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基于光纤触发的无触点有载自动调压技术的研究

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基于光纤触发的无触点有载自动调压技术的研究

作者：李丽贞东北农业大学

学位级别：硕士

电网电压存在波动,负荷变化也会影响电网电压,从而不利于用电设备长期稳定运行。在无功功率充足的情况下,变压器调压是最直接有效的稳压措施。本课题所在项目“无触点有载自动调压配电变压器”研制出一种以反并联晶闸管为分接开关的无... 详细信息

电网电压存在波动,负荷变化也会影响电网电压,从而不利于用电设备长期稳定运行。在无功功率充足的情况下,变压器调压是最直接有效的稳压措施。本课题所在项目“无触点有载自动调压配电变压器”研制出一种以反并联晶闸管为分接开关的无触点有载调压配电变压器,其容量为50k VA,使之带不同性质负荷进行试验,最终解决了样机调压可靠性问题,并达到了稳压目的。然而,变压器高压侧绕组如果发生单相接地故障,位于高压侧的反并联晶闸管和低压侧的控制系统间将承受较大的高压侧相电压。当前所使用的位于接口处的电源变压器及光电耦合器的绝缘效果无法满足该耐压要求。光纤具有良好绝缘效果,在晶闸管的触发问题上具有一定的应用价值与发展潜力。本文所进行的基于光纤触发的无触点有载自动调压技术的研究就是利用光纤触发技术以彻底解决变压器高低压侧绝缘问题。调压系统以STC89C52RC单片机为控制中心,将采集处理后所得的低压侧相电压与设定的额定值作比较,根据需要发出控制信号经光纤传送给高压侧的触发电路以完成分接开关的切换,起到有载自动调压的作用,稳定变压器输出电压。本文以高耐压的反并联晶闸管为分接开关,设计了四种主接线方案。通过方案的选择比较,最终确定了全电力电子式主电路设计,该设计采用光纤触发反并联晶闸管及光纤触发双向晶闸管启动机构,不仅解决了变压器高低压侧间电气隔离问题,同时也克服了机械触点固有缺陷。通过分析变压器不平衡运行时高压侧各相电压偏移中性点程度,同时根据实际需要,确定了晶闸管的型号,并设计了RC缓冲保护电路。光纤采用了配套的HFBR-1521型发送器、HFBR-2521接收器。本文设计了反并联晶闸管光纤触发电路,同时设计了基于光纤触发的启动电路。通过光纤进行控制信号的传输,保证了变压器高低压侧的良好电气隔离效果。触发电路与启动电路可靠运行的重难点在于高压直流电源的获取。本设计利用加在处于截止状态下的分接开关的交流电压进行整流滤波稳压得到所需直流电源。根据运行原理,针对电子元器件进行了选型及参数设置,并通过实验验证。在控制单元上,从硬件系统与软件系统入手,分别在原有基础上加于改进,以配合光纤触发信号。由于启动机构与触发电路在给与光信号的情况下动作恰好相反,故在分接开关转换子程序中加以修改,以使反并联晶闸管与双向晶闸管正确动作,完成启动与调压的过程。在实验室模拟试实验中,先后进行了反并联晶闸管光纤触发实验、光纤触发启动实验及整体实验,结果表明基于光纤触发的无触点有载自动调压装置能够实现基本调压功能,并且解决了配电变压器高低压侧电气隔离问题,这对于现今全电力电子型有载调压变压器推广使用具有重要意义。

关键词：无触点有载调压变压器反并联晶闸管光纤触发启动机构

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高压软起动装置光纤触发及控制系统设计研究

高压软起动装置光纤触发及控制系统设计研究

作者：童玲上海交通大学

学位级别：硕士

在发达的工业化国家,三相感应电动机消耗了大约70%的电能。电机直接起动对电网和其自身均存在较大的冲击,消耗了大量电能。因此,对异步电动机实施有效控制,保证电机的节能运行,避免电机对电网造成冲击,使之安全经济运行,具有非常重要的... 详细信息

