提升電控教材及習(xí)題1

1、礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)理論目錄第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)11 直流調(diào)速原理12 V-M系統(tǒng)調(diào)速原理13 直流雙閉環(huán)的作用：1第二章 交流調(diào)速系統(tǒng)11 同步電機(jī)特點(diǎn)及矢量控制12 調(diào)速系統(tǒng)中的磁鏈調(diào)節(jié)、電流模型及電壓模型13 交交變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：13.1 精確檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及初始位置13.2 精確檢測定子電壓和電流1第三章 變流器主回路及其保護(hù)電路11 高壓開關(guān)柜12 整流變壓器12.1 整流變壓器與電力變壓器的主要區(qū)別12.2 整流變壓器的保護(hù)13 平波電抗器1第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)1 直流調(diào)速原理電力拖動自動控制系統(tǒng)往往是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為 （1

2、）在上式中，是常數(shù)、是由負(fù)載決定，因此調(diào)速的方法可以有三種：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓（2）減弱勵(lì)磁磁通（3）改變電樞電阻在這三種方法中以調(diào)節(jié)電樞電壓的方式為最好，可以達(dá)到一定范圍內(nèi)的無級平滑調(diào)速。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級；弱磁調(diào)速的范圍不大，通常配合調(diào)壓調(diào)速使用。調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，該電源的獲取有以下三種方法：（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，獲得可調(diào)的直流電壓。（2）靜止式可控整流器。用靜止式可控整流器獲得可調(diào)的直流電壓。（3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生可變的平均電壓。這三種方

3、法，旋變機(jī)組因所需設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低，運(yùn)行有噪聲，維護(hù)部方便已經(jīng)不在使用；靜止式可控整流器相比旋變機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上有很大提高，但由于不可逆需要配合反組晶閘管共同使用?，F(xiàn)主要對第三種方法作概括性介紹。直流斬波-電動機(jī)系統(tǒng)原理圖示于圖1a，其中VT用開關(guān)符號表示任何一種電力電子開關(guān)器件，VD表示續(xù)流二極管。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源電壓加到電動機(jī)上；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)，直流電源與電機(jī)脫開，電動機(jī)電樞經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復(fù)，得到電樞端電壓波形，如圖1b所示，好像是電源電壓在時(shí)間內(nèi)被接上，又在時(shí)間內(nèi)被斬?cái)啵史Q“斬波”。 （a） （b）圖1 直流斬波器-電動機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓

4、波形（a）原理圖 （b）電壓波形這樣，得到的電動機(jī)平均電壓為 （2）式中 為功率開關(guān)器件的開關(guān)周期（s）； 為開通時(shí)間（s）； 為占空比，其中為開關(guān)頻率。圖2a給出了一種可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本原理圖（略去續(xù)流二極管），由共4個(gè)電力電子開關(guān)器件構(gòu)成橋式（H橋）可逆脈沖寬度調(diào)制變換器。和同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，和同時(shí)通斷，使電動機(jī)M的電樞兩端承受電壓+或-。改變兩組開關(guān)器件的通斷時(shí)間，也就改變了電壓脈沖寬度（電機(jī)的電樞電壓值得到改變），其中電動機(jī)兩端電壓波形如圖2b所示。（a） （b）圖2 橋式可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形（a）原理圖 （b）電壓波形如果用表示和導(dǎo)通的時(shí)間，開關(guān)周期T和占空比的定義

5、與上面相同，則電機(jī)電樞端電壓平均值為 （3）2 V-M系統(tǒng)調(diào)速原理對于大功率調(diào)速場合，多采用晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）。由于晶閘管的的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆電路，如圖3所示。電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管裝置VR供電。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活的控制電動機(jī)的起、制動和升、降速。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。但在一般情況下不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路，因此對控制電路提出了嚴(yán)格要求。下面結(jié)合圖4具體介紹V-M系統(tǒng)的

6、四象限運(yùn)行的具體過程。圖3 兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路在兩組晶閘管反并聯(lián)V-M系統(tǒng)中，晶閘管裝置可以工作在整流或有源逆變狀態(tài)，相應(yīng)的控制角為和。（a） （b）圖4兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)（a）正組整流電動運(yùn)行（b）反組逆變回饋制動在圖4a中，當(dāng)時(shí)，平均整流電壓為正，且理想空載值(為電動機(jī)反電動勢)，所以輸出整流電流，使電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩做電動運(yùn)行，提升重物。此時(shí)表示，正組晶閘管裝置VF處于整流狀態(tài)，給電動機(jī)供電，V-M系統(tǒng)工作在第一象限。當(dāng)電動機(jī)需要回饋制動時(shí)，由于反電動勢的極性未變，要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流，而反向電流是不可能通過VF流通的。這時(shí)，可以

