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一、实习目的
毕业实习的质量关系到了毕业设计的好坏,作为大学期间最重要的实习之一,我们必须认真参与。通过最后一次实习,让学生进一步了解生产现场,把在校期间的学习和生产结合起来,发现自己的不足,温顾已学过的知识。在做毕业设计期间认真改进,为将来快速融入工作打下坚实的基础。
二、实习内容
1、工厂简介
这次我实习的地方是XX电源有限公司。它立于19XX年XX月,是XX集团核心子公司之一。目前XX集团拥有1家上市公司、两家行业归口研究所、两家国家级产品检测中心、8家中外合资公司。是我国电力装备行业的大型骨干和龙头企业,国家认定的重大技术装备国产化基地、国家级企业技术中心、企业博士后工作站。产品覆盖发电、输电、配用电等电力系统各环节,横跨一次及二次装备、交流及直流装备领域。
XX电源有限公司的主要产品领域涵盖电力电源、电动汽车充电设施、电能质量控制设备和军用特种电源产品。
2、工艺流程
我们首先面对的工作是预加工,把元器件固定到一个轨道上,然后由后面的师傅把它们安装到屏柜上,供其他师傅配线。在这里我认识了图纸和各元器件。而我每天的工作就是看图纸、拧螺丝、组装元器件。在这里我知道了一线工人的辛苦。
之后,我来到了配线区,我需要做的是根据图纸上的要求,把各元器件连接起来,但布线一定要规则。我认为配线工作是一项很难的事,我们需要选择不同直径的线,根据元器件间的距离选择合适的线距。还要把线的两头压上不同的线鼻,方便接到螺丝里。由于公司订单太多,师傅每天都在赶货,没时间给我们做详细讲解,我只能在观看中摸索,他们的熟练让我倍感压力。
之后,我来到了二楼的单板装置车间。这里主要是焊接我们公司的整流器、逆变装置、微机直流监控装置等模块的焊板。公司对这里工作环境要求很高,进入车间的每一个人都要穿防静电衣和防静电鞋套,因为我们焊接的元器件都很小,很容易被身上摩擦所带的静电击穿。以前在学校我也焊接过一些板子,不过都很粗糙,焊接出来的有很多都不合要求,到这里后师傅教重新认识了二极管、三极管、电容、电感等器件,教我了如何快速识别电阻大小,我要帮助师傅往单板里插这些器件,然后师傅把它们焊接好。我以后做的可能是大屏调试,这个工作我也是仅需要了解。
一周之后我就来到了一楼,做操作电源调试。这里可能是我以后工作的地方,它也是我们公司最重要的环节之一。由于之前在其它岗位都做过,我对屏的元器件都很了解。刚开始我做的只是按照图纸对元器件,后来开始给直流互感器穿线,设置不同源器件的参数等等。在这里我学到了很多知识。
3、技术设备
1、整个系统的工作原理:系统的交流输入正常供电时,通过交流配电单元给各个整流模块供电。高频整流模块将交流电变换为直流电,然后经保护电器(熔断器或断路器)输出,一方面给蓄电池组充电,另一方面经直流配电馈电单元给直流负载提供正常工作电源。整个电路中又加入了直流监控、绝缘监测等保护模块。
2、直流电源的用途,它们主要是给发电厂和变电站中控制、信号、保护和自动装置、以及断路器电磁合闸、直流电动机、交流不停电电源、事故照明等提供直流电源。
3、微机绝缘监控装置的工作原理,它主要是依靠直流互感器采集到各馈出线路的正负极电流,计算出各回路对地电阻,当出现正接地或负接地时,正负极的对地电阻变为零,仪器报警,提醒工作人员维修。
4、电源屏中的自微机监控装置,它是电力操作电源系统的管理和控制核心,它采集、处理系统各配电单元的检测数据,根据系统管理和电池管理的要求进行各种控制,显示和记录系统的运行信息。同时可通过通信口与远方监控设备通讯,实现远方对电源设备的监测与控制。它通过rs―485总线对高频开关整流器、绝缘监测装置、电池巡检装置等下级智能设备实施数据采集,并加以显示;根据系统的各种设置数据进行报警处理、历史数据管理等;同时,能对这些处理的结果加以判断,根据不同的情况实行电池管理,输出控制等操作;最后,监控装置还可通过rs―485接口与后台计算机通讯,实现“四遥”功能。
4、毕业课题相关调研
根据国网规划,20xx年将在主要重点城市全面推开电动汽车充电站建设。随着新能源汽车的渐行渐近,充电站作为电动汽车不可或缺的配套项目,需求和投资都将快速扩大,而许继目前正在研发充电站电源系统。我在实习过程中对这部分内容做了简单的调研,对于电动汽车来说,不仅需要高比能量、高安全性的电池,同时也需要方便、快捷的充电网点,以确保电动汽车的续航能力。由于充电网点是直接通过变配电环节获取电力,因此本质上仍属智能电网系统,所需的开关柜、环网柜、变压器以及控制装置与其他配电装置并无本质区别。主要的功能装置则是变流器和充电机。
三、实习总结
生产实习是学校教学的重要补充部分,是区别于普通学校教育的一个显著特征,是教育教学体系中的一个不可缺少的重要组成部分和不可替代的重要环节。它是与今后的职业生活最直接联系的,学生在生产实习过程中将完成学习到就业的过渡,因此生产实习是培养技能型人才,实现培养目标的主要途径。它不仅是校内教学的延续,而且是校内教学的总结。可以说,没有生产实习,就没有完整的教育。学校要提高教育教学质量,在注重理论知识学习的前提下,首先要提高生产实习管理的质量。生产实习教育教学的成功与否,关系到学校的兴衰及学生的就业前途,也间接地影响到现代化建设。
生产实习是本专业学生的一门主要实践性课程。是学生将理论知识同生产实践相结合的有效途径,是增强学生的群众性观点、劳动观点、工程观点和建设有中国特色社会主义事业的责任心和使命感的过程。
通过生产实习,使学生学习和了解工程实际和自动化领域的发展状况,培养学生树立理论联系实际的工作作风,以及生产现场中将科学的理论知识加以验证、深化、巩固和充实。并培养学生进行调查、研究、分析和解决工程实际问题的能力,为后继专业课的学习、课程设计和毕业设计打下坚实的基础。通过生产实习,拓宽学生的知识面,增加感性认识,把所学知识条理化系统化,学到从书本学不到的专业知识,并获得本专业国内、外科技发展现状的最新信息,激发学生向实践学习和探索的积极性。
实习结束了,在这过程中遇到了很多困难,偶尔也收到师傅的训斥,感觉到工作和在学校当学生确实不一样,工作中一切都要按部就班,遵守各项规章制度,而不像学校有事可以懒散,不过这次实习学到了许多课本上学不到的知识,同时也温故了以前学的知识,发现了一些不足,以后要注意,及时改正。总之,这次实习无论是对毕业设计还是以后工作都有很大帮助。
一、实习目的
理论联系实际,实地观察火力发电厂的工作环境,了解火力发电厂的日常运作;实地观察电气设备,了解变电站的日常运作。拓宽视野,巩固和运用所学过的理论知识,在实践中发现问题寻找答案,培养分析问题、解决问题的实际工作能力和创新精神。通过生产实习,所学的理论知识得以巩固和扩大,增加专业实际知识;为将来从事专业技术工作打下一定的基础;进一步培养运用所学理论知识分析生产实际问题的能力。
二、实习要求
1.需提前准备实习资料收集、整理。2.完成实习报告一份,整体不少于15页。3.完成参观变电站的主接线绘制。
三、实习内容
3.1实习形式
3.1.1花都220kV林益变电站
①搜集整理变电站主要一、二次设备以及变电站运行方面的知识和资料。
