拟量信号（电压、电流）通过AD转换后，需要经过数据处理以使 CPU 可以进行进一步运用。通常，我们可以采用的架构 AD+DSP+CPU 的架构。PSL640 所采用的架构是 AD 加 CPU。他们所选用的AD是14位的 AD7865，AD的位数也直接关系到装置的测量精度。CPU为 MOTOROLA 的MC68332。最高工作频率已达25MHz. TPU是MC68332最具特色的模块之一。它有自己的执行单元、3级优先级控制器、数据 RAM、双定时基准和微程序 ROM 等。它可独立于CPU之外 ，执行各种定时、脉冲生成、电机（特别是步进电机）控制、频率测量等与时间有关的操作，可大大减轻 CPU 的负担。MC68332 的 TPU 模块可外接16路频率输入输出。

RCS9611C 则采用的是 AD+FPGA+CPU 的架构。由 FPGA 完成对采集新数据的处理，而且还可以满足高速高精度的测频要求。他们选用的AD是位数相对较高的16位AD8696，FPGA选用的是Lattic的ispMACH4128V.CPU采用的是32位的Intel的IXP420.工作频率最高达533MHz.

而许继则采用单CPU的设计。采用16位的 AD 加32位DSP。DSP 是TI公司经典的 TMS320C32.

5 结构差异及抗干扰

两种微机保护均采用一体化机箱，面板上设有液晶显示屏和控制按钮，正常运行时可以从液晶显示屏上读出各相电压、电流有效值，并且可以显示日期等信息。保护动作前后的电压、电流及各部分的动作过程都记录在事件报告中，供运行人员查阅。而且机箱采用全密闭，防水、防尘、抗振动的设计，确保装置安装于条件恶劣的现场时仍具备高可靠性。所不同的是两者对保护装置内部结构具有很大的差异。

我们知道微机型继电保护装置一般由五个主要部分组成，分别是模拟量采集系统（或叫数据采集系统），微机系统，开关量输入输出系统，人机对话接口回路及电源。这几部分分别对应到保护装置的相关插件，并通过插槽将各部分组合在一起以实现各保护功能。PSL640采用的结构是将包括微机系统主板在内的插件都集中插到一块面板上，面板再与显示板相连接。南瑞继保RCS9611C 将微机系统与显示频都集中到一个 PCB 板子上，再另加一块插槽板紧贴主板。我个人觉得这种设计减少了从采集板到CPU板的走线长度，保证了信号完整性的要求。此外，RCS9611C 的设计考虑了不同的插件选配功能，这是其他保护装置所没有的。该装置通过另外一种出口插件（OUT）和带压力接口的操作回路插件（SWG）提供了三种不同的插件选配方式以适应不同的运行场合。

装置的抗干扰需要通过很多方面协同完成。比如走线的设计，元器件的布局，接地的处理等等。在这里就具体装置提供一点参考。

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如图，这是 psl640 信号采集板正反面的设计，因为采集板上以强电信号线为主，强电流产生的磁场很强将对信号采集板旁边的弱电板产生较强干扰，所以必须对辐射这块板子采取有效的屏蔽措施。不仅如此 Psl640 将采集板四周用地线环绕，并巧妙的用连接立柱把屏蔽金属板与机壳地相连，并在反面将所有的地连接在一起。另外采集信号线采用明线，这些措施有效减少了磁场的辐射和对有用信号的干扰。

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而从 RCS9611c 的设计上，可以看到子板上同样有金属壳屏蔽，但似乎并未将板子用地线环绕，而是直接将金属屏蔽固定并连接至机壳，这样便与机壳地联接从而达到有效屏蔽干扰的而目的。

6 控制与逻辑

各项控制功能是由压板加控制字来实现的。每个控制字由16位二进制数来表示，若置“1”则投入该功能，置“0”则闭锁该功能。这些控制字作为定值的一部分，确定了保护的功能。保护定值中控制字标*表示该控制字有对应的软压板。软压板可以通过后台投退；亦可在就地通过“软压板修改”菜单逐项投退。只有控制字、软压板状态（若未设置则不判）、硬压板状态（若未设置则不判）均有效时才投入相应保护元件，否则退出该保护元件。南瑞的还提供有系统定值供16 个可使用的保护定值区。

值得一提的是国外有一款 SEL-321 的控制与逻辑功能是通过一种名叫 SEL-logic 的逻辑表达式来表示的。该保护的每段保护区、振荡闭锁元件和各项内部固定逻辑(如手合故障线路等)都有固定的逻辑变量与之相对应，还可以人为设置一些逻辑变量，这些逻辑变量与逻辑运算符配合构成了逻辑表达式，从而大大丰富了保护功能提高了保护灵活性，可以适应不同的保护要求，这可以说是 SEL-321 独具特色的一项功能。

7 结束语

通过以上的对比与分析，我认为这几套微机保护各有其特色和优势。其中 RCS9611C 在保护功能的全面性、精度方面略显突出，设计比较新颖。PSL640 的设计结构明了，各项功能更容易实现。而其他两种保护也各有其独特之处。由于国内继电保护行业的竞争趋于激烈，几种保护在原理和性能上有些差异，应该从实际出发，相互学习，取长补短，丰富、完善并开发出新的保护原理，进一步提高保护的精度。同时通过对这几种保护的对比与分析，更加深了对微机保护基本原理的理解，开阔了眼界，活跃了思维，这对于我们研究继电保护的学生或是工作者都是大有裨益的。

参考文献:

微型电机篇3

[论文摘要]微机型继电保护装置在电力系统中的应用越来越广泛。文章 总结 微机型继电保护装置现场调试的一些经验，提出现场调试的调试步骤、注意事项以及常见问题的解决方法。

一、引言

随着电力系统的高速 发展 和 计算 机技术、通信技术的进步，微机型继电保护装置的应用越来越广泛，施工 企业 面临着此类系统装置的调试问题。本文通过对微机型继电保护装置回路和系统的现场调试，提出现场调试的注意事项以及常见问题的解决方法。

