第3章 主回路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 
3.1 設(shè)計(jì)的重要性及思想
1.主回路設(shè)計(jì)的重要性：
　　實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)試驗(yàn)首先必須解決的問題之一是主回路的設(shè)計(jì)舟窥，這步非常關(guān)鍵宗窗，控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)都是基于主回路系統(tǒng)工作滚胎，并對它進(jìn)行自動化、智能化控制及測量蛮埋，是整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基石田搏。
2.設(shè)計(jì)的基本思想:
1)負(fù)載可調(diào)；
　　考慮系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和設(shè)計(jì)的要求歌憨，既然是負(fù)載試驗(yàn)着憨，首先必須解決負(fù)載問題，為了方便起見务嫡，采用雙電機(jī)系統(tǒng)甲抖，只要讓負(fù)載電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，即成為被試電機(jī)的負(fù)載心铃，但是又必須解決負(fù)載在一定范圍（被試電機(jī)允許的負(fù)載）之內(nèi)平滑可調(diào)准谚，只要在一定頻率范圍內(nèi)改變負(fù)載電機(jī)的頻率，即可改變被試電機(jī)的負(fù)載去扣，本系統(tǒng)中采用變頻機(jī)組來平滑調(diào)節(jié)頻率柱衔，這樣達(dá)到改變被試電機(jī)負(fù)載的目的。
2)高壓可調(diào)愉棱；
　　系統(tǒng)一般進(jìn)線電壓為380V唆铐，要實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的高壓，并且讓其可調(diào)，必須用到升壓變壓器和調(diào)壓側(cè)艾岂，所以在兩側(cè)都要用升壓變壓器和調(diào)壓器惫恼。
3)測量儀表的選定；
　　在本系統(tǒng)中測量電流用電流互感器嚎衡，考慮負(fù)載的大幅變化，被測電流的變化范圍玉桅，要用到幾組電流互感器來隨電流的變化自動切換漓荞，提高電流測量的精度。電壓的測量采用電壓互感器掷锻。 
4)穩(wěn)壓和穩(wěn)頻拟卢；
　　主電路中進(jìn)線電壓為電網(wǎng)電壓，難免會有所波動蔑来，而且绞甥，調(diào)壓過程中電壓也會略有抖動，因此澈虱，考慮在被試側(cè)的低壓側(cè)接上穩(wěn)壓器件帖豫。負(fù)載側(cè)由于變頻機(jī)組本身具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻功能表牲。所以不需要再接穩(wěn)壓器件镜伪。
5)高壓保護(hù)裝置；
　　因?yàn)閮蓚?cè)都是高壓線路想幻，所以在兩側(cè)必須裝有高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)粱栖，以便電路在異常情況下自動切斷線路，也有利于手動控制線路脏毯。
3.2 主回路的硬件接線及工作原理
　　基于3.1節(jié)設(shè)計(jì)思想主回路硬件接線如圖3.1所示：
 QF：高壓斷路器闹究；QS：高壓隔離開關(guān)；TA：電流互感器食店；TV電壓互感器渣淤；TB：調(diào)壓器；T：變壓器叛买；FU：熔斷器 
　　本系統(tǒng)采用雙路高壓砂代，一路為被試機(jī)（M1）供電，一路為作為負(fù)載用的負(fù)載電機(jī)（M2）供電率挣。值得注意的是刻伊，在進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)時，負(fù)載能量經(jīng)電源機(jī)組椒功、調(diào)壓器回饋到低壓側(cè)電網(wǎng)捶箱。具體為：負(fù)載電機(jī)與被試電機(jī)同軸聯(lián)接，通過電源機(jī)組調(diào)節(jié)負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使被試電機(jī)與負(fù)載之間形成一定的轉(zhuǎn)速差相脱，即使負(fù)載電機(jī)的頻率f<50HZ乍询，處于發(fā)電狀態(tài)，從而為被試電機(jī)加了負(fù)載绅拢，改變變頻機(jī)組的輸出頻率椰锹，即可改變被試電機(jī)的負(fù)載大小。由于M2以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行濒聪，則產(chǎn)生的電能通過電源機(jī)組經(jīng)調(diào)壓器回饋至電網(wǎng)啰蹲。因此，從整個系統(tǒng)角度來看砍没，系統(tǒng)消耗的能量主要為系統(tǒng)內(nèi)各電機(jī)的損耗懒竖。所以，本系統(tǒng)具有運(yùn)行效率高的優(yōu)點(diǎn)鸥司。值得注意的是舅洋，要限制變頻機(jī)組的頻率變化范圍，以防被試電機(jī)過載培愁。在本系統(tǒng)中擬定輸出的變頻范圍為 8～50Hz著摔。
　　在主回路中，如被試電機(jī)在電動機(jī)狀態(tài)工作時竭钝，首先在低壓下讓其旋轉(zhuǎn)方向相同, 啟動負(fù)載電機(jī),將其電源頻率和電壓調(diào)到額定值左右,隨即被試電機(jī)通電梨撞，調(diào)節(jié)電壓至額定值,然后降低負(fù)載電機(jī)的電源頻率，讓被試電機(jī)逐漸加負(fù)載至額定值,負(fù)載電機(jī)作發(fā)電運(yùn)行香罐，直至被試電機(jī)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)卧波。接著在滿足功率調(diào)節(jié)范圍在1.25～0.25PN內(nèi)用變頻電源平滑調(diào)節(jié)被試電機(jī)的負(fù)載, 測取數(shù)據(jù)的過程中，被試電機(jī)應(yīng)保持頻率和電壓不變庇茫；輔助電機(jī)應(yīng)保持額定電壓不變港粱。