②搜集整理220kV变电站特点方面资料。
③熟悉变电站电气主接线、主要电气设备构成,了解电气设备的布置,了解电气运行的有关知识。
④实地参观花都220kV林益变电站的主接线、主要电气设备(包括主变压器、主要一次设备、二次设备、进出线情况等)电气设备布置方式、变电站主要运行控制方式、变电站的通讯方式、变电站的避雷措施、变电站的电气参数测量等,参观实践过程中要求作好笔记。
⑤将搜集学习到的相关知识与参观变电站的实践相结合,对理论知识进行深化理解,总结收获。
3.1.2广东粤电集团沙角C发电厂
①通过火力发电厂工作人员、工程师的专题讲座介绍,了解火力发电厂运行值班及运行管理的内容;运行值班需要遵守的相关法规和制度;了解值班人员如何做好机、炉、电、燃料、化学的运行管理工作、节日及重大活动的保电工作、迎峰度夏等工作,如何对设备异常、事故进行判断和处理,在自然灾害情况下如何确保电网安全稳定以及供电安全、特别是厂用电的安全运行等等。
②通过分组跟班、工程师现场介绍,了解一线工作人员的工作情况;了解火力发电厂的监控系统;了解值班人员的工作环境、使用的专业软件以及需要掌握的专业知识。
③在工程师专题讲座介绍发电厂运行机构的职能、现场介绍火力发电厂的设备、工作情况的时候,学生要要求作好笔记。
④将搜集学习到的相关知识与参观火力发电厂的实践相结合,对理论知识进行深化理解,总结收获。
⑤运用所学知识,对生产实际中存在的问题作出一定的分析,进一步提高分析问题和解决问题的能力。
3.2实习前准备
3.2.1花都220kV林益变电站
1)什么是变电站、变电所?可以分哪几类?
2)输电电压等级如何?它的上一级电源取自哪里?又给哪些下级变电站供电?
3)什么是电气主接线?有哪些分类?请作图说明。(参观回后,需把所参观变电站的主接线用CAD画出来)
4)变电站里的主要电气一次设备有哪些?型号规格?它们各自起什么作用?(参观后需针对实际情况再叙述){母线、变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、并联电抗器和串联电容器}
3.2.2广东粤电集团沙角C发电厂
1)发电厂的类型及各自的特点。重点是火力发电厂机、炉、电、燃料、化学专业特点及它们之间的联系。
2)发电厂厂用电接线类型及特点。
3)发电厂的主要电气一次、二次设备,特别是发电机、变压器的特点。
3.3实习内容
3.3.1花都220kV林益变电站
1.电气主接线
电气主接线CAD图
1)单母线分段接线
优点:单母线用分段断路器进行分段,对重要用户有从不同段引出两回馈电线路,由两个电源供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电;
缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作。
2)双母线接线
优点:供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断;一组母线故障后,能迅速恢复供电。其次是调度灵活,各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要;通过倒换操作可以组成各种运行方式。最后就是扩建方便,向双母线左右任何方向扩建,均不会影响两组母线的电源盒负荷自由自合分配,在施工中也不会造成原有回路停电。
缺点:接线复杂,设备多,母线故障有短时停电。
3)双母线带旁路母线接线
双母线可以带旁路母线,用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致停电。
缺点是:虽然多装了价高的断路器,增加了投资,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
2.变压器
电力变压器
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为:配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。
在发电厂和变电站中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主变压器;用于两种电压等级之间交换功率的变压器,称为联络变压器;只供本所(厂)用的变压器,称为站(所)用变压器或自用变压器。
主变压器型式和结构的选择:
(1)相数
容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中,一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大,占地多,运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂,也增加了维修工作量。
(2)绕组数与结构
电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式;按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。
在一发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台,以免由于增加了中压侧引线的构架,造成布置的复杂和困难。
(3)绕组接线组别
变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。否则,不能并列运行。电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。
在发电厂和变电站中,一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原则,主变一般是Y,D11常规接线。
(4)调压方式
为了保证发电厂或变电站的供电质量,电压必须维持在允许范围内,通过主变的分接开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比,实现电压调整。切换方式有两种:一种是不带电切换,称为无激磁调压。另一种是带负荷切换,称为有载调压。通常,发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励
磁来实现调节电压,对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用,一般均采用无激磁调压,分接头的选择依据具体情况定。
(5)冷却方式
电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异,一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。
3.SF6断路器及全封闭组合电器SF6出现于1900年,20世纪40年代才被美国用作静电起电机的气体绝缘,从而引起工业界的极大兴趣,对SF6的研究、使用注入很大的力量,并取得很多实绩。60年代已用于复压式的断路器和变压器、电缆的绝缘。SF6具有特别好的绝缘性能和物理性能,所以用作高压断路器的灭弧介质是现在使用的变压器油、压缩空气无法比拟的。现在SF6断路器的电压已达750KV,并已生产和使用了很有经济价值的SF6全封闭式组合电器。