在发达的工业化国家,三相感应电动机消耗了大约70%的电能。电机直接起动对电网和其自身均存在较大的冲击,消耗了大量电能。因此,对异步电动机实施有效控制,保证电机的节能运行,避免电机对电网造成冲击,使之安全经济运行,具有非常重要的意义。软起动装置以其起动平稳、冲击电流小、无触点、节能等特点,在电气传动中得到了广泛的应用。我国基于晶闸管的固态软起动装置已广泛用于低压(如380V)电机起动,而对于高压系列,由于技术层面的原因,大部分则是依赖进口。论文研究设计了基于晶闸管的高压电动机软起动装置。本文首先介绍了基于晶闸管的软起动技术的国内外发展动态,对电动机的软起动控制原理进行了理论描述,并对转矩控制起动方式做了详尽的MATLAB仿真分析,验证了该方法的优越性。然后从提高软起动装置的电压等级出发,研究了当前常见晶闸管触发系统的原理和优缺点,提出了间接光纤触发技术解决晶闸管串联均压问题的方法,同时详细阐述了该光纤触发系统下的工作原理、主体电路设计以及取能电路和触发驱动电路的设计。在硬件方面采用了以十六位单片机MC9S12XS128为核心的低压控制系统硬件设计,在软件设计部分,着重介绍了转矩控制起动方式下的增量PID算法的程序设计。最后,详细介绍了Freescale Code Warrior IED开发环境,并进行了电路调试和样机试验,验证了控制电路的正确性,且所设计的软起动装置能取得良好的控制效果。

关键词：高压软起动转矩控制晶闸管串联光纤触发 MC9S12XS128

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无触点有载调压配电变压器光纤启动方案

电力自动化设备 2016年第2期36卷 89-94页

作者：赵玉林李丽贞李海凤赵琦东北农业大学电气与信息学院黑龙江哈尔滨150030 国网哈尔滨供电公司变电检修室黑龙江哈尔滨150036

提出一种以双向晶闸管(TRIAC)作为启动开关,基于光纤触发的无触点有载调压配电变压器启动方案。该方案中启动电路与变换分接头时的过渡回路共用1个支路:上电时该支路投入,启动变压器工作;变换分接头时,该支路投入,将过渡电阻串入分接头... 详细信息

提出一种以双向晶闸管(TRIAC)作为启动开关,基于光纤触发的无触点有载调压配电变压器启动方案。该方案中启动电路与变换分接头时的过渡回路共用1个支路:上电时该支路投入,启动变压器工作;变换分接头时,该支路投入,将过渡电阻串入分接头变换过渡回路,限制环流。启动或分接头变换完成后,TRIAC截止,该支路退出。双向晶闸管触发电路采用高压自取能随机触发方式,电路简单,工作可靠。针对该方案进行了主要电子元件的选型及参数的设计并进行了模拟实验。实验结果表明,该方案的电路设计及元件参数选择方法能满足无触点有载调压配电变压器对启动单元和过渡支路的要求。

关键词：有载调压变压器启动单元双向晶闸管光纤触发自取能

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基于dsPIC的智能无触点开关控制器设计

高压电器 2009年第2期45卷 99-101,105页

作者：黄志方牟龙华同济大学电气工程系上海201804

笔者设计了一种智能无触点开关控制器,该控制器是由智能微控制器dsPIC和电力电子器件IGCT组成的一种新型开关器件。与电磁式有触点开关相比,具有无触点、快速、无火花、低开关损耗、可靠性高、使用寿命长等特点,并且通过微控制器实现对... 详细信息

笔者设计了一种智能无触点开关控制器,该控制器是由智能微控制器dsPIC和电力电子器件IGCT组成的一种新型开关器件。与电磁式有触点开关相比,具有无触点、快速、无火花、低开关损耗、可靠性高、使用寿命长等特点,并且通过微控制器实现对开关的监控和保护。整个开关控制器系统实现了控制功能、保护功能、测量功能、显示功能。

