转速、转差率和异步化同步发电机转子位置角的测量

转速、转差率和异步化同步发电机转子位置角的测量 《电工技术杂志》,,,,年第,期 转速、转差率和异步化同步发电机 转子位置角的测量 罗盛波 廖常初(重庆大学,,,,,,) 珊, 介绍了以单片机为基础的基于，,,总线的工控机测量卡。 关键词 转建 转差率 转子位置角 , 摘要介绍了转速、转差率和异步化同步发电机转子位置角的,皿量方未和硬件电路，简单 , 引言 随着现代电力,:业的发展(输电距离日益增 脉冲的圈脉冲信号，另齿脉冲信号。 路为每蚓,,,,个脉冲的 ,(,转速及转差率测量原理 ——————————————————————————————————————————————— (,)全波测量法圈脉冲,二分频后得到的方波信号,的脉冲宽度，恰好是转手转一圈的时帕,，如图,所示。测,璧出该脉冲对直的高频脉冲的,,数值，就可以计算出转了的转速 为,提高测最的实 ,乇，电嘲电『玉等级逐渐提高，导致电力系统产生一些新的问题。其中(长输电线的无功过剩引起的持续，:频过电压和电力系统稳定性问题日益突出。 异步化同步发电机在转子上装设有两个励磁绕组(使转子合成磁势不仅改变幅值，还能改变其在 , 时性，改善系统的动态性能(川,反相器将信号,反相为信号,，用两个计数器分别测量信号,和信寸 ,的脉冲宽度，每圈可得一个测量值。 ？平面上的方向(它采用特殊的控制规律(能 提高过渡状态的稳定性并深度吸收电网无功，性能明显优于普通的同步发电机。国外的实践已证明，异步化同步发电机足解决工频过电压和提高电力系 统稳定性的重要手段之一。 傲删脉冲—————一( ～: 为了对异步化同步发电机进行准确、有效的控制，需要实时检测电机的转速、转差率和转子位置角等物理量。本文重点介绍这些物理——————————————————————————————————————————————— 量的测量原理 和硬件设计方法。 ,,敬脉冲;，,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,？？,,,,,,,，„„,,， ,,,,,,,,,，,,，,,,,,』,,,,计数器凄墼 ,—————,—————，, ,奎, ,,一 ,删屠脉苋的授,侈币蒽,苎, 圈脉兰『, ,测?原理 ,(,脉冲宽度的测量原理 口号～厂——,一—,一 艄, 『,——一。,, 图,所示为测量脉宽的波形示意图。被测脉冲作为定时器,计数器芯片,,,,的门控信号，控制对高频计数脉冲的计数(高频计数脉冲由晶体振荡器产，,(具有较高的频率稳定性。设其频率为，,，计数器汁得的数为,、，被测脉宽为,’。，则 ,。,,。?, (,) 信号,信号, ——————————————————————————————————————————————— ,,————～————，,,————～—一 图,全破删鞋法示营罔 ,—, (,)半波测量法测量齿脉冲,,,分频后方波 的脉冲宽度，自,图,昕示。 圈脉,【,, ，。可根据测试精度的要求选择，测量精度要求越高(,,越高。 这里我们选取,,,,,,,。 ,(,光电编码器 ,’ ,,————二,—一—’?,一 ，, ‘ 一一 光电编码器主要由光栅码盘、光敏元件和整形电路构成。光栅码盘与被测转轴刚性连接(码盘转 动时，编码甜输,两路脉冲信号(一,, 图,半渡测量法“意蚓 此脉冲宽度足转子转半阁的时问(昕以这种方 法称为半波测量法，每二,剧”,,,个删硅值,半波 一路为每圈一个 万方数据 ——————————————————————————————————————————————— 转速转差率和异步化同步发电机转子位置角的测量 《电工技术杂志》,,,,年第,期 测量法的测量速度是全波测昔法的两倍，控制系统的采样周期较短时可采用这种方法( (,)转差率的测量方法设转差率为,，同步 转速为?，转子转速为”，则 』,(，,,一，一,,, (,) 法，其测量电路原理图如同,所而。齿脉冲接 ,,,,通道,的计数输人端,,,,，圈脉冲接门挖端,,,,,，,,,分频后的方波从输出端,,,,输出: 陵通道工作于方式,即单稳态丁作方式，计数常数 为,,,。在每次圈脉冲到来后，输出变低(开始减 定子电压信号经滤波后被过零比较器转换为方波信号(测量此方波信号的频率可求出同步转速,，，转子转速，。前面已测得，由式(,)即可算出转差率。,(,转子位置角的测量原理 在异步化发电机理论中，转子位置被定义为转子,】轴与定子,相电压相量之间的夹角，而圈脉冲与转子？轴之间的夹角,在码盘安装之后保持不变:因此，如果能 计数，计数当前值减到,时，输砖霞新变高;下„次圈脉冲到来后，输出再次瘦低。