3.3主回路相關(guān)設(shè)備的選擇
一、高壓試驗(yàn)對調(diào)壓器的基本要求
　　高壓試驗(yàn)必須有一個能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的可調(diào)試驗(yàn)電源旦签。通常在高壓試驗(yàn)變壓器的前級選配合適的調(diào)壓器查坪，借助調(diào)壓器的電壓調(diào)整，使高壓試驗(yàn)變壓器輸出滿足要求的宁炫、無級連續(xù)偿曙、均勻變化的試驗(yàn)電壓。高壓試驗(yàn)配用的調(diào)壓器羔巢，除了其輸出容量附直、相數(shù)、頻率霹早、輸出電壓變化范圍等基本參數(shù)應(yīng)滿足試驗(yàn)要求外矢锯，還要求調(diào)壓器應(yīng)具有以下性能。
　　1)輸出電壓質(zhì)量好 如要求調(diào)壓器輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波；輸出電壓下限最好為零跛猛；有些場合還要求輸出電壓與輸入電壓相位相同帘既。
　　2)調(diào)壓特性好 如要求調(diào)壓器阻抗不宜過高；調(diào)壓特性曲線平滑線性儡绩；調(diào)節(jié)方便顷敞、可靠。
　　3)環(huán)境保護(hù)好 如要求調(diào)壓器運(yùn)行噪聲小鹿磁。
二寡瘩、調(diào)壓器和變壓器的選擇
　　高壓試驗(yàn)用調(diào)壓器，一般采用移圈調(diào)壓器屈淫、感應(yīng)調(diào)壓器和接觸調(diào)壓器三種類型。在本系統(tǒng)中采用柱式接觸調(diào)壓器享甸。
　　柱式接觸調(diào)壓器是一種輸出電壓連續(xù)可調(diào)的自耦變壓器截碴。它具有輸出電壓波形正弦性好，輸出電壓下限可以為零蛉威，調(diào)壓特性平滑日丹、連續(xù)、線性蚯嫌；短路阻抗可以控制在較小范圍內(nèi)哲虾，運(yùn)行噪聲小以及輸出電壓與輸入電壓相位基本相同等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的高壓試驗(yàn)用調(diào)壓器择示。
 圖3中主回路進(jìn)線電壓為380V束凑，但是高壓側(cè)電機(jī)的額定電壓為10KV，必須通過調(diào)壓器和升壓變壓器才能達(dá)到高壓栅盲，擬定調(diào)壓范圍為1KV～12KV汪诉，通過調(diào)壓器使其電壓在40～600V范圍內(nèi)變化，升壓變壓器的變比為0.4KV～10KV谈秫。值得說明的是扒寄，調(diào)壓器和變壓器只分別給出了調(diào)壓范圍和變比，沒有選擇實(shí)際的型號私免。實(shí)際運(yùn)用時必須按標(biāo)準(zhǔn)選擇型號木冈。
 第4章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 
　　以GB1032三相異步電動機(jī)試驗(yàn)方法為依據(jù),保證試驗(yàn)過程滿足要求,根據(jù)此要求設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)。由控制系統(tǒng)由工控機(jī)(上位機(jī)) 檀抡、PLC(下位機(jī))和控制裝置等組成演易。上位機(jī)采用組態(tài)王組態(tài)軟件,下位機(jī)采用三菱FX2N型PLC,通訊采用RS - 232接口（實(shí)驗(yàn)用）。其中組態(tài)王軟件提供可視化菜單,試驗(yàn)人員按組態(tài)界面的提示,由工控機(jī)發(fā)出控制指令,通過可編程序控制器對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制层漠。
4.1 上位機(jī)的設(shè)計(jì)
4.1.1 組態(tài)王軟件功能分析
　　本系統(tǒng)上位機(jī)采用了組態(tài)王6.0x,該軟件操作方便,結(jié)構(gòu)清晰,易于上手爱茫。而且采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時多任務(wù)慰沸，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠拷拗。
　　而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能磷像，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面涩霞，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口邦匆、實(shí)時趨勢曲線等睦绍，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式涉波、數(shù)據(jù)鏈接功能英上。該軟件把每一臺下位機(jī)看作是一臺外部設(shè)備，在編程過程中根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接功能啤覆。在運(yùn)行期間苍日，組態(tài)王通過驅(qū)動程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)/指令窗声。每個驅(qū)動程序都是一個COM對象相恃，這種方式使通信程序和組態(tài)王軟件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效運(yùn)行笨觅，也可擴(kuò)大系統(tǒng)的規(guī)模拦耐。
工業(yè)自動化通用組態(tài)軟件—組態(tài)王軟件系統(tǒng)與最終工程人員使用的具體的PLC或現(xiàn)場部件無關(guān)。 對于不同的硬件設(shè)施,只需為組態(tài)王配置相應(yīng)的通訊驅(qū)動程序即可见剩。組態(tài)王支持的硬件設(shè)備包括:可編程控制器(PLC) 杀糯、智能模塊、板卡苍苞、智能儀表火脉、變頻器等等。工程人員可以把每一臺下位機(jī)看作一種設(shè)備,而不必關(guān)心具體的通訊協(xié)議茸汇，使用時只需要在組態(tài)王的設(shè)備庫中選擇設(shè)備的類型完成安裝即可,使驅(qū)動程序的配置更加方便品糯。