关键词：无触点开关 dsPIC IGCT 光纤触发

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冲击波超压测试系统的时基高精度同步

探测与控制学报 2023年第1期45卷 119-123页

作者：刘宇李顺李新娥裴东兴中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学电气与控制工程学院山西太原030051

针对存储式冲击波超压测试系统时基不能高精度同步的问题,提出一种光纤触发与高精度算法结合的处理方法。利用光纤对不同装置同时发出触发信号,实现多个装置的同步触发;计数频率远大于测试装置的采样频率,对触发时刻和触发后第一个采样... 详细信息

针对存储式冲击波超压测试系统时基不能高精度同步的问题,提出一种光纤触发与高精度算法结合的处理方法。利用光纤对不同装置同时发出触发信号,实现多个装置的同步触发;计数频率远大于测试装置的采样频率,对触发时刻和触发后第一个采样时刻之间的时间间隔进行计数;对相邻两个采样点之间进行插值处理,根据计数值N确定测试数据在时间轴上的位置,实现时基的高精度同步。该方法可使得测试系统在12 m布场距离处触发响应时间小于150 ns,测试系统的时间误差为30 ns,测试装置之间的同步误差为20 ns。该方法提高了测试系统的测量精度,可为冲击波传播规律的研究提供依据。

关键词：冲击波超压测试光纤触发高精度算法测量精度时基同步

高压晶闸管阀在牵引供电网自动过分相中的应用研究

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高压晶闸管阀在牵引供电网自动过分相中的应用研究

作者：张斌湖南大学

学位级别：硕士

随着我国电气化铁路的进一步提速和重载铁路的发展，过电分相问题成为了急需解决的关键性技术问题之一。本文以“牵引供电系统晶闸管阀自动过分相装置研制”项目为基础，研究了高压晶闸管阀在牵引供电网自动过分相中的应用，解决了高压... 详细信息

随着我国电气化铁路的进一步提速和重载铁路的发展，过电分相问题成为了急需解决的关键性技术问题之一。本文以“牵引供电系统晶闸管阀自动过分相装置研制”项目为基础，研究了高压晶闸管阀在牵引供电网自动过分相中的应用，解决了高压晶闸管阀在牵引供电网自动过分相装置中的应用设计及其控制问题。本文首先综述了国内外自动过电分相的方式及应用研究现状，并以地面开关转换方式为本文的研究对象，通过仿真和实验，分析了这种方式产生过电压的机理，以此为基础，提出了以晶闸管阀控制电网电源投入时刻的自动过分相方案。论文对高压晶闸管阀在自动过分相应用中的技术条件进行了分析。以此为基础，合理选择了所用的高压晶闸管元件，计算了所需元件的串联个数，对类似于脉冲负荷下的晶闸管耗散功率进行了计算，并选择了元件的散热器，预计了元件的温升。论文详细分析了多个晶闸管元件串联工作的动态过程，设计了晶闸管的吸收电路和过压保护电路，建立了反映多个晶闸管元件串联工作动态过程的PSPICE仿真模型，并通过仿真分析验证了所设计电路的有效性。论文采用间接光纤触发方式作为高压晶闸管阀的触发隔离系统，很好地解决了系统的高低压隔离问题，大大提高了控制信号的传输抗干扰能力和可靠性，并设计了相应的晶闸管门极电子电路。论文研制开发了高压晶闸管阀的实时监控系统，对系统的过流、过压等故障及晶闸管阀的元件击穿、过压保护动作等状态进行监控，并对其硬件电路和软件结构进行了说明。最后论文对高压晶闸管阀在实验室进行的各种试验进行了分析总结，试验结果表明，该高压晶闸管阀绝缘结构合理，触发和关断可靠，元件在各种工况下的均压一致性良好，过压保护电路动作迅速，达到了在牵引供电网自动过分相装置应用中的技术要求。

