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電壓波動檢測報警系統(tǒng)的設計

時間:2014-02-24 16:20:22來源:張立柱

導語:?隨著工業(yè)技術的發(fā)展,大功率的變動負荷大量進入電網(wǎng),特別是一些非線性負荷導致電力需求急速變動,從而引起電壓波動,使在電網(wǎng)中運行的各種電氣設備受到嚴重影響,如照明設備閃爍、控制設備誤動作、電動機轉(zhuǎn)速波動等,本文詳細說明了電壓波動的檢測方法,設計了電壓波動報警系統(tǒng),從而確保在電壓波動時第一時間獲得信息。

摘要:隨著工業(yè)技術的發(fā)展,大功率的變動負荷大量進入電網(wǎng),特別是一些非線性負荷導致電力需求急速變動,從而引起電壓波動,使在電網(wǎng)中運行的各種電氣設備受到嚴重影響,如照明設備閃爍、控制設備誤動作、電動機轉(zhuǎn)速波動等,本文詳細說明了電壓波動的檢測方法,設計了電壓波動報警系統(tǒng),從而確保在電壓波動時第一時間獲得信息。

0引言

電壓偏差和電壓波動都將影響電能質(zhì)量,影響對電能的正常和安全應用。實際電壓偏高將造成設備過電壓,威脅絕緣和降低使用壽命;實際電壓偏低,將影響用戶的正常工作,使用戶設備和電器不能正常運行或停止運行。電壓波動和閃變是電壓的不規(guī)則急劇變動,并引起燈光閃爍,造成人眼視覺的不舒適。有些電壓波動雖然在正常的電壓變化限度之內(nèi)。但由于變化頻率快,也可能干擾計算機等電壓敏感型電子設備和儀器的正常工作。

因此,研究電壓波動與閃變、實時的獲取電壓波動信息、積極采取措施保證電能質(zhì)量已經(jīng)成為當前供用電的項重要任務。

1波動電壓的檢測與獲取

要對電壓波動與閃變進行有效的抑制,首先的任務就是要準確的提取出波動信號,通常將波動電壓看成以工頻額定電壓為載波、其電壓的幅值受頻率范圍在0.05~35Hz的電壓波動分量調(diào)制的調(diào)幅波。因此,電壓波動分量的檢出方法可采用通信理論中大功率載波調(diào)制信號解調(diào)方法,用與載波信號同頻同相的周期信號乘以被調(diào)信號,將電壓波動分量與工頻載波電壓分離,通過帶通濾波器得到波動分量。

考慮電壓波動分量,就是在基波電壓上疊加有一系列的調(diào)幅波,為使分析簡化又不失一般性,研究電壓波動的檢測方法可分析某單一頻率的調(diào)幅波對工頻載波的調(diào)制,將工頻電壓u(t)的瞬時值解析式寫成:

目前,常用的電壓波動檢出方法有三種:平方解調(diào)檢波法、全波整流檢波法和半波有效值檢波法。

1.1平方解調(diào)檢波法

平方檢波法是將經(jīng)過調(diào)幅的電壓信號進行平方運算后,再經(jīng)過解調(diào)濾波器便得到波動電壓信號,其原理如圖1所示:

圖1平方解調(diào)檢波法基本原理圖

根據(jù)平方解調(diào)檢波法的原理,得出檢波方法的推導過程:

(2)

式中,第一項為直流分量;第二項為波動分量;第三項為調(diào)幅信號的倍頻分量;后幾項為高頻分量。經(jīng)過0.5~35Hz的帶通濾波器,去除直流和工頻及以上的頻率分量,便可得到調(diào)幅波信號。

平方檢波法的優(yōu)點是簡單、便于數(shù)字化實現(xiàn);其缺點是含有調(diào)制分量的倍頻分量,而且不含衰減系數(shù),若將解調(diào)結果作為波動電壓信號處理,存在誤差。

1.2全波整流檢波法

整流檢波法的基本原理是將經(jīng)過調(diào)幅的電壓整流后,再經(jīng)解調(diào)帶通濾波便可以檢測出波動信號,其原理如圖2所示:

 

這種方法簡單方便,適合于模擬電路進行實現(xiàn);但它與平方檢測法一樣,受波動信號頻譜結構的影響而存在檢測誤差,同時不適合數(shù)字化實現(xiàn),且不含衰減系數(shù)。

1.3半波有效值檢波法

半波有效值檢波法是利用RMS/DC變換器將波動的輸入交流電壓變換成脈動的直流電壓,再經(jīng)解調(diào)帶通濾波器獲得波動信號,其原理如圖3所示:

圖3半波有效值檢波法基本原理圖

其具體實現(xiàn)為:

將經(jīng)過調(diào)幅的電壓平方后減去直流分量,再進行積分(設有效值計算的起始值為任意時刻):

(4)

式中,T為工頻周期。

在積分中忽略頻率大于2倍載波頻率的量,得:

有效值檢波法的優(yōu)點是含有衰減系數(shù),使結果更能反映電壓波動量。其缺點是電壓有效值偏移或者電網(wǎng)頻率變化時,都會使檢波結果產(chǎn)生誤差。

以上三種方法主要適合于含有單一頻率的電壓波動分量檢測,都不適用于多頻率的閃變信號檢測。半波有效值檢波是一種平均效果,且易受到基波電壓和基波頻率的影響;對于平方檢波和整流檢波的方法,電網(wǎng)電壓經(jīng)過平方器或整流器后,再通過濾波器除去直流分量和兩倍工頻分量,可以提取出調(diào)制波,因此本設計選取全波整流檢波的方法獲取波動電壓u0(t)。

2電壓波動報警系統(tǒng)的設計

該檢測器能對被測電路系統(tǒng)的電源電壓波動做出報警反應。這種不易觀察的波動對于某些系統(tǒng)來說常常是不允許的,它會制造邏輯錯誤或帶來較大損害。

電壓波動報警系統(tǒng)電路如圖4所示。電路主要由一塊5G7556雙定時器構成,其左半邊構成電源下降波檢測電路,右半邊構成電源上升波動檢測電路,工作電源直接取自被測電路系統(tǒng),即上節(jié)獲取的電壓u0(t),該電源又同時是檢測對象。

在正常情況下,W2的中心頭電位調(diào)整為略小于電壓(VDD-VSS)的三分之二,W1的中心頭電位調(diào)整為略高于電壓(VDD-VSS)的三分之一;按一下開關AN1使F1輸出高電平,LED1不亮。按一下開關AN2使F2輸出低電平,LED2不亮。C1可使TH1的電位不受電源電壓波動影響,同樣,C2可使TH2的電位不受電源電壓波動影響.

當電源電壓下跌波動時,7556的復位閥值電壓同時下跌,當該閥值低于C1上保存的電壓時,F(xiàn)1被復位輸出成為低電平,LED1發(fā)光指示。

當電源電壓上升波動時,7556的觸發(fā)置位電壓也上升,當觸發(fā)電壓上升到高于C2上保存的電壓值時,F(xiàn)2被置位輸出成為高電平,LED2發(fā)光指示報警。LED1和LED2一旦發(fā)光報警后,只需按動開關AN1和AN2才能熄滅。

圖4電壓波動報警系統(tǒng)電路圖

3結論

在輸電和配電系統(tǒng)中,電壓波動與閃變已經(jīng)成為影響電能質(zhì)量的重要因素,由沖擊性功率負荷引起的電壓波動通過公共連接點傳遞到電網(wǎng)其它饋電線路上危害其他用戶的電氣設備,給配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成了嚴重污染。因此,需加強對電壓波動和閃變的監(jiān)測與控制,而其首要前提就是必須檢測出電網(wǎng)的波動電壓,并實時的做出報警與提醒,才能更迅速的采取有效的措施來控制和消除電壓波動,把危害縮減到最小。本文論述了電壓波動和閃變的常用檢測方法,并設計了電壓波動報警系統(tǒng)。這些研究,對研制閃變檢測儀器,具有借鑒和參考價值。

參考文獻

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