4.1.2 組態(tài)王6.0x的構(gòu)成及建立新程序的過程
　　“KINGVIW6.0”軟件包由工程管理器、工程瀏覽器和畫面運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVEW三部分組成居饵。其中工程瀏覽器用于新建工程蛔交、工程管理等。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)减严，即組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)镐访。工程瀏覽器和畫面運(yùn)行系統(tǒng)是各自獨(dú)立的Windows應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用肮碗；兩者又相互依存限榆，在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運(yùn)行系統(tǒng)中才能運(yùn)行停就。
　　工程管理器主要用于KINGVIEW工程的管理。
　　利用KINGVIW建立新程序的一般過程是：
1)設(shè)計(jì)圖形界面笆唧；2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫颈癌；3)建立動畫連接；4)運(yùn)行和調(diào)試岸裙。
　　在用KINGVIEW畫面開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序時要依照此過程考慮四個方面：
　　圖形猖败。就是怎樣用抽象的圖像畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備〗翟剩“KINGVIEW6.0”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)恩闻，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成剧董，同時支持畫面之間的圖形對象拷貝幢尚，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。
　　數(shù)據(jù)翅楼。怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性侠草？也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性犁嗅，數(shù)據(jù)庫是“KINGVIEW6.0”最核心的部分。在TOUCVEW運(yùn)行時晤碘，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上褂微，同時操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)現(xiàn)場，所有這一切都是以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)园爷，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁宠蚂。在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當(dāng)前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量卷芜。變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”夷朽，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用 的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。
　　動畫連接元粹。所謂“動畫連接”就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系熄朴，當(dāng)變量的值改變時，在畫面上以圖形對應(yīng)的動畫效果表示出來勺激；或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值雾鸠。這樣，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)當(dāng)它們變化時捎滴，先通過I/O借口纪娄，引起實(shí)時數(shù)據(jù)中變量的變化再通過“動畫”在畫面上反映出來。
　　硬件接口悉契。KINGVIEW軟件系統(tǒng)與最終用戶使用的具體的現(xiàn)場部件無關(guān)启毁。對于不同的硬件設(shè)施橘蹭，只需為組態(tài)王配置相應(yīng)的通信驅(qū)動即可。
4.1.3系統(tǒng)組態(tài)界面的設(shè)計(jì)
　　根據(jù)電機(jī)的負(fù)載變化页衙，試驗(yàn)又分負(fù)載試驗(yàn)摊滔、空載試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)等拷姿，在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中惭载，由于時間有限，系統(tǒng)組態(tài)界面設(shè)計(jì)過程中主要設(shè)計(jì)了負(fù)載試驗(yàn)响巢、空載試驗(yàn)和對應(yīng)參數(shù)的實(shí)時曲線界面描滔。以下以建立主畫面為例，講述界面設(shè)計(jì)的過程踪古。
　　打開組態(tài)界面含长，新建工程，工程名為電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)（主畫面）伏穆。
具體步驟如下：
　　1)在工程管理器中選擇菜單“文件/新建工程”拘泞，或者點(diǎn)擊工具欄的“新建”按鈕，出現(xiàn)“新建工程向?qū)е弧睂υ捒颉?