二、回路调试

回路调试即结合设计要求和系统功能进行全面细致的试验，以满足变电所的试运行条件。回路调试包括一次、二次系统的接线、保护、监控、打印等功能的全面校验和调试。

(一)一次、二次系统的接线检查

1　开关控制回路的调试。送出直流屏控制电源、合闸电源，检查一次开关侧储能电源或合闸电源保险是否合上，手动逐一合上装置电源开关和控制回路开关，检查控制回路、断路器位置指示灯是否对应，分合闸是否正常；如不正常要立即关闭控制电源，查找原因。

2　开关状态在后台机上的反应。手动逐一分合一次侧断路器、隔离开关、接地刀等，查看后台机上的显示名称、时间是否正确对应，断路器、隔离开关、接地刀状态显示是否正确。若与实际相反，检查断路器、隔离开关、接地刀辅助触电常开常闭．点是否接反，或检查后台机遥信量组态改正。

3　变压器等设备信号的检查。变压器本体瓦斯、稳定、压力等信号在后台机上的显示名称、时间是否正确；重瓦斯、压力信号应跳主变各侧断路器，轻瓦斯、温度高信号应报警。变压器测温电阻有3根出线，一根接测温电阻一端，另两根共同接测温电阻另一端，用以补偿从主变到主控室电缆本身的电阻，提高测温的精度。

4　二次交流部分的检查。用升流器在一次侧分别对a、b、c三相加单相电流，对二次电流回路进行完整性检查，不应出现开路或者串到其他回路的现象，在保护装置面板查看保护和测量回路电流的数值、相别，用钳流表在电度表测量计度电流，最后在后台查看电流显示是否正确。用升压器在tv二次侧分别对a、b、c三相加单相电压，检查对应母线上所有保护、测量、计量电压回路应有电压，其他母线上应无电压，保护装置面板、后台机电压显示值对应正确，用万用表测量计量柜电压也应该正确。加三相电压，用相序表测量保护、测量、计量电压相序与所加电压相序对应，如保护装置有tv切换功能，模拟运行实际条件，满足pt柜工作、试验位置逐一进行切换。

(二)装置保护功能的调试

装置保护功能的调试一般根据线路、变压器、电动机等继电保护装置类型，依据设计定值，用专用继电保护测试仪在保护装置上加电流或者电压，检查装置动作精度并传动断路器，在后台机上应正确显示保护动作信息，开关变位信息和动作时间数据。

(三)装置监控功能的调试

装置遥控功能的检查：后台应能可靠准确地遥控断路器分合闸。如遥控失败，查找原因。测控装置或控制回路是否上电；直流屏合闸电源或者一次开关处保险是否投入；测控装置通讯是否已通；装置远方、就地切换开关是否切到远方位置；断路器分合位置、工作试验位置是否在后台上正确反映；控制回路接线是否正确。

按最终版一次系统图纸做好后台监控一次系统图，详细核对断路器、隔离开关编号，tv、ta变比，将模拟量、脉冲量系数设置正确。系统图、 网络 图、棒图、实时报表、 历史 报表等图表按实际进行设计、组态，做到完整准确。

(四)装置打印、声音报警功能的调试

要求打印机设置正确，打印图形、报表完整美观，大小合适。能够实现自动打印和手动打印。　对断路器、隔离开关等开关量加声响报警功能，对保护动作信息加声响报警功能。与智能直流屏、智能电度表、五防等装置的通讯应正确。

在最后阶段还应对整个综自系统完善，确保综自系统防雷抗干扰，检查各屏上标签框上应做好正确标识。

三、系统调试

系统调试要求详细观察系统的运行状态，以便及时发现隐患。

(一)差动保护极性校验

主变压器带上一定的负荷后，才能判断出主变压器差动极性。在监控后台机上查看某一时刻主变电流采样数据，根据差流相数据的大小判断差动极性，也可通过对各相电流的波形分析差动极性。正常状态下，对于两圈变压器在同一时刻，主变压器高低压侧a-a，b-b,c-c相电流波形应正好相反，即高压侧为正半波数据，低压侧为负半波数据，且最大值相加应为0。对于三圈变压器，送点侧与受电侧各侧电流波形相反，且最大值相加应为0。如相反，则需等停电以后在ta二次侧更改极性接线。

(二)带方向保护的方向校验

线路带上一定的负荷后，在监控后台机上查看某一时刻同相电流电压数据进行分析。例如：线路输送功率为从变电站向线路送电，则a相电压正半波最大值应超前a相电流正半波最大值一定角度(最大不超过180度)，即同半波数据内电流最大值落后电压最大值几个采样点；否则，线路保护方向错误。根据装置采样频率可以算出两点之间的角度，如12点采样，则两点之间为360度／12=30度。同理，可校验b，c两项。

四、常见问题及解决方法

1　后台机显示电流、电压不准确。应查看后台机tv、ta变比设置是否正确，再查看二次接线是否有误，ta二次侧是否被短接。

2　后台机显示线路、主变各侧功率不准确。功率方向应沿袭流出母线为正、流入母线为负的规定，若现场有功率测量装置，可直接通过测量二次电流、电压、相位即可算出功率。若现场无功率测量装置，可采用两表法或三表法根据公式p=、／3uicos 计算 功率，如算出的功率与显示不一致，则用相序表测量装置电压相序；电流相序电流极性是否正确，可以在开关柜端子排依次短接a、b、c三相电流，并拆掉端子排至主控室或柜上装置电流线，在后台机上观察三相电流数据显示是否正确变化，由此可排查电流相序的正确性；若电流相序正确，应查电流极性是否正确，各电压电流等级母线上进出有功功率应平衡，各母线上所有受电间隔有功功率之和与送电间隔有功功率之和应相等。如不相等，可根据变电所实际运行状态判断哪个功率方向不正确，功率反的功率点将ta极性对调即可。

需要注意的是主变送点侧、受电侧有功功率，无功功率不一定完全相等。由于主变传输的是视在功率，只要送电侧等于受电侧的视在功率即可。

回路调试。系统调试结束后，针对试运行期间反映出来的问题进行消缺处理，并做好计算机监控软件的数据备份和调试资料的整理交接。至此，一个综合自动化变电所的现场调试工作结束。

[ 参考 文献 ]

微型电机篇4

关键词：压电效应；公交车；发电机；节能环保

The design and application of micro piezoelectric generator to bus

Yang Zhen Li Ming Ming

（1.College of Electrical Mechanical Engineering， Hainan University，Haikou，Hainan，570228，China；

2.College of Traffic，Jilin University，Changchun，Jilin，130012，China）

Abstract：Micro power consumption components used in the automobile have small power consumption， but they play an extremely important role. There are strict requirements on these micro power consumption elements， Based on the piezoelectric effect of transducing principle， the use of piezoelectric ceramics by generating characteristics of external force develop a bus using piezoelectric generator.And install the generator on the position of the bus door pedal. The passengers get on and off the trampling of piezoelectric ceramic to generate electricity， achieving the purpose of energy saving.

