應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償

應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）

應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）1.應(yīng)變片的溫度誤差由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來的附加誤差,稱為應(yīng)變片的溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有:1)電阻溫度系數(shù)的影響敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示：Rt=R0（1+α0Δt）(3-14)式中:Rt——溫度為t℃時(shí)的電阻值;R0——溫度為t0℃時(shí)的電阻值;α0——金屬絲的電阻溫度系數(shù);Δt——溫度變化值,Δt=t-t0。當(dāng)溫度變化Δt時(shí),電阻絲電阻的變化值為ΔRt=Rt-R0=R0α0Δt（3-15）2)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí),不論環(huán)境溫度如何變化,電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣,不會(huì)產(chǎn)生附加變形。當(dāng)試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時(shí),由于環(huán)境溫度的變化,電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形,從而產(chǎn)生附加電阻。設(shè)電阻絲和試件在溫度為0℃Ls=L0（1+βsΔt）（3-16）Lg=L0（1+βgΔt）（3-17）當(dāng)二者粘貼在一起時(shí),電阻絲產(chǎn)生的附加變形ΔL,附加應(yīng)變?chǔ)纽潞透郊与娮枳兓β分別為ΔL=Lg-Ls=（βg-βs）L0Δt(3-18)εβ=ΔLL0=（βg-βs）Δt(3-19)ΔRβ=K0R0εβ=K0R0(βg-βs)Δt(3-20)由式（3-15）和式（3-20）,可得由于溫度變化而引起應(yīng)變片總電阻相對(duì)變化量為折合成附加應(yīng)變量或虛假的應(yīng)變?chǔ)舤,有由式（3-21）和式（3-22）可知,因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相對(duì)變化量,除了與環(huán)境溫度有關(guān)外,還與應(yīng)變片自身的性能參數(shù)（K0，α0，βs）以及被測(cè)試件線膨脹系數(shù)βg有關(guān)。2.電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有線路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。1)線路補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償是最常用的且效果較好的線路補(bǔ)償法。圖3-4所示是電橋補(bǔ)償法的原理圖。電橋輸出電壓Uo與橋臂參數(shù)的關(guān)系為Uo=A（R1R4-RBR3）（3-23）式中:A——由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。R1—工作應(yīng)變片；RB—補(bǔ)償應(yīng)變片由上式可知,當(dāng)R3和R4為常數(shù)時(shí),R1和RB對(duì)電橋輸出電壓U0的作用方向相反。利用這一基本關(guān)系可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。測(cè)量應(yīng)變時(shí),工作應(yīng)變片R1粘貼在被測(cè)試件表面上,補(bǔ)償應(yīng)變片RB粘貼在與被測(cè)試件材料完全相同的補(bǔ)償塊上,且僅工作應(yīng)變片承受應(yīng)變。如圖3-4所示。當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí),R1和RB又處于同一環(huán)境溫度為t℃的溫度場(chǎng)中,調(diào)整電橋參數(shù)，使之達(dá)到平衡,有Uo=A（R1R4-RBR3）=0（3–2）圖3-4電橋補(bǔ)償法工程上,一般按R1=R2=R3=R4選取橋臂電阻。當(dāng)溫度升高或降低Δt=t-t0時(shí),兩個(gè)應(yīng)變片的因溫度而引起的電阻變化量相等,電橋仍處于平衡狀態(tài),即Uo=A［（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3］=0(3-25)若此時(shí)被測(cè)試件有應(yīng)變?chǔ)诺淖饔?則工作應(yīng)變片電阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε,而補(bǔ)償片因不承受應(yīng)變,故不產(chǎn)生新的增量,此時(shí)電橋輸出電壓為Uo=AR1R4Kε（3-26）由上式可知,電橋的輸出電壓Uo僅與被測(cè)試件的應(yīng)變?chǔ)庞嘘P(guān),而與環(huán)境溫度無關(guān)。應(yīng)當(dāng)指出,若實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償,上述分析過程必須滿足四個(gè)條件:①在應(yīng)變片工作過程中,保證R3=R4。②R1和RB兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)α,線膨脹系數(shù)β,應(yīng)變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0。③粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測(cè)試件材料必須一樣,兩者線膨脹系數(shù)相同。④兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場(chǎng)。2)應(yīng)變片的自補(bǔ)償法這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片,稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片的工作原理可由式（3-21）得出,要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償,必須有α0=-K0（βg-βs）（3-27）上式表明,當(dāng)被測(cè)試件的線膨脹系數(shù)βg已知時(shí),如果合理選擇敏感柵材料,即其電阻溫度系數(shù)α0、靈敏系數(shù)K0和線膨脹系數(shù)βs,使式（3-27）成立,則不論溫度如何變化,均有ΔRt/R0=0,從而達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。一、電阻?yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片品種繁多,形式多樣。但常用的應(yīng)變片可分為兩類:金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成,如圖3-2所示。敏感柵是應(yīng)變片的核心部分,它粘貼在絕緣的基片上,其上再粘貼起保護(hù)作用的覆蓋層,兩端焊接引出導(dǎo)線。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。圖3-2金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵,其厚度一般在0.003～0.01mm。其優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好,允許通過的電流較大,可制成各種所需的形狀,便于批量生產(chǎn)。薄膜應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵,最后再加上保護(hù)層。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大,允許電流密度大,工作范圍廣。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的,其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。所謂壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時(shí),其電阻率ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象。半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí),其電阻相對(duì)變化為（3-10）式中Δρ/ρ為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對(duì)變化量,其值與半導(dǎo)體敏感元件在軸向所受的應(yīng)變力關(guān)系為（3-11）式中:π——半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)。將式（3-11）代入式（3-10）中得（3-12）實(shí)驗(yàn)證明,πE比（1+2μ）大上百倍,所以（1+2μ）可以忽略,因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為Ks=（3-13）半導(dǎo)體應(yīng)變片突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,比金屬絲式高50～80倍,尺寸小,橫向效應(yīng)小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大,應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重等缺點(diǎn)。項(xiàng)目數(shù)控車床絲杠螺距誤差的補(bǔ)償一、工作任務(wù)及目標(biāo)1．本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)任務(wù)（1）學(xué)習(xí)數(shù)控車床絲杠螺距誤差的測(cè)量和計(jì)算方法；（2）學(xué)習(xí)數(shù)控車床螺距誤差參數(shù)的設(shè)置方法。2．通過此項(xiàng)目的學(xué)習(xí)要達(dá)到以下目標(biāo)（1）了解螺距誤差補(bǔ)償?shù)谋匾?；?）掌握螺距誤差補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量和計(jì)算方法；（3）能夠正確設(shè)置螺距誤差參數(shù)。二、相關(guān)知識(shí)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置一般是由電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，由滾珠絲桿螺母機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。1、滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的工作原理見圖1；在絲杠1和螺母4上各加工有圓弧形螺旋槽，將它們套裝起來變成螺旋形滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠2。當(dāng)絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)滾珠推動(dòng)螺母軸向移動(dòng)，同時(shí)滾珠沿螺旋形滾道滾動(dòng)，使絲杠和螺母之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動(dòng)摩擦。螺母螺旋槽的兩端用回珠管3連接起來，使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端，構(gòu)成一個(gè)閉合的循環(huán)回路。2、進(jìn)給傳動(dòng)誤差螺距誤差：絲杠導(dǎo)程的實(shí)際值與理論值的偏差。例如PⅢ級(jí)滾珠絲杠副的螺距公差為0.012mm/300mm。反向間隙：即絲杠和螺母無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)絲杠和螺母之間的最大竄動(dòng)。由于螺母結(jié)構(gòu)本身的游隙以及其受軸向載荷后的彈性變形，滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)存在軸向間隙，該軸向間隙在絲杠反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)α角，而螺母未移動(dòng)，則形成了反向間隙。為了保證絲杠和螺母之間的靈活運(yùn)動(dòng)，必須有一定的反向間隙。但反向間隙過大將嚴(yán)重影響機(jī)床精度。