交流电力稳压器的研究本科毕业论文设计

广西大学毕业设计论文PAGEPAGE58摘要交流电力稳压器是各种精密和昂贵用电仪器的第一道安全防线，就像电脑的防火墙一样重要。随着物质生活的提高，它已逐渐走入了我们的生活，也就意味着它关系着很多人的财产安全，因此有必要对交流电力稳压器做一下深入的研究，力求找到一种简单耐用易用的稳压器的设计方法，适宜更广大的人群，符合大多数人的指标要求和利益标准。本文对交流电压波动的危害进行了说明，也对交流稳压器的作用做了阐述，主要对交流电力稳压器的基本原理进行了深入了解，并在一定要求的情况下去探索、讨论和设计一种符合大众的稳压器.对计算结果进行了仿真，详尽的说明了它的合理性，是能达到的预设的要求的。并对控制电路的硬件和软件设计进行了一些选择和说明，该设计的硬件部分以ATmega16为系统的核心，通过对电压进行数据采集并送入信号处理电路，从而得到控制系统可以识别的数字信号；而软件部分主要对设计流程作了说明，规范了设计的程序功能。关键字：电压波动电压补偿励磁涌流控制装置

AbstractACPowerRegulatoristhefirstsecuritylineofsophisticatedandexpensivepowerequipment,whichisasimportantasthecomputer’sfirewall.Withtheimprovementofmateriallife,ithasgraduallysteppedintoourlives,whichmeansthatitisrelatedwithalotofpeopleandproperty,soitisnecessaryforACPowerRegulatortodosomein-depthstudyandsoughttofindadurableandeasytousesimpleregulatordesignmethod.ItisallforthepointthatACPowerRegulatorcanbesuitableforlargegroupsandmeettherequirementsoftheindicatorsandtheinterestsofthestandards.TheACvoltagefluctuationsdamageonthepaperisdescribedatfirst,alsosharetheroleofregulatoraredescribedindetail.ThemaintwopointsarethatdosomeACPowerRegulatorofthebasicprinciplesin-depthandcontinuetoexplorethesituationofcertainrequirements,discussionanddesignofaregulatorinthepublic.Itsimulationstheresultsofthecalculation,andtherationalitiesaredescribedindetail.Thisregulatoristoachievetherequirements.Certainly,Imakesomeselectionsanddescriptionsonthecontrolcircuitdesignofthehardwareandsoftware,andATmega16actsasthecoreofthehardwaresystem.Wecanaccuratelyidentifythedigitalsignalreceivedthroughthedataacquisitionofvoltageintothesignalprocessingcircuit;anditmakesanexplanationofthedesignprocessinthesoftwarepart,alsostandardsproceduresfunctions.Keywords:VoltagefluctuationsVoltagecompensationInrushcurrentControldevice目录TOC\o"1-4"\h\z\u第一章绪论 11.1课题背景及意义 11.11电力稳压器的发展历史 11.12交流电力稳压器的作用 21.2交流电力稳压器发展现状 21.3交流电力稳压器的市场前景 31.4论文的主要工作 3第二章电压波动的危害及原因和解决办法 42.1电压波动的危害 42.2电压波动及闪变的抑制 5第三章交流电力稳压器原理与主电路设计 63.1交流电力稳压器技术参数要求 63.2交流电压稳压器的基本结构和可行性研究 63.3励磁涌流的危害和抑制 463.3.1励磁涌流的危害性 463.3.2励磁涌流的成因 473.3.3励磁涌流的抑制方法 523.4实际电路图 