Key words： piezoelectric effect bus generator energy conservation and environment protection

0 引言

压电效应是由1880年皮埃尔・居里和雅克・居里兄弟发现，它包括正压电效应和逆压电效应。所谓正压电效应是指某些晶体在受到外界作用力时，其相对表面产生电极化的现象，当去掉外力后，晶体表面又重新回到不带电的状态；而逆压电效应是给晶体施加电场（电压）时，晶体形状发生改变，当外加电场去掉后，晶体形变随之消失。微型车用压电发电机就是利用正压电效应将乘客上下车的机械能转化为电能，为公交车提供能源。

1 应用背景及意义

目前，压电发电的研究在美国，日本，荷兰，西班牙等国家已经逐步深入，并取得了一系列的科研成果。如美国普林斯顿海洋动力技术公司开发一种利用海浪海流的压力和应力使压电高聚物发电装置；日本科研人员研发一种发电地板，设置在东京繁华的涉谷火车站人行道上，当行人走过地板时地板就可以发电；此外，荷兰鹿特丹市韦斯特加斯公园的舞池发电地板，人们跳舞的机械能转化为电能，从而点亮安装在地板表面的内置二极管。而国内压电发电机的研究虽屡有突破，但实际生活中并没有普遍应用。所以，以压电效应为理论基础，设计一种能应用于公交车的微型压电发电系统，实现节能减排大有必要。

2 材料选取

压电学的历史始于1880年居里兄弟通过实验发现压电效应。但是在1955年发现压电陶瓷之后压电材料才真正获得广泛应用。压电陶瓷和压电单晶相比，有电性强，介电常数高，形状可以任意加工，适宜于大功率换能等优点，所以我们采用压电材料为PZT-43。每片压电陶瓷的尺寸规格为：20×20×3mm。

3 设计原理

3.1发电结构装置

微型压电发电装置结构示意简图

在压电发电系统中，当乘客上下车踩在箱体1的上表面时，箱体下降带动传力杆7使振荡弹簧在人重力的作用下被压缩，在压电陶瓷上端面产生压力，因此压电陶瓷5产生形变，上下两端面产生电压，经导线输出。由于质量块4的惯性，会使振荡弹簧3产生周期性振荡，则在压电陶瓷上端面产生一周期性外驱力，从而产生周期性电压。箱体上端面通过复位弹簧2上升到原始位置。为安全起见，压电陶瓷周围用绝缘材料6与外部经行隔离。

3.2 电路连接简图

压电材料两端电压经导线引出后连接整流器2，使产生的交变电压转变为稳定的直流电压；经整流器2处理后的直流电压再经稳压器3调节，使其成为能满足车用主蓄电池4和副蓄电池7正常工作的充电电压，当主蓄电池4充满电时，其两端的电荷量变化趋于稳定，此时传感器5接收其两端的电量信号，通过控制装置6使稳压器3向副蓄电池7充电。

3.3 装置发电量理论值计算

查阅相关文献，我们得知：压电材料叠堆个数为四个且串联的情况下，发电量最佳。此时，电压值为：

其中： 是压力的幅值，我们假设压力为正弦量； 是压力的频率；R是负载电阻（压电材料所在电路的负载电阻）； 分别是单个压电材料的厚度和总电极面积； 、 分别是压电材料的压电应变常数和自由介电常数。

开路电压值为：

微型电机篇5

燃气涡轮机使整座城市灯火通明，这已经不是什么难题，但是麻省理工学院的教授艾伦・埃伯斯坦却坚定地认为，微型内燃机可用来“驱动人体”。这是10年前，埃伯斯坦产生的灵感。而现在，埃伯斯坦教授认为，微型发动机完全可以给电池提供电力，从而带来滚滚财源，同样价格条件下微型发动机能够提供电池10倍的电量。埃伯斯坦教授说：“普通电池只够为笔记本电脑供电3小时，使用微型发动机却能15到20年不断电，更妙的是其价格绝对不在普通电池之上。”他相信不出3到5年微型发动机就能具备商业上的可行性。为此项研究埃伯斯坦教授和其他50个同事及学生可谓走过了一条漫漫长路。

一台压缩机、一个燃烧室以及一台螺旋涡轮机就是核心部件，但是显然微型燃气涡轮机不能以传统方法制造完成。因此研究小组利用的是硅片，微型发动机由6块互相重叠捆绑在一起的硅晶片组成。为了降低成本，多至100个零部件被装置在一块晶片上，并被切割成各个独立的单元。

研制工作从微型燃烧室开始着手，燃烧室中燃料和空气被混合后燃烧到的温度能达到钢铁的熔点。涡轮片每秒钟转速能达2万次――比飞机发动机都要快100倍。微型发电机产生出10瓦电力之后，微型压缩机就开始工作，提高气压为燃烧做准备。接着将压缩气体排出燃烧室之外即完成冷却过程。每个部件都运行正常，现在的挑战是检测晶片的整体性能。据埃伯斯坦教授介绍，最后一步工作预计今年底完成，但肯定不是轻而易举就可以成功的。