7、利用控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，如圖4b所示，并使它工作在逆變狀態(tài)，產(chǎn)生圖中所示極性的逆變電壓，當(dāng)時(shí)，反向電流便通過VR流通，電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動，V-M系統(tǒng)工作在第二象限。由于VF、VR兩組晶閘管是相互配合的，因此反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)由VR整流供電，反轉(zhuǎn)制動時(shí)由正組的VF實(shí)現(xiàn)回饋制動，歸納起來，可將可逆線路正反轉(zhuǎn)時(shí)晶閘管裝置和電機(jī)的工作狀態(tài)列于表1中。3 直流雙閉環(huán)的作用：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示圖5 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖在該系統(tǒng)中，電流環(huán)的主要作用在于使電流緊緊跟隨其給定電壓（即轉(zhuǎn)速環(huán)的輸出量）變化；對電網(wǎng)電壓的波動起及時(shí)抗擾的作用；在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲

8、得電動機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程；當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用，一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。轉(zhuǎn)速環(huán)在整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，它使轉(zhuǎn)速很快的跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)若采用PI調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)無靜差跟蹤；同時(shí)對負(fù)載的變化起抗擾作用。對于這種雙閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速環(huán)（ASR）和電流環(huán)（ACR）的調(diào)節(jié)器一般采用PI調(diào)節(jié)器，其中PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)基于直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。18第二章 交流調(diào)速系統(tǒng)1 同步電機(jī)特點(diǎn)及矢量控制同步電機(jī)特點(diǎn)：（1）多變量（2）非線性（3）強(qiáng)耦合（4）無法獨(dú)立地調(diào)節(jié)磁通和轉(zhuǎn)矩電流矢量控制：20世紀(jì)70年代SIE

9、MENS公司F.Blaschke等人首次提出了異步電動機(jī)磁鏈定向控制理論；同時(shí)期美國P. C.Custman 與A. A. Clark 申請了有關(guān)感應(yīng)電機(jī)定子電壓坐標(biāo)變換的專利，其中坐標(biāo)變換思想為矢量控制的基礎(chǔ)。此后矢量控制得到不斷擴(kuò)展與完善，逐漸應(yīng)用到同步電動機(jī)上來。其主要思想是效仿直流調(diào)速系統(tǒng)使電機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)矩電流正交解耦，二者獨(dú)立控制。1972德國西門子公司的Bayer提出了同步電動機(jī)磁鏈定向控制的原理，其原理是取電機(jī)的某一磁鏈方向?yàn)閰⒖甲鴺?biāo)軸方向，在此基礎(chǔ)上建立同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通過對電機(jī)的電壓、電流及磁鏈分解、合成、控制，達(dá)到對同步電動機(jī)解耦控制的效果。根據(jù)參考坐標(biāo)軸所選擇的定向磁

10、鏈不同，同步電動機(jī)的定向磁鏈可選轉(zhuǎn)子磁鏈、定子磁鏈、氣隙磁鏈及阻尼繞組磁鏈。同步電動機(jī)矢量控制的關(guān)鍵是對定子電流控制及對磁鏈位置的估算，同步電動機(jī)磁鏈由定子電流和勵(lì)磁電流共同作用形成，通過控制勵(lì)磁電流可使定子電流勵(lì)磁分量isM=0，保持磁鏈幅值不變即可實(shí)現(xiàn)解耦控制。其系統(tǒng)框圖如圖所示，主要有轉(zhuǎn)速閉環(huán)、電流閉環(huán)、磁鏈觀測器、電壓前饋單元、定子逆變器以及轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制回路幾部分組成。同步電動機(jī)磁鏈定向矢量控制具有轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快、速度控制精確、零速時(shí)可實(shí)現(xiàn)全負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。2 調(diào)速系統(tǒng)中的磁鏈調(diào)節(jié)、電流模型及電壓模型磁鏈觀測是基于磁鏈定向同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，其主要目的是得到park變換時(shí)靜止