54第四章电力稳压器控制装置的硬件设计 584.1微机控制的基本原理及其特点 584.2微机控制装置的构成 584.3电力稳压器控制装置主系统的硬件设计 594.4人机交互部分 604.5系统的外围电路 614.5.1电源转换电路 614.5.2通信接口 624.5.3其他外围电路 62第五章交流电力稳压器运行装置的软件设计 635.1电力稳压器控制装置软件设计 635.2键盘控制设计 645.3数据转换设计 655.4数据处理设计 66总结 68主要参考文献： 69致谢 70第一章绪论1.1课题背景及意义1.11电力稳压器的发展历史电力稳压电源的历史可追溯到19世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器，到20世纪初，就有铁磁稳压器以及相应的技术文献，在交流稳压电源领域，主要是铁磁谐振式和电子回馈调控式这两类技术在不断发展。铁磁谐振式的发展历程大致如下表：表1：铁磁谐振式的发展历程20世纪50年代磁饱和稳压器20世纪70年代磁泄放式恒压变压器(CVT)20世纪80年代中期运用磁补偿形式的第1代参数稳压器20世纪90年代中期第2代参数稳压器21世纪初第3代参数稳压器电子回馈调控式的发展历程大致如下表：表2：电子回馈调控式的发展历程20世纪50年代电子管调控磁放大式交流稳压器20世纪70年代电子调控自耦滑动式(SVC)交流稳压器电子调控自耦滑动式(SVC)交流稳压器20世纪80年代中期电子调控的有触点补偿式交流稳压器正弦能量分配器式净化电源20世纪90年代中期数控有级的无触点补偿式交流稳压器改进型的第2、3代净化电源21世纪初用逆变器作补偿的无级、无触点补偿式的交流稳压器新型的净化电源1.12交流电力稳压器的作用交流电力稳压器是为稳定交流电压而研制的节能型产品。当外界供电网络电压波动或负载变动造成电压波动时能自动保持输出电压的稳定。适用范围：工矿企业、油田、铁路、建筑工地、学校、医院、邮电、宾馆、科研等部门的电子计算机、精密机床、计算机断层扫描摄影（CT）、精密仪器、试验装置、电梯照明、进口设备及生产流水线等需要电源电压稳定的场所。也适应于电源电压过低或过高、波动幅度大的低压配电网末端的用户及负载变动大的用电设备，特别适用于一切对电网波形要求高的稳压用电场所。2010年中东迪拜水处理、能源环保展/迪拜国际水处理展就有电力稳压器在那里展示，[北京海淀展览馆]2009年中国(北京)国际电子工业展览会亦展示了电力稳压器，从这里我们不难看出交流电力稳压器的重要性。1.2交流电力稳压器发展现状目前，国内稳压器市场蓬勃发展，随即产生的问题也较多：比如有的厂家制造的产品，其设计原理不属于CWY系列(参数稳压器系列)，其根本就属于净化系列产品，却冠以CWY的标志，给市场造成许多扰乱，对用户也会造成很大的损失。交流稳压电源种类：⒈铁磁谐振式稳压器种类⑴恒压变压器(CVT)；⑵参数稳压器（CWY）。⒉电子回馈式稳压器种类⑴有触点无级补偿式稳压器；⑵数控无触点有级补偿式稳压器；⑶正弦能量分配器式净化电源；⑷自动自偶调压式或感应调压式稳压器；⑸开关交流稳压器。1.3交流电力稳压器的市场前景大家都知道，稳压器可以安装在很多重要的用电设备上，尤其是对电压精度要求很高的，所以在工业领域应用较为广泛；另外在国家拉动内需、大规模扩展家电下乡活动的背景下，对于农村市场的开发将成为众多家电厂商的重点工作，也将会加快农村居民家用电器产品的普及。但家用电器肯定离不开电，因此家电未动，电网先铺，家电产品进入农村市场就必须要面对用电环境的问题。目前我国很多农村地区的用电环境并不理想，电网电压不稳定，因此面向农村市场的家电产品必须要具备抵抗电压不稳的性能，而稳压器正是能够为产品提供足够驱动的电压的产品。因此家电经销商和零售商也应该关注一下家电稳压器这一产品，使家用电器工作更稳定，视觉效果更好，寿命更长；还有，世界上比中国落后的国家多不胜数，稳压器的出口同样也是某些生产商的主要利润来源。1.4论文的主要工作具体介绍几种稳压器的基本原理以及相应的改进技术，在介绍相关技术的基本原理的同时，分析了稳压器响应速度和精度，然后重点论述了一款快速电力稳压器的原理图设计、主控制电路设计、软件编程以及硬件选择和优化，主要解决现在稳压器性价比不是很高这个问题，使交流电力稳压器的硬件更加简单且容易维护，让使用者用着放心、看着舒心。毕业设计(论文)研究方法、步骤及措施：1.分析交流电力稳压器的发展前景，及其重要意义；2.从最基本的变稳压器的电路结构出发，详细阐述交流电力稳压器的基本原理，它的存在对常用的电器保护，以及如何更好的实现其保护功能。3.分析电压变化产生过程和波形特点，探讨利用电压作识别判据和利用现代数字信号处理技术与智能理论作分析，对一些新的判别技术进行简单介绍和展望。4.进行原理图设计，实际考察，电路设计与优化，实践检验。