因此數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)所使用的滾珠絲杠副必須有可靠的軸向間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。圖2為常用的雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，它用平鍵限制了螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整時(shí)只要扮動(dòng)圓螺母就能將滾珠螺母沿軸向移動(dòng)一定距離，在將反向間隙減小到規(guī)定的范圍后，將其鎖緊。3、電機(jī)與絲杠的聯(lián)接、傳動(dòng)方式直聯(lián)：用聯(lián)軸器將電機(jī)軸和絲杠沿軸線聯(lián)接，其傳動(dòng)比為1：1；該聯(lián)接方式傳動(dòng)時(shí)無間隙；同步帶傳動(dòng)：同步帶輪固定在電機(jī)軸和絲杠上，用同步帶傳遞扭矩；該傳動(dòng)方式傳動(dòng)比由同步帶輪齒數(shù)比確定，傳動(dòng)平穩(wěn)，但有傳動(dòng)間隙；齒輪傳動(dòng)：電機(jī)通過齒輪或齒輪箱將扭矩傳到絲杠，傳動(dòng)比可根據(jù)需要確定；該方式傳遞扭矩大，但有傳動(dòng)間隙。同步帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)中的間隙是產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床反向間隙差值的原因之一。三、數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置到進(jìn)給系統(tǒng)）。故系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于無位置反饋，機(jī)床的控制精度低，容易丟步。適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)是在驅(qū)動(dòng)裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行位置反饋，因此，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)丟步。但由于不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際移動(dòng)位置，機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙誤差和絲杠螺距誤差仍然會(huì)影響機(jī)床的精度。適用于普及型（中檔）數(shù)控機(jī)床。全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)通過光柵尺，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際移動(dòng)位置進(jìn)行檢測(cè)，消除了機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙誤差和絲杠螺距誤差對(duì)機(jī)床精度的影響。因此其控制精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，易形成振蕩，調(diào)試周期長(zhǎng)。適用于高檔高精度數(shù)控機(jī)床。5.1螺距補(bǔ)償原理數(shù)控機(jī)床軟件補(bǔ)償?shù)幕驹硎窃跈C(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)系中，在無補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程等分為若干段，測(cè)量出各目標(biāo)位置P;的平均位置偏差x;把平均位置偏差反向疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)指令上，如下圖8所示，指令要求沿X軸運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置P;，目標(biāo)實(shí)際位置為P}.i，該點(diǎn)的平均位置偏差為x，個(gè);將該值輸入系統(tǒng)，則系統(tǒng)CNC在計(jì)算時(shí)自動(dòng)將目標(biāo)位置P;的平均位置偏差x，個(gè)疊加到插補(bǔ)指令上，實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置為:P}.i=P.+x;使誤差部分抵消，實(shí)現(xiàn)誤差的補(bǔ)償。螺距誤差可進(jìn)行單向和雙向補(bǔ)償。5.2反向間隙補(bǔ)償反向間隙補(bǔ)償又稱為齒隙補(bǔ)償。機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變轉(zhuǎn)向時(shí)，由十反向間隙的存在，會(huì)引起伺服電機(jī)的空轉(zhuǎn)，}fU無工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，又稱失動(dòng)。反向間隙補(bǔ)償原理是在無補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程等分為若干段，測(cè)量出各目標(biāo)位置P;的平均反向差值B，作為機(jī)床的補(bǔ)償參數(shù)輸入系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)在控制坐標(biāo)軸反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，自動(dòng)先讓該坐標(biāo)反向運(yùn)動(dòng)B值，然后按指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。如圖9所示，工作臺(tái)正向移動(dòng)到O點(diǎn)，然后反向移動(dòng)到P;點(diǎn)，反向時(shí)，電機(jī)(絲桿)先反向移動(dòng)B，后移動(dòng)到Pi點(diǎn);該過程CNC系統(tǒng)實(shí)際指令運(yùn)動(dòng)值L為:L=P;+B反向間隙補(bǔ)償在坐標(biāo)軸處十任何方式時(shí)均有效。在系統(tǒng)進(jìn)行了雙向螺距補(bǔ)償時(shí)，雙向螺距補(bǔ)償?shù)闹狄呀?jīng)包含了反向間隙，因此，此時(shí)不需設(shè)置反向間隙的補(bǔ)償值。5.3誤差補(bǔ)償?shù)倪m用范圍從數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的二種控制方法可知，誤差補(bǔ)償對(duì)半閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)具有顯著的效果，可明顯提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和I重復(fù)定位精度。對(duì)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，由十其控制精度高，采用誤差補(bǔ)償?shù)男Ч伙@著，但也可進(jìn)行誤差補(bǔ)償。（一）絲杠螺距誤差補(bǔ)償?shù)谋匾詳?shù)控機(jī)床的直線軸精度表現(xiàn)在進(jìn)給軸上主要有三項(xiàng)精度：反向間隙、定位精度和重復(fù)定位精度，其中反向間隙、重復(fù)定位精度可以通過機(jī)械裝置的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，而定位精度在很大程度上取決于直線軸傳動(dòng)鏈中滾珠絲杠的螺距制造精度。在數(shù)控車床生產(chǎn)制造及加工應(yīng)用中，在調(diào)整好機(jī)床反向間隙、重復(fù)定位精度后，要減小定位誤差，用數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差螺距補(bǔ)償功能是最節(jié)約成本且直接有效的方法。由于滾珠絲杠副在加工和安裝過程中存在誤差，因此滾珠絲杠副將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)存在以下兩種誤差。①螺距誤差，即絲杠導(dǎo)程的實(shí)際值與理論值的偏差②反向間隙，即絲杠和螺母無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大竄動(dòng)。定位精度的測(cè)量?jī)x器可以用激光干涉儀、線紋尺、光柵尺數(shù)顯表和步距規(guī)。（二）反向間隙補(bǔ)償1．步驟一：設(shè)定參數(shù)18002．步驟二：測(cè)量反向間隙值（1）回參考點(diǎn)（2）用切削進(jìn)給使機(jī)床移動(dòng)到測(cè)量點(diǎn)指令：G01X100.0F300；（3）安裝百分表，將刻度對(duì)（4）用切削進(jìn)給，使機(jī)床沿相同方向移動(dòng)到X200.0處（5）用切削進(jìn)給返回測(cè)量點(diǎn)X100.0處（6）讀取百分表的刻度（7）按檢測(cè)單位換算切削進(jìn)給方式的間隙補(bǔ)償量3．步驟三：設(shè)置參數(shù)1851參數(shù)設(shè)定范圍：-9999~+9999（三）螺距誤差補(bǔ)償步驟一：測(cè)量準(zhǔn)備（1）將Z軸光柵尺與數(shù)顯表正確連接。（2）設(shè)置滑臺(tái)的機(jī)械坐標(biāo)系零點(diǎn)，以及正負(fù)限位。如下圖所示，設(shè)置正限位為48，負(fù)限位為-257.步驟二：設(shè)置如下參數(shù)：圖2螺距誤差補(bǔ)償畫面步驟三：測(cè)量補(bǔ)償值并記錄（1）在MDI方式下，輸入“G98G01Z-257.0F300”，按下自動(dòng)循環(huán)按鈕，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)至Z軸-257mm位置。（2）輸入“G98G01Z-255.0F300”，按下自動(dòng)循環(huán)按鈕，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)至Z軸-255mm位置。注意：這一步是為了消除反向間隙誤差。（3）按下【單步】按鍵，把光柵尺數(shù)顯表清零，輸入“G98G01W20.0F300”，按下自動(dòng)循環(huán)按鈕，滑臺(tái)向Z軸正方向運(yùn)動(dòng)20mm，記錄數(shù)顯表讀數(shù)后清零，再次運(yùn)行以上程序，記錄各次讀數(shù)填入下表。步驟四：輸入補(bǔ)償值，再次測(cè)量，觀察補(bǔ)償效果。三、實(shí)訓(xùn)要點(diǎn)及實(shí)施1．實(shí)訓(xùn)要點(diǎn)（1）本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃根據(jù)FANUC0imateTD數(shù)控系統(tǒng)制定，在實(shí)際教學(xué)中，采用不同的系統(tǒng)，參數(shù)設(shè)置可能有所不同（2）通過本項(xiàng)目要掌握滾珠絲杠反向間隙和螺距誤差補(bǔ)償方法，并能夠正確輸入補(bǔ)償參數(shù)。2．工具清單工具：百分表1個(gè)，磁力表座1個(gè)，光柵尺數(shù)顯表1個(gè)。3．項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃（1）按照反向間隙補(bǔ)償步驟對(duì)機(jī)床進(jìn)行反向間隙的補(bǔ)償。（2）按照螺距誤差補(bǔ)償方法對(duì)機(jī)床進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償。四、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目報(bào)告實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目報(bào)告一五、思考題六、閱讀資料教案第9次課章節(jié)、名稱第2章計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）§2.5數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償原理教學(xué)目的和要求本次課主要講授數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償原理的基本知識(shí)。使學(xué)生熟悉刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍罴耙饬x；掌握刀具半徑補(bǔ)償功能的原理和實(shí)現(xiàn)方法；掌握直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償?shù)牡膸追N類型和各自的特點(diǎn)。