電子電路實習報告 -實習報告

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實習內容
1 6KV變電站綜合自動化技術
（1）了解微機保護的工作原理
近20年來，微機型繼電保護裝置在我國電力系統中獲得廣泛應用，常規的電磁型、電動型、整流型、晶體管型以及集成電路型繼電器已經逐漸被淘汰。以往，繼電保護裝置與繼電保護原理是一一對應的，不同的保護原理必須用不同的硬件電路實現。微機繼電保護的誕生與應用徹底改變了這一狀況。微機繼電保護硬件的通用性和軟件的可重構性，使得在通用的硬件平臺上可以實現多種性能更加完善、功能更加復雜的繼電保護原理。一套微機保護往往采用了多種保護原理，例如高壓線路保護裝置具有高頻閉鎖距離、高頻閉鎖方向相間阻抗、接地阻抗、零序電流保護及自動重合閘功能。微機保護還可以方便地實現一些常規保護難以實現的功能，如工頻變化量阻抗測量和工頻變化量方向判別。
微機保護的原理隨保護的對象不同而不同，也隨應用場合變化而變化（主要是電壓等級、設備類型等）。不同的保護原理需要采集的模擬量、開入量和開出量也各不相同。雖然一套微機保護裝置集成了許多保護原理，但各種保護原理仍然是相對獨立的。典型的各種保護原理最多需要10路電流量和6路電壓量。微機繼電保護裝置的軟件配置一般為一個主程序和兩個中斷服務程序。主程序包括初始化和自檢循環模塊、保護邏輯判斷模塊和跳閘（及后加速）處理模塊。不同保護原理的第一、三個模塊是基本相同的，但保護邏輯判斷模塊隨不同的保護原理而相差甚遠。如距離保護中含有振蕩閉鎖程序部分，而零序電流保護則沒有振蕩閉鎖部分。中斷服務程序包括定時采用中斷服務程序和串行口通信中斷服務程序
（2）了解6KV變電站綜合自動化基本概念及其組成
變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備(包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等)的功能進行重新組合、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量、控制和協調的一種綜合性的自動化系統。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息，數據共享，完成變電站運行監視和控制任務。變電站綜合自動化替代了變電站常規二次設備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。
（3）電氣倒閘操作是直接改變電氣設備的運行方式和運行狀態的，是一件既重要又復雜的工作，若發生誤操作事故，就有可能造成設備損壞和人員傷亡事故，因此，必須采取有效措施加以防止。1倒閘操作的原則：倒閘操作的中心環節和基本原則是不能帶負荷拉、合隔離開關2倒閘操作的基本要求 3倒閘操作的順序4倒閘操作應注意的事項

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二次回路故障查找方法
二次回路是很復雜的，回路中發生故障，往往會影響一次設備甚至電力系統的安全運行。查找和處理二次回路的故障，關鍵在于熟悉回路的接線和原理，在于能分析、判斷和縮小事故范圍。有了正確的分析判斷，掌握了正確的方法，才能準確無誤地查出故障并將其排除。
查找故障時應注意的問題：
必須遵守有關規定，同時，還應注意幾個問題：
（1）必須遵照符合實際的圖紙進行工作
（2）停用有關保護和自動裝置，并且必須經調度同意；
（3）在電壓互感器二次回路上查找故障時，必須考慮對地保護及自動裝置的影響，防止因失去交流電壓而誤動或拒動
（4）取直流電源保險時，應將正、負極保險都取下，以利于分析查找故障。同時，其操作順序應為：先正后負，裝保險時，先負后正。目的是為了防止因寄生回路而誤動跳閘。同時，可以在查直流接地故障時，不至于出現只撥下一個保險時，接地點發生“轉極而不宜查找。裝取直流操作保險時，應主義考慮對保護的影響，防止保護誤動作。
（5）帶電用表計測量的方法，查找二次回路故障
（6）必須使用高內阻電壓表或萬用表，防止誤動跳閘，禁止使用燈泡代替儀表查找故障
（7）二次回路查找故障時，要防止電流互感器二次開路，防止電壓互感器二次短路、接地

變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規模集成電路的發展，生產工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻調速越來越被工業上所采用。如何選擇性能好的變頻其應用到工業控制中，是我們專業技術人員共同追求的目標。下面結合作者的實際經驗談談變頻器的工作原理和控制方式：

1變頻器的工作原理
我們知道，交流電動機的同步轉速表達式位：
n＝60 f(1－s)/p (1)
由式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