我国研究和使用SF6的时间较晚,虽然有些厂家已生产出的220KV断路器,然而目前我国仍需进口国外设备,以满足电力工业发展的需要,相信在不久的将来国产SF6设备将取代国外设备。
SF6气体的物理特性:
SF6气体是无色、无味、无毒、不会燃烧、化学性能稳定的气体。在常温下不与其它物质产生化学反应,所以在正常条件下是一种很理想的绝缘和灭弧介质。
SF6是一种比较重的气体,在同样条件下几乎是空气的五倍。
SF6在正常压力下其临界温度为45.6℃,因此在电气设备中使用时,温度和压力不能过低,如低于45.6℃就不一定使SF6气体保持恒定气态,可能出现液化。
SF6气体的热传导率随温度变化而变化,例如在2000℃时具有极强的热传导能力,而当在5000℃时它的导热能力就很差,正是这种特性对熄灭电弧非常有利。
2.SF6气体的化学特性
一般情况下SF6气体是很稳定的气体,如果SF6气体脱离稳定状态而分解出氟或硫将造成严重的化学腐蚀。
SF6气体不溶于水和变压器油中,它与氧、氢、铝及其它许多物质不发生作用.SF6的热稳定性也很高。在500℃时还不会分解,但当温度升到600℃时,它很快分解成SF2和SF4。当温度升到600℃以上则形成的低氟化物增加。由于气体中的微量水分参与作用,这些低氟化物对金属和绝缘材料都有很大的腐蚀性,并危及人身健康和生命安全。但大部分不纯物在极短时间内(10-6-10-7S)能重新合成SF6,残留的不纯物经过吸附剂(分子筛、活性炭、活性氧化铝等)过滤后可以除去.
以上所述说明了温度低于600℃以下时,气体是稳定的,因此用于A级、B级绝缘是绝对不会有问题的。
SF6不会燃烧,因此无火灾之虑;在被电击穿后,SF6能自行复合,同时不会因电弧燃烧而产生无定形炭那样的悬浮物,故介质绝缘强度不会受到影响。
SF6气体的电特性:
SF6是一种高电气强度的气体介质,在均匀电场下其介质强度约为同一压力下空气的2.5-3倍。在3个大气压下SF6的介电强度约同变压器油相当,压力越高绝缘性能越好。SF6气体是目前知道的最理想的绝缘和灭弧介质。它比现在使用的变压器油、压缩空气乃至真空都具有不可比拟的优良特性。正是这些特点使它的使用越来越广,发展相当迅速,在大电网、超高压领域里更显示出其不可取代的地位。SF6断路器及全封闭组合电器:
前文已简要地介绍了SF6气体的绝缘性能和灭弧特性。由于SF6气体的特异的物理特性、化学特性对电气的绝缘、灭弧非常有利,所以用它作为绝缘和灭弧介质的电气设备得到迅速发展。除单独用于SF6断路器外,还发展到封闭组合电器。
SF6组合电器组成的变电站具有非常高的经济效益和环境保护效益。在这方面,尤其是SF6高压全封闭式组合电器更为突出。它结构紧凑,节省大量的场地,由它构成的变电站只为常规变电站用地面积的10%-15%;它是全封闭的,分合闸功率很小,所以噪音非常小;它有很好的保护,可防止偶然触及带电体以及防止外界物质进入金属壳内部;它完全无火灾之虑;工作后的气体可以复合还原,不会产生悬浮性炭;介质绝缘强度不受多少影响等。由于有这些优越性,所以得到广泛应用,尤其是土地昂贵、人口稠密的地区更显出它的优势。现对它们的结构及工作原理选择一些具有通用性的进行介绍。
4.高压断路器和隔离开关
高压断路器和隔离开关是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是:正常运行倒换运行方式,把设备或线路接入电网或退出运行,起着控制作用。当设备或线路发生故障时,能快速切除故障回路,保证无故障部分正常运行,起着保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备,其最大特点是能断开电器中负荷电流和短路电流。而高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全,不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流,仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作。
隔离开关虽然是高压开关的较简单的一种,但它的用量很大,约为断路器用量的3~4倍。隔离开关的作用是在线路上基本没有电流时,将电气设备和高压电源隔开或接通。
在高压电网中,隔离开关的主要功能是,当断路器断开电路后,由于隔离开关的断开,使有电与无电部分造成明显的断开点,起辅助断路器的作用。由于断路器触头位置的外部指示器既缺乏直观,又不能绝对保证它的指示与触头的实际位置相一致,所以用隔离开关把有电与无电部分明显隔离是非常必要的。有的隔离开关在刀闸打开后能自动接地(一端或二端),以确保检修人员的安全。
此外,隔离开关具有一定的自然灭弧能力,常用在电压互感器与避雷器等电流很小的设备投入和断开上,以及一个断路器与几个设备的连接处,使断路器经过隔离开关的倒换更为灵活方便。
隔离开关的结构形式很多,户外刀闸按其绝缘支柱结构的不同可分为单柱式,双柱式和三柱式,常用产品结构形式一般为双柱式闸刀水平旋转和伸缩式。
隔离开关的操动机构形式也很多,常用的有手动操动机构和电动操动机构两类。手动操动机构大都由四杆件组传递手力,电动操动机构则有驱动电机经减压装置驱动隔离开关主轴进行分、合、闸操作。
5.互感器
电流互感器
电压互感器
互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器,互感器将高电压、大电流按比例变成低电压(100,100/3)和小电流(5,1A),其一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表与继电保护等。
互感器包括电流互感器和电压互感器两大类。
互感器特点
电流互感器电压互感器
一次绕组串在电路中,且容量小,近似于一台小匝数少,电流互感器在近容量变压器,电压互感器于短路状态下运行在近于空载状态下运行
电流互感器作用:将一次回路的大电流变换成二次回路的小电流(通常额定电流为5A),变换的目的是为了降低监视、检测、计量系统工作状态的二次回路的电流,以提高安全性能和降低二次回路的设备成本。电流互感器的工作原理:电磁感应原理。使用电流互感器的注意事项:二次回路应连接可靠,不能安装熔断器或开关因为电流互感器二次绕组侧匝数较多,一旦开路,将会在二次侧感应出高压,危急人身和设备安全。
二次回路应可靠接地,因为电流互感器一次侧为高电压,要求二次回路应可靠接地,以防一、二次绕组间的绝缘击穿,造成人身伤害和设备毁坏。
电压互感器的作用:将一次回路的高电压变换成二次回路的低电压(通常额定电压为100V),变换的目的是为了降低监视、检测、计量系统工作状态的二次回路的工作电压,以提高安全性能和降低二次回路的设备成本。电压互感器的工作原理:电磁感应原理