关键词：电气化铁道过分相高压晶闸管阀光纤触发

基于数字化控制的磁阀式可控电抗器的设计与开发

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基于数字化控制的磁阀式可控电抗器的设计与开发

作者：张海涛山东大学

学位级别：硕士

近年来,磁阀式可控电抗器在铁路电力线路、电网线路和风力发电场上大量应用,并且在高压、超高压应用上也取得了突破性进展,现成为静止型动态无功补偿研究中的热点方向之一。本文针对动态无功补偿的应用设计开发了一套高性能的磁阀... 详细信息

近年来,磁阀式可控电抗器在铁路电力线路、电网线路和风力发电场上大量应用,并且在高压、超高压应用上也取得了突破性进展,现成为静止型动态无功补偿研究中的热点方向之一。本文针对动态无功补偿的应用设计开发了一套高性能的磁阀式可控电抗器。首先分析了磁阀式可控电抗器的结构原理和工作特性,使用SIMULINK对其工作过程进行了仿真,结合变电站现场应用需求情况分析,得到了磁阀式可控电抗器的设计要求。其次,对于本体,采用小截面铁心和极限磁饱和技术,设计出了单相四柱铁心结构形式;对于控制器,以DSP和CPLD器件为核心,设计出完整的控制器软硬件系统。在硬件系统设计中,除了充分考虑功能实现的完整性外,还根据工程研发的具体特点,进行了全面的电磁兼容设计,确保硬件系统能够满足工业现场的使用要求。系统软件包含两个部分：一是CPLD软件程序,负责控制功能实现;二是DSP软件程序,负责电量采集、控制算法、人机交互等功能的实现。其中,重点对交流采样离散算法进行了详细的推导,使用MATLAB对其进行了仿真验证,并以此编写了DSP的软件程序。软件中还对对控制算法和移相控制电路描述程序的设计进行了具体的论述。最后按国标要求对磁阀式可控电抗器系统进行了严格的试验,试验项目有：测量精度试验、电磁兼容试验、空载试验和负载试验等。检验结果表明,本文设计的磁阀式可控电抗器系统在测量精度、动态响应时间、控制性能等方面完全达到国标和现场运行要求。本文研究的磁控式可调电抗器通过控制磁路的饱和程度达到控制电抗器容量的效果,采用对称结构,具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高、价格低廉、占地面积小等显著优点,是理想的动态无功补偿和电压调节设备。

关键词：无功补偿磁阀式可控电抗器光纤触发控制器数字信号处理器

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基于变阻靶网的多通道破片测速系统研究

基于变阻靶网的多通道破片测速系统研究

作者：马竹新中北大学

学位级别：硕士

在常规爆炸破片测速试验中,梳状靶测速法限于测试原理采用铜箔裸露的印制板,爆炸时破片的不规则触靶和强烈的电磁脉冲会使靶网梳齿状铜箔存在多次瞬态通断进而产生虚假波形;再者传统破片测速系统多采用缠绕在战斗部上的线缆作为信号外触... 详细信息

在常规爆炸破片测速试验中,梳状靶测速法限于测试原理采用铜箔裸露的印制板,爆炸时破片的不规则触靶和强烈的电磁脉冲会使靶网梳齿状铜箔存在多次瞬态通断进而产生虚假波形;再者传统破片测速系统多采用缠绕在战斗部上的线缆作为信号外触发,电磁脉冲可直接通过该导线传输,造成信号通断失真甚至导致仪器无法正常工作。针对上述破片测速系统的不足,设计了一种基于变阻靶网的多通道破片测速系统。该系统设计并采用了多回路的变阻靶网,利用破片着靶产生的阻抗变化来区分破片着靶时刻,有效避免了因电磁干扰造成的瞬间通断对破片着靶时刻的影响。系统采用光纤作为触发绕弹线缆和多台测速仪级联的触发线缆,从原理上隔绝了电磁干扰的传输途径;在调理电路设计上,采用了双电源供电和隔离式模拟信号调理电路进一步保证了测试系统的可靠工作。从控制角度而言,该系统以FPGA作为主控制芯片,采用了多路复用器分时复用A/D转换器的采集策略,并以DDR+SD NAND分别作为多通道数据的缓存和最终存储单元,降低了功耗和体积的同时增加了可靠性。此外,文中还着重介绍了采集编码、存储读写、接口传输等基于FPGA的时序设计,并从协议分析、时序仿真等角度验证了控制逻辑的正确性。最后对A/D采样、接口通信、通道噪声等进行了测试,结合实弹测试进一步验证了系统功能的可行性。测试结果表明:基于变阻靶网的多通道破片测速系统满足指标要求,信号的采集、处理、存储、传输功能完善且多个测速仪可级联触发,具备可扩展性和灵活性。实弹试验表明该测速系统破片着靶信号特征清晰易于鉴别,测试数据准确,能够满足常规靶场破片速度测试需求,在破片测速领域可以推广应用。

