同步发电机励磁系统自动电压调节器通用测试系统的设计

� 第 11期 � 2010年 11月 工 矿 自 动 化 Industr y and M ine Automation No. 11 � Nov. 2010 � 文章编号: 1671- 251X( 2010) 11- 0033- 04 同步发电机励磁系统自动电压调节器 通用测试系统的设计 谷志锋, � 邵天章, � 杨润生, � 张岭 (军械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院电气工程系,河北 石家庄 � 050003) � � 摘要:针对传统的自动电压调节器测试方法存在测试项目较少、安全性差、建设成本高、设备参数差异大 等缺陷,提出了一种基于 LabWindow s/ CVI的自动电压调节器通用测试系统的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 , 并介绍了系统的 构成和原理。该系统实现了自动电压调节器的动态测试, 相比于传统的测试系统, 具有测试项目齐全、测试 周期短、通用性强等优点。 关键词:同步发电机; 自动电压调节器; 通用测试; 虚拟仪器; LabW indow s/ CVI 编程; RTDS 测试; AVR � � 中图分类号:TD672; TM762. 3 � � � 文献标识码: B Des ign of General Testing Syst em of Automat ic Volt age Regulator for Ex citation System of Synchronous Generat or GU Zh-i feng, � SHAO T ian- zhang, � YANG Run-sheng, � ZHANG Ling ( Dept . of Elect rical Eng ineering of Ordnance Engineering Co lleg e, Shijiazhuang 050003, China) � � Abstract: In view of shortcoming s of tr aditional test ing methods of automat ic v oltage regulato r such as few test items, poo r security , high const ruct ion cost, big differ ence in equipment par ameters, a design scheme o f new general test ing sy stem of automat ic voltage regulator based on LabWindow s/ CVI w as put fo rw ard. St ructure and principle of the testing sy stem w ere int roduced. The test ing sy stem realizes AVR dynamic test and has many advantag es such as complete test ing project , short test ing circle, pr efer able universality and so on compared w ith t radit ional test ing systems. Key words: synchronous generator, automatic vo ltag e regulato r, g eneral test , virtual instrument, LabWindow s/ CVI pro gramm ing , RTDS test, AVR 收稿日期: 2010- 07- 11 作者简介:谷志锋( 1979- ) ,男,河北井陉人,讲师,博士,现主要 从事励磁系统方面的设计与研究工作。E-m ail : gz fgohappy@ 163. com 0 � 引言 自 动 电 压 调 节 器 ( Automat ic Vo ltag e Regulato r, AVR)作为发电机组同步发电机励磁系 统的重要组成部分,其性能优劣不仅直接影响输出 电压的品质,而且对供电系统的稳定性也有很大影 响[ 1]。传统的 AVR测试方法主要包括开环测试、 现场开机测试、动模测试、RTDS 测试等[ 2]。然而 这些测试方法存在许多不足, 例如:开环测试的测试 项目较少;现场开机测试经济性、安全性差;动模测试 建设成本高, 设备参数差异大; RTDS 测试结果与实 际 AVR 性能相差较大等。本文利用 LabWindows/ CVI设计 AVR 通用动态测试系统, 该系统选用具有 GPIB接口的程控电源作为激励源, 利用具有 USB接 口的研华采集器完成输出激励以及AVR 输出励磁电 压的采集,实现了 AVR 动态测试,具有测试项目齐 全、测试周期短、通用性强等优点。 1 � AVR通用测试系统的组成与工作原理 1. 