每一个微型发动机都会被安装在单个硅晶片上，所以此项工作容不得半点差池。一个小部件上的细微误差就可能导致一切从头再来，如果每样东西都要更换，那么他们整个研发设计工作就将回到草图上。但据埃伯斯坦教授说，即使工作中也时常冒出棘手的问题，至今为止工作之旅中还是充满了“无穷的乐趣”。他说：“我们想到了道路会布满荆棘，但反而是我们没预料到的情况才是真正的大麻烦。”他接着说：“我们以为建造燃烧室会是最难的一步，但事实却证明制造轴承才是困难重重。”

微型电机篇6

[关键词]自动准同期 同频并网 差频并网 系统 并列操作

1 概述

    发电机并入系统，两个不同系统并列，或一个系统分解为两部分，通过输电线路再连接等，所实施的操作称之为同步并列操作。

随着电力系统容量及发电机单机容量的不断增大，不符合同步并列条件的同步操作会带来极其严重的后果，可能引起发电机组损伤甚至系统的瓦解。

在发电厂，发电机在并入系统前与其他发电机组和电力系统是不同步的，存在着频率差、电压差和相角差。通过同步操作，将发电机组安全、可靠、准确快速地投入，从而确保系统的可靠、经济运行和发电机组的安全。

    在变电站或发电厂网控中，同步操作主要解决系统中分开运行的线路断路器正确投入的问题，实现系统并列运行，以提高系统的稳定、可靠运行及线路负荷的合理、经济分配。

    2 电力系统并网的两种情况

    目前，电力系统的并网方式按两并列系统之间的关系可分为两种情况: 差频并网方式和同频并网方式。

    2.1差频并网方式

    差频并网是指在发电厂中，发电机与系统并网或已解列两系统间联络线的同步并网，它们是两个电气上没有联系的电力系统并网。其特征是在同步并列点处两侧电源的电压、频率均可能不同，且由于频率不相同，使 得两电源之间的功角（电压相位差）在不断变化。进行差频并网是要按准同期条件实现并列点两侧的电压相近、频率相近时，捕获两侧电压相位差为零的时机来完成的平滑并网操作。

    2.2差频并网条件分析

    差频并网的电压相量分析如图1所示

    同步并列前的断路器两侧电压为:

    发电机侧电压: ug = ugmsin(ωgt+φog )

    系统侧电压: us = usm sin(ωst +φos)

    上两式中:

    ugm——待并发电机的电压幅值；

    usm——运行系统的电压幅值；

    ug——断路器待并发电机侧的电压;

    us——断路器运行系统侧电压;

    ωg——待并发电机的角频率;

    ωs——运行系统的角频率;

    φog——待并发电机电压的初相角;

    φos——运行系统电压的初相角

 

由图1（b）的电压相量分析知，断路器并列的理想条件为:

    （1）两电压幅值相等，即ugm=usm;

    （2）两电压角频率相等，即ωg= ωs; 或两电压频率相等，即fg=f s;

    （3）合闸瞬间的相角差为零，即φ=0°。

    如果能同时满足上述三个条件，意味着断路器dl两侧电压相量重合且无相对运动，此时电压差ud=0，冲击电流等于零，发电机与系统立即同步运行，不发生任何扰动。应该指出，如真的出现ωg=ωs，两电压相对静止，无法实现φ=0°，故上述角频率相等的条件应表述为角频率相近。

    2.3 同频并网方式

    同频并网操作是实现系统中分开运行的线路断路器的正确投入，完成系统的并列运行，是发电厂和变电所中重要的操作。同频并网是指断路器两侧电源在电气上原已存在联系的两部分系统，通过并列点再连通的操作。未解列两系统间联络线并网属于同频并网，如线路断路器、母联断路器、单母分段断路器或3/2接线的中间串断路器等。

    这是因为并列点两侧频率相同，但在实现并网前并列点两侧电压幅值可能不同，而且两侧会出现一个功角δ，δ值大小与联接并列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。这种情况的并网条件应是当并列点断路器两侧的压差及功角在给定范围内时，即可实施并网操作。完成并网后，并列点断路器两侧的功角消失，系统潮流将重新分布。因此，同频并网的允许功角整定值取决于系统的运行方式及潮流重新分布后的影响，即以系统潮流重新分布后不致于引起电力系统内继电保护及其它安全自动装置的误动，或导致并列点两侧系统失步为原则进行合理整定。

    2.4 同频并网条件分析

    同频并网，从本质上讲,只不过是在有电气联系的两电源间再增加一条连线，功角δ特性如图2所示。功角的表达式为:

    p = (e*u/ xlx )sinδ

    或　δ＝sin-1(p* xlx /e*u)

    式中 :p——输送的有功功率;

    e——发电机等值电动势;

    u——系统母线电压;

    xlx——联系电抗;

    xlx=xg+xt+xl

    xg——发电机电抗

    xt——变压器电抗

    xl——线路电抗

    从上式可看出，功角δ与传输功率p是正弦函数关系，也就是发电机有功功率的功角特性曲线，稳定运行的功角最大值是90°，其对应的pm值称为功率极限值。传送大功率的长距离线路的功角δ更接近于极限值，也就是稳定储备更小。从理论上讲，功角δ的取值可在0~90°之间。

“同频并网”无法按准同步的三个条件进行，因为三个条件中除了存在电压差需要检测外，频率差不存在，相角差（功角）已客观存在，也就是说这种并网注定要在一定电压差和相角差下进行。问题是多大的电压差和多大的相角差可以并网，超过多大的值就不能并网。因为电压差的数值决定了并网时两电源间的无功功率通过该连线的潮流冲击值，功角δ的数值决定了并网时两电源通过该连线潮流（包含有功功率和无功功率）的冲击值，这种冲击实质上是并网瞬间系统潮流进行了一次突发性的再分配。这种突发性的再分配可能会引起继电保护误动作，更严重的是在新投入的线路所分流的有功功率超过了其稳定极限时会导致该线路因失步而再次跳闸。

    3 微机型自动准同期装置基本原理

    3.1 准同期装置分类

    准同期装置按其功能大致可分为三类:

    一类为用于发电厂发电机的自动准同期装置，要检测系统和发电机的压差、频差和相角差，同时能自动对发电机的电压和频率进行调节，符合准同期并网条件时给发电机发出断路器合闸脉冲，发电机并入系统。