使用电压互感器的注意事项:一、二次回路都应安装熔断器以防止短路,电压互感器二次绕组侧匝数较少,一旦短路,将会在二次侧感应出大电流,烧毁电压互感器和危急人身和设备安全;电压互感器一次绕组并联于主回路中,一旦二次侧短路也将使主回路跳闸,影响供电。二次回路应可靠接地,因为电压互感器一次侧为高电压,要求二次回路应可靠接地,以防一、二次绕组间的绝缘击穿,造成人身伤害和设备毁坏。
6.电力电容器
并联电力电容器
功能:实现无功功率补偿,提高线路功率因素。
注意事项:电力电容器与电源并联。并联电力电容器必须安装熔断器作短路保护。
电容器的投切控制可采用接触器或断路器、负荷开关。为防止电容器过载,应采用热继电器保护。为防止检修时电容器电压电击,应装设放电电阻。为防止电容器投入时产生合闸涌流,一般应串联接入电抗器。
7.电力电抗器
串联电力电抗器
电抗器在高压配电系统的作用:电力系统中所采取的电抗器,常见的有串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整串联电抗器的数量来调整运行电压。超高压串联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能,主要包括:
(1)轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压。
(2)改善长输电线路上的电压分布。
(3)使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率不合理流动?同时也减轻了线路上的功率损失。
(4)在大机组与系统并列时?降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列。
(5)防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象。
(6)当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时,还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流自动熄灭,便于采用。
8.避雷器
避雷器
工作原理:在额定电压下,流过氧化锌避雷器阀片的电流仅为10-5A以下,相当于绝缘体。因此,它可以不用火花间隙来隔离工作电压与阀片。当作用在金属氧化锌避雷器上的电压超过定值(起动电压)时,阀片“导通”将大电流通过阀片泄入地中,此时其残压不会超过被保护设备的耐压,达到了保护目地。此后,当作用电压降到动作电压以下时,阀片自动终止“导通”状态,恢复绝缘状态,因此,整个过程不存在电弧燃烧与熄灭的问题。
雷击的来源:一是雷直击于变电所的设备上,二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。
避雷措施:变电站对于直击雷击的保护采取装设避雷针和采用变电所进线段一定距离内架设避雷线的方法解决。
架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所,是导致变电所雷害的主要原因,若不采取防护措施,势必造成变电所电气设备绝缘损坏,引发事故。在变电所内装设避雷器的目的在于限制入侵电波的幅值,使电气设备的过电压不致于超过其冲击耐压值。而变电所的进线段上装设保护段的主要目的,在于限制流经避雷器的雷电流幅值及入侵雷电波的陡度。
9.变电站的数据测量
运行的输变电设备往往电压很高,电流很大,且电压、电流的`变化范围大,无法用电气仪表直接进行测量,这时必须采用互感器。互感器能按一定的比例将高电压和大电流降低,以便用一般电气仪表直接进行测量。这样既可以统一电气仪表的品种和规格,提高准确度,又可以使仪表和工作人员避免接触高压回路,保证安全。
互感器除了用于测量外,还可以作为各种继电保护装置的电源。互感器分为电压互感器和电流互感器两种。
电流互感器能将电力系统中的大电流变换成标准小电流(5A或1A)。电压互感器能将电力系统的高电压变换成标准的低电压(100V或100/√3V),供测量仪表和继电器使用。互感器的主要作用是:
1.将测量仪表和继电器同高压线路隔离,以保证操作人员和设备的安全。
2.用来扩大仪表和继电器的使用范围,与测量仪表配合,可对电压、电流、电能进行测量,与继电保护装置配合,可对电力系统和设备进行各种继电保护。
3.能使测量仪表和继电器的电流和电压规格统一,以利于仪表和继电器的标准化。
10.220KV变电站的结构特点
220kV配电装置采用户外分相中型单列布置。220kVI母Ⅱ母及旁母线采用LGJ-400/35钢芯铝绞线;选用LW10B-252(W)型单断口瓷柱式液压操作机构的六氟化硫断路器,GW16-220型垂直折臂式隔离开关(Ⅱ母部分),选用LB-220(W)型油浸式电流互感器;220kV电压互感器选用TYD型电容式电压互感器,220kV配电装置间隔跨度为15m。110kV配电装置采用户外中型单列布置。110kVI母Ⅱ母及旁母线采用2×(LGJ-300/25)双分列钢芯铝绞线;选用LW25-126(W)型单断口瓷柱式弹簧操作机构的六氟化硫断路器,GW4-110型隔离开关(I母部分);GW16-110型垂直折臂式隔离开关(Ⅱ母部分),选用LB-110(W)型油浸式电流互感器;110kV电压互感器选用TYD型电容式电压互感器,110kV配电装置间隔跨度为8m。220kV、110kV户外采用合成绝缘子,配电装置具有布置清晰,占地相对较少,结构简单,施工安装方便等特点。35kV配电装置采用户内单列布置形式,以减少占地面积,并方便运行、维护和检修。选用XGN-40.5(L)型六氟化硫断路器固定式高压开关柜,35kV电压互感器选用JSXNF抗铁磁谐振型电压互感器。35kV并联无功补偿采用集合式电容器成套装置采用屋外敞开式布置,35kV并联电抗器组采用屋外一字型敞开式布置,每组选用三台干式空芯并联电抗器。35kV并联无功补偿成套装置及35kV并联电抗器组屋外敞开式布置其特点是:可藉天然雨水冲洗设备瓷绝缘上的积灰,施工、运行、维护及检修均较方便。
3.3.2广东粤电集团沙角C发电厂
1、电厂概况
广东省广合电力有限公司沙角发电厂C厂是一座现代化的大型火力发电厂,坐落在著名的销烟古镇--虎门镇,南侧濒临美丽的珠江伶仃洋。电厂由原广东省电力局和香港合和实业有限公司合作兴建和经营,是广东省“八五”计划重点能源建设项目之一。工程静态投资约16.4亿美元,环保投资约13.9亿元(人民币)。电厂的投资比例为:原广东省电力局投资60%(现已划拨给广东省粤电集团有限公司),香港合和实业有限公司投资40%(1997年转售给美国迈朗公司,20xx年12月美国迈朗公司将所持股份转售给香港华润集团公司。
电厂总装机容量为1980MW(3×660MW),年发电能力可达130亿千瓦时。电厂于1993年1月正式动工,由GEC-ALSTHOM公司采用交钥匙方式承包兴建,1996年6月三台机组正式移交商业运行。截至20xx年底,累计发电1080多亿千瓦时,上缴各类税款50多亿元,为广东的经济发展作出了巨大贡献。