1 � 系统组成与工作原理 AVR通用测试系统主要由微型计算机(上位 机)、U SB4711采集器、信号调理电路、自动电压调 压 器 和 程 控 电 源 组 成。微 型 计 算 机 采 用 LabWindow s/ CVI 软件, 结合同步发电机 Park 动 态方程, 编制了 AVR 自动测试软件系统, 并通过 四阶变步长龙格- 库塔公式实时求解同步发电机 Park方程[ 3] , 并根据求解后的电压、电流数值, 通过 GPIB 接口时刻控制程控电源的输出。程控电源输 出的激励信号 (电压、电流)以及 AVR输出的励磁 电压信号通过采集信号调理电路调理后输入 USB4711采集器。微型计算机通过 USB2. 0 接口 与采集器连接, 实时采集激励信号及励磁电压信号, 既可以达到保护和监视程控电源的作用, 同时又可 以实时修正 Park方程输入的励磁电压,达到动态调 整程控电源输出的效果[ 4] , 原理框图如图 1所示。 系统测试前需要输入相应同步发电机的参数( r、r f、 rD、r Q、x d、x q、x f、x D、x Q、x af、x aD、x fD、x aQ ) ,这些参数 均可以通过试验的方法得到[ 5] ,从而保证了 Park 方 程的针对性和测试的准确性, 克服了传统动模试验 构建物理模型成本高以及 RT DS 软件仿真的缺点。 由于被测 AVR 有工频 ( 50 Hz)、中频 ( 400 Hz) 两类,同时结合测试系统的测试项目(开环放大倍 数、动态特性、静态特性、F/ V 保护、强励倍数、时间 常数等) , 可以确定程控电源参数为 2路三相四线电 压激励, 电压范围为 AC 0~ 500 V, 频率范围为 0~ 500 Hz,功率为 300 W。 图 1� AVR通用测试系统原理 1. 2 � 信号调理电路设计 信号调理电路用于将模拟信号变为数据采集、 控制过程、执行计算显示读出或其它目的的数字信 号[ 5] ,包括电压型激励源信号调理电路、电流型激励 源信号调理电路、励磁信号调理电路等。电压型激 励源信号调理电路如图 2所示。 � � 程控电源发出的单相电压引入后经过 200 k� 电阻变为电流, 然后由一个 1�1的电压互感器传输 到另一端, 接一个 2 k� 的电阻。LM 124 是一个电 压可调的电压跟随器,用来提供稳定的直流电压, 使 单相交流电压波形抬升至正半轴以上。电流型激励 信号调理电路原理与图 2 相同, 只是将电压型互感 器 TV 1013- 1改用为T A1905- 4,即可实现电流 图 2 � 电压型激励源信号调理电路 调理的功能。 2 � 动态测试软件系统设计 AVR 动态测试软件系统采用 LabWindow s/ CVI编制, 工程文件主要包括用户界面资源文件 ( . uir文件) , 用户界面资源中的所有资源定义的头 文件( . h文件) ,主程序文件( . c文件) , 用户界面资 源中面板、菜单、控件的消息响应处理文件( . c 文 件) , GPIB 通信文件 ( . c 文件) ; USB 通信文件 ( . c文件) ,同步发电机 Park 方程求解文件( . c 文 件)等。 在测试一种类型的 AVR 之前, 需要输入调压 器配套发电机的参数, 这样可以为 Park方程计算提 供依据,同时也能够保证测试的准确性,同步发电机 相应参数设置界面如图 3所示。 图 3� 同步发电机相应参数设置界面 � � LabWindow s/ CVI 提供了 GPIB/ GPIB488. 2 �34� 工矿自动化 2010年 11月 � � � � � 函数库, 可实现对 GPIB 总线的控制 [ 6]。GPIB/ GPIB488. 2函数库包括以下的子类: Open/ Clo se 子 类, Conf iguration 子 类, I/ O 读写子 类, Device Contro l子类, Bus Contro l子类, Board Control 子 类, Callbacks funct ion子类, Locking 子类, T hread- Specif ic Status子类。 � � 研华公司为其系列数据采集卡特别制作了一个 统一的 32位驱动程序和编程接口。将驱动程序以 及对应的头文件拷贝至项目工程文件夹下, 即可实 现 LabWindow s/ CV I对其操作。实现对 U SB4711 采集器的控制操作主要包括以下步骤: 初始化和关 闭设置;设置数据输出端, 分为字输出和字节输出; 设置数据输入端,同样是字输入和字节输入; 运行进 程的函数,包括分配内存驱动、中断转移等; 测量波 形以及对波形的采样。 软件进入后首先选择被测试的机组型号, 然后 设置机组配套同步发电机的参数,进入相应机组配 套 AVR的测试界面, 测试界面主要完成静态特性 (输入输出特性、放大倍数)测试、动态特性(零起升 压、短路、切负荷)测试和开环测试。编制的 3GF- DW7型发电机组[ 7] 配套 AVR 测试主界面如图 4 所示,动态特性测试界面如图 5所示。当选择相应 的测试功能后, 首先进行同步发电机的 Par k方程计 算, 从而形成程控电源的控制命令, 同时通过 USB4711采集器采集相应激励和 AVR 的输出信 号,调整 Park 方程的计算结果。当 Park 方程计算 结果相对稳定时,激励信号控制结束,软件的设计流 程如图 6所示。 