    二类为用于发电厂、变电所的线路、母线分段联系断路器，检测并列点两侧的压差、频差和相角差，并能区别是差频并网还是同频并网，如为同频并网，应当在功角及压差为允许范围内时，给断路器发出合闸脉冲，使两系统合环并列。

    三类为用于线路、旁路断路器的自动准同步捕捉和无压检定。前者为检测两系统间的压差、频差和相角差，在压差和频差符合条件，计算相角差过零点越前时间给断路器发出合闸脉冲。后者为线路断路器的重合闸回路，其中一侧无电压或任何一侧无电压时，即给断路器发出合闸脉冲。

    3.2 微机型自动准同步装置功能特点

    同步装置必须严格按准同步的三要素来设计，即应在待并侧与系统侧的电压差及频率差满足要求的情况下，确保相角差为零时将发电机平滑地并入电网。更确切地讲，应在压差及频压满足要求时捕获第一次出现的零相差将发电机并入电网。

    所有发电机组都配备有调速器和发电机自动励磁调节器，在同步过程中其任务是维持待并发电机的频率和电压在给定水平，创造同步条件。由于各类调速器和励磁调节器的特性各不相同，因此在发电机同步过程中不可避免的会出现频率和电压的波动。一般这些波动较大的成分是频率差和压差及其一阶导数，在有些情况下二阶导数的成分也是不可忽略的。所以作为自动准同步装置不论在精确捕捉同步时机方面，或者是在有效实施均频均压控制方面，都应严格地按计及偏差、偏差一阶导数及偏差二阶导数的运动微分方程求解，确保快速、精确地实现同步操作。快速性和精确性自然是自动准同步装置所追求的主要目标。

    微机型自动准同期装置与原模拟式准同期装置相比，在各项技术指标及功能上已生产了质的飞跃。微机型自动准同期装置的主要功能有:

    （1）能适应电压互感器（tv）的不同相别和电压值;

    （2）应有良好的均频均压控制品质;

    （3）能实现无逆功率并网;

    （4）确保在相差为零度时同步并网;

    （5）应不失时机地捕获第一次出现的同步时机;

    （6）应具备低压和高压闭锁功能;

    （7）应能及时消除同步过程中的同频状态;

    （8）能自动识别同频并网和差频并网两种模式;

    （9）具有接入发电厂或变电所监控系统的通信接口;

    （10）具有自动在线测量并列点断路器合闸回路的动作时间;

    （11）其他附加功能，如自动转角功能、复合同步表功能、相关电量的录波功能等。

    3.3 sid—2c型微机同期控制器的工作原理

    3.3.1 差频并网合闸角的数学模型

    准同期的三个条件是压差、频差在允许值范围内时应在相角差φ为零时完成并网。压差和频差的存在将导致并网瞬间并列点两侧会出现一定无功功率和有功功率的交换，不论是发电机对系统，还是系统对系统并网，对这种功率交换都有相当承受力，因此，并网过程中为了实现快速并网，不必对压差和频差的整定值限制太严格。但并网时相角差的存在，将会导致机组的损伤，甚至会诱发后果更加严重的次同步谐振（扭振）。因此，一个好的同期装置应确保在相角差φ为零时完成并网操作。

在差频并网时，特别是发电机对系统并网时，发电机组的转速在调速器的作用下不断变化，因此发电机对系统的频差不是常数，而是包含有一阶、二阶或更高阶的导数。加之并列点断路器还有一个固有的合闸时间tk，同期装置必须在零相差出现前的tk时发出合闸命令，才能确保在φ=0°时实现并网。或者说同期装置应在φ=0°到来前一个角度φk发出合闸命令，φk与断路器合闸时间tk、频差ωc、频差的一个阶导数及频差的二阶导数d2ωs/dt2等有关。基数学表成式为:

    φk=ωc * tk + 1/2 * dωc/dt * tk 2 + 1/6* d2ωc/dt2* tk 3+……

    同期装置在并网过程中需不断快速求解该微分方程，获取当前的理想提前合闸角φk，并不断快速测量当前并列点断路器两则的实际相角φ，当φ=φk时装置发出合闸命令，实现精确的零相差并网。

    从上述可看出获得精确的断路器合闸时间tk（含中间断电器）是非常重要的，因此sid—2c系列准同期控制器具有实测tk的功能。同时也不难看出计算机对φk的计算和对φ的测量都不是连续进行的，而是离散进行的，从而使得我们不一定能恰好捕获φk=φ的时机，这就会导致并网的快速性受到极大的影响。sid—2c控制器用另一微分方程实现对合闸时机的预测，可靠实现了达到极值的并网速度。

    3.3.2均频均压的控制方式

    实现快速并网对满足系统负荷平衡及减少机组空转能耗有重要的意义。捕捉第一次出现的并网时机是实现快速并网的一项有效措施，而且良好的控制品质的算法实施均频与均压控制，促成频差与压差尽快达到给定值也是一项重要措施。sid—2c控制器使用了模糊控制算法，其发达式为:

    u=g（e，c）

    式中: u——控制量;

    e——被控量对给定值的偏差;

    c——被控量偏差的变化率;

    g——模糊控制算法。

    模糊控制理论是依据模糊数学将获取的被控量偏差及其变化率作出模糊控制决策。下面表1模糊控制推理规则表可描述其本质。

    表1

模糊控制推理规则表

    表中将偏差e的模糊值分成正大到负大八档，将偏差变化率c的模糊值分成正大到负大七档，与它们对应的控制器发出的控制量u的模糊值就有56个，从正大到负大共七类值。以调频控制为例，如控制器测量的频差ωc=ωc-ωs（ωc、ωs分别为待并发电机及系统的角频率）为负大，而频差变化率dωc/dt也是负大，则控制量u为零（表中右下角的值）。这表明尽管发电机较之系统频率很低，但当前发电机频率正以很高的速度向升高的方向变化，因此无需控制发电机频率就能恢复到正常值。