第二章电压波动的危害及原因和解决办法2.1电压波动的危害周期性电压的急剧变化引起光源通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。当冲击性功率负荷引起电网电压的波动时，将使由该电网供电的照明灯光发生闪烁。电压波动是否引起闪变，主要决定于电压波动的频率、波动量和电光源类型，以及工作场所对照明质量的要求等。偶然产生的电压波动，即使是较大的电压波动，对人们视觉影响也是不大的。但当电压波动的频度在10～20Hz时，即使是很小的电压波动，也会引起闪变。闪变会引起人们视觉不适和情绪烦躁，对电视机等电子类设备产生较大有害影响，从而影响人们的正常工作和学习。过电压是指在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。电压偏差是电能电压质量的重要指标，国家标准GB12325—90《电能质量、供电电压允许偏差》与1990年颁布。电压偏差超过允许偏差时就要进行电压调节，以保证电能质量[7]。电能质量问题中电压波动和闪变的危害照明设备危害身体健康，影响工作：频闪效应会引发视觉疲劳、偏头痛。特别是机械行业采用高压汞（钠）灯，和轻工、食品、印刷、电子、纺织等行业，普遍采用直管型（电感式）日光灯的照明场合尤为明显。照明光源闪变引发错觉引发工伤事故：在电光源的频闪频率，与运动（旋转）物体的速度（转速）成整倍数关系时。运动（旋转）物体的运动（旋转）状态，就会产生静止、倒转、运动（旋转）速度缓慢，以及上述三种状态周期性重复的错误视觉，引发工伤事故；自动化控制装置突然的电压变化导致装置停顿或误动，电压瞬间降低称为骤降；变频调速器停顿电动机、电梯、电动机暂停，破坏生产，电梯停顿，引起人生伤害事故，高温光源（碘钨灯）造成公共活动场所失去照明

电器设备当电压不满足设备供电指标要求时，设备运行就会变得困难、过热或导致绝缘性能不能满足实际电压的变化[6]；

计算机的线路，反复出现电压骤升的情形。这些反复出现的电压骤升可能导致硬件损坏、死机、异常，而一旦得知是由于电源问题导致的，这些故障都可以迅速排除；微电子设备耐冲击能力差受浪涌电流易使微电子设备受到损坏；电源中小的浪涌也是危险的，它每天会发生成百上千次，对灵敏电路造成累积的危害；干扰设备的安全运行，增加系统的用电消耗，使电机温度升高。2.2电压波动及闪变的抑制要减少电压波动和闪变，主要从提高供电系统短路容量和减少冲击负荷无功功率变化量两方面入手，目前抑制电压波动和闪变的主要措施有：⒈采用专用变压器或专用线对负荷变动剧烈的大型电气设备单独供电；⒉设法增大供电容量，减少系统阻抗，使系统的电压损失减少，从而减少负荷变动时引起的电压波动；⒊有大的电网来承担供电任务，提高供电电压等级；⒋采用相应快、能“吸收”冲击无功功率的静止型无功补偿装置。静止型无功补偿装置是通过改变它所吸收的无功功率以平衡电弧炉等设备所向无功功率的变化，使得电源共处的无功功率变化幅度减小，从而减少公共连接点电压的波动。补偿器的无功功率组件是电抗器和电容器，通过对它们的调节来改变它所吸收的无功功率。⒌在电能进入用电设备之前，用交流电力稳压器进行稳压，使其达到用电设备的要求，从而达到保护用电设备的功效。该产品与其它形式稳压器相比具有容量大、效率高、无波形畸变、电压调节平稳，适用负载广泛，能承受瞬时超载，可长期连续工作，手控自控随意切换，设有过压、过流、相序、机械故障自动保护装置，以及体积小、重量轻、使用安装方便，运行可靠等特点。