沙角C电厂作为广东省粤电集团有限公司的派出机构,主要负责沙角发电厂C厂的运营管理。自1996年电厂投运以来,沙角C电厂始终坚持以“提高整体运营水平,增强市场竞争能力”为目标,积极参与国家电力体制改革,顺利转变经营体制,在改革中寻求发展,与时俱进,两个文明建设取得了骄人成绩。
2、C厂结构
沙角C电厂有3台660MW机组,每台机组发出的电能都是经各自的主变压器升压至500kV,由500kV变电站进入广东省主网。
发电机机端电压为19kV,主变压器为Yo/△接线,每台机有2台容量各为44MVA的△/Yo接线高压厂用工作变压器,2台高压厂用工作变压器各带一10kV机组段。全厂设1台容量为44MVA的高压厂用备用变压器及设高压厂用公用段10kV两段。每台机装设发电机开关,而全厂只设1台容量较小的高压厂用备用变压器。优点是:
a)机组正常起、停不需切换厂用电,只需操作发电机开关,厂用电可靠性高。
b)机组在发生发电机开关以内故障时(如发电机、汽机、锅炉故障),只需跳开发电机开关,厂用电源不会消失,也不需切换,提高了厂用电的可靠性,同时减轻了操作人员的工作量和紧张度。这一点在沙角C厂的调试过程中,表现非常突出。同时对于国内大型机组采用一机只配一主操作员和一副操作员的值班方式非常有益。
c)对保护主变压器、高压厂用工作变压器有利。对于主变压器、高压厂用工作变压器发生内部故障时,由于发电机励磁电流衰减需要一定时间,在发电机-变压器组保护动作切除主变压器高压侧断路器后,发电机在励磁电流衰减阶段仍向故障点供电,而装设发电机开关后由于能快速切开发电机开关,而使主变压器受到更好的保护,这一点对于大型机组非常有利。
d)发电机开关以内故障只需跳开发电机开关,不需跳主变压器高压侧500kV开关,对系统的电网结构影响较小,对电网有利。
310kV厂用电系统运行方式的设计
由于受备用变压器容量所限,备用变压器在同一时间内只能带1段10kV公用段及1段10kV机组段,因此要求在正常情况下公用段尽量由某2台正常运行机组的高压厂用工作变压器各带1段。10kV厂用电源事故切换采用自动慢切换,当正在向1段10kV公用段供电的10kV机组段由电压继电器判断为失压,且保护是反应非10kV母线段上故障时,在确认10kV机组段进线开关已跳开后,将会起动自动慢切换,经5s延时,将备用变压器低压侧10kV开关合上,从而恢复该机组段和原由它供电的公用段的供电。当保护是反应10kV母线段上故障时,则不起动自动慢切换。自动慢切换是采用传统的中间继电器和时间继电器通过硬接线来实现的。虽然备用变压器下接10kV公用段A和10kV公用段B,但由于备用变压器容量有限,在同一时间内备用变压器只能带1段公用段,从备用变压器来的10kV公用段A进线开关和10kV公用段B进线开关之间有电气闭锁,防止2个开关同时合上。同样,虽然各机组的10kV机组段各段与相应的10kV公用段各段都有联络断路器连接,但为防止正常情况下不同机组的10kV机组段通过10kV公用段并列,相互之间设有闭锁,防止同一时间2台机的10kV机组段向同一10kV公用段供电。正常情况下,厂用电源的手动切换及由备用变压器供电转为正常供电时厂用电的短时并列供电,要通过手动经同期装置进行,并经200ms延时自动跳开另一开关。
由上可知,由于备用变压器受容量及上述运行方式的限制,在事故情况下只能向1段公用段及当时向该公用段供电的机组段供电,因而事故情况下后备电源只能保证机组50%的负荷。而且,如果当时该机组段未带1段公用段,则后备电源将不能向机组提供厂用电源。如果该机组又失去全部厂用电,则需要靠柴油机组来保障机组的安全。因此,该种接线对柴油机组要求较高,而目前沙角C厂使用的柴油机组质量较好,经受了很多次起动的考验。
由上可见,备用变压器主要是作为全厂的1个由系统来供电的用于机组停机或停机后的安全电源,且对其中的1台机组起不到提供后备电源的作用。
3、厂用电系统等级及电压切换
目前沙角C厂厂用电有3个电压等级:10kV电压,3kV电压,380V电压。其中10kV系统、3kV系统为中阻接地,380V系统为不接地系统。380V的照明用电和其他需要中性点接地的380V/220V系统,采用△/Yo的变压器来产生。
10kV系统如前所述有电源自动慢速切换。3kV系统机组2段之间、3kV系统公用2段之间有联络开关,联络开关之间不带同期和自动切换。当需要切换电源时只能通过手动切换。380V系统机组锅炉、汽机、除尘各有2段,公用段也有2段,2段之间有联络开关,联络开关之间不带同期和自动切换。当需要切换电源时只能通过手动切换。
4、改进措施
虽然沙角C电厂厂用电的可靠性比较高,但从减少运行人员处理事故时的负担方面考虑,须给所有机组在事故中提供自动投入的备用电源,进一步提高厂用电的可靠性。沙角C电厂20xx年进行了10kV厂用电自动投入装置回路的改造工作,以解决不带公用段运行的机组无自动投入的备用电源问题。具体设计方法是:当不带公用段运行的机组在出现高压厂用变压器或主变压器故障造成厂用电消失时,经8s延时后,让故障机组的10kVA侧联络开关自动投入一次,即利用正常运行带公用段母线的的机组为不带公用段母线而出现厂用电消失故障的机组提供自动投入的备用电源。这种改进方法的优点是投资少,一次回路不做任何改动。
沙角C电厂投运以来,厂用电的运行是比较可靠的,没有发生过因备用电源问题而导致机组安全停机困难的情况。这也证明了在技术经济合理时,发电机出口带断路器的设计对于电厂厂用电系统运行的安全性和灵活性是有很大好处的。
四、实习总结与心得体会
通过这两次的生产实习,我从林益变电站的实习中了解到林益变电站200KV变100KV是采用双回路分段母线的接线方式。从变压器开始,变压到母线传输电流到的出线,里面的各种一次、二次设备,断路器、联络器、电流互感器、电压互感器、GIS、隔离开关、避雷器等等。第一次实地近距离看到高压变电站,更加深刻地认识到,在变电站工作,安全是最重要的一件事,所以我们牢记“安全第一、预防为主”的方针,加强《安规》学习,提高安全意识,更是我们的必修课。
从沙角C电厂了解到了火电厂发电的各个流程和基本原理,从输煤,锅炉的燃烧到电除尘器和烟气排放系统都有较为全面的认识,对电厂使用静电除尘技术,燃烧低硫煤,低氮燃烧技术,高烟囱排放技术和烟气脱硫技术结合来降低环境污染映像非常深刻。
在这两次实习中,我收益颇多,这些都是无形资产,将伴随我一生。特别是每次变电站还有电厂的师傅接待我们的时候所说的第一句话都是强调人身安全,生产以人为本。使我对电力方面的安全更加的重视。
一、 前言
20xx年xx月xx日下午1点30分,我们参观了位于扬州的江都五十万变电所,这次参观学习,使我了解500kV江都变电所是江苏省第一座、华东第二座、全国第八座500kV变电所,1985年6月1日开始基建,至1987年12月27日投入运行。通过这次参观学习,我了解到电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业,是关系国计民生、国民经济的第一基础产业,并使我对发电,输配电,电气设备和控制设备等各个环节有了一定的初步认识和了解,增加了我们对本专业的更深一层的理解,受益匪浅。
二、 企业介绍