掌握刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍罴昂x掌握直線切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方法掌握?qǐng)A弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方法熟悉直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜N類型重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：刀具半徑補(bǔ)償?shù)脑砑皩?shí)現(xiàn)方法難點(diǎn)：直線、圓弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方法教學(xué)進(jìn)程（含課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、輔助手段、師生互動(dòng)、時(shí)間分配）教學(xué)內(nèi)容：1、刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍詈鸵饬x。2、刀具半徑補(bǔ)償功能的實(shí)現(xiàn)直線切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算；圓弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算3、輪廓過渡時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)奶幚矸椒ㄟ^渡圓弧法；尖角外輪廓過渡；尖角內(nèi)輪廓過渡4、直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償（C刀補(bǔ)）的三種類型及實(shí)現(xiàn)方法伸長(zhǎng)型；縮短型；插入型教學(xué)方法：課堂講授、多媒體PPT輔助手段：圖片演示、板書推演師生互動(dòng)：提問，討論時(shí)間分配：總2學(xué)時(shí)作業(yè)布置P712-12主要參考資料《數(shù)控技術(shù)》，曹甜東主編，華中科技大學(xué)出版社，2021《數(shù)控車床（華中數(shù)控）考工實(shí)訓(xùn)教程》，吳明友主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2007課后自我總結(jié)分析刀具半徑補(bǔ)償是數(shù)控加工中的一個(gè)非常重要的概念，對(duì)于刀具半徑補(bǔ)償功能的實(shí)現(xiàn)方法的熟練掌握對(duì)學(xué)生了解數(shù)控系統(tǒng)的工作原理及加工方式有著重要的意義，也是掌握數(shù)控機(jī)床編程和零件加工等實(shí)踐環(huán)節(jié)的理論基礎(chǔ)。在講授過程中應(yīng)注意收集和使用一些圖像資源，讓學(xué)生能夠直觀的了解刀補(bǔ)的具體內(nèi)容及重要意義，對(duì)于具體的實(shí)現(xiàn)過程在黑板上進(jìn)行推演以幫助學(xué)生掌握。講稿第2章計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）§2.5數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償原理一、刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍顬榱苏f明數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償，先來看一個(gè)銑削加工零件外輪廓的例子。如圖2-37所示。在輪廓加工過程中，由于數(shù)控系統(tǒng)控制的是刀心軌跡，因此編程時(shí)要根據(jù)零件輪廓尺寸計(jì)算出刀心軌跡。零件輪廓可能需要粗銑、半精銑和精銑三個(gè)工步，由于每個(gè)工步加工余量不同，因此它們都有相應(yīng)的刀心軌跡。另外刀具磨損后，也需要重新計(jì)算刀心軌跡。這樣勢(shì)必增加編程的復(fù)雜性。為了解決這個(gè)問題，在數(shù)控系統(tǒng)中專門設(shè)計(jì)了若干存儲(chǔ)單元，存放各個(gè)工步的加工余量、刀具磨損量、刀具半徑值，而刀心軌跡由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而生成數(shù)控程序。這樣簡(jiǎn)化了編程的計(jì)算，又增加了程序的可讀性。這種以按照零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置量為依據(jù)，自動(dòng)生成刀具中心軌跡的功能稱為刀具半徑補(bǔ)償功能。圖2-37外輪廓銑削二、刀具半徑補(bǔ)償功能的實(shí)現(xiàn)YXYXOA(X,Y)O’A’(X’,Y’)αΔXΔY直線切削刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算如圖2-38所示，加工的直線終點(diǎn)坐標(biāo)為A（X，Y）。假定程序加工完成后，刀具中心經(jīng)刀具半徑（R）補(bǔ)償后到達(dá)直線O’A’的終點(diǎn)（X’,Y’）。設(shè)終點(diǎn)刀具半徑偏置矢量AA’的坐標(biāo)投影為（ΔX,ΔY）,則有圖2-38直線切削刀具半徑補(bǔ)償X’=X+ΔXY’=Y+ΔY因?yàn)棣＝Rsinα=ΔY=-Rcosα=-故A’點(diǎn)的坐標(biāo)值為X’＝X+Y’＝Y(jié)-第二、三、四象限的刀徑補(bǔ)償計(jì)算可以類似推導(dǎo)，所差僅為ΔX與ΔY的符號(hào)。2、圓弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算如圖2-39所示，r為所加工圓弧的半徑，圓弧起點(diǎn)A（X0,Y0），終點(diǎn)B（Xe,Ye）。假定上段程序加工完成后刀具中心點(diǎn)為A’(X0’,Y0’),那么BB’和AA’的長(zhǎng)度為刀具的半徑R。設(shè)BB’在坐標(biāo)軸上的投影為（ΔX,ΔY），則YXOB’(X’eYXOB’(X’e,Y’e)A’(X0’,Y0’)ΔXΔYRB(Xe,Ye)A(X0,Y0)rYe’=Ye+ΔY從而得到ΔX＝Rcosα=ΔY=Rsinα=故B’點(diǎn)的坐標(biāo)為Xe’＝Xe+Ye’＝Y(jié)e-同樣容易得到A’點(diǎn)的坐標(biāo)，即X0’＝X0+Y0’＝Y(jié)0-通過上述公式已經(jīng)能計(jì)算出直線和圓弧輪廓經(jīng)過刀具半徑補(bǔ)償后的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)。但在兩段輪廓交接處如何過渡就有問題了，除非兩段輪廓交接處正好光滑過渡，即前一程序段終點(diǎn)的刀偏矢量與下一程序段起點(diǎn)的刀偏矢量完成重合，否則必然在交接處出現(xiàn)間斷點(diǎn)或交叉點(diǎn)。一種簡(jiǎn)單的處理是在尖角過渡處使刀具中心軌跡以小于180o的圓弧由上段終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至下段始點(diǎn)。該過渡圓弧是由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)加入的，過渡圓弧的半徑就是刀具半徑R，如圖2-37所示。由圖可見，當(dāng)尖角過渡為外輪廓過渡或光滑過渡時(shí)，這種方法是沒有問題的。但當(dāng)尖角輪廓為內(nèi)輪廓時(shí)，很明顯會(huì)出現(xiàn)工件的過切現(xiàn)象，這是不允許的。3、直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償（C刀補(bǔ)）C刀補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)為解決上述尖角過渡問題而設(shè)計(jì)的，它專門處理兩個(gè)程序段間轉(zhuǎn)角的各種情況。它由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)與實(shí)際輪廓完全一樣的編程軌跡，直接算出刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接交點(diǎn)，然后再對(duì)原來的程序軌跡（刀具中心）軌跡作伸長(zhǎng)或縮短的修正。C刀補(bǔ)中，為了避免下一段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡的影響，在計(jì)算本段的刀具中心軌跡時(shí)，提前將下一段程序讀入。根據(jù)它們之間轉(zhuǎn)換的具體情況，做出適當(dāng)?shù)奶幚?。在CNC系統(tǒng)中，C刀補(bǔ)根據(jù)相鄰兩段程序段所走的線型不一樣以及兩個(gè)程序段軌跡的矢量夾角和刀具補(bǔ)償方向的不同，將轉(zhuǎn)接過渡方式分為三種類型：伸長(zhǎng)型、縮短型、和插入型。對(duì)于直線與直線的轉(zhuǎn)接，系統(tǒng)采用了以下算法。圖2-42所示為直線至直線各種轉(zhuǎn)接的情況，編程軌跡為OA->AF。圖2-42直線至直線左刀補(bǔ)情況在圖2-42（a）和(b)中，AB、AD為刀具半徑值，刀具中心軌跡與DK的交點(diǎn)為C，由數(shù)控系統(tǒng)求出交點(diǎn)C的坐標(biāo)值，實(shí)際刀具中心軌跡為IC->CK。采取求交點(diǎn)的方法，從根本上解決了肉輪廓加工的過切現(xiàn)象。由于IC->CK相對(duì)于OA->AF縮短了CB與DC的長(zhǎng)度,因此,這種求交點(diǎn)的內(nèi)輪廓過渡稱為縮短型轉(zhuǎn)換.在圖2-42(c)中,C點(diǎn)為IB和DK延長(zhǎng)線的交點(diǎn),由數(shù)控系統(tǒng)求出交點(diǎn)C的坐標(biāo),實(shí)際刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡為IC->CK。同上道理，這種外輪廓過渡稱為延長(zhǎng)型轉(zhuǎn)換。在圖2-42（d）中，若仍然采用求IB與DK交點(diǎn)的方法，勢(shì)必要過多地增加刀具的非切削空行程時(shí)間，這顯然是不合理的。因此C刀補(bǔ)算法在這里采用插入型轉(zhuǎn)換，即令BC＝C’D＝R，數(shù)控系統(tǒng)求出C與C’點(diǎn)的坐標(biāo)，刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡為I->C->C’->K，即在原軌跡中間再插入CC’直線段，因此稱其為插入型轉(zhuǎn)換。湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文配電網(wǎng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的研究與應(yīng)用姓名：黃志剛申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電氣工程指導(dǎo)教師：羅安;胡昭發(fā)20070830摘要本論文介紹了無功補(bǔ)償?shù)脑砗湍康?，針?duì)當(dāng)Ｉｉ｛『配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)那闆r，給出了無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化方法。在實(shí)時(shí)補(bǔ)償方面，針對(duì)不同的負(fù)荷狀況，從實(shí)時(shí)的角度研究電容器組的投切及控制算法。針對(duì)當(dāng)前低壓無功補(bǔ)償中遇到的一些問題，通過理論上的分析，結(jié)合先進(jìn)的軟硬件技術(shù)，詳細(xì)介紹了解決思路和系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以及補(bǔ)償方案的選取。其中針對(duì)無觸點(diǎn)開關(guān)投切電容器時(shí)產(chǎn)生的電流沖擊問題設(shè)計(jì)了專門的主電路和觸發(fā)電路，并結(jié)合通斷率控制來消除沖擊電流；對(duì)無功補(bǔ)償中可能遇到的電流諧振問題，通過理論計(jì)算選取了在主電路中串入電感的方法來避免電流諧振的產(chǎn)生；對(duì)由投切電容可能引入的電壓高次諧波，加入了電壓濾波環(huán)節(jié)，減少對(duì)電網(wǎng)的污染；在三相不平衡情況比較嚴(yán)重的情況下，根據(jù)功率平衡器的原理進(jìn)行無功補(bǔ)償，把功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)饺我庵付ㄖ档耐瑫r(shí)還將三相不對(duì)稱負(fù)荷補(bǔ)償成對(duì)于供電系統(tǒng)來說是三相對(duì)稱的；對(duì)于單個(gè)的補(bǔ)償裝置，采用最優(yōu)控制理論，使功率因數(shù)達(dá)到最優(yōu)的控制效果；在進(jìn)行多點(diǎn)協(xié)同的無功補(bǔ)償時(shí)，先根據(jù)線路的特點(diǎn)計(jì)算尋求線路中的最優(yōu)補(bǔ)償點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上通過多個(gè)單機(jī)的協(xié)同控制，采用了動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，使線路的損耗達(dá)到最小值。該裝置目前在韶關(guān)冶煉廠已投入運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明，該裝置不僅響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸可靠，控制精度高，而且操作簡(jiǎn)單，易維護(hù)，很好的滿足了控制要求。