    然而，这些模糊控制量的值具体在控制过程中到底是多少呢？应该有个量化的环节，例如变成控制器发出控制信号的脉冲宽度和脉冲间隔。sid—2c控制器是通过均频控制函数kf和均压控制系统kv两个整定值来对控制量进行量化的，kf及kv是在发电机运行过程中通过观察同期装置在纠正频差及压差的过程中所表现的控制质量，经过数次试设来修改kf及kv，直到找到最佳值。不难看出，sid—2c控制器实质上是针对发电机组调速系统及励磁调节系统的具体特性来整定控制参数的。

    总之，std—2c型自动同步装置首先对并列点性质进行判别，确定是差频并网还是同频并网。在差频并网时按φk=ωc * tk + 1/2 * dωc/dt * tk 2 + 1/6* d2ωc/dt2* tk 3的算法 ,每一个工频周期计算一次理想的导前角φk，并实测两次当前实际相位差角φ,然后按合闸角的预测算法准确捕获φ=φk的时机，将发电机在φ=0°时并入电网。在压差和频差不满足要求时，则对发电机组按模糊控制算法实施均频及均压控制。

    在同频并网时则对压差及功角进行检测，按压差及功角定值实施快速 并网，如条件不满足，装置即进入等待状态，并发出信号，提请上级调度调整潮流，创造并网条件。

    4 不同并网性质同步点实例分析

图3电力系统“同频并网”与

    “差频并网”点分析图

    图3为某电力系统接线示意图，从图中我们可以看到，有四个电源点: 发电厂g1、发电厂g2、发民厂g3。发电厂g4通过四条输电路: ab线、bd线、cd线及ac线连成一个环网电力系统。在本系统中，断路器dl1~dl12都是同步点，但它们具有不同的并网特点，即有些是同频并网点，有些是差频并网点。

    在发电厂和变电所里的同步点通常可分两大类，一类是差频并网同步点，另一类是同频并网同步点。差频并网同步点是指不论在何种运行方式下同步点两侧都是两个独立的电源；而同频并网同步点则是随着运行方式的变化，同步点两侧有时是两个独立的电源，而有时则是同一个系统。下面就其性质作出详细的分析说明。

    4.1 接在发电机——变压器组高压侧的断路器dl1、dl2、dl3、dl4

dl1、dl2、dl3、dl4均是差频并网同步点。以发电厂g1为例，发电机在dl1断开时是一个独立的电源点，并网时dl1两侧存在着压差，相角差和频差，故是差频并网点。通常操作是将发电机gs1启动，开机成功后即通过dl1进行差频并网。

    4.2 线路断路器dl5~dl12、

    dl5~dl12既可能为同步并网点，也可能为差频并网点。下面我们分析利用断路器dl5恢复线路ab线送电的情况。

    ⑴ ac线、cd线、bd线均正常运行。

    从图3我们看到，发电厂g1、发电厂g2、发电厂g3发电厂g4通过ac线，cd线、bd线，使这四个电源构成了电气连接关系，此时，dl5是一个开环点，因此dl5的投运实质上是一次合环操作，故此时的同步点dl5是属于同频并网同步点。这时，dl5两侧电源电压可能不同，但频率相同，并且存在一个固定的相角差，这个相角差即为我们通常所说的功角δ。此时在dl5点两侧测量到的功角δ是正在运行的ac、cd线、bd线所组成的等值线路的功角。其表达为:

    p = (e1*u2/ x∑ )sinδ

    或　δ＝sin-1(p* x∑ /e1*u2)

    式中:

    p——线路ac、cd、bd等值线路传输的有功功率;

    x∑——线路ac、cd、bd组成的等值线路的电抗;

    e1——发电机gs1的电势;

    u2——发电厂g2的母线电压（当dl6处在合闸位量时，可在dl5点线路侧测量到）.

    不难看出，功角δ的取值范围为0~90°之间，p和x∑ 越大，功角δ也越大。不论是开环或合环操作都会引起系统潮流重新分配。在进行合环操作后，新投入的线路ab线必定会突然带上一定的负荷，会导致一定的负荷冲击，但这是不可避免的，也是人们预期的。传统的同期接线中，在断路的合闸回路中串进去了同期闭锁继电器（tjj常闭触点）触点，其角度定值范围一般为30°左右。如前所述，当测量点dl5处所测得的功角δ 大于30°时，同期闭锁继电器tjj的常闭触点打开，断开断路器的合闸回路，导致合环操作失败。在这种情况下，有些厂站则采取强制手段（例如通过stk开关将tjj继电器触点短路），将同期开关打在无闭锁位置，进行强行合环操作，这种强行合环操作合闸将会生如下三种后果:

    ① 合闸成功: 这是因为合上dl5后引起的潮流的重新分配都不涉及ab线路的继电保护误动作或未超过静稳极限。

    ② 继电保护随即跳开断路器: 这是因为当功角δ较大时，dl5合闸后导致ab线路所另得的潮流超出继电保护的定值而使继电保护动作跳闸。

    ③ 引起系统的振荡失步而跳闸: 这是因为当功角δ较大时，dl5合闸后导致ab线路所分得的潮流超出线路的静稳极限而引起的失步。

    因此，在可能出现同频并网（合环）的断路器上进行同步操作时，必须考虑功角δ的因素。允许进行同频并网操作的功角应确保合闸后产生的突发性潮流再分配不至引起新投入的线路的继电保护误动作或失步。

    ⑵ ac线、bd线中任一条断开状态

    当ac、bd线中任一条在断开状态时，由图3可知，发电厂g1和发电厂g2两个电源处于解列状态，故按前述的差频并网方式实现并网，此时dl5点属于差频并网同步点。

    5 模拟型与微机型自动准同期装置比较

    由以上分析可知，传统的同期装置已经不再适应于现代电力系统的并网操作的需要。它存在许多先天不足和缺陷，主要表现在:

    ⑴ 导前时间不稳定;

    ⑵ 同步操作速度很慢;

    ⑶ 构成装置元器件参数飘移不稳定;