图 4 � AVR 测试主界面 3 � 测试结果 AVR通用测试系统具有测试数据 Excel表格 图 5 � AVR 动态特性测试界面 图 6 � AVR 动态测试系统软件设计流程 记录和波形显示功能, 并对江西三波电机有限公司 生产的 3GF- DW7型发电机组配套 AVR进行了 测试, 通过 GPIB 接口控制的程控电源输出的电压 激励信号波形显示如图 7所示。 图 7 � 3GF- DW7 型发电机组配套 AVR 电压激励信号波形 �35�2010年第 11期 谷志锋等:同步发电机励磁系统自动电压调节器通用测试系统的设计 � � � � � 从图 7可以看出, 电压激励信号波形反映了程 控电源在被测调压器控制下的输出电压变化情况。 通过被测波形和 Excel表格记录数据, 测试人员 一方面可通过测试软件自动计算调压器的调压指标 (瞬态调整率、稳态调整率、波动率、稳定时间等) , 另一方面可以将测试所得指标与其它被测调压器指 标进行比较,从而更全面地了解不同调压器之间的 性能差别。 4 � 结语 介绍了基于 LabWindow s/ CV I 的 AVR 通用 测试系统的构成和原理。相比于传统的励磁调节器 测试系统,该系统具有测试项目齐全(闭环、动态性 能均可以测)、测试周期短、通用性强等诸多优点, 具 有较强的工程实用性。 参考文献: [ 1] � 李基成. 现代同步发电机励磁系统设计和应用[ M ] . 北京:中国电力出版社, 2006. [ 2] � 梁志成,马献东, 王力科,等. 实时数字仿真器 RT DS 及 其应用[ J] . 电力系统自动化, 1997, 21( 10) : 61-64. [ 3] � 高景德, 张麟征.电机过渡过程的基本理论及分析方法 [ M ] .北京: 科学出版社, 1985. [ 4] � 陈超英,李永丽, 张艳霞,等. 输电线路任意点故障的数 字仿真[ J] . 中国电机工程学报, 1995( 6) : 398-405. [ 5] � 刘承榆, 刘维友. 同步发电机参数和试验的数字仿真 [ J] . 天津大学学报, 1994, 27( 1) : 77-82. [ 6] � 凌敏.基于 GPIB 技术的电子技术自动综合测试平台 的设计[ D] .成都: 西南交通大学, 2007. [ 7] � 杨润生, 张素宁, 邵天章. 3GF- DW7 型发电机组构 造、原理、维修 [ M ] . 石家庄: 军械工程学院出版社, 2004. � 第 11期 � 2010年 11月 工 矿 自 动 化 Industr y and M ine Automation No. 11 � Nov. 2010 � 文章编号: 1671- 251X( 2010) 11- 0036- 04 基于 PLC的矿井通风机性能测定系统研究 赵勇明1, 2 , � 蒋曙光1, 2 , � 吴征艳2 , � 邵昊1, 2 , � 迟洪有1, 2 , � 韩子维1, 2 ( 1. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室, 江苏 徐州 � 221008; 2.中国矿业大学安全工程学院, 江苏 徐州 � 221116) � � 摘要:针对现有的基于单片机的通风机性能测定系统存在编程难、不易懂, 稳定性和可靠性不高等问题, 介绍了一种基于 PLC的矿井通风机性能测定系统的设计,详细介绍了该系统的工作原理、硬件组成和软件 设计。该系统采用分布式测定方法,在完成对通风机风速、相对静压、轴温、大气压力、相电流、相电压等参数 实时采集的同时,还可计算出通风机风量、功率、效率等参数;采用 PLC作为测定终端系统的核心控制部件, 保证了整个系统的稳定性和可靠性。 关键词:煤矿; 通风机; 性能测定; 测定终端; PLC � � 中图分类号:TD635 � � � 文献标识码:B Research of Measuring Sy stem of Performance of M ine Ventilator Based on PLC ZHAO Yong-m ing 1, 2 , � JIAN G Shu-guang1, 2 , � WU Zheng-yan2 , SHAO Hao1, 2 , � CHI Hong-you1, 2 , � HAN Z-i w ei1, 2 ( 1. State Key Laboratory of Coal Resource and Safe M ining of CUMT . , Xuzhou 221008, China. 2. School o f Safety Engineering o f CUMT. , Xuzhou 221116, China) � � Abstract: In v iew of problems o f ex ist ing measuring sy stem of per formance of mine vent ilator based on 收稿日期: 2010- 07- 23 作者简介:赵勇明( 1986- ) ,男,四川巴中人,中国矿业大学安全 工程学院在读硕士研究生,主要研究方向为安全监测监控。E-mail: z hi610@ 126. com