關(guān)鍵字：無功補(bǔ)償；無觸點(diǎn)開關(guān)；諧波；最優(yōu)補(bǔ)償點(diǎn)ＩｌＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｐｕｒｐｏｓｅｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｌｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｇｉｖｅｎ．Ｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒ’Ｓｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅａｌ—ｔｉｍｅ．Ｂｙｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｕｓｉｎｇａｄｖａｎｃｅｄｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｔａｉｌｅｄｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｙｓ，ｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍ＇ｓｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅＶａｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎｌｏｗｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｍｐｕｌｓｅｐｒｏｂｌｅｍｗｈｅｎｔｈｅｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔｏｒｓｗｉｔｃｈｏｎｏｒｃｕｔｏｆｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｗｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｄｅｓｉｇｎｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｈｅｔｒｉｇｇｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｕｓｅｔｈｅｏｐｅｎ－ｏｆｆｒａｔｉｏｃｏｎｔｒｏｌｗａｙｓｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｉｍｐｕｌｓｅｃｕｒｒｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｈｕｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ｗｅｕｓｅｓｅｒｉｅｓｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｉｎｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｂｙｔｈｅｏｒｙｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｗｅａｄｄｖｏｌｔａｇｅｈａｒｍｏｎｉｃｆｉｌｔｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｈａｒｍｗｈｉｃｈｖｏｌｔａｇｅｈａｒｍｏｎｉｃｄｏｔｏｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｅｓｅｖｅｒｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｕｎｂａｌａｎｃｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｗｅｕｓｅｔｈｅｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｏｄｏＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．ＷｅＣａｎｍａｋｅｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｒｅａｃｈｇｉｖｅｎｖａｌｕｅａｎｄｍａｋｅｔｈｅｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｌｏａｄｂｅｃｏｍｅｂａｌａｎｃｅｉｎｔｈｅｓａｌｎｅｔｉｍｅ．Ｗｅｍａｋｅｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｇｅｔｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｂｙｕｓｉｎｇｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｔｏａｓｉｎｇｌｅｃｕｎｔｒｏ｜ａｐｐｌｉａｎｃｅ．Ｔｏｍｕｌｔｉ—ａｐｐｌｉａｎｃｅ，ｆｉｒｓｔｗｅｇｅｔｔｈｅｍｏｓｔｏｐｔｉｍｕｍＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｎｏｄｅｓｉｎｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｗｅｕｓｅＤｙｎａｍｉｃＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｗａｙｓｏｆｌｅａｓｔｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｅｂｙｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉａｎｃｅ．Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｅｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｎｏｔｏｎｌｙｈａｓｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｈｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ，ｂｕｔａｌｓｏｉｓｅａｓｙｔｏｏｐｅｒａｔｅ，ｅｘｔｅｎｄａｎｄｍａｉｎｔａｉｎ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓａｔｉｓｆｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｇｓｏｆｃｏｎｔｒ０１．Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｖａｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎｏｎ＿ｃｏｎｔｒａｃｔｏｒｓｗｉｔｃｈ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｔｈｅｍｏｓｔｏｐｔｉｍｕｍＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ１１１湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：苕壓硎ｊ’日期：姊每？≈其｜ｓ日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留弗向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于ｌ、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。弋／不保密團(tuán)。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“、／”）作者簽名：刪導(dǎo)師簽名：ｌ羅座日期：矽矽年紗月／，日日期：》固每｜船其ｌｓ日Ｉ第一章緒論１．１課題背景由于電網(wǎng)容量的增加，對(duì)電網(wǎng)無功要求也與日增加。在城農(nóng)網(wǎng)改造過程中，對(duì)無功就地平衡提出了新的要求，本論文針對(duì)低壓配電網(wǎng)絡(luò)如｛可實(shí)現(xiàn)無功平衡，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償功能進(jìn)行分析。１．２國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性大系統(tǒng)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的需求不斷增加，使現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，系統(tǒng)日趨復(fù)雜。大機(jī)組、重負(fù)荷、超高壓遠(yuǎn)距離輸電，大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及對(duì)電力系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性及電能質(zhì)量的高要求，使柔性輸電系統(tǒng)（ＦＡＣＴＳ）技術(shù)成為目前電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備可滿足一定范圍內(nèi)的無功補(bǔ)償要求，但存在響應(yīng)的速度慢，故障維護(hù)困難等缺點(diǎn)。靜止無功補(bǔ)償器（ＳＶＣ）近年來獲得了很大發(fā)展，已被廣泛用于輸電系統(tǒng)波阻抗補(bǔ)償及長(zhǎng)距離輸電的分段補(bǔ)償，也大量用于負(fù)載無功補(bǔ)償。其典型代表是固定電容器＋晶閘管控制電抗器（ＴＣＲ）。晶閘管投切電容器也獲得了廣泛的應(yīng)用…。除了在控制器件方面的改進(jìn)，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，在控制方法上也有很大的進(jìn)步。采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制等智能型控制方法，研制能同時(shí)對(duì)電壓、無功功率、三相不平衡、諧波等進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)和補(bǔ)償控制的裝置已經(jīng)成為大家的共識(shí)。目靜，在城市配電網(wǎng)公用變壓器低壓側(cè)，由于用戶家用電器感性負(fù)載的不斷增加，使得其功率因數(shù)較低，導(dǎo)致公用變壓器低壓側(cè)線路損耗大，供電電壓指標(biāo)不能滿足用戶要求。因此，在公用變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償已成為目ｌｉ｛『研究的另一個(gè)熱門。國(guó)外，城市、農(nóng)村電網(wǎng)是否安裝戶外無功補(bǔ)償已成為衡量配電網(wǎng)性能的主要指標(biāo)之一。在日本，配電網(wǎng)系統(tǒng)戶外補(bǔ)償電容器的自動(dòng)投切率已達(dá)８６．４％；在莢國(guó)，許多城市道路旁的電線桿上裝有并聯(lián)電容器組，并采用自動(dòng)裝置控制”“”１。國(guó)內(nèi)，無功補(bǔ)償主要采用變電站集中補(bǔ)償和企業(yè)就地補(bǔ)償兩種形式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前，國(guó)內(nèi)典型城鄉(xiāng)配電網(wǎng)無功損耗情況如下：按電壓等級(jí)劃分，０．４ｋ級(jí)損耗占５０％，ｌＯｋＶ級(jí)占３０％，３５ｋ＇Ｆ以上占２０％。在農(nóng)村，長(zhǎng)距離供電較為普遍，ｌＯｋＶ線路損耗較大；在城網(wǎng)中，配網(wǎng)損耗主要在０．４ｋＶ側(cè)，因此，做好ｌＯｋＶ等級(jí)電壓以下的無功補(bǔ)償具有重要意義。近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無功補(bǔ)償技術(shù)已得到很大的改進(jìn)，無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展已進(jìn)入一個(gè)新的階段。然而，許多電網(wǎng)仍存在補(bǔ)償不足，調(diào)節(jié)手段落后，電壓偏低，損耗增大等問題。負(fù)荷無功補(bǔ)償主要有以下幾個(gè)問題：１）無功補(bǔ)償容量不足。在供電方面，公用變壓器在全國(guó)大中小城市中大量存在，而且伴隨著一戶一表等城網(wǎng)改造的開展，還會(huì)大量增加。由于資金匱乏及重視程度不夠，公用變壓器區(qū)內(nèi)無功補(bǔ)償容量嚴(yán)重不足，有功損耗大，公用變壓器的利用率不商。在用戶方面，由于公用變壓器區(qū)內(nèi)低壓用戶很多，供電企業(yè)管理不便，低壓用戶感性負(fù)荷很大。由于各用戶沒有統(tǒng)一的無功功率補(bǔ)償，造成補(bǔ)償不合理，效果不明顯。２）無功補(bǔ)償裝置落后。在無功補(bǔ)償裝置上，大量的裝置采用采集任選一相的無功信號(hào)或一相電流另兩相電壓得出的無功信號(hào)并以此作為投切容量的依據(jù)，但這種方式只適用于以三相動(dòng)力為主的配電區(qū)，它可能會(huì)對(duì)非采樣相造成過補(bǔ)或欠補(bǔ)。