第三章交流电力稳压器原理及主电路设计3.1交流电力稳压器技术参数要求⒈MTK调控稳压器技术要求表3-1稳压器的技术指标稳压精度稳压范围±2.5%214.5～225.5V±3.0%213.4～226.6V⒉稳压模式:两种模式,即±2.5%和±3.0%；⒊保护:V或V，连续15秒则动作，回差电压±5V；⒋响应时间：为原设定精度，为实际误差(1)，则t=480s；(2)，则t=240s；(3)，则t=120s；(4)，则t=60s；(5)，则t=20s；(6)，则t=5s。3.2交流电压稳压器的基本结构和可行性研究图3-1交流电力稳压器基本结构⒈第一种情况，稳压精度为，即；若不满足要求，而，，在要求范围内，令，，，且，，若k=0.1,讨论：（1）当时，1）当时，按照要求：，得出，图3-2时的仿真结果从仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），这说明当A相电压有效值在195.0～205.0V之间时，可采用A相电压进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-3时的稳压器工作情况简图2）当时，按照要求:，得出，图3-4时的仿真结果从仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），这说明当A相电压有效值在238.4V～250.5V之间时，可采用A相电压进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-5时的稳压器工作情况简图（2）1）当时，且得出；2）当时，且得出，图3-6时的仿真结果从仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），1)和2)说明当A相电压有效值在225.5V～235.0V之间时，可采用B相电压进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-7时的稳压器工作情况简图3)当时，且，得出；4）当时，且，，图3-8时的仿真结果从仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），3）和4）说明当A相电压有效值在203.0V～213.0V之间时，可采用B相电压进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-9时的工作情况简图（3）当时，1）当时，且得出；2）当时，且得出，图3-10时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），1)和2)说明当A相电压有效值在225.0V～235.0V之间时，可采用C相电压进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-11时的稳压器工作情况简图3）当时，且得出；4）当时，且得出，图3-12时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），3）和4）说明当A相电压有效值在203.0V～213.0V之间时，可采用C相电压进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-13时的稳压器工作情况简图（4）1）当，时，且、得出；2）当，时，且得出，图3-14时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），1)和2)说明当A相电压有效值在185.0V～193.5V之间时，可采用A相与B相电压差进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-15时的稳压器工作情况简图3）当，时，且得出；4）当，时，且得出，图3-16的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），3）和4）说明当A相电压有效值在250.0V～261.5V之间时，可采用A相与B相电压差进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-17时的稳压器工作情况简图（5）1）当时，且得出；2）当时，且得出，图3-18的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），1)和2)说明当A相电压有效值在185.0V～193.5V之间时，可采用A相与C相电压差进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-19时的稳压器工作情况简图3）当时，且得出；4）当时，且得出图3-20时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），3）和4）说明当A相电压有效值在250.0V～261.5V之间时，可采用A相与B相电压差进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-21时的稳压器工作情况简图（6）1）当时，且得出；2）当时，且得出，图3-22时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），1）和2）这说明当A相电压有效值在211.0V～222.0V之间时，可采用B相与C相的电压差进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-23时的稳压器工作情况简图3）当时，且得出；4）当时，且得出，图3-24时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间），3）和4）这说明当A相电压有效值在211.0V～222.0V之间时，可采用B相与C相的电压差进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-25时的稳压器工作情况简图1）、2）、3）和4）说明当A相电压有效值在211.5V～214.5V之间时，可采用A相与B相电压差进行调整，并且变压器同名端同向反向连接均可；总结：以上计算结果得出185.0V～193.5V是连续的，195V～235V是连续的，238.5V～261.5V是连续的，从185.0V～261.5V有两段时间段的，即不连续的。