500KV江都变电所位于江苏省江都市北郊,占地160亩,是华东电网重要的枢纽变电所。江都变电所是国家七五重点工程,始建于1985年,1987年12月27日正式投产,1999年二期扩建工程顺利完成。江都变电所是500KV华东东线电网网架中联接长江南北的重要变电所。江都变电所现江都变电所有三个电压等级,500KV采用3/2开关接线方式,220KV采用双母线单分段带旁路接线方式,35KV采用单母线接线方式,500KV江都变电所是华东电网北电南送的咽喉要道,在整个华东地区扮演着不可或缺的重要角色。
变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全,在变电所中还需进行电压调整、潮流控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。按用途可分为电力变电所和牵引变电所(电气铁路和电车用)。电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。
三、实习内容
1、电能的产生、传输
火力发电系统主要由燃烧系统(以锅炉为核心)、汽水系统(主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成)、电气系统(以汽轮发电机、主变压器等为主)、控制系统等组成,前二者产生高温高压蒸汽;电气系统实现由热能、机械能到电能的转变;控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。简单的说就是利用燃料(煤)发热,加热水,形成高温高压过热蒸汽,推动气轮机旋转,带动发电机转子(电磁场)旋转,定子线圈切割磁力线,发出电能,再利用升压变压器,升到系统电压,与系统并网,向外输送电能
2、电气设备
(1)高压开关柜:高压开关柜是用于电力系统的电气柜设备。高压开关柜的作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中,进行开合、控制和保护。高压开关柜内的部件主要有高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压操作机构等。
(2)低压开关柜:发电环节:电压从低压变到高压时,实现高压输电,必须需要用开关柜;配电环节:电压从高压变到低压,实现低压用电,也必须要用开关柜。
(3)变压器:变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。在电器设备和无线电路中,常用作升降电压、匹配阻抗,安全隔离等。
(4)汽轮机:汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械,又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等,还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要 。
(5)电压、电流互感器:电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时,在铁心中就产生一个磁通,根据电磁感应定律,则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。
电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流,避免直接测量线路的危险。电流互感器是升压(降流)变压器,它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器,电流互感器将高电流按比例转换成低电流,电流互感器一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表、继电保护等。
3、控制设备
(1)DCS控制系统
DCS系统(DIstributed Control System,分散控制系统)是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的,它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物,可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能,是完成过程控制、过程管理的现代化设备,由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现,系统结构采用容错设计,因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外,由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一,可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机,从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。其次,DCS采用开放式,标准化、模块化和系列化设计,系统中各台计算机采用局域网方式通信,实现信息传输,当需要改变或扩充系统功能时,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,几乎不影响系统其他计算机的工作。
(2)PLC可编程控制器
PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器,用于控制机械的生产过程,是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置,它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
四、感受和体会
通过这次实习,我了解和掌握了变电所的主要结构、使用的电气设备和工作流程,以及产品生产用技术资料、生产组织管理等内容,加深对变电所的工作原理、设计、试验等基本理论的理解,使我们了解和掌握更多与本专业有关的知识。从而认识了自己专业在社会中扮演的位置,明确了自己的努力方向,在今后的学习我们应当多接触电力电子技术,计算机技术,电机电器技术信息与网络控制技术,机电一体化技术等诸多领域,努力使自己在毕业后成为能解决电气工程技术分析与控制问题基本能力的高级工程技术人才。
五、结论和建议
在这次实习中,我深刻的体会到了,作为一名电气专业的学生,我们所学习的知识,不能仅仅停留在课本上的,而是要在实习中不断增强自己的动手能力和积累经验,课本上学习到的知识是要应用在实际工作生产中的,所以我认为我们应该利用课余时间多接触社会,利用所学知识于实践中求真知。同时变电所具有的严谨,踏实的工作作风值得我们学习。
一、实习目的