在投切容量的確定方面，往往功率因數(shù)為參考，電容器分組投切，當(dāng)功率因數(shù)滯后時(shí)，則投入一組電容器；當(dāng)有超前的無功分量時(shí)，則切除一組電容器；按步投切電容量，無功補(bǔ)償?shù)木炔桓?。這些裝置常因?yàn)殡娙萜魅萘考?jí)差大而投切精度低或頻繁投切。３）集中補(bǔ)償占大多數(shù)。集中補(bǔ)償只能減少裝設(shè)點(diǎn)以上線路和變壓器因輸送無功功率所產(chǎn)生的損耗，而不能減少用戶內(nèi)部通過配電線路向用電設(shè)備輸送無功功率所造成的有功損耗。由于用戶內(nèi)部的無功損耗沒有減少，所以降損節(jié)電效果必然受到限制。負(fù)荷所需的無功功率，仍然需要通過線路供給，依然產(chǎn)生有功損耗。戶外型無功自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的研究正在起步，已有一些科研單位和公司推出了相應(yīng)產(chǎn)品。早期生產(chǎn)的低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償控制器多選用分立的電子元件；８０年代起發(fā)展為采用ＣＭＯＳ集成電路；近年來發(fā)展的新產(chǎn)品是以微處理器為核心的電腦型智能化產(chǎn)品，并根據(jù)用戶需要開發(fā)出了一批多功能的新產(chǎn)品，可以獲得優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和某些獨(dú)特的環(huán)節(jié)，使控制器更趨于完善?？刂破麟娐罚l(fā)計(jì)和生產(chǎn)過程的完善化，對(duì)電子元件的老化試驗(yàn)和篩選，提高了控制器整體的工作可靠性和使用壽命，產(chǎn)品質(zhì)量的檔次得到提高。目前主要存在問題是控制規(guī)律簡(jiǎn)單、抗干擾能力差，不能很好的解決無觸點(diǎn)開關(guān)投切電容的問題，在三相不平衡條件下不能有效的進(jìn)行無功補(bǔ)償。同時(shí)由于戶外工作環(huán)境相對(duì)惡劣，裝置的可靠性和控制精度難以滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的要求。此外還不具備通訊功能，不能實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)的無功優(yōu)化，不能對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)視以滿足現(xiàn)代化電力系統(tǒng)建設(shè)的需要。在公用變低壓側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，現(xiàn)在對(duì)并聯(lián)電容器的分組方式得到了共識(shí)。過去生產(chǎn)按等容量分組的控制器，后生產(chǎn)按ｌ：２：４或１：２：４：８不等容量分組的控制器，調(diào)控補(bǔ)償設(shè)備的容量分組分別為７級(jí)和１５級(jí)。主要發(fā)展帶邏輯電路“先投先切，后投后切”的等容量分組方式的控制器，以使各組并聯(lián)電容器投入運(yùn)行的時(shí)間大致均等，并可減少增減補(bǔ)償容量過程中電容器的投切次數(shù)，但仍舊沒有解決無級(jí)投切的問題。隨著高電壓、大功率半導(dǎo)體器件的不斷更新和發(fā)展，功率變換控制技術(shù)的閂臻完善，極大地推動(dòng)了電力電子技術(shù)在電力工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，提高輸電能力和用電效率，以及在節(jié)能和改善電能質(zhì)量等各方面都起著越來越重要的作用。專家們認(rèn)為在２１世紀(jì)，會(huì)有更多更新的高電壓大功率半導(dǎo)體器件和裝置投入電力工業(yè)的實(shí)際運(yùn)行中，使目前基本不可控的系統(tǒng)變?yōu)殪`活可控（稱為柔性交流輸電系統(tǒng)——ＦＡＣＴＳ）。１．３目前國(guó)內(nèi)主要補(bǔ)償方案的簡(jiǎn)介及存在的問題國(guó)內(nèi)無功補(bǔ)償主要采用變電站集中補(bǔ)償和企業(yè)就地補(bǔ)償兩種形式。從補(bǔ)償方法上看，主要有固定、手動(dòng)、自動(dòng)三種“３。２１．３．１固定補(bǔ)償方案固定補(bǔ)償主要綜合整個(gè)電網(wǎng)的各項(xiàng)年平均參數(shù)，根據(jù)無功的分布情況選取若干個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)投入若干單位的電容量，使得全年節(jié)能效益與經(jīng)濟(jì)投入之比達(dá)到最佳。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能綜合考慮整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)，既取得了最佳經(jīng)濟(jì)效益又兼顧了全網(wǎng)無功潮流的平衡；缺點(diǎn)是補(bǔ)償容量不能跟隨電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，其最佳值是年平均意義上的，電壓波動(dòng)問題依然存在，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，這種方法就無能為力了。１．３．２手動(dòng)補(bǔ)償方案手動(dòng)補(bǔ)償通過若干電容器組的組合，達(dá)到改變補(bǔ)償容量的作用，適用于時(shí)間上呈一定規(guī)律變化的負(fù)荷，缺點(diǎn)是分組過于粗糙，設(shè)備體積龐大，需專人守護(hù)，并且只針對(duì)采樣點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，不能達(dá)到最佳補(bǔ)償效果。１．３．３自動(dòng)補(bǔ)償方案自動(dòng)補(bǔ)償是微電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用?？刂破鞲鶕?jù)傳感器的數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)前電網(wǎng)所需的無功補(bǔ)償量并控制電容器組的投切，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪康摹＃?。進(jìn)幾年，由于電腦技術(shù)的應(yīng)用，功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。雖然各種微電腦功率因數(shù)自動(dòng)控制器硬件、軟件設(shè)計(jì)不同，但其原理基本如圖卜１所示：囝ｌ－Ｉ徽電腦功率因數(shù)自動(dòng)控制器方榧圖檢測(cè)單元通過電壓、電流互感器采得電壓和電流信號(hào)，并利用運(yùn)放電路、門電路得到反映相位差的方波信號(hào)，傳給控制單元。微處理器接收到檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算得到實(shí)時(shí)ＣＯＳ毋，分別送到顯示和比較單元。在比較單元中與設(shè)定值進(jìn)行比較，確定是否發(fā)出投切命令。同時(shí)控制單元還具有過壓、過流、欠補(bǔ)及振蕩報(bào)警和保護(hù)功能。執(zhí)行單元接到命令后，通過投切裝置完成電容器組的投切。３微計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步加強(qiáng)了控制單元的功能，集成化程度大大提高了，自診能力、擴(kuò)充能力都得到了加強(qiáng)。１．３．４現(xiàn)有無功自動(dòng)補(bǔ)償器存在的問題從外部特性和各項(xiàng)指標(biāo)及用戶反映的情況來看，現(xiàn)有無功自動(dòng)補(bǔ)償器主要存在以下問題：１．沒有解決無觸點(diǎn)安全投切電容和無級(jí)調(diào)節(jié)投入電容容量的問題舊現(xiàn)有的采用無觸點(diǎn)控制的無功補(bǔ)償裝置在電容的無級(jí)投切這一點(diǎn)上做的不很理想，大多采用控制觸發(fā)角來控制投切電容量的多少。這樣做會(huì)造成較大的沖擊電流和引入高次諧波，使晶閘管的壽命變短，因而無觸點(diǎn)控制的優(yōu)勢(shì)無法充分的體現(xiàn)出來。２．不能提供動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)娜嗑煽刂茻o功補(bǔ)償裝置通常按三相平衡設(shè)計(jì)，但是電網(wǎng)中的許多沖擊負(fù)荷往往具有三相不平衡性質(zhì)，如冶會(huì)電弧爐、大型熔焊機(jī)、電氣化鐵路的電力機(jī)車等均為具有隨機(jī)特征的三相不平衡負(fù)荷，民用照明負(fù)荷也肓顯著的不平衡特征。顯然，不論是瞬問的電壓閃變還是持續(xù)的中點(diǎn)電位偏移，都不僅會(huì)干擾相關(guān)系統(tǒng)的證常工作而且可能危及人身與設(shè)備安全，這就要求帽應(yīng)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在快速補(bǔ)償無功的同時(shí)，還具有均荷能力，可以實(shí)時(shí)地將三相不平衡負(fù)荷自動(dòng)均衡為三相平衡負(fù)荷。３．易導(dǎo)致諧波放大“１在低壓配電系統(tǒng)中，采用微機(jī)控制品閘管投切電容器組，實(shí)現(xiàn)基波無功的分相，分級(jí)和跟蹤補(bǔ)償。當(dāng)配電系統(tǒng)非線性用電負(fù)荷比重較大時(shí)，并聯(lián)電容器組的投入，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負(fù)荷，嚴(yán)重影響其使用壽命：另一方面，當(dāng)電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時(shí)，引起電容器諧波電流嚴(yán)重放大，其結(jié)果是電容器因過熱而損壞，系統(tǒng)電壓嚴(yán)重畸變，影響其他用電設(shè)備的安全運(yùn)行。４．現(xiàn)有的裝置容易產(chǎn)生高次的諧波嘲傳統(tǒng)上曾以交流接觸器作為電力電容器投切控制執(zhí)行元件，現(xiàn)已被晶閘管所取代，通４過對(duì)晶閘管觸發(fā)控制角的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)償電容投切容量的動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)整，這就是所謂的靜止無功功率補(bǔ)償裝置（ｓｖｃ）。ＦＣ＋ＴＣＲ（固定電容器＋晶閘管控制電抗器）和ＴＳＣ（晶閘管開關(guān)電容器）是ＳＶＣ的兩種典型結(jié)構(gòu)。但是用觸發(fā)控制角的控制容易產(chǎn)生高次諧波。５．抗干擾能力差，故障率高因?yàn)榭刂破鞯墓ぷ鳝h(huán)境存在大電流、較強(qiáng)磁場(chǎng)等，對(duì)弱電設(shè)計(jì)部分的抗干擾能力要求很高。戶外工作的環(huán)境更加惡劣，因此目前大多數(shù)控制器均只能在戶內(nèi)工作，并且故障率高，大大限制了補(bǔ)償器的使用范圍咖。６．不能達(dá)到全局最優(yōu)目前的自動(dòng)補(bǔ)償方式均針對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榭刂破髦畣柸狈π畔⒔涣?，采用的算法落后，控制器不能綜合全網(wǎng)運(yùn)行情況使無功潮流的分布趨于最合理，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最佳，同時(shí)也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的遙測(cè)，不適于現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。５第二章無功補(bǔ)償?shù)脑砑耙饬x２．１無功補(bǔ)償?shù)脑碓陔娏ο到y(tǒng)中，由于電感、電容元件的存在，不僅系統(tǒng)中存在著有功功率，而且存在無功功率。雖然無功功率本身不消耗能量，它的能量只是在電源及負(fù)載問進(jìn)行傳輸交換，但是在這種能量交換的過程會(huì)引起電能的損耗，并使電網(wǎng)的視在功率增大，這將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生以下一系列負(fù)面影響：（１）電網(wǎng)總電流增加，從而會(huì)使電力系統(tǒng)中的元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等容量增大，使用戶內(nèi)部的起動(dòng)控制設(shè)備、量測(cè)儀表等規(guī)格、尺寸增大，因而使初投資費(fèi)用增大。在傳送同樣的用功功率情況下，總電流的增大，使設(shè)備及線路的損耗增加，使線路及變壓器的電壓損失增大。（２）電網(wǎng)的無功容量不足，會(huì)造成負(fù)荷端的供電電壓低，影響正常生產(chǎn)和生活用電；反之，無功容量過剩，會(huì)造成電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高，電壓波動(dòng)率過大。（３）電網(wǎng)的功率因數(shù)低會(huì)造成大量電能損耗，當(dāng)功率因數(shù)由０．