这样，便从输出端,,,,得到所需的齿脉冲的,,,分频信号，分频后的正负半波转速信号分别作为另两个计数通——————————————————————————————————————————————— 道的门控信号，这两个通道的计数输入端(,，。,)接高频计数脉 冲。在方波信号的,:升沿之后，,,,, 缸半吱?,数器 ,(,,,, 够求出转子圈脉冲与定子端电压相芦坠墅幽 量之间的夹角,,，就能由下式求出堕坠型堡,,—,昔 艿,,,一占, (,) 堑鎏生?婆生墼梦 。 ,, 转子位置角厂—(,剧 圈,中齿脉冲,,,分频后得到 至单片机 的转子方波与定子,相电压方波异或后(得到的脉冲宽度即对应 于,(，设定子电压方波正半周脉宽为 丁。异或得到的脉冲宽度为丁。，则 ? ?嚣 四坦型 ,盎, 船意一 ——————————————————————————————————————————————— 图 转速和转子位置角测量原理图 ,,,,,,瓦,() 从初值开始减计数，在方波信号下降沿后停止计数。从 读取计数值，这样就可以求出转速正 负半波的时间，由此可计算出转速。 用定子电压方波信号控制高频脉冲的计数，根据计数值可计算出同步转速。为了提高测量速度，可将电压方波反向，用两个计数器分别测量电压正半渡和电压负半渡的脉冲宽度。根据转子转速和同步转速可算出转差率。 ( 发电机空载时，令转子两个轴的励磁电流大小相等，方向均为正向，此时转子位置角,应为,,。，根据此时测出的转子圈脉冲与定子端电压相量之间的夹角,～，可算出 ,～堕广—, 占,,占～一 转,,渡,一一,,,盟山 圈脉冲,,———一一一,——————’—,,一 ,—一 ～:: ，, 转,位口～厂—,,,厂—, ——————————————————————————————————————————————— 图,转于位置角测量原理 。 , 转子位置角测量的硬件电路电压方波和齿脉冲 分频后得到的转速方波 被异或门 () 和 异或，如图,所示，得到,(对 的门控端 , 应的方波，送给通道,和通道 ， 端输入的是高频脉冲信号。与通道,的计数输入端 位计数器来计数。 由式(),()可得转子位置角 ,, 由于计数值可能超过,位,二进制数，所以将通 。 , ,一,,， ()道的输出端 ——————————————————————————————————————————————— ,硬件电路设计 ( 相联，用两个通道组成的 转述和转差率利量的硬件电路 为了提高测量的速度，采用了前述的半波测量 我们设计的工控机 转速、转差率和转子位置角测量卡 总线测量,，可同时 (， 检测出异步化同步发电机的转速、转差率、转子,, 一,,一 万方数据 《电工技术杂志》,,,,年第,期 置角、电网频率和定子电压电流的相位差，其硬件结构框图如图,所示、单片机控制计数器的上作，并将计数结果写到双端口存储器中，工控机可通过读取双端,,存储器中的数据，得到所需的测量结 果 , 参考文献 饧顺昌 ,,,,(,) 国外对异步化同步电机的探讨国外大电机， ——————————————————————————————————————————————— 脉冲测量卡还可产生一个周期为,,,,的定时 ,何耀三等异步化气轮发电机舣通道励磁控制系统的研 制电工技术学报，,,,,(,) ,廖常初使用微机的转速实时检测方法电气自动化( ,,,,(,) 中断(作为工控机的测控周期( ,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,)(,,,,,？,,,,,,,,,,,,,) 图,脉宽测量卡硬件结构框图 ,,,,,,;, ,,,, ,,,,, ,,,,,,,;,, ,,,,, ,,,,,,,,, ,, ——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,, ,,,,,; ,结论 根据本文介绍的转速、转差率和转子位置角的测量方法设计制作的，,,总线测量卡，已用于异步化汽轮发电机组模拟系统。经使用明，测量卡工作稳定可靠，精度可满足控制系统的要求。本文介绍的测量方法和硬件电路也可以用于其他测量控制装置中。 (上接) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,;,,,,,,,, , ,,, ,:,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,, ,, ;,,;,,, ,,,,,,,】～(,,,,,,, ,, ,,,,,, ;,,,,,,, ——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,,,,,,, ，,,,,, ,,,,, ,,,,,;,,;,,,,,,,,, ,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,— ,,,„,,,, 收稿日期:,,,,—,,—,, ,高文焕，汪蕙模拟电路的,,算机分析与设计,,,?;,应 用北京:清华大学出版社(,,,, ,结论 (,)无功补偿电容器在有谐波的场合不宜直接投入，电容器、系统内阻抗和负载三者构成的系统存在谐振现象(谐波电流被严重放大，超出规定值、这种补偿无功的方式必须进行改造。 (,)为保证电容器的安伞运行，必须加保护措施(如,～确选择防冲击电抗器、减少系统产生的谐波等选样无功补偿电容器时，直考虑电容器的电压余量，在』:述谐波较为严重的情况下(建议选用,,,,以上的电力电容器，保证电容器的安全工作。 (,)加装串联型有源滤波器，把电容器改造成无源滤波器米抑制电力系统的谐波是解决问题的根本途径: ——————————————————————————————————————————————— 参考文献 , ,李达义，陈乔夫等种新型的串联型有源电力滤波 器电力系统自动化(,,,,)，,,(,,) ,陈乔夫(李达义等基于基波磁通补偿的串联型有源滤 波器华中理工大学学报，,,,,(,,) ,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,, ,,,,;,,,,,,,,,,, ,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,, ,, ,,,”,,,, ,;,,,;, (,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,;, ,,,,,;,,,,,,,) ,,,;,,,, ,,,,,, ,,,,„,,,,,,,,,，; ,,,,,,,,,, ,,,, ;,,,,,,,, ——————————————————————————————————————————————— ,,, ,,,,,,, ;,,,,,, ,,— ,,,,(,,,,,,,,,,;;,,,;,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,, , ,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,;,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,, ,, , ——————————————————————————————————————————————— ,,,,, ;,,,,,, ,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,, ;,,,;,,,,, ,,,,,,,,,,;,,,,,,(,, ,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,(,,,,, ,,;,,,,),,,,,,,,,;,,,; ,,,,,,,,—,,卫 ,, ,，电力系统借渡容健纲，张文亮译武 ,,,,,,,, ,,,,, 华中理,大学出版社，,,,, ,,,,, ;,,,;,,,, ,同向序,，寓正东电力电容器,皆波特性的实例分析电 ,电容器，,,,(，(,,(,) ;,,,,,,,,,,, ——————————————————————————————————————————————— ,,一,, 收稿口期:,,,, 一一，,一 万方数据 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年，卷(期): 被引用次数:罗盛波， 廖常初重庆大学,400044电工技术杂志ELECTROTECHNICAL JOURNAL2002(9)1次 参考文献(3条) 1.廖常初 使用微机的转速实时检测方法 1987(05) 2.何耀三 异步化气轮发电机双通道励磁控制系统的研制 1996(01) 3.杨顺昌 国外对异步化同步电机的探讨 1991(04) 引证文献(1条) 1.陈棋 异步化汽轮发电机模拟试验系统的研究[学位论文]硕士 2005 本文链接: ———————————————————————————————————————————————