11、坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的角度和磁鏈閉環(huán)時(shí)反饋磁鏈的幅值。通常采用的磁鏈觀測模型有電流模型、電壓模型以及二者的綜合模型、狀態(tài)觀測器模型等。電流模型電流模型是通過電流求磁鏈，不受電動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，即使電動機(jī)低速甚至零速時(shí)，電流模型照樣能工作。根據(jù)雙反應(yīng)理論，在dq坐標(biāo)系下，磁鏈方程可表示為 (4)其中：Lad，Laq分別為d軸與q軸主電感，LadLaq。由于凸極同步電動機(jī)的氣隙不均勻，且阻尼繞組的存在，磁鏈與電流的關(guān)系為 (5)其中：iµd、iµq分別為分解到d、q軸上的電流分量；Tfd、Tfq分別為阻尼繞組d、q軸的開路時(shí)間常數(shù)；Tfd、Tfq分別為阻尼繞組在d、q軸漏感產(chǎn)生

12、的時(shí)間常數(shù)。由于實(shí)際中Tfd、Tfq都很小，通常忽略不計(jì)，其控制框圖如圖6所示。圖6 同步電動機(jī)磁鏈觀測電流模型凸極同步電動機(jī)實(shí)用電流模型原理是給定磁鏈幅值|*|，根據(jù)反磁化曲線得到對應(yīng)氣隙磁化電流的磁鏈給定幅值*M，與其計(jì)算反饋值比較經(jīng)過一個(gè)PI調(diào)節(jié)器可得iµM*。這里對氣隙磁化電流磁鏈*M進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，主要目的是消除模型中由于定子電流i*sM、i*sT的改變和其它參數(shù)的變化引起的誤差，使氣隙磁鏈跟隨給定值*變化。在MT坐標(biāo)系下，電流關(guān)系為 (6)勵(lì)磁電流表示為 (7)負(fù)載角L和轉(zhuǎn)子位置角之和為磁鏈角s。電流模型控制框圖如圖7所示。圖7電流模型控制框圖電壓模型：傳統(tǒng)的電壓模型如式(

13、8)所示 (8)其中Ls為定子漏感，通常可以省略不計(jì)，取其拉氏變換，即 (9)式(9)可以看出，傳統(tǒng)電壓模型的極點(diǎn)在原點(diǎn)上，對反電動勢非常敏感。設(shè)反電動勢為，其中D為直流分量，把其經(jīng)拉氏變換后代入(9)再進(jìn)行反拉氏變換得 (10)第二項(xiàng)，當(dāng)0/2+K時(shí)，輸出值中總存一定的直流分量；由第三項(xiàng)可知，直流分量隨時(shí)間增長，即使很小的直流分量經(jīng)過一段時(shí)間后也能達(dá)到積分飽和值。3 交交變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：3.1 精確檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及初始位置3.1.1 采用絕對式編碼器測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置該方法需要在同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子上同軸聯(lián)結(jié)一個(gè)絕對式光電編碼器，為提高檢測的可靠性常采用格雷碼式碼盤。5位格雷碼式碼盤如圖8所

14、示，該碼盤低4位輸出頻率依次降低1/2，第5位輸出頻率與第4位輸出頻率相同，但相位相差，實(shí)現(xiàn)相鄰位置并行輸出的5位二進(jìn)制數(shù)只有其中一位發(fā)生變化。同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，碼盤輸出32個(gè)數(shù)，即將轉(zhuǎn)子一周的空間角度32等分，每一等分用5位二進(jìn)制數(shù)字編碼，代表轉(zhuǎn)子的空間位置。每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)所代表的空間電角度為(p為電機(jī)的極對數(shù))。隨著電動機(jī)的極對數(shù)增加，碼盤的分辨率降低，即檢測精度降低。為保證檢測精度必須增加編碼器的位數(shù)，常采用多位(12位)格雷碼絕對式光電編碼器。圖8絕對式光電編碼器3.1.2采用絕對式編碼器測轉(zhuǎn)子初始位置絕對式光電編碼器轉(zhuǎn)子位置檢測是通過分析碼盤并行輸出信號實(shí)現(xiàn)，然而與同步機(jī)轉(zhuǎn)子同