８下降到０．６時(shí)，電能損耗將近提高了一倍。（４）對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備柬說，無功電流的增大，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵(lì)磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。為了保證轉(zhuǎn)子繞組幣常工作，發(fā)電機(jī)就不允許達(dá)到預(yù)定的出力。此外，原動(dòng)機(jī)的效率是按照有功功率衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，無功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的相對(duì)降低“…。目前，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，工廠大量使用大功率丌關(guān)器件組成的設(shè)備對(duì)大型、沖擊型負(fù)載供電，這使電能質(zhì)量問題Ｆ１益嚴(yán)重。如果，不進(jìn)行無功補(bǔ)償，在正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)反復(fù)地使負(fù)載的無功功率在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)，這不僅使電氣設(shè)備得不到充分的利用，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降，損耗增加，甚至還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、系統(tǒng)癱瘓。２．１．１電力網(wǎng)的功率因數(shù)電力網(wǎng)除了要負(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率Ｐ，還要負(fù)擔(dān)負(fù)荷的無功功率Ｑ。有功功率Ｐ、無功功率Ｑ和視在功率Ｓ之間存在下述關(guān)系：Ｓ＝√Ｐ２＋９２（２－１）而專＝ＣＯｓ≯（２－２）被定義為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，其物理意義是線路的視在功率Ｓ供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，我們所希望的是功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點(diǎn)，則電路中的視在功率將大部分用束供給有功功率，以減少無功功率的消耗。６２．１．２補(bǔ)償無功功率的電路和向量圖ａ１電路ｂ）向量圖（欠補(bǔ)償）ｃ１向量圖（過補(bǔ)償）國(guó)２—１補(bǔ)償無功功率的電路和向量圖在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大的比例：異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、螢光燈等都是典型的阻感負(fù)載。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比重。電力系統(tǒng)的電抗器和架空線等也要消耗一些無功功率；同時(shí)，各種諧波源也要消耗一定的無功功率。阻感負(fù)載可看作電阻Ｒ與電感Ｌ串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為ｃ０。Ｄ：．！！√Ｒ２＋Ｘ：（２．１）式中Ｘ￡＝觀給Ｒ、Ｌ電路并聯(lián)接入Ｃ之后，電路如圖２．１ａ所示。該電路的電流方程為ｉ＝ｉｃ＋ｉｕ（２－４）由圖２．１ｂ的相量圖可知，并聯(lián)電容后電壓Ｄ與ｊ的相位變４，Ｔ，即供電回路的功率因數(shù)提高了。此時(shí)供電電流ｊ的相位滯后于電壓Ｄ，這種情況稱為欠補(bǔ)償““。７ｋ若電容ｃ的容量過大，使供電電流，的相位超前于電壓口．這種情況稱為過補(bǔ)償，其相量圖如圖２．１ｃ所示。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@會(huì)引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功功率同樣會(huì)增加電能損耗。如果供電線路電壓因此而升高，還會(huì)增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器的壽命。２．３提高功率因數(shù)的意義１）提高功率因數(shù)可以減少電壓損失電力網(wǎng)的電壓損失可以表示為：ＡＵ：—ＰＲ＋—Ｑｘ（２．６）Ｕ可看出，影響△【，的因數(shù)四個(gè)：線路的有功功率Ｐ、無功功率Ｑ、電阻Ｒ和電抗ｘ。如果采用容抗為％的電容來補(bǔ)償，則電壓損失為：ＡＵ：—ＰＲ＋Ｑ（—ｘ－ｘｃ）（２．７）Ｕ故采用補(bǔ)償電容提高功率因數(shù)后，電壓損失△Ｕ減小，改善了電壓質(zhì)量。２）減少線路損失當(dāng)線路通過電流，時(shí)，其有功損耗為：ＡＰ＝３１２Ｒ×１０—３（枷１（２－８）或ＡＰ＝３麥≥枷弋Ｍ∽”可見，線路有功損耗△Ｐ與ｃｏｓ２妒成反比，ｃｏｓ礦越商，ＡＰ越小。對(duì)全網(wǎng)線路有功損耗的降低值，應(yīng)按線路節(jié)點(diǎn)問電阻以及所通過的無功負(fù)荷分段求出，再將各段的值相加。３）提高電力網(wǎng)的傳輸能力視在功率與有功功率成下述關(guān)系Ｐ＝Ｓｃｏｓ≯（２－１０）可見，在傳送一定有功功率Ｐ的條件下，ｃｏｓ廬越高，所需視在功率越小。４）降低變壓器的損耗投入電容補(bǔ)償后，流過變壓器繞組中的電流減少，單臺(tái)變壓器減少的有功功率為：叱：Ｑ三簪％×１０一，Ｌ，。Ｇ：補(bǔ)償電容量：Ｑ：變壓器無功負(fù)荷；如：變壓器等效電阻。故繞組的有功損耗也相應(yīng)減少。（２．１１）銅損減少的有功功率為：／－．、２婢＝∥２峨【１＿粵Ｉ（２．１２）ｋＣＯＳ吼／鼻：變壓器的負(fù)載率；ＣＯＳ妒ｔ、ＣＯＳ≯２：補(bǔ)償Ｉｊ｛ｆ、后的功率因數(shù)；△尸ｋ：變壓器的額定銅損。５）增加變壓器的輸出功率’由于補(bǔ)償后無功負(fù)荷的減少，負(fù)載降低，相應(yīng)地增加了變壓器的富裕容量，提高了輸出能力。設(shè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)為ＣＯＳ痧。，補(bǔ)償后新增負(fù)荷的功率因數(shù)為ＣＯＳ矽。，則有四種情況：１．當(dāng)ＣＯＳ驢。＜ＣＯＳ毋。時(shí)，可增加的視在功率為：ＡＳ＝√ｓ；ＣＯＳ２（九一≯２）＋研一ｓ；一Ｓ２ｃｏｓ（＃ｏ一妒２）（２．１３）２．當(dāng)ＣＯＳ驢ｏ＝ＣＯＳ≯２時(shí)ＡＳ＝Ｓｌ—Ｓ２３．當(dāng)ＣＯＳ妒ｏ＞ＣＯＳ毋２時(shí)△ｓ＝４ｓ；ＣＯＳ２（歡一九）＋ｓ？一ｓ；一ｓ２ｃｏｓ（＃２一丸）４．當(dāng)ＣＯＳ≯。＝ｌ時(shí)，令式（１－１３）中妒。＝０，得。簽＝４ｓｉＣＯＳｚ咖２＋Ｓ：一Ｓ；一Ｓ１ＣＯＳ爭(zhēng)２研、Ｓｖ補(bǔ)償前、后的視在功率；△ｓ：補(bǔ)償后增加的視在功率。（２．１４）（２．１５）（２．１６）第三章無功補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、關(guān)鍵技術(shù)的解決思路３．１設(shè)計(jì)要求針對(duì)目Ｉｉ｛『配電網(wǎng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)所存在的缺點(diǎn)，同時(shí)為配合全國(guó)電網(wǎng)改造，適應(yīng)現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的發(fā)展需要，系統(tǒng)要求達(dá)到：１．高智能化，采用無觸點(diǎn)開關(guān)，能動(dòng)態(tài)跟蹤無功負(fù)荷的變化無級(jí)投切電容；２．能防止電流諧波的放大并有相應(yīng)的抑制措施３．能消除裝置本身造成的電壓諧波對(duì)電網(wǎng)的污染４．能實(shí)現(xiàn)單節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)無功補(bǔ)償５．在電網(wǎng)三相不平衡時(shí)，能對(duì)三相負(fù)荷進(jìn)行均何控制６．能實(shí)現(xiàn)采樣點(diǎn)就地補(bǔ)償和控制器聯(lián)網(wǎng)補(bǔ)償，即位于不同采樣點(diǎn)的控制器之間通過數(shù)據(jù)交換，能綜合全電網(wǎng)的運(yùn)行情況判斷最佳投切電容量。７．實(shí)現(xiàn)電容器組循環(huán)投切，使電容器、電力電子電路使用概率相等，延長(zhǎng)使用壽命；８．自動(dòng)判別并消除振蕩投切現(xiàn)象；９．具有過壓、過流、過熱、缺相等保護(hù)功能；ｌＯ．高可靠性，滿足戶外惡劣環(huán)境的工作需要；３．２關(guān)鍵技術(shù)的解決思路現(xiàn)有的裝置存在的問題是沒有很好解決無觸點(diǎn)丌關(guān)投切電容和在三相不平衡情況下如何進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)膯栴}。在實(shí)際中，以往的控制策略沒有考慮ＳＶＣ掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成的其他影響，尤其是造成某些諧波的放大以及加劇電網(wǎng)不平衡度的問題。諧波污染是可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障的關(guān)鍵問題，這些問題也應(yīng)該加以解決。３．２．１無觸點(diǎn)投切電容和無級(jí)調(diào)節(jié)投入容量的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的采用無觸點(diǎn)控制的無功補(bǔ)償裝置在電容的無級(jí)投切這一點(diǎn)大多采用控制觸發(fā)角來控制投切電容量的多少。這樣做會(huì)造成較大的沖擊電流和引入高次諧波，同時(shí)使晶閘管的壽命變短，因而無觸點(diǎn)開關(guān)控制的優(yōu)勢(shì)無法充分的體現(xiàn)出來。針對(duì)以上問題，采用品閘管和二極管反并聯(lián)的形式，結(jié)合在電流過零時(shí)投切電容的方法，減少了沖擊電流；運(yùn)用通斷率控制，可無級(jí)調(diào)節(jié)投入電網(wǎng)的電容容量，避免產(chǎn)生因采用觸發(fā)角控制產(chǎn)生的電壓高次諧波。３．２．２電流諧波放大的原因及其抑制措施采用微機(jī)控制晶閘管投切電抗，實(shí)現(xiàn)基波無功的分相和跟蹤補(bǔ)償。當(dāng)配電系統(tǒng)非線性用電負(fù)荷比重較大時(shí)，容性電抗組的投入，一方面由于容性電抗的諧波阻抗小，注入容性電抗組的諧波電流大，使容性電抗過負(fù)荷，嚴(yán)重影響其使用壽命；另一方面，當(dāng)電抗組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時(shí)，引起容性電抗組中諧波電流嚴(yán)重放大，其結(jié)果是電容器因過熱而損壞，系統(tǒng)電壓嚴(yán)重畸變，影響其他用電設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，在非線性低壓用電負(fù)荷比重較大的配電系統(tǒng)中，應(yīng)采取抗電流諧波措施，以確保并補(bǔ)電容器組的安全運(yùn)行。解決方法是在并聯(lián)的容性電抗組串入感性電抗，抑制電流諧波的產(chǎn)生。３．２．３電壓諧波產(chǎn)生的原因和解決思路采用電力電子器件對(duì)電抗進(jìn)行投切，一般采用觸發(fā)角控制，使完整的正弦波形被斬?cái)?，電壓波形發(fā)生了畸變，產(chǎn)生了高次諧波。軟件上可采用通斷率進(jìn)行控制，保持完整的波形，減少電壓波形的畸變，同時(shí)應(yīng)該加入無源濾波環(huán)節(jié)，將有害的高次諧波濾除，減少對(duì)電網(wǎng)的污染。３．２．４單機(jī)智能算法的實(shí)現(xiàn)及單節(jié)點(diǎn)最優(yōu)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)現(xiàn)有的無功補(bǔ)償補(bǔ)償裝置，多是微處理器根據(jù)接收到檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算得到實(shí)時(shí)ｃｏｓ巾，分別送到顯示和比較單元。在比較單元中與設(shè)定值進(jìn)行比較，確定是否發(fā)出投切命令?？刂剖侄魏团袆e依據(jù)比較單一，不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況有效的達(dá)到過壓、過流、欠補(bǔ)及振蕩報(bào)警和保護(hù)功能，更不能做到單節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)最優(yōu)無功補(bǔ)償。