大学毕业之际,毕业实习是极为重要的实践性学习环节,通过阶段性时间的实习,为我们之后走向社会,接触本工作,拓宽知识面,增强感性认识,培养、锻炼我们综合运用所学的基础理论、基本技能和专业知识,去独立分析和解决实际问题的能力,能够将所学的专业理论知识运用与实践,在实践中结合理论加深对其认识和总结,再次学习,将专业知识与实际接轨,逐步认识体会,从而更好地将所学的运用到工作中去,接触社会,认识社会,体验生活,学会生活,学会生活,学会感悟,学会做事,学会与人相处,学会团结协作,为以后毕业走上工作岗位打下一定的基础。具体目的如下:
1.在图书馆查阅关于无刷直流电机设计方面的资料,为毕业设计打下基础。
2.对毕业设计所选题目―无刷直流电机控制器的设计有初步的了解。
3.通过借鉴和分析关于无刷直流电机控制器方面的设计实例,从中学到无刷直流电机控制器的设计过程及一般步骤。
二、实习单位
xx理工大学
三、实习任务
1、收集资料
在学校图书馆查找资料,了解自己所学专业的东西,并且确定自己的课题,得到相关的知识和能力,思考课题的内容与方向,有针对性的收集资料,包括专业资料、工具资料和其他相关的资料。
2、设计初步方案
在收集完资料后可以初步确定自己的毕业设计方案,并建立相关的数学模型,进行原理分析、计算和实验,这一项工作是繁琐而艰巨的,需要不断的补充知识修正设计结果。
3、撰写《毕业实习报告》
做完上面的工作后,就需要及时的编写《毕业实习报告》。这是对这段时间学习的全面总结,编写实习报告,我们能够重现自己学习的经历,重新汇总资料情况,这样会给我们带来设计灵感。认认真真完成实习报告后,我们就会对自己的课题有了全新的理解,后面的实际设计工作就会变得轻松。
四、实习内容
1、熟悉无刷直流电机:
无刷直流电机即直流无刷电机。无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。 无刷直流电机应用及其广泛,它可在家电、汽车、航空、医疗、工业自动化设备和仪器等各种各样的行业中使用。无刷直流电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机,是不用电刷进行换向,而是采用电子器件进行换向的。与有刷直流电机和异步电机相比,无刷直流电机有很多优点,具体表现如下:
1、更好的转矩、转速特性;2、快速的动态响应;3、高效率;4、寿命长;5、工作无噪声,性能可靠、永无磨损、故障率低;6、较高的转速范围。
1.1 工作原理
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体 ,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°,这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外,使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子,免维护、坚固、应用广,但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多,提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快,可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直角坐标系统中,适当控制交流电机在两轴电流分量,达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。
此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中,而且体积越来越小;像模拟/数字转换器、脉冲宽度调制等。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相,得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。
1.2 结构
直流无刷电机是同步电机的一种,也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响:n=120.f / p。在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器),控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) :电源部提供三相电源给电机,控制部则依需求转换输入电源频率。
电源部可以直接以直流电输入(一般为24v)或以交流电输入(110v/220 v),如果输入是交流电就得先经转换器转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器转成3相电压来驱动电机。换流器一般由6个功率晶体管(q1~q6)分为上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供pwm(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制,所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器,做为速度之闭回路控制,同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
1.3 特点
1、可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速;
2、具有传统直流电机的优点,同时又取消了碳刷、滑环结构;
3、可以低速大功率运行,可以省去减速机直接驱动大的负载;
4、体积小、重量轻、出力大;
5、转矩特性优异,中、低速转矩性能好,启动转矩大,启动电流小;
6、无级调速,调速范围广,过载能力强;
7、软启软停、制动特性好,可省去原有的机械制动或电磁制动装置;
8、效率高,电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗,消除了多级减速耗,综合节电率可达20%~60%。
9、可靠性高,稳定性好,适应性强,维修与保养简单;
10、耐颠簸震动,噪音低,震动小,运转平滑,寿命长;
11、不产生火花,特别适合爆炸性场所,有防爆型;
12、根据需要可选梯形波磁场电机和正弦波磁场电机。
1.4 应用
无刷直流电机的应用十分广泛,如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等。总的来说,无刷直流电机可以分为以下三种主要用途:
持续负载应用:主要是需要一定转速但是对转速精度要求不高的领域,比如风扇、抽水机、吹风机等一类的应用,这类应用成本较低且多为开环控制。
可变负载应用:主要是转速需要在某个范围内变化的应用,对电机转速特性和动态响应时间特性有更高的需求。如家用器具中的、甩干机和压缩机就是很好的例子,汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等,这类应用的系统成本相对更高些。
定位应用:大多数工业控制和自动控制方面的应用属于这个类别,这类应用中往往会完成能量的输送,所以对转速的动态响应和转矩有特别的要求,对控制器的要求也较高。测速时可能会用上光电和一些同步设备。过程控制、机械控制和运输控制等很多都属于这类应用。