    ⑷ 同频并网时所表现的问题更突出。由于同频并网时，同步点测得的相角差为一固定值，该相角差亦即为该联络线的功角δ。δ取值在0°~90°之间。这时，传统的同期接线方式会出现两个问题: 其一是相位表s停在功角δ的位置上，不存在出现相角差φ= 0°的并网机会; 其二是如果当时的功角δ大于同期闭锁继电器的整定值φz时，合闸回路将被tjj接点断开，无法合闸。在这种情况下，大多数电厂（变电所）采取强行合闸，或是利用同期闭锁开stk解除tjj的闭锁后再强行合闸。其后果如前所述。

    而现代的微机型自动准同期装置不仅克服了上述的诸多不足外，还有其独特的优点:

    ⑴ 导前时间，均频均压控制，捕捉第一次并网时机等问题，以及其他各式各样的要求都可以通过描述同步过程的数学模型进行求解来解决。

    ⑵ 不再存在元件老化，环境温度，湿度变化引起的特性漂移。

    ⑶ 对同步点的并网性质能自动识别，不论是同频并网还是差频并网，装置均以精确的严密的数学模型确保并网时能捕捉到第一次出现的并网机会。在差频并网时，有均频均压控制，若发电机并网过程中出现同频状态时，装置会自动给出加速命令，摆脱同频状态，确保快速稳定的创造并网的频差和压差条件。而在同频并网时，装置能按压差和功角定值实施并网操作，如压差及功角大于定值时，会自动发信给有关调度部门，提请调度调整潮流，创造并网机会，其它特点前已论述，在此不再多叙。

    6 总结

    随着计算机技术，通信技术和电力电子技术的发展，同期装置的微机化、智能化是发展趋势，加之现代控制理论在同期装置上的应用，新一代微机型自动准同期装置已经在电力系统得到了广泛的应用，积累了丰富的运行经验，并取得了良好的经济效益和社会效益。我们相信，随着同步过程中的理论研究的不断深入，一批先进的新型自动准同步装置将会不断地推出，它必将为高速发展的电力系统的并网操作提供更加高效、可靠、安全的有力保证。

参考文献

    [1]《sid—2c型发电机、线路复用微机同期控制器》使用说明书，深圳市智能设备开发有限公司。

    [2]电力系统自动装置·杨冠城主编· 北京:水利电力出版社，1986

微型电机篇7

关键词：微型电动车；永磁同步电机；矢量控制

0 引言

电动汽车的发展目标是实现高效率、零污染、数字化、智能化和轻量化。目前电动汽车的关键技术主要有电池、电机、电机驱动系统、车身和底盘设计及能量管理技术等，其中前3项构成了电动汽车的电气控制系统，也是电动汽车的发展瓶颈[1]。

微型电动机车常以永磁同步电机驱动为主，因此对永磁同步电机矢量控制控制系统策略进行研究有非常重要的意义。

1 永磁同步电机数学模型

永磁同步电机由定子和转子组成，在正弦波永磁同步电机中，转子采用永磁体，定子由三相绕组以及铁芯构成，电枢绕组常以Y型连接，采用短距分布绕组，产生的气隙场为正弦波，从而产生正弦的反电动势，其数学模型可用下列方程表示：

定子电压方程：

（1）

（2）

定子磁链方程：

（3）

（4）

电磁转矩方程：

（5）

永磁同步电机的运动方程：

（6）

式中：R为定子电枢绕组；Ld、Lq为交直轴电感；ud、uq为定子绕组的d、q轴电压；id、iq为定子绕组的d、q轴电流；、为定子绕组的d、q轴的磁链；为转子磁链；Np为极对数；为转子角转速；Te为电磁转矩；TL为负载转矩；J为转子转动惯量。

2 按转子磁链定向的矢量控制

永磁同步电机的矢量控制本质上是对定子电流矢量实施控制，即控制磁链的幅值和方向，从而实现对电机转矩的动态控制，以达到高的运行性能。转矩线性化控制的基本思想是：在磁场定向坐标上，将定子电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量id和产生转矩的转矩电流分量iq，使两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节，实现转矩控制[2]。

矢量控制可以用图1表示，实现过程是：给定转速与转速反馈量的偏差经过速度PI调节器，输出转矩电流，同时给定电流、与电流反馈量id、iq的偏差经过PI输出；分别输出相电压和。和再经过Park逆变换和Clarke逆变换，最后输出三相静止坐标系下电压分量、、。就可以利用电压空间矢量SVPWM技术，产生PWM控制信号来控制逆变器，实现永磁同步电机的闭环控制。

3 矢量控制系统仿真

在MATLAB的Simulink仿真环境下，根据前述永磁同步电机矢量控制策略，首先构造了如下的id=0的电流、速度闭环的仿真系统框图，并建立了永磁同步电机磁场定向控制系统仿真模型[3]，如图2所示。在仿真中，将电机的参数设置如下：给定电机转速为1000r/min，负载转矩TL=3N・m，转子极对数p=3，定子电阻RS=0.2Ω，转子磁链值=0.56wb，交直轴电感Ld=Lq=15.3e-3H，转矩惯量J=2.1e-4 kg・m2。

4 仿真结果分析

通过前述永磁同步电机矢量控制策略，对仿真模型进行Clarke、Park坐标变换，并针对其进行仿真，得出图3三相电流波形图及图4电机转矩响应曲线图。

5 结语

本文围绕微型电动车的永磁同步电机控制系统展开，根据实际应用的需求，做了大量的理论分析和实验研究，并在此基础上，搭建了矢量控制系统，仿真结果表明微型电动车电机在矢量控制策略的控制下，电机具有优越的控制性能。最后给出了实验结果波形，分析了电机的控制性能，验证了控制系统的适用性，为下一步的整机匹配奠定了良好的基础。

参考文献：

[1]Ping X， Jing B. SMC with disturbance observer for high performance PMSM[C].Mechatronic Science， Electric Engineering and Computer （MEC），2011 International Conference on. IEEE， 2011：986-989.

[2]卢东斌，欧阳明高，谷靖.电动汽车永磁无刷轮毂电机磁场定向控制[J].电机与控制学报，2012，16（11）：76-83.

[3]肖金凤，张垒，盛义发.无刷直流电机磁场定向控制策略研究与实现[J].控制工程，2013，20（01）：158-162.