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷較小，變化規(guī)則，三相平衡比較好的節(jié)點(diǎn)，采用單片機(jī)為核心的控制器，運(yùn)用線形規(guī)劃的最優(yōu)控制算法控制投切電容器的容量；對(duì)負(fù)荷大，變化劇烈，三相不平衡度大的節(jié)點(diǎn)，采用工控機(jī)作為控制器，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等智能算法，確定投切電容器的容量，達(dá)到理想的效果。３．２．５三相不平衡現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和解決思路三相供電系統(tǒng)要求所接入的負(fù)荷應(yīng)三相對(duì)稱。但在一些供電線路中負(fù)荷具有明顯的不對(duì)稱性。負(fù)荷的三相不對(duì)稱將使供電系統(tǒng)中出現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行十分不利的負(fù)序分量，它增大了交流電動(dòng)機(jī)的功率損耗并加劇了其運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪音?？梢愿鶕?jù)功率平衡器的原理進(jìn)行無功補(bǔ)償，把功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)饺我庵付ㄖ档耐瑫r(shí)還將三相不對(duì)稱負(fù)荷補(bǔ)償成對(duì)于供電系統(tǒng)來說是三相對(duì)稱的。３．２．６實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)的解決思路全局最優(yōu)要求每個(gè)控制器都充分了解整個(gè)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的信息，即每個(gè)控制器不是孤立的，而能進(jìn)行信息交流。實(shí)際中，在電網(wǎng)每一處節(jié)點(diǎn)都設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償控制器是不現(xiàn)實(shí)的，在經(jīng)濟(jì)上也是不可行的。因此需要進(jìn)行以下三個(gè)方面的研究：１．采用非線性規(guī)劃方法，選出經(jīng)濟(jì)上和補(bǔ)償效果上均達(dá)到最優(yōu)的若干個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的信息應(yīng)能充分反映電網(wǎng)的運(yùn)行情況；２．尋求最優(yōu)算法，使得當(dāng)控制器工作在就地補(bǔ)償方式時(shí)能達(dá)到補(bǔ)償點(diǎn)局部最優(yōu)，工作在聯(lián)網(wǎng)方式時(shí)，補(bǔ)償效果能達(dá)到全局最優(yōu)?？紤]到實(shí)時(shí)性，算法必須簡(jiǎn)單，聯(lián)網(wǎng)方式下還必須獨(dú)立、一致，計(jì)算量不隨節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增加而有明顯變化：３．采用無線通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。３．２．７高精度和高可靠性的保障從硬件、軟件兩方面著手。在底層系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)上，以工業(yè)級(jí)１６位微處理器為核心，利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)對(duì)硬件電路進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化；考慮到元件的老化和“溫漂”等問題，系統(tǒng)盡量不使用放大器等對(duì)環(huán)境變化敏感的元器件。在軟件設(shè)計(jì)上，提出了交流電流過零投切電容器的控制算法、非線性校Ｊ下算法、電容器循環(huán)投切控制算法、無功補(bǔ)償最優(yōu)控制算法等，以提高系統(tǒng)的控制精度和可靠性。為確保在強(qiáng)干擾條件和惡劣環(huán)境下能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，所有調(diào)試參數(shù)和設(shè)定值均由軟件設(shè)定，同時(shí)，軟件應(yīng)充分考慮元件參數(shù)的漂移問題。采用雙“看門狗”結(jié)構(gòu)，確保不死機(jī)。上位機(jī)采用可靠性性高，運(yùn)行速度快的工控機(jī)，穩(wěn)定性好的ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ作為操作系統(tǒng)，對(duì)多個(gè)下位機(jī)進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。第四章無功補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、總體方案設(shè)計(jì)４．１無觸點(diǎn)投切電容時(shí)間的選取和無級(jí)調(diào)節(jié)投入電容容量的實(shí)現(xiàn)４．１．１概述過去的無功補(bǔ)償裝置，多采用單片機(jī)控制，通過機(jī)械斷路器來實(shí)現(xiàn)電容器的分組投切。缺點(diǎn)是機(jī)械觸點(diǎn)的使用壽命有限，易損壞，而且電容的投切級(jí)數(shù)是有限的?，F(xiàn)在的無功補(bǔ)償裝最主回路采用晶閘管來控制，與機(jī)械斷路器相比，晶閘管的操作壽命幾乎是無限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，以減少投切的沖擊電流和操作困難。但現(xiàn)有的采用無觸點(diǎn)控制的無功補(bǔ)償裝置在電容的無級(jí)投切這一點(diǎn)上做的不很理想，大多采用控制觸發(fā)角來控制投切電容量的多少。這樣做會(huì)造成較大的沖擊電流和引入高次諧波，使晶閘管的壽命變短，因而無觸點(diǎn)控制的優(yōu)勢(shì)無法充分的體現(xiàn)出來。為克服上述弱點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)了主回路，并采用專用的過零觸發(fā)芯片設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的觸發(fā)回路，消除了無觸點(diǎn)開關(guān)投切電容時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流。同時(shí)，受電阻爐溫度控制系統(tǒng)的啟發(fā)，采用通斷率控制來控制電容器的投切，這樣既達(dá)到了無級(jí)調(diào)節(jié)的目的又減少了諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。４．１．２基本原理ＴＳＣ（晶閘管投切電容器）的基本原理如圖４－１ａ所示。兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的小電感只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流的，在很多情況下，這個(gè)電感往往不畫出來。因此，當(dāng)電容器投入時(shí)，ＴＳＣ的電壓——電流特性就是該電容的伏安特性，即如圖中ＯＡ所示。可根據(jù)電網(wǎng)的無功需求投切這些電容器，ＴＳＣ實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器，其電壓——電流特性按照電容器組數(shù)的不同可以是圖中０Ａ、０Ｂ或ＯＣ。當(dāng)ＴＳＣ用于三相電路時(shí)，可以是△聯(lián)結(jié)，也可以是Ｙ連接““。ＡＢＣＵａ）單相結(jié)構(gòu)圖。ｂ）電壓一０電流特性ｌ，圖４—１１＂ｓｃ的基奉原理ＩＬ４．１．３投入時(shí)刻的選取選取投入時(shí)刻總的原則是，ＴＳＣ擐入電容的時(shí)刻，也就是晶閘管開通的時(shí)刻，必須～ｌ廣。Ｌ｝千一一，：是電源電壓與電容器預(yù)先充電電壓相等的時(shí)刻。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性，當(dāng)加在電容上的電壓有階躍變化時(shí)（若電容器投入的時(shí)刻電源電壓與電容器充電電壓不相等就會(huì)發(fā)生這樣的情況），將產(chǎn)生一沖擊電流，很可能破壞晶閘管或給電源帶來高頻振蕩等不利影響。ｕｖ—————■墜△△．?。獭髅炊龋駡D４－２ＴＳＣ理想投切時(shí)刻臆理說明圈一般來講，希望電容器預(yù)先充電電壓為電源電壓的峰值，而且將晶閘管的觸發(fā)相位也固定在電源電壓的峰值點(diǎn)。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性方程。ｉｃ：Ｃｄｕｃ．（４．１）如果在導(dǎo)通前電容器充電電壓也等于電源電壓峰值，則在電源峰值點(diǎn)投入電容時(shí)，由于在這一點(diǎn)電源電壓的變化率（時(shí)『日Ｊ導(dǎo)數(shù)）為零，因此，電流ｉｃ即為零，隨后電源電壓（也即電容電壓）的變化率／４‘會(huì)按照正弦規(guī)律上升，電流ｉｃ即按詎弦規(guī)律上升。這樣，整個(gè)投入過程不但不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，而且電流也沒有階躍變化。這就是所謂的理想投入時(shí)刻。圖４．２以簡(jiǎn)單的電路原理圖和投切時(shí)的波形對(duì)此作了說明。如圖４－２所示，設(shè)電源電壓為島，在本次導(dǎo)通開始之前，電容器的端電壓ｕｃ已通過上次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管ｖｌ充電至電源電壓ｃｓ的峰值，且極性為正。本次導(dǎo)４通開始時(shí)刻?。澹鬄楹停眨阆嗟鹊臅r(shí)刻ｔＩ，給Ｖ２以觸發(fā)脈沖而使之丌通，電容電流ｉｃ開始流通。以后每半個(gè)周波發(fā)出脈沖輪流給ｖ，和ｖ２。直到需要切除這條電容支路，如在ｔ２時(shí)刻，停止發(fā)脈沖，ｉｃ為零，則ｖ２關(guān)斷，ｖ。因未獲觸發(fā)而不導(dǎo)通，電容器電壓保持為ｖ２導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下次投入電容器做了準(zhǔn)備””““１。４．１．４方案的改進(jìn)采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式代替兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管，可以使導(dǎo)通Ｉｊ｛『電容充電電壓維持在電源電壓的峰值。如圖４－３所示，一旦電容電壓比電源電壓峰值有所降低，二極管都會(huì)將其充電至峰值電壓，因此不會(huì)發(fā)生兩晶閘管反并聯(lián)的方式中電容器充電電壓下降的現(xiàn)象。但是，由于二極管是不可控的，當(dāng)要切除此電容支路時(shí)，最大的時(shí)間滯后為一個(gè)周波，因此其響應(yīng)速度比兩晶閘管反并聯(lián)的方式稍慢，但成本上要低，而且考慮到實(shí)際需要，此種方式足以滿足補(bǔ)償?shù)目焖傩缘囊?。主電路如下圖４．３所示：ｕｖ—————■圖４１品『甲Ｊ管和二極管反并聯(lián)方式土電路圖ｖ為晶閘管，ＶＤ為反并聯(lián)的二極管，Ｃ為補(bǔ)償電容，Ｒ為與Ｃ并聯(lián)的大阻值的瀉荷電阻?？梢员ＷC當(dāng)晶閘管沒有工作時(shí)，電容兩端的電壓能動(dòng)態(tài)的跟隨電網(wǎng)的最高電壓變化而變化，減少晶閘管導(dǎo)通電容投入時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流。ＣＳ入廠＼／＼／＼／＼／＼／＾＼一ＶＶＶＶＶ＼／＼／‘一ｕｃ＼／＼／＼／ＶＶＶｔ一叭／＼／、＼廠＼卜一”入／、／、／ＶＶＶＶｔＩｔ，ｈｔ１圖４－－４晶閘管和二極管反并聯(lián)方式波形圈配『ｂ嘲無功補(bǔ)償系統(tǒng)的研究０膨用圖禾４是晶閘管導(dǎo)通前后電源電壓、電容兩端電壓、晶閘管兩端電壓和電路電流的波形圖。（ｔｌ到ｔ４為導(dǎo)通時(shí)間段）４．１．５觸發(fā)電路選用ＭＯＣ３０６１光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，它是美國(guó)摩托羅拉公司最近推出的光電新器件。該系列器件的特點(diǎn)是大大加強(qiáng)了靜態(tài)ｄｖ／ｄｔ能力。保證了電感負(fù)載穩(wěn)定的開關(guān)性能。由于輸入與輸出采用光電隔離，絕緣電壓可達(dá)７５００Ｖ。由于采用了光電隔離，并且能用ＴＴＬ電平驅(qū)動(dòng)，它很容易與微處理器接口，進(jìn)行各種自動(dòng)控制設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。ＭＯＣ３０６１采用雙列直插６引腳封裝形式．如圖４－５所示“”。正壤負(fù)臻幽４—５９０ｃ３０６１小惑圖器件由輸入、輸出兩部分組成。ｌ、２腳為輸入端，輸入級(jí)是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管（ＬＥＤ），該二極管在５～１５ｍＡ正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光觸發(fā)輸出部分。３、５腳為空腳，４、６腳為輸出端，輸出級(jí)為具有過零檢測(cè)的光控雙向可控硅。