2 變頻器控制方式
低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經歷了以下四代。
2.1 U/f=C的正弦脈寬調制（SPWM）控制方式
其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。
2.2 電壓空間矢量（SVPWM）控制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。
2.3 矢量控制（VC）方式
矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。

2.4 直接轉矩控制（DTC）方式

1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。

直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。

2.5 矩陣式交—交控制方式

VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。

可編程控制器的特點、結構及工作原理
一、可編程控制器(PLC)的特點
可編程控制器是一種無觸點控制設備，用戶可以根據需要，通過編程器改變其內部的應用程序，來改變它對控制對象的摔制功能，簡稱為PLC。目前應用PLC技術已心為世界潮流。它是實現工業自動化控制的重要支柱之一，其主要特點為：
1．軟件簡單易學
PLC采用了計算機技術，但編程較計算機容易，它使用的是類似繼電接觸器控制電路圖那樣的“梯形圖”編程方，消除了專業“鴻溝”。
2．運行穩定可靠，使用壽命長
PLC在沒計和制造過程中采用了多層次的抗干擾措施，使其具有很強的抗下擾能力。運行的穩定性和可靠性較高，由于PLC內部采用了集成電路，元件的使用壽命幾乎不用考慮，平均無故障工作時間約為5～10萬小時，甚至更高。
3．體積小、維護方便
一臺PLC的邏輯控制功能相當于傳統繼電器控制中的二百個繼電器、幾十個定時器和計數器。由于體積小，PLC是實現機電一體化的理想裝置。
4．設計施工周期短
在使用PLC完成一項控制功能的系統設計后，現場施工和PLC程序沒計可以同步進行，這樣大大地縮短了施工周期。
二、PLC的結構
PLC的硬件組成與微型計算機相似，主要是由CPU、存儲器、輸入／輸出接口、電源等幾部分組成。
l CPU
CPU也稱為中央處理器，是PLC的核心，對PLC的整機性能有決定性的影響。一般由控制電路、運算器和寄存器組成。
2．存儲器
存儲器是用來存放系統程序、用戶程序、邏輯變量等信息的。分為ROM和RAM兩種類型。
系統程序是用來控制PLC完成各種控制功能的程序。這些程序是由PLC制造廠家用相應CPU的指令編寫的，并固化到ROM中。
用戶程序是根據生產過程挖制和工藝要求編寫的控制程序，存儲在RAM中。
3．輸入／輸出部件
這是PLC與用戶設備和被控設備相連接的接口電路。
輸入接口電路一般由光電耦合電路組成，用來接收PLC的各種輸入信號。如開關量、傳感器等信號。
輸出接口電路一般采用繼電器、晶閘管或晶體管輸出，將CPU的弱電信號轉換成現場需要的強電信號，以驅動電磁閥、接觸器等被控設備的執行元件。
4．電源
電源的作用是將交流電轉換為直流電提供給PLC。為了提高可靠性，大部分PLC采用開關式穩壓電源供電。
三、PLC的工作原理
PLC采用的是循環掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按照先后順序存放在PLC中，工作時CPU從第一條指令開始執行，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始，不斷循環。
PLC的工作過程可分為五個階段：自診斷、與計算機或編程器等通信、讀人現場信號、執行用戶程序、輸出結果。這五個階段的上作過程稱為一個掃描周期。
四、編程規則
PLC是以程序的形式來實現其控制功能的。程序設計是PLC實施控制的核心問題。在程序設計巾，養成良好的編程習慣，遵守編程規則，可以提高PLC的編程及運行速度，節省存儲空間。
（一）程序設計步驟
①確定被控對象完成的動作及順序。
②確定輸入／輸出設備并使其與PLC的I／0接口相對應。
③設計并利用計算機對PLC編制梯形圖。．
④對所編程序進行修改、調試。
⑤保存已完成的程序。
（二）編程基本規則
①輸入／輸出繼電器、內部繼電器、定時器、計數器等器件的觸點可以多次重復使用。
②避免在同一程序中出現編號相同的兩個線圈。
③串聯觸點的使用不受次數限制。
④并聯觸點的使用不受次數限制。
⑤兩個及兩個以上線圈可并聯輸出。
⑥輸出線圈、定時器、計數器如果需要同左母線相連，應在前面串人程序中未被使用的內部繼電器的動斷觸點。
五、編程技巧
①在具有并聯關系的梯形圖中，串聯觸點多的電路應放在上邊。
②在具有串聯關系的梯形圖中，并聯觸點多的電路應放在左邊。

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