15、軸聯(lián)結(jié)的碼盤將因安裝方向不同而使同一轉(zhuǎn)子位置輸出不同的信號，因此碼盤安裝后電動機(jī)運(yùn)行前，需確定轉(zhuǎn)子的初始位置，即轉(zhuǎn)子軸線d軸與定子A相繞組軸線重合時(shí)碼盤的輸出值，該過程稱為初始定位。初始定位是在電機(jī)空載，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的情況下，三相定子繞組按下列要求通入直流電流： （9）式中，為直流給定值，約為電機(jī)額定電流的1/3。電動機(jī)主回路通電后，電動機(jī)將朝初始位置旋轉(zhuǎn)，且在初始位置作減幅振蕩，待電機(jī)靜止后，碼盤的輸出值即為轉(zhuǎn)子初始位置值。工作原理簡述如下。當(dāng)定子繞組按式（9）通入直流電流時(shí)，由式（10）可得定子電流空間矢量： （10）式(10)表明，定子電流空間矢量的幅值為，且位于A軸上。由電機(jī)學(xué)可知，電動機(jī)

16、的電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子朝定子磁通矢量方向旋轉(zhuǎn)。因定子電流為直流電流，定子磁通矢量靜止不動，且初始定位時(shí)同步電動機(jī)空載，故電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為零，即d軸與A軸重合，此時(shí)碼盤的輸出值即為轉(zhuǎn)子初始位置值。經(jīng)過多次初始定位，即可確定準(zhǔn)確的初始位置值。3.1.3采用增量式編碼器測轉(zhuǎn)子位置使用增量式編碼器實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測的方法如下：假定它在旋轉(zhuǎn)過程中給定時(shí)間內(nèi)給出脈沖數(shù)目為，則電機(jī)轉(zhuǎn)速可表示為：式中：為光電編碼盤每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)。假定電機(jī)在靜止時(shí)轉(zhuǎn)子的初始位置角(電角度)是，電機(jī)的極對數(shù)為p，則從靜止開始經(jīng)過時(shí)間后的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置(機(jī)械角)與電機(jī)速度之間的關(guān)系為 （11）若用電角度表示，則為 （12）在第

17、個(gè)采樣時(shí)間結(jié)束后，即第個(gè)采樣值為 （13）式中，為自然數(shù)；為第個(gè)采樣周期的脈沖計(jì)數(shù)值。只要知道電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置角，則轉(zhuǎn)子任意時(shí)刻的位置都可通過式（13）求得。3.1.4 采用增量式編碼器測轉(zhuǎn)子初始位置采用增量式光電編碼器測轉(zhuǎn)子初始位置與采用絕對式編碼器測轉(zhuǎn)子初始位置的原理基本相同。同樣的，初始定位是在電機(jī)空載，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的情況下，三相定子繞組按式（9）通入直流電流。電動機(jī)主回路通電后，電動機(jī)將朝初始位置旋轉(zhuǎn)，且在初始位置作減幅振蕩，待電機(jī)靜止后，記錄碼盤的輸出脈沖個(gè)數(shù)，則轉(zhuǎn)子的初始位置角。經(jīng)過多次初始定位，即可確定準(zhǔn)確的初始位置值。這里要注意，由于電機(jī)在初始位置振蕩，因此需注意的測量要采用無誤

18、差測量的電路結(jié)構(gòu)。3.2 精確檢測定子電壓和電流電機(jī)矢量控制中主要需要檢測的物理量有定子電流，直流側(cè)電壓，轉(zhuǎn)速等信號，這些電量的獲取依靠電流及電壓傳感器得以實(shí)現(xiàn)。由于LEM傳感器具有檢測精度高、線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、共模抑制比高等優(yōu)點(diǎn)，因此控制系統(tǒng)多采用霍爾傳感器來檢測電壓、電流。電流傳感器采用LEM公司的LA28-NP，電流在原邊與副邊回路之間是絕緣的，可以通過改變原邊與副邊繞組的匝數(shù)比實(shí)現(xiàn)電流精確測量。接線原理圖如圖9所示。圖9 LA28-NP電流傳感器的接法電壓傳感器較多采用LEM公司的LV28-P，其原邊與副邊之間是絕緣的。LV28-P原邊電壓的測量范圍為10500V，轉(zhuǎn)換率為250

19、0：1000，其接線原理圖如圖10所示。圖10 LV28-P電壓傳感器的接法第三章 變流器主回路及其保護(hù)電路1 高壓開關(guān)柜高壓開關(guān)柜是按一定的線路方案將有關(guān)一、二次設(shè)備組裝而成的一種高壓成套配電裝置。在發(fā)電廠和變配電所中用于控制和保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器和高壓線路，也可用于起動和保護(hù)大型高壓交流電動機(jī)。柜中安裝有高壓開關(guān)電器（斷路器、隔離開關(guān)、接地閘刀）、保護(hù)電器、監(jiān)測儀表、支持絕緣子和母線等。其中高壓斷路器為主體，所用的斷路器有少油斷路器、真空斷路器和SF6斷路器等。目前國內(nèi)應(yīng)用的高壓開關(guān)柜大量的為10kV電壓級，35kV者較少，63kV的小車柜剛起步。高壓開關(guān)柜有固定式和手車式兩大類型。由于固定