當(dāng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光時(shí)，光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。一般采用６腳接相線，４腳接零線的方式，這樣可以保證電壓過零時(shí)發(fā)出觸發(fā)脈沖。在實(shí)際應(yīng)用中，采用圖４＿６接法：Ⅵ０Ｃ３０６ｌ４?！В臁茫剑剑剩悖铮睿簦颍铮欤妗唬蹋辏虖SＴ一幽４－６觸發(fā)ｌｂ路圖圖４．７是相電壓ｖＡ和ＭＯＣ３０６１的６腳和四腳之間的電壓ｕＶ以及觸發(fā)脈沖ＶＦ波形圖（ｔｌ到ｔ４為導(dǎo)通時(shí)間段）：１６Ｖ八八／＼／＼／＼／、／、一＼／ＶＶＶＶＶＶ。一≮門門八卜一—ｌＶＦ—ｔ翻４－７觸發(fā)波形圈由圖牛７可知，由ＭＯＣ３０６１根據(jù)電壓ｕｖ的過零點(diǎn)來投切電容，此時(shí)電源電壓為峰值，電容的電壓與電源電壓的差值為零，而且此時(shí)電路中的電流為零，故晶閘管導(dǎo)通電容投入時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流很小。４．１．６采用通斷率控制實(shí)現(xiàn)無功無級(jí)補(bǔ)償借鑒大功率電弧爐溫度控制系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，采用通斷率控制來實(shí)現(xiàn)無級(jí)補(bǔ)償，即改變固定周期內(nèi)可控硅交流開關(guān)的通斷時(shí)捌比例，調(diào)節(jié)輸出到電網(wǎng)的無功電功率。在實(shí)際中，通斷周期設(shè)為０．６秒，因?yàn)橐粋€(gè)工頻周期為２０ｍｓ，故最小的調(diào)節(jié)容量為最小電容器的１／３０，基本可以看作是無級(jí)調(diào)節(jié)。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中效果良好。４．２無功補(bǔ)償裝置電流諧波放大及其抑制措施４．２．１概述在低壓配電系統(tǒng)中，采用微機(jī)控制晶閘管投切電容器組，實(shí)現(xiàn)基波無功的跟蹤補(bǔ)償。當(dāng)配電系統(tǒng)非線性用屯負(fù)荷比重較大時(shí)，并聯(lián)電容器組的投入，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負(fù)荷，嚴(yán)重影響其使用壽命：另一方面，當(dāng)電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時(shí)，引起電容器諧波電流嚴(yán)重放大，其結(jié)果是電容器因過熱而損壞，系統(tǒng)電壓嚴(yán)重畸變，影響其他用電設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，應(yīng)采取抗諧波措施，以確保并補(bǔ)電容器組的安全運(yùn)行。４．２．２諧波電流的放大４，２．２，１電容器和主系統(tǒng)的諧波電流ｎ７，由于電力系統(tǒng)中的諧波源主要是電流源，電流源的內(nèi)阻抗很大，當(dāng)外阻抗發(fā)生變化時(shí)其電流基本不變。諧波電流源的負(fù)荷是整個(gè)供電系統(tǒng)，它包括主系統(tǒng)和所有用戶的電力設(shè)備。電容器引起的諧波電流放大的基本原理可用圖４－８和乒９說明。設(shè)諧波源ｈ次諧波電流為ｊ。，進(jìn)入主系統(tǒng)的電流為Ｌ，進(jìn)入電容器的電流為Ｌ。在Ｌ＞ｊ。時(shí)，稱作系統(tǒng)諧波電流放大；在Ｌ＞ｊ。時(shí)，稱作電容器諧波電流放大；在Ｌ＞ｊ。和Ｌ＞ｊ。同時(shí)發(fā)生時(shí)，稱為諧波電流嚴(yán)重放大㈣。▲｝ｋ最Ｘｃ＿Ｌ；ｃｋｈＴ÷／ｈＸＬ二幽４－８潴波ＩＵ流放人系統(tǒng)接線｜璺Ｉ，如，量ｆ南Ｉ％；ｈＸｓｊ６厶（、鄉(xiāng)％ｊｂ”Ｉ’ｒｊ啦≯‘圖４－９諧波電流放人等斂ＩＵ路圖設(shè)電容器、電抗器和主系統(tǒng)的基波電抗分別為，Ｘ。、Ｘ。和Ｘｓ，再設(shè)ｓ＝ｘｓ／Ｘｃ，ｋ＝Ｘ。／Ｘ。．ｓ和ｋ分別是以Ｘ。為基值的系統(tǒng)電抗率和電抗器電抗率。電容器和主系統(tǒng)的諧波電流為：ｉＣｈ面‰仁面赫Ｌ㈤ｚ，ＪＳｈ＂２ｄ端弘Ｇｚ七一１訪。／矗面了而ｉ瓦萬（４．３）％互

％毒＼～＋刊Ⅶ４．２．２．２諧波電流放大倍數(shù)曲線電容器組的額定電壓ｕ。。與母線額定電壓Ｕ。的關(guān)系為：吣裁弘急母線的短路容量為；ｓｋ＝嵋／Ｘｓ電容器輸出的實(shí)際無功功率為：反＝蔬（４－４）（４．５）（４．６）電容器組的諧波電流放大倍數(shù)ａ。。和系統(tǒng)諧波電流放大倍數(shù)ａ。。為兩者并聯(lián)時(shí)的諧波電流Ｉ。。和Ｉ。。分別與諧波源電流Ｉ。（所有諧波電流源的等效電流值）之比，即：Ⅸｃｈ５ｉｃｈ｜Ｉｈａ％＝Ｉｓｈ｛ｌｋ諧波放大倍數(shù)由式（４－７）和式（４－８）求得，并用比值Ｑｃ／Ｓ－表示為：口“＝口鼎＝ｌ＾２（Ｑｃ／Ｓ。）ｌＩ礬西兩巧石巧Ｆ萬Ｉｌ魚２七一１）／（１一Ｊｉ｝）２ｌｌ｜｜１２（Ｑｃ／ｓ；）＋ｂ２晟一１）／（１－ｋ）２ｌ式中：魚：Ｓ￡墨．七：０Ｘｃ’’南１ｋ）２（斟㈣（一ｌ＆廠～（４．７）（４－８）（４－９）（４一１０）（４．１１）圖４－１０，４．１１為對(duì)于注入３、５、７次諧波，ｋ＝Ｏ和ｋ＝１３％時(shí)的電流放大倍數(shù)的數(shù)值仿真曲線。令ａ。。一ｃｏ或ｎ。。一一，即令式（４－９）或式（４一ｌＯ）中的分母為零，有：＾２（糾＋Ｇ２¨）…０）２－。㈨㈦得出產(chǎn)生并聯(lián)諧振的Ｑ。／ｓ。為：９配電州無功補(bǔ)償系統(tǒng)的研究‘Ｊ心用阻一２湍１０５０Ｏ０．０５Ｏ?１０Ｑｃ／ＳＫ０．１５０?２０Ｉ堇ｉ４１０許波電流放人曲線，Ｋ＝Ｏ（４．１３）Ｏ０．０５０?１０Ｑｃ／ＳＫ０?１５０?２０圖４－１１諧波電流放大曲線，Ｋ＝１３％產(chǎn)生并聯(lián)諧振的Ｑｃ／Ｓ－值見表４＿ｌ。表４－ｌ產(chǎn)生并聯(lián)諧振的Ｑｃ／ｓｔ值ｋｈ（Ｑ。／最ｋ。一Ｏ３Ｏ．１ｌｌ５０．０４７Ｏ．０２０４６％３０．０５７８５，７１３％３，５，７從圖４－１０，４，ｌｌ和表４－ｌ可以看出，并聯(lián)電容器組未串聯(lián)電抗器（電抗率ｋ：０）時(shí)，３、５、７次諧波均有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，相應(yīng)得諧波電流趨向于無窮大。實(shí)際上，由于存在電阻，諧波電流均為一很大的有限值，諧波電流在系統(tǒng)感抗和電容器組問形成諧波環(huán)流。當(dāng)并聯(lián)電容器串聯(lián)電抗率為ｋ＝６％的電抗器時(shí)，對(duì)３次諧波有可能發(fā)生并聯(lián)諧振。由于回路存在電阻，該次諧波電流為一很大的有限值，而對(duì)于５、７次諧波，ａｃ“和ａ。。均小于１，即電容器支路對(duì)５、７次諧波均無放大作用。當(dāng)并聯(lián)電容器串聯(lián)電抗率為ｋ＝１３％的電抗器時(shí)，對(duì)３、５、７次諧波電流均無放大作用，ａ一和ｄｓｎ均小于１，而且不存在高次諧波的并聯(lián)諧振點(diǎn)。４．２．３諧波電流的抑制并聯(lián)電容器組串聯(lián)電抗器是抑制諧波電流放大的有效措施，其參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際存在諧波進(jìn)行選擇。并聯(lián)電容器之所以能夠引起諧波放大，是因?yàn)殡娙萜骰芈吩谥C波頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)出容性，若在電容器回路中串接電抗器，通過選擇電抗值使電容器回路在最低次諧波頻率下呈現(xiàn)出感性。就可消除諧波放大。為此，串聯(lián)電抗器的電抗值應(yīng)滿足下式㈣：‰?。?。（４．１４）即Ｘ。＝ｘｃ／矗：，ｎ．考慮到電抗器和電容器的制造誤差，通常?。?。：（１．３～１．５）Ｘｃ／＾：抽。目前，國(guó)內(nèi)并聯(lián)電容器配置的電抗器的電抗率主要有以下４種類型；小于Ｏ．５％、４．５％、６％和Ｉ２％。配置小于Ｏ．５％電抗率的電抗器的主要目的是限制電容器的合閘涌流；當(dāng)采用基波感抗為容抗的４．５％或６％的串聯(lián)電抗器時(shí)，可抑制５次以上的諧波電流；當(dāng)采用基波感抗為容抗的１２％的串聯(lián)電抗器時(shí)，可抑制３次以上的諧波電流。２１４．２．４實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)電路如圖４－１２所示，電容器為自愈式低壓并圖４－１２實(shí)驗(yàn)電路圖聯(lián)電容器ＢＺＭＪ０。４－５．１（ｃ－－９９．５ｐＦ，ｔ９６＝Ｏ。００１２），電源電壓為２２０Ｖ，頻率為５０Ｈｚ．當(dāng)電容器支路分別串聯(lián)電抗率為ｋ＝ｏ，ｋ＝６％，ｋ＝１３％的電抗器時(shí)，用數(shù)字示波器對(duì)電源電壓ｕ和電容器支路電流ｉ的波形進(jìn)行雙蹤觀測(cè)。同時(shí)，將電源電壓Ｕ和電容器支路電流ｉ經(jīng)變送器變換為有效值為３．５Ｖ的交流信號(hào)后，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行同步采樣。電源電壓和電容器支路穩(wěn)態(tài)電流波形見圖４．１３（ａ）、４－１３（ｂ），電源電壓和電容器支路的電流主要諧波（相對(duì)值）和總諧波畸變率見表４．２和表４．３。２２０Ｖ０Ｖ．２２０Ｖ１０Ａ０＾．１０＾Ｉ笙｜４—１２實(shí)驗(yàn)ｌｎ路型Ｄ（ａ）｜Ｕ抗牢Ｋ＝０時(shí)的ｌ乜源ＩＵ壓和ｌｂ容立路Ｉ乜流的波形（ｂ）電抗率Ｋ＝１３％時(shí)的電源電壓和電容支路電流的波形圖４一１３電源電艇和電容支路電流的波形表４．２電網(wǎng)電壓主要諧波電壓值（相對(duì)值）電抗率ＵｊＵ３Ｕ５Ｕ１ＵｓＵｌｌＵ１３Ｕ１５ＴＨＤ。Ｏ１００１．９３２．５５１．３４１．３１Ｏ．３０Ｏ．３３Ｏ．２３３．７５６％１００２．１４１．７６１．０３０．９２Ｏ．１１０．１３０．１９３．１ｌ１３％１００１，３９２．０５１．０１１．００Ｏ．２８０．２７０．“２．８８注：覡：躕圳㈨～…一表４－３電容器支路電流主要諧波（相對(duì)值）和總諧波畸變率電抗率Ｉｉ１３１５１１ＩｓＩｉｌ１１３１１５ＴＨＤｉＯ１００６．８９１３．３７９．６９１５．１８６．２６８．９５１２＿２２２８．６１６％１００１４．５１“．５４３．１５２．４１０．３４０．４８０．６０１８．９７１３％１００１７．２３２．７９０．６８０．５６０．４１Ｏ．４４０．５ｌ１７．４９注：一鱺×ｔｏ‰…觥…率由于非線性低壓用電負(fù)荷都是諧波電流源，當(dāng)諧波電流注入系統(tǒng)后，諧波電流通過電網(wǎng)的阻抗產(chǎn)生諧波電壓，使電壓發(fā)生畸變，電源電壓的畸變又引起電容器支路電流的畸變。電容器支路的諧波電流頻帶寬，電流總諧波畸變率大，電流波形嚴(yán)蕈畸變。串聯(lián)電抗器后，除了電容器支路能避免并聯(lián)諧振（ｋ＝６％時(shí)，能將５次及以上的諧波脫諧；ｋ＝１３％時(shí)，能將３次及以上諧波脫諧１外，由于電抗器的感抗隨頻率的升高而增大，從而具有抑制諧波電流的作用，使電容器支路的高次諧波電流減小，電流總諧波畸變率下降，波形明顯改善。４．２．５結(jié)論非線性用電負(fù)荷的存在是影響電網(wǎng)中并補(bǔ)電容器安全運(yùn)行的關(guān)鍵，采用電抗器與電容器串聯(lián)，可有效防止電容器組的諧振容抗和系統(tǒng)等值諧頻感抗相等而發(fā)生的并聯(lián)諧振，抑制電容器組的諧波電流。另外，串聯(lián)電抗器可限制晶閘管誤觸發(fā)和事故情況下的合閘涌流。４．３無功補(bǔ)償裝置電壓諧波濾波器參數(shù)的計(jì)算４．３．１概述在進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，不可避免的給電網(wǎng)的電壓中帶入諧波，為消除無功補(bǔ)償裝置給電網(wǎng)電壓的不利影響，有必要給無功補(bǔ)償裝置添加電壓濾波環(huán)節(jié)。本節(jié)對(duì)濾波器參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了分析和研究。電壓諧波濾波器原理圖如圖４—１４所示：ＴＣＲＨ７ＨｅＨ５Ｈ?Ｈ３Ｈ２幽４一１４ｒ乜Ｋ諧波濾波器原理圖４．３．２濾波器組參數(shù)的計(jì)算４．３．２．１單頻調(diào)諧濾波器的參數(shù)計(jì)算單頻調(diào)諧濾波器為ＬＣ串聯(lián)電路，它一方面滿足對(duì)所選定次數(shù)的諧波產(chǎn)生諧振，形成低阻通路而吸收該次諧波，如Ｈ２～Ｈ６就是為吸收２～６次諧波而設(shè)定的；另一方面對(duì)基波提供分配到的容性無功乏值。它的Ｌ和Ｃ參數(shù)應(yīng)由下式確定：嘲￡５去ｎｏ）．Ｌ≯撼（４．１５）（４．１６）∞ｌＣ’式中，”１為基波角頻率；Ｕ為電網(wǎng)線電壓；ｎ為諧波次數(shù)，ｎ＝２，３，４，５，６；Ｑｎｆ為ｎ次濾波器分配到的無功。每套單頻調(diào)諧濾波器的電阻很小，品質(zhì)因數(shù)高，選擇性強(qiáng)，只對(duì)選定的諧波有良好的低阻導(dǎo)通效果，偏離該諧波值，阻抗增加，損耗增大，因此不能兼顧其它諧波啪１。４．３．２．２高通濾波器的參數(shù)選擇圖４－１５為高通濾波器的電路原理圖：圖４一１５高通濾波器的電路原理圖傳遞函數(shù)與特性參數(shù)高通濾波器的傳遞函數(shù)為：魚：“＾～瑟¨歷１Ｒ＾告ｓ＋瑤ＣＬＣｏ—ｕ表征其特性的參數(shù)為（１）特征角頻率‰＝ｌ／Ｌ，／歷，該角頻率對(duì)應(yīng)的諧波號(hào)為‰＝‰加（２）等效品質(zhì)因數(shù)Ｑ＝Ｒ√巧