关键词：破片测速变阻靶网光纤触发多通道采集存储

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配电变压器无触点有载自动调容技术的研究

配电变压器无触点有载自动调容技术的研究

作者：李继昌东北农业大学

学位级别：硕士

农村电网负荷波动大,因此造成变压器时而满负荷甚至过负荷,时而轻载甚至空载。变压器的损耗是由铁损和铜损两部分构成。若变压器容量不变而负荷变化,必将造成铁损和铜损的比例也不同,使变压器的损耗发生变化,所以,为使变压器的损耗较小... 详细信息

农村电网负荷波动大,因此造成变压器时而满负荷甚至过负荷,时而轻载甚至空载。变压器的损耗是由铁损和铜损两部分构成。若变压器容量不变而负荷变化,必将造成铁损和铜损的比例也不同,使变压器的损耗发生变化,所以,为使变压器的损耗较小,必须当负荷变化超过一定范围时,改变变压器的容量,即变压器的容量应该根据负荷的大小而变化。变压器容量的改变是通过触发调容开关的通断来完成的,在调容开关进行触发动作后,改变配电变压器高压侧与低压侧绕组的连接关系,从而改变配电变压器上匝数的数量关系,达到调容的目的。为了达到降低这种调容变压器损耗带来的经济损失的目的,本文以无触点有载自动调容分接开关及其触发方式作为研究对象,该调容分接开关由两个晶闸管反并联构成,智能控制器根据检测部分收集到的实时负荷数据,控制调容分接开关的导通与关断,进行高压侧D、Y转换和低压侧串并联变换,实现有载自动调容,使得变压器容量符合用户端负荷大小,降低变压器空载损耗。本文从现有的配电变压器调容技术中所采用的分接开关,分析其在调容过程中产生的诸多不安因素,如结构复杂、调节速度缓慢等。通过对晶闸管过零触发和移相触发方式的分析比较,设计了基于反并联晶闸管光纤触发方式的配电变压器无触点有载自动调容分接开关,对于一次侧触发电路中光接收器的供电问题,设计了自取能直流供电电路。光纤触发因其能有效处理高低压电气隔离问题且更加安全稳定得到了广泛的应用,它也是提高有载自动调容技术安全性与稳定性的关键所在。结合本文对无触点有载自动调容技术的研究,选取适合的电力电子元件在仿真软件Matlab/Simulink中搭建了无触点有载自动调容技术的仿真模型,对调容开关的触发切换过程进行了模拟仿真分析研究。根据示波器得到的波形可以看出,调容开关动作时会产生较大的冲击电流,由于晶闸管具有过零触发的特性,对触发时间进行延时处理可以合理的解决晶闸管因冲击电流导致的过热烧毁。理论分析与仿真结果表明,调容开关光纤触发方式的提出,提高了调容过程中的安全性与可靠性,并且调容过程较稳定。利用有载自动调容技术可以减少变压器总损耗,达到节能降损的效果,同时也减少了人员的投入,更加经济高效。

关键词：无触点有载自动调容反并联晶闸管光纤触发