20、式高壓開關(guān)柜較為經(jīng)濟(jì)，所以應(yīng)用比較廣泛，其型號為GG-1A型。這種開關(guān)柜現(xiàn)在大多數(shù)都規(guī)定裝設(shè)了防止電氣誤操作的閉鎖裝置，即“五防”：防止誤跳、誤合斷路器；防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)；防止帶電掛接地線；防止帶接地線合隔離開關(guān)；防止人員誤入帶電間隔。手車式高壓開關(guān)柜的特點(diǎn)是，高壓斷路器等主要電力設(shè)備是裝在可以拉出和推入開關(guān)柜的手車上，這些設(shè)備需要檢修時(shí)，可隨時(shí)拉出，再推入同類備用手車，即可恢復(fù)供電。因此采用手車式開關(guān)柜，較之采用固定式開關(guān)柜，具有檢修安全，并可大大縮短停電時(shí)間等顯著優(yōu)點(diǎn)。所以從發(fā)展來看，手車式高壓開關(guān)柜的應(yīng)用將日益廣泛；但目前由于其價(jià)格昂貴，還不能替代固定式高壓開關(guān)柜。高壓開關(guān)柜由柜

21、體和斷路器兩大部分組成，具有架空進(jìn)出線、電纜進(jìn)出線、母線聯(lián)絡(luò)等功能。柜體由殼體、電器元件（包括絕緣件）、各種機(jī)構(gòu)、二次端子及連線等組成（開關(guān)柜應(yīng)滿足GB/T 39063-35kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)要求）。高壓開關(guān)柜組成：1、 柜體材料（1） 冷扎鋼板或角鋼（用于焊接柜）。（2） 敷鋁鋅鋼板或睹鋅鋼板（用于組裝柜）。（3） 不銹鋼板（不導(dǎo)磁性）。（4） 鋁板（不導(dǎo)磁性）。2、 柜體功能單元（1） 主母線室（一般主母線布置按“品”字形或“1”字形兩種結(jié)構(gòu)）。（2） 斷路器室。（3） 電纜室。（4） 繼電室和儀表室。（5） 柜頂小母線室。（6） 二次端子室。3、 柜內(nèi)電器元件柜內(nèi)常用一次電

22、氣元件（主回路設(shè)備），如下所示：（1） 電流互感器簡稱TA（如LZZBJ9-10）。（2） 電壓互感器簡稱TV（如JDZJ-10）。（3） 接地開關(guān)（如JN15-12）。（4） 避雷器（也稱阻容吸收器，如HY5WS單相型，TBP、JBP組合型）。（5） 隔離開關(guān)（如GN19-12、GN30-12、GN25-12）。（6） 高壓斷路器（如真空型（Z）。（7） 高壓接觸器（如JCZ3-10D/400A型）。（8） 高壓熔斷器（如RN2-12、XRNP-12、RN1-12）。（9） 變壓器（如SC（L）系列干式變壓器、S系列油浸式變壓器）。（10） 高壓帶電顯示器（如GSN-10Q）。（11） 絕緣

23、件（如穿墻套管、觸頭器、絕緣子、絕緣熱縮（冷縮）護(hù)套）。（12） 主母線和分支母線。（13） 高壓電抗器（如串聯(lián)型（CKSC）和起動電機(jī)型（QKSG）。（14） 負(fù)荷開關(guān)（如FN26-12（L）、FN16-12（Z）。（15） 高壓單相并聯(lián)電容器（如BFF12-30-1）。柜內(nèi)常用的主要二次元件（又稱二次設(shè)備或輔助設(shè)備）是指對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、測量、調(diào)整和保護(hù)的低壓設(shè)備。常見的有繼電器、電能表、電流表、電壓表、功率表、功率因數(shù)表、頻率表、熔斷器、低壓斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、信號燈、電阻、按鈕、微機(jī)綜合保護(hù)裝置等。為保證高壓開關(guān)柜能夠安全運(yùn)行，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間