　　2)單擊“下一步”按鈕枕扫，彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒颉?
　　3)單擊“瀏覽”按鈕陪腌，選擇所要新建的工程存儲的路徑。
　　4)單擊“下一步”按鈕燥颠，彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒颍?
　　　　在對話框中輸入工程名稱：“電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)”
　　　　在工程描述中輸入：“測試電機(jī)的性能”
　　　　單擊“完成”叼稍。
　　5)彈出對話框，選擇“是”按鈕睛赁，將新建工程設(shè)為組態(tài)王當(dāng)前工程闻荠。
　　6)在菜單項(xiàng)中選擇“工具/切換到開發(fā)系統(tǒng)”，直接打開組態(tài)王工程瀏覽器徙祥，則進(jìn)入工程瀏覽器畫面藻拟，此時組態(tài)王自動生成初始的數(shù)據(jù)文件。
　　7)在工程瀏覽器中左側(cè)的樹形結(jié)構(gòu)中選擇“畫面”廉贤，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”卑聚。
　　工程瀏覽器將彈出“新畫面”對話框，然后在新畫面中首先進(jìn)行頁面設(shè)置卧蒂，如畫面位置谆藐、畫面風(fēng)格等。
　　畫面中要新建的圖素主要以主回路為依據(jù)更假，以新建電壓互感器為例：
　　按F2鍵打開圖庫管理器监灌，選擇你所要的圖素—電壓互感器（若無，用戶可以自己根據(jù)自己的需要創(chuàng)建新的圖素）击胜，在工程畫面上單擊鼠標(biāo)亏狰，出現(xiàn)電壓互感器役纹，然后調(diào)整大小并放到適當(dāng)?shù)奈恢眉纯伞?
　　空載試驗(yàn)界面如圖4.1所示：
　　負(fù)載試驗(yàn)組態(tài)界面如圖4.2所示：
　　實(shí)時趨勢曲線如下圖4.3所示：
　　在本系統(tǒng)中，由于被測電機(jī)的容量可在一個較大范圍內(nèi)改變暇唾，測試的內(nèi)容也有空載和負(fù)載之分促脉，因此電機(jī)的電流變化的范圍很大，從幾安培到幾十安培甚至上千安培策州∪澄叮考慮到工作方式為自動/手動兩種方式。并且手動方式中由于用戶的需要仍要求采用指針式儀表讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)够挂，因此保證在大范圍內(nèi)都能精確讀取電流值是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一旁仿。在本系統(tǒng)中，電流仍通過電流互感器來測量孽糖】莞裕考慮到電流的變化范圍必須要用到多組電流互感器。在本文中有代表性的選用了兩組電流互感器办悟，它們分別為5/5尘奏、30/5兩種。如圖4.1中紅線框所示鸦呆，方便起見瓣挂，見下圖4.4所示：
　　其中TA1與TA2為不同量程的電流互感器，通過QF2畔香、KM1和KM2之間的切換类埋，可選擇不同量程的電流互感器接入『烈希可以通過電流繼電器作相應(yīng)的切換，從而選擇出對應(yīng)的被測電流雳址。由于電流互感器測量時次級是不允許開路的析深，所以在進(jìn)行電流換檔時，要求將要換去的電流互感器敌痘，先短路原邊測量線圈咨锐，然后再斷開副邊線圈。而要換上的電流互感器則先接通副邊線圈后斷開原邊線圈钢婆。
在以上空載和負(fù)載組態(tài)控制畫面上系馁，操作人員可直接點(diǎn)擊畫面上的控制按鈕，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制窟扑。
　　　 參與該論文的評論喇颁！ 　　　　　　　　　　 (1) 、 (2) 嚎货、 (3) 橘霎、 (4) 蔫浆、 (5) 、 (6) 姐叁。

（“自動化網(wǎng)”杯組態(tài)軟）

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