⒉第二种情况，稳压精度为±3.0%，即；，；若k=0.1,讨论：（1），1）按照要求：，则有，图3-26时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在194.0V～206.0V之间时，可采用A相电压进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-27时的稳压器工作情况简图2），按照要求:，则，图3-28时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在237.2V～251.7V之间时，可采用A相电压进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-29时的稳压器工作情况简图（2）1）当时，且，2）当时，且，图3-30时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在226.6V～236.5V之间时，可采用B相电压进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-31时的稳压器工作情况简图3）当时，且；4）当时，且，图3-32时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在202.0V～213.4V之间时，可采用B相电压进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-33时的工作情况简图（3）1）当时，且；2）当时，且，图3-34时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在226.6V～236.5V之间时，可采用C相电压进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-35时的稳压器工作情况简图3）当时，且；4）当时，且，图3-36时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在202.0V～213.4V之间时，可采用B相电压进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-37时的稳压器工作情况简图（4），1）当时，且得出2）当时，且得出，图3-38时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在184.0V～194.5V之间时，可采用A相与B相的电压差进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-39时的稳压器工作情况简图3）当时，且，4）当时，且得出，图3-40时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在249.5V～262.5V之间时，可采用A相与B相的电压差进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-41时的稳压器工作情况简图（5），1）当时，且得出；2）当时，且得出，图3-42时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在184.0V～194.5V之间时，可采用A相与C相的电压差进行调整，并且变压器同名端同向连接；图3-43时的稳压器工作情况简图3）当时，且得出；4）当时，且得出，图3-44时的仿真结果仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），这说明当A相电压有效值在249.5V～262.5V之间时，可采用A相与C相的电压差进行调整，并且变压器同名端反向连接；图3-45时的稳压器工作情况简图（6）1）当时，且得出；2）当时，且得出；3）当时，且得出；4）当时，且得出，前面已包含了(6)所计算的区间，在这里就不把它们考虑进去了；得出184.0～236.5是连续的，237.2V～262.5V是连续的。236.5V～237.2V没有得到调节，所以这里是一个特殊范围，得特殊对待，可以采用改变变压器变比来弥补这一缺点，变比k可以去0.08，这样在利用A相对此断开区间进行补偿，计算如下，当时，按照要求：，得出；当时，按照要求:，得出，图3-46时的仿真结果此结果表明，在稳压精度为±3.0%时，可以实现了从184.0V～262.5V之间的连续调节，很好的满足了要求，仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了302.0V与320.0V之间（等价于有效值在213.4V与226.6V之间），弥补了上面236.5V～237.2V无法补偿的缺憾。图3-47时的稳压器工作情况简图再验证一下这个变比能不能使稳压精度为±2.5%时，达到连续调节，（1），1）当时，按照要求：得出，2）当时，按照要求:，得出，图3-48时的仿真结果这说明当A相电压有效值在233.0V～245.0V之间时，可采用A相电压进行调整，并且变压器同名端反向连接；从仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间）。图3-49时的稳压器工作情况简图（2）1）当时，且得出2）当时，且得出，图3-50时的仿真结果这说明当A相电压有效值在190.0V～199.5V之间时，可采用A相与B相的电压差进行调整，并且变压器同名端同向连接；从仿真结果中可以看出，补偿后得到的那条绿色的曲线达到了要求，峰值落在了303.5V与318.5V之间（等价于有效值在214.5V与225.5V之间）。图3-51时的稳压器工作情况简图从而193.5V～195V和235V～238.5这两个间断区间也得到补偿，从而稳压精度为±2.5%时，可以使电压从185.0V～261.5V得到连续调节。

下表格是对上面计算的两种精度情况进行电压区间分配：表3-2精度为±2.5%的补偿办法稳压精度±2.5%电压变化范围（V）补偿方式，，同名端同向，，同名端同向，，同名端同向，，同名端反向，，同名端同向无需补偿，，同名端同向，，同名端反向，，同名端反向，，同名端反向