24、和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響，即為繼電保護(hù)。繼電保護(hù)有以下幾種：（1）過電流保護(hù)：1、速斷電流保護(hù)：用于保護(hù)本開關(guān)以后的母排、電纜的短路故障。2、定時(shí)限電流保護(hù)：用于下一電壓級別的短路保護(hù)。3、反時(shí)限電流保護(hù)：作用與定時(shí)限電流保護(hù)相同，但靈敏度比定時(shí)限電流保護(hù)高。4、電壓閉鎖過電流保護(hù)：防止越級跳閘和誤跳閘，提高供電可靠性。5、縱聯(lián)差動電流保護(hù)：專用于變壓器內(nèi)部故障保護(hù)。6、長延時(shí)過負(fù)荷保護(hù)：用于保護(hù)專用設(shè)備或者電網(wǎng)的過負(fù)荷運(yùn)行，首選發(fā)信，其次跳閘。（2）零序電流保護(hù)：1、零序電流速斷保護(hù)：保護(hù)線路

25、和線路后側(cè)設(shè)備對地短路、嚴(yán)重漏電故障。2、定時(shí)限零序電流保護(hù)：保護(hù)線路和線路后側(cè)設(shè)備的輕微對地短路和小電流漏電，監(jiān)測絕緣狀況?？梢赃x擇作用于跳閘或發(fā)信。（3）過電壓保護(hù)：1、雷電過電壓保護(hù)。2、操作過電壓保護(hù)。兩種過電壓通常都是用避雷器來保護(hù)，可防止線路或設(shè)備絕緣擊穿。3、設(shè)備異常過電壓保護(hù)：通過電壓繼電器和綜保定值整定來實(shí)現(xiàn)跳閘或發(fā)信，用于保護(hù)設(shè)備在異常過壓下運(yùn)行造成的發(fā)熱損壞。（4）低電壓保護(hù)：瞬時(shí)低電壓保護(hù)只發(fā)信不跳閘，用于避免瞬間短路或大負(fù)荷啟動造成的正常設(shè)備誤跳閘。俗稱躲晃電。（5）非電量保護(hù)：1、重瓦斯保護(hù)：用于變壓器內(nèi)部強(qiáng)短路或拉弧放電的嚴(yán)重故障保護(hù)。選擇跳閘。2、輕瓦斯保護(hù)：用

26、于變壓器輕微故障的檢測，選擇發(fā)信報(bào)警。3、溫度保護(hù)：用于檢測變壓器頂層油溫監(jiān)測，輕超溫發(fā)信報(bào)警，重超溫跳閘。以上保護(hù)都是針對一次側(cè)設(shè)計(jì)的保護(hù)。二次側(cè)的保護(hù)：（1）直流失壓保護(hù)，用于變電所直流設(shè)備故障時(shí)防止設(shè)備在保護(hù)失靈狀況下運(yùn)行。一般設(shè)備通常選擇發(fā)信報(bào)警。重要設(shè)備選擇跳閘。（2）臨柜直流消失保護(hù)，用于監(jiān)測相鄰高壓柜的直流電壓狀態(tài)，選擇發(fā)信報(bào)警。隨著技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)的內(nèi)容越來越多，供人們在不同情況下選用。目前使用的微機(jī)型綜合保護(hù)器內(nèi)都設(shè)計(jì)了各種保護(hù)功能，可以通過控制字的設(shè)定很方便地選擇所需要的保護(hù)功能組合。2 整流變壓器變流器是使電源系統(tǒng)的電壓、頻率、相數(shù)和其他電量或特性發(fā)生變化的電器設(shè)備。

27、變流器主回路包括整流電路（交流變直流<AC/DC>）、逆變電路（直流變交流<DC/AC>)、交流變流電路(交流變頻器<AC/AC>)和直流變流電路（直流斬波器<DC Chopper>）。在整流環(huán)節(jié)通常使用整流變壓器，整流變壓器是整流設(shè)備的電源變壓器。整流設(shè)備的特點(diǎn)是原邊輸入交流電壓，而副邊輸出通過整流元件后輸出的直流電壓。整流變壓器是專供整流系統(tǒng)的變壓器，具有以下兩種功能：供給整流系統(tǒng)適當(dāng)?shù)碾妷?；減小因整流系統(tǒng)造成的波形畸變對電網(wǎng)的污染。作為整流裝置電源用的變壓器稱為整流變壓器。工業(yè)用的整流直流電源大部分都是由交流電網(wǎng)通過整流變壓器與整流設(shè)備而得