实用性新型无刷电机是与电子技术、微电子技术、数字技术、自控技术以及材料科学等发展紧密联系的。它不仅限于交直流领域,还涉及电动、发电的能量转换和信号传感等领域。在电机领域中新型无刷电机的品种是较多的,但性能优良的无刷电机因受到价格的限制,其应用还不十分广泛。下面分别就主要的新型无刷电机进行探索与研究。
1.5电机分类
1.5.1 直流电动机
一般直流电动机具有相同的工作原理和应用特性,而其组成是不一样的。除了电机本身外,前者还多一个换向电路,电机本身和换向电路紧密结合在一起。许多小功率电动机的电机本身是与换向电路合成一体,从外观上看直流无刷电动机与直流电动机完全一样。
直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分,它除了电机电枢、永磁励磁两部分外,还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心,它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等,还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场,使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构,满足各种应用市场的要求,并向着省铜节材、制造简便的方向发展。永磁磁场的发展与永磁材料的应用密切相关,第三代永磁材料的应用,促使直流无刷电机向高效率、小型化、节能方向迈进。
为了实现电子换向必须有位置信号来控制电路。早期用机电位置传感器获得位置信号,现已逐步用电子式位置传感器或其它方法得到位置信号,最简便的方法是利用电枢绕组的电势信号作为位置信号。
要实现电机转速的控制必须有速度信号。用获得位置信号相近方法取得速度信号,最简单的速度传感器是测频式测速发电机与电子线路相结合。
直流无刷电机的换向电路由驱动及控制两部分组成,这两部分是不容易分开的,尤其小功率用电路往往将两者集成化成为单一专用集成电路。
在功率较大的电机中,驱动电路和控制电路可各自成为一体。驱动电路输出电功率,驱动电动机的电枢绕组,并受控于控制电路。驱动电路已从线性放大状态转成脉宽调制的开关状态,相应电路组成也从晶体管分立电路转成模块化集成电路。模块化集成电路有功率双极晶体管、功率场效应管和隔离栅场效应双极晶体管等组成形式。虽然,隔离栅场效应双极晶体管价格较贵,但从可靠安全和性能角度看,选用它还是较合适的。
控制电路用作控制电机的转速、转向、电流(或转矩)以及保护电机的过流、过压、过热等。上述参数容易转成模拟信号,用此来控制较简单,但从发展来看,电机的参数应转换成数字量,通过数字式控制电路来控制电机。当前,控制电路有专用集成电路、微处理器和数字信号处理器等三种组成方式。在对电机控制要求不高的场合,专用集成电路组成控制电路是简单实用的方式。采用数字信号处理器组成控制电路是今后发展方向,有关数字信号处理器将在下面交流同步伺服电动机中介绍。
在微小功率范畴直流无刷电动机是发展较快的新型电机。由于各个应用领域需要各自独特的直流无刷电动机,所以直流无刷电动机的类型较多。大体上有计算机外存储器以及VCD、DVD、CD主轴驱动用扁平式无铁心电机结构,小型通风机用外转子电机结构,家电用多极磁场结构及内装式结构,电动自行车用多极、外转子结构等等。上述直流无刷电动机的电机本身和电路均成一体,使用十分方便,它的产量也非常大。为了满足大批量、低成本的市场需要,直流无刷电动机的生产必须要形成规模经济。因此,直流无刷电动机是一种高投入、高产出的行业。同时,我们应该考虑到市场也在不断地发展,如家用空调用电机正由3A转向3D,需要大量的中小功率的直流无刷直流电动机,研究和开发中小功率的直流无刷电动机也成当务之急。
1.5.2 无刷电机
(BLDCM)是在有刷直流电动机的基础上发展来的,但它的驱动电流是不折不扣的交流;无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地,无刷电机的驱动电流有两种,一种是梯形波(一般是“方波”),另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机,后一种叫交流伺服电机,确切地讲是交流伺服电动机的一种。
无刷直流电机为了减少转动惯量,通常采用“细长”的结构。无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多,相应的转动惯量可以减少40%―50%左右。由于永磁材料的加工问题,致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。
这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好,调速范围广,寿命长,维护方便噪声小,不存在因电刷而引起的一系列问题,所以这种电动机在控制系统中有很大的应用潜力。
电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。
由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。
中小容量的无刷直流电动机的永磁体,多采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。
近三十年来针对异步电动机变频调速的研究,归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法,稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。
无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本产品已经生产超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。
2、了解PIC16F72单片机:
2.1 PIC16F72单片机的主要性能
首先我们对外部时钟输入:它的频率是20MHz,其中有2K字14位宽的程序存储空间,伴随着128字节8位宽的数据存储空间,另外还有8个中断,3个8位I/O口以及PORTA、PORTB、PORTC。还有三个定时器模块:TIMER0、TIMER1、TIMER2随带着一个CCP模块;8位5通道的AD转换器。
2.4 PIC16F72单片机各个模块的具体工作任务
最小系统模块:引脚1相连的是复位电路,引脚1也是程序的高压烧写口;引脚9和引脚10分别是震荡电路的输入口和输出口,连接的是16MHz的晶振;引脚20和引脚8、引脚19是电源电路部分,分别接5V电源和地。
功能模块:模拟信号输入处理模块:模拟信号的处理主要是通过单片机的A/D转换模块实现的。引脚2检测流过电机的电流信
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