微型电机篇8

关键词：定子线棒主绝缘；微创修复；钢铁材料

中图分类号：TM303 文献标识码：A

660MW水氢氢汽轮发电机是在600MW水氢氢汽轮发电机基础上增容成型的机组，额定容量提升10%，定子线棒为水内冷，定子铁心和转子线圈采用氢冷的冷却方式。增容改造合理地减少了主绝缘厚度，增加了槽满率，提升了发电效率。但对于主绝缘，减薄绝缘厚度的同时也一定程度上减少了抗缺陷能力，提高了对制造工艺、材料的要求，也提升了主绝缘修复的难度。某电厂的660MW汽轮发电机在41#槽励端的上、下层线棒的出槽口位置出现了绝缘破损情况，如图1所示，该破损呈波浪形沿线棒圆周方向延伸，位于线棒侧面，距压指10mm～15mm，平均宽度2mm，深度2.5mm，累计长度达130mm，贯通了下层线棒的整个侧面，伤及上层线棒近一半高度。

受工期限制，不能开展拆除损伤下层线棒，再更换新线棒的处理方案，本文克服了诸多困难，在有限的操作空间内，完成了该修复工作。

一、修复方案

修复主要思路同常规修复方法类似，即拆除41#槽上层线棒，拆除上层线棒后下层线棒破损情况如图2所示，将下层线棒的破损处沿线棒圆周方向的共4个面（上、左、右、下4个面，其中右面为破损面）的低阻层去除干净，再将伤口两边主绝缘修成楔形倒角面，用室温固化胶混合云母粉对沟槽进行填补，外部沿线棒圆周方向包绕3层浸渍有室温固化胶的多胶云母带，固化完成后沿圆周方向均匀涂刷低阻防晕漆，与破损周边低阻层搭接。

但是因为空间极度有限，操作十分不便，下层线棒的修复会遇到以下问题：

1.线棒上、左、右3面的低阻层可以去除，但是下面（正对大锥环）的低阻层无法去除。下面与锥环间距5mm左右，常规操作无法进行。

2.主绝缘破损修复完成后，受空间限制，使用刷子难以将低阻漆均匀涂刷到线棒下面。

为解决问题1特制订如下方案：

正常清除上、左、右3面的低阻层后，裁剪出长条形的粗砂纸，用该粗砂纸用力来回往复摩擦下面，用内窥镜观察以确保清除干净。为避免在伤口处处理失败而影响其他方案，决定在拆除的上层线棒上试验处理方案，结果证明，该方法只能磨掉下面与左、右两面相交的两条棱边的低阻层，对于下面面内的低阻层无能为力。为解决问题，将砂纸团成团塞到下面与障碍物（模拟锥环）之间，用细木棍推动砂纸团摩擦低阻层。试验证明压力小，摩擦基本没有效果。

修复工作在第一步就陷入困局，经过专业人员连夜讨论，又一方案得到大家的认同，可以一试。低阻带是包绕到云母带外的，低阻带与云母带的界面相对薄弱，可以在此处相对轻松的剥离，难点在于下面的处理。利用宽胶带将左、右、下3面牢固地粘连在一起，用锯条刀缓慢、细致地剥离左、右两面的低阻层，继而通过胶带的粘连作用，揭过下面的两个棱边，带起下面的低阻层，两棱边翘起后，顺势一撕就可撕掉整个下面的低阻层。该方案操作难度极高，操作精度极高。在上层线棒上进行方案试验，试验中发现，棱边的低阻层压制得很实，铲起的低阻带在准备揭过棱角的时候断裂，继而锯条刀顺势切断了粘连的胶带，失去了翘起下面低阻层的可能。后改用钝头的钢板尺替代锯条刀，铲到棱角的时候改前铲的力为向上翘起的力，经多次摸索，操作人员成功揭过两棱边，完成了剥离工作，又经多次验证，成功率很高。在槽内的下层线棒处处理，由于空间受限，操作人员更需专注、精致，经过努力，最终完成了剥离任务，再用内窥镜仔细观察，配合砂纸打磨，将低阻层清理干净。图3（a）为清除低阻层后的下层待修线棒，图3（b）为清除下来的低阻层。

将上、下层线棒的伤口处，用锉刀进行打磨，修成楔形倒角面。图4为楔形打磨后的上、下层线棒。

用室温固化胶混以云母粉，均匀填补在两根线棒的楔形处，填平为止。外部1/2叠绕3层浸渍了室温固化胶的云母带，再使用聚四氟乙烯带隔离后，包绕适当的热收缩带。用碘钨灯加热以加快固化速度。固化后拆除热收缩带和聚四氟乙烯带，修复后的主绝缘如图5所示。

低阻漆的涂刷面临了问题2，经过反复讨论，决定了如下方案：

把干净的白纱布折叠3层，在中间部位倒上低阻漆，待稍渗透后穿到下层线棒下，使低阻漆位置接触到线棒待涂覆部位，来回小心的抽拉白布，使低阻漆均匀涂在下表面，干燥后用内窥镜仔细观察，并用棉签蘸低阻漆修补缺损部位。如此两遍。其余3面正常涂刷低阻漆，与下面搭接完好。图6为整体修复完成的下层线棒。

修复工作完成后，为检验修复效果，对修复后的上层线圈进行了1.5UN/1min 的交流耐压试验，通过后进行了（1.5UN+2000）/1min耐压试验，又通过后进行了（1.5UN+5000）/1min，全部通过试验，证明修复方案正确，修复效果理想。对修复后的下层线棒连同其余没拆除的三相线棒进行了整机1.5UN/1min交流耐压试验，顺利通过，修复工作完成。

结语

此次修复工作亮点在于：

（1）用宽胶带黏附3个面的低阻层，用钝头的钢板尺跨过棱边翘起了下面的低阻层，继而在十分有限的操作空间内完成清除工作。

（2）利用白布浸渍低阻漆，涂刷在下面，再利用内窥镜配合棉签补全低阻层。

此方法推广意义很大，特殊时期可以缩短修复周期，减少大拆、大修带来的时间上以及经济上的利益损失。

参考文献