28、到的。在工業(yè)用的整流直流電源大部分是由交流電網(wǎng)通過整流變壓器與整流器所組成的整流設(shè)備而得到的。在高度現(xiàn)代化的今天，幾乎在每一個(gè)領(lǐng)域都能直接地或間接地看到它的巨大用途。2.1 整流變壓器與電力變壓器的主要區(qū)別整流變壓器的主要用途如下：電化學(xué)工業(yè)；牽引用直流電源；傳動用直流電源；直流輸電用直流供電；電鍍用或電加工用直流電源；勵(lì)磁用直流電源；充電用直流電源；靜電除塵用直流電源。而電力變壓器主要用于電力系統(tǒng)和日常照明和工廠動力用。整流變壓器和電力變壓器相比，雖然在原理、外觀和結(jié)構(gòu)方面有相似之處，但由于其多樣性，在設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)方面都有其特點(diǎn)：1、 對等效相數(shù)的要求為了提高電能質(zhì)量，整流變壓器輸出電壓

29、波形不像電力變壓器，在一個(gè)周期內(nèi)只有三個(gè)正弦脈波，而是根據(jù)網(wǎng)側(cè)電壓和裝機(jī)容量確定每臺變壓器在一個(gè)周期內(nèi)的脈波數(shù)，大型整流變壓器的脈波數(shù)至少為6個(gè)，最多可達(dá)12個(gè)，以滿足水電部1984年頒發(fā)的電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定的要求。所謂等效相數(shù)即為一周期內(nèi)的脈波數(shù)P。P=6，就是等效相數(shù)為6。2、 輸出電壓方面的差異（1）稱呼上的差異 ：由于和整流器的緊密結(jié)合，整流變壓器輸出電壓稱為閥側(cè)電壓。其名稱起因于二極管的單向?qū)щ娦?。?）計(jì)算方法的差異：由于整流裝置負(fù)載電流的波形各異，其輸出電流的計(jì)算方法不僅與電力變壓器有很大不同，而且不同的整流電路，其計(jì)算方法也不一樣。3、 設(shè)計(jì)、制造方面存在差異由于整流變壓

30、器與電力變壓器在用途方面的差異，因此在設(shè)計(jì)和制造方面也和電力變壓器有很大的不同：考慮了整流變壓器的工況，整流變壓器在選用電流密度和磁通密度方面均取得較低；阻抗也取得略大。在繞組的結(jié)構(gòu)方面，閥側(cè)有時(shí)要求有兩個(gè)繞組，分別供給正、反向傳動或正向傳動、反向制動。在制動時(shí)，變流裝置處于逆變工作狀態(tài)；變壓器如有諧波方面的要求，要在繞組之間放置具有接地端子的屏蔽層；采用加強(qiáng)壓板和撐條、加大油道等多種措施提高繞組抗短路的能力；另外，在散熱方面通常要比電力變壓器相比在設(shè)計(jì)和制造時(shí)考慮的更大的裕度。4、 標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)方法不一樣整流變壓器除了按電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)（如GB1094-1996，GB1094.3-2003，G

31、B1094.5-2003電力變壓器GB/T6451）外，還要按JB/T8636-1997電力變流變壓器來執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)要求和技術(shù)參數(shù)允許偏差都與電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)不一樣。詳見JB/T8636-1997電力變流變壓器。整流變壓器的主要型式包括油浸、干式和干式環(huán)氧樹脂澆注。2.2 整流變壓器的保護(hù)整流變壓器的保護(hù)包括冷卻保護(hù)、整流裝置保護(hù)。冷卻系統(tǒng)為強(qiáng)迫油循環(huán)油-水”散熱方式。整套系統(tǒng)設(shè)相應(yīng)故障報(bào)帶信號，并通過主控室DCS系統(tǒng)反應(yīng)。整流裝置保護(hù)為整流變壓器網(wǎng)側(cè)設(shè)速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)、輕重瓦斯及油溫保護(hù)，閥側(cè)設(shè)過電壓吸收裝置。整流設(shè)備高壓斷路器及有載分接開關(guān)的操作設(shè)在主控室的變壓器控制屏上

32、或操作臺上，電流調(diào)節(jié)在主控室的整流器控制屏上或操作臺上完成。整流裝置的電流及電壓指示、事故及預(yù)告信號等送人DCS系統(tǒng)顯示和報(bào)警。三、整流變壓器容量計(jì)算整流變壓器有功功率： 式中，Ud為直流電機(jī)電樞電壓，Id為直流電機(jī)電樞電流。整流變壓器容量即視在功率：式中，UE是整流變壓器二次線電壓，IE是整流變壓器二次線電流。視在電流可表示為式中，0.816為整流電流與交流線電流變換系數(shù)。整流變壓器容量可表示為當(dāng)Ud =660V時(shí)，設(shè)計(jì)直流電控時(shí)為保證整流變壓器安全，通常采用兩種辦法：一種是降低整流變壓器二次線電壓UE=660-30=630V，這是以犧牲一小部分直流電機(jī)功率來保證整流變壓器安全；另外一種保護(hù)

33、整流變壓器安全的辦法是維持直流電機(jī)功率不變，提高整流變壓器二次線電壓UE=660+30=690V，即提高整流變壓器的功率。若所選直流電機(jī)功率余量較大時(shí)，采用第一種方法；若所選直流電機(jī)功率余量較小時(shí)，采用第二種方法。舉例說明，初軋機(jī)主機(jī)直流電動機(jī)750kW，電樞電壓660VDC，電樞電流1250A，效率取90%，負(fù)荷率取100%，在正常軋制過程中平均最低電樞電壓取500VDC。1、第一種方法:整流變壓器容量：經(jīng)驗(yàn)公式整流變壓器容量： 圓整為1150kVA。2、第二種方法：整流變壓器容量：經(jīng)驗(yàn)公式整流變壓器容量：圓整為1250kVA。兩種辦法整流變壓器容量相100kVA。由于軋機(jī)上使用的直流電機(jī)的

34、功率因數(shù)在0.50.75之間，效率不超過90%，故大多數(shù)設(shè)計(jì)者采用第一種方法。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，直流系統(tǒng)變壓器容量=(1.6-1.8)電機(jī)容量；交-交變頻系統(tǒng)變壓器容量=1.6電機(jī)容量；交-直-交變頻系統(tǒng)變壓器容量=1.2電機(jī)容量。3 平波電抗器平波電抗器用于整流之后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。直流輸電的換流站都裝有平波電抗器，使輸出的直流接近于理想直流。直流供電的晶閘管電氣傳動中，平波電抗器也是不可少的。平波電抗器與直流濾波器一起構(gòu)成高壓直流換流站直流側(cè)的直流諧波濾波回路。平波電抗器一般串接在每個(gè)極換流器的

35、直流輸出端與直流線路之間，是高壓直流換流站的重要設(shè)備之一。平波電抗器和直流濾波器一起構(gòu)成直流T型諧波濾波網(wǎng)，減小交流脈動分量并濾除部分諧波，減少直流線路沿線對通信的干擾和避免諧波使調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。平波電抗器還能防止由直流線路產(chǎn)生的陡波沖擊進(jìn)入閥廳，使換流閥免遭過電壓的損壞。當(dāng)逆變器發(fā)生某些故障時(shí)，可避免引起繼發(fā)的換相失敗?？蓽p小因交流電壓下降引起逆變器換相失敗的機(jī)率。當(dāng)直流線路短路時(shí)，在整流側(cè)調(diào)節(jié)配合下，限制短路電流的峰值。電感值并不是越大越好，因?yàn)殡姼械脑龃髮χ绷鬏旊娤到y(tǒng)的自動調(diào)節(jié)特性有影響。在直流輸電系統(tǒng)中，當(dāng)直流電流發(fā)生間斷時(shí)，會產(chǎn)生較高過電壓，對絕緣不利，使控制不穩(wěn)定。平波電抗器通過限制由快速電壓變化所引起的電流變化率來防止直流電流的間斷，從而降低換流器的換相失敗率。練習(xí)題一、填空1、晶閘管直流電機(jī)傳動系統(tǒng)整流電路主要有 6脈動電樞換向 、串聯(lián)12脈動電樞換向和并聯(lián)12脈動電樞換向 三種形式。2、串聯(lián)12脈動電樞換向整流裝置可以實(shí)現(xiàn) 全載半速 應(yīng)急運(yùn)行方式。3、與直流傳動和交-交變頻傳動方式相比，交-直-交變頻傳動具有 功率因數(shù)高 和 諧波小 等顯著優(yōu)點(diǎn)。4、直流電機(jī)可以通過 改變電樞電壓 、改變電樞電阻 和 改變磁通(答改變勵(lì)磁電流也算對) 三種方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速。5、交-交變頻礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)主回路接線形式可以分為 6脈動 和 2