表3-3精度为±3.0%的补偿办法稳压精度±3.0%电压变化范围（V）补偿方式，，同名端同向，，同名端同向，，同名端反向无需补偿，，同名端同向，，同名端反向，，同名端反向，，同名端反向以上是A相电压超出稳压精度的计算和调整方法；其实，B、C相和A相只是有个相位的差别，计算和补偿方法基本相同，在这里就不再赘言了。3.3励磁涌流的危害和抑制3.3.1励磁涌流的危害性由于，利用变压的方法进行补偿会带来励磁涌流，所以有必要谈一下励磁涌流的危害和如何抑制。励磁涌流的危害：⑴引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；⑵变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器两侧负荷全部停电；⑶A电站一台变压器空载接入电源产生的励磁涌流，诱发邻近其他B电站、C电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympatheticinrush)而误跳闸，造成大面积停电；⑷数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损；⑸诱发操作过电压，损坏电气设备；⑹励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；⑺励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。⑻造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。数十年来人们对励磁涌流采取的对策是“躲”，但由于励磁涌流形态及特征的多样性，通过数学或物理方法对其特征识别的准确性难以提高，以致在这一领域里励磁涌流已成为历史性难题。3.3.2励磁涌流的成因抑制器的重要特点是对励磁涌流采取的策略不是“躲避”，而是“抑制”。理论及实践证明励磁涌流是可以抑制乃至消灭的，因产生励磁涌流的根源是在变压器任一侧绕组感受到外施电压骤增时，基于磁链守恒定理，该绕组在磁路中将产生单极性的偏磁，如偏磁极性恰好和变压器原来的剩磁极性相同时，就可能因偏磁与剩磁和稳态磁通叠加而导致磁路饱和，从而大幅度降低变压器绕组的励磁电抗，进而诱发数值可观的励磁涌流。由于偏磁的极性及数值是可以通过选择外施电压合闸相位角进行控制的，因此，如果能掌握变压器上次断电时磁路中的剩磁极性，就完全可以通过控制变压器空投时的电源电压相位角，实现让偏磁与剩磁极性相反，从而消除产生励磁涌流的土壤——磁路饱和，实现对励磁涌流的抑制。长期以来，人们认为无法测量变压器的剩磁极性及数值，因而不得不放弃利用偏磁抵消剩磁的想法。从而在应对励磁涌流的策略上出现了两条并不畅通的道路，一条路是通过控制变压器空投电源时的电压合闸相位角，使其不产生偏磁，从而避免空投电源时磁路出现饱和。另一条路是利用物理的或数学的方法针对励磁涌流的特征进行识别，以期在变压器空投电源时闭锁继电保护装置，即前述“躲避”的策略。这两条路都有其致命的问题，捕捉不产生偏磁的电源电压合闸角只有两个，即正弦电压的两个峰值点（90°或270°），如果偏离了这两点，偏磁就会出现，这就要求控制合闸环节的所有机构（包括断路器）要有精确、稳定的动作时间，因为如动作时间漂移1毫秒，合闸相位角就将产生18°的误差。此外，由于三相电压的峰值并不是同时到来，而是相互相差120°，为了完全消除三相励磁涌流，必须断路器三相分时分相合闸才能实现，而当前的电力操作规程禁止这种会导致非全相运行的分时分相操作，何况有些断路器在结构上根本无法分相操作。用物理和数学方法识别励磁涌流的难度相当大，因为励磁涌流的特征和很多因素有关，例如合闸相位角、变压器的电磁参数等。大量学者和工程技术人员通过几十年的不懈努力仍不能找到有效的方法，因其具有很高的难度，也就是说“躲避”的策略困难重重，这一策略的另一致命弱点是容忍励磁涌流出现，它对电网的污染及电器设备的破坏性依旧存在。

图3-52图3-52为一单相变压器结构图，可写出空载时初级绕组的电压方程（3.1）式中N1、R1分别为初级绕组的匝数及电阻，上式可改写为（3.2）式中α为t=0时U1的初相角如忽略电阻R1，即（3.3）设R1=0，则求解（3.3）式微分方程得磁通Φ的表达式为（3.4）依据磁链守恒定理，合闸瞬间磁路中磁链不能突变，即可求出积分常数C。式中可写出磁通Φ表达式(3.5)式中为总磁通的幅值从表达式中不难看出变压器外施电压u1在不同初相角α合闸时所产生的磁通都不相同，将式(3.5)改写为（3.6）式(3.6)中为暂态磁通，即偏磁，在合闸瞬间的值与α有关，在90°或270°空投时，在0°或180°空投时可达峰值。式(3.6)中为稳态磁通，为一周期函数。图3-53为空投合闸角α=0时的磁通变化曲线，图中为稳态磁通，为和合成的总磁通（未计及剩磁），为变压器饱和磁通。对于无损变压器（R1=0）偏磁不会衰减，如实线所示，对于有损变压器（R1>0）

图3-53按时间L1/R1常数衰减，如虚线所示。从图3-53中可看出在电压相位角在θ1至θ2区间总磁通大于饱和磁通，磁路饱和，因而产生励磁涌流，具有间断性。对于无损变压器和是关于的偶对称波形，而在=0的间断角区间则是关于的偶对称波形。对于有损变压器则与将不再有对称关系。当计及剩磁时，总磁通将由剩磁、偏磁（暂态磁通）及稳态磁通三者组成。不难看出在图3-53偏磁的情况下，如剩磁为正，则总磁通曲线向上平移，即磁路更易饱和，励磁涌流幅值会更大。如剩磁为负，则励磁涌流将被抑制。图3-54铁磁材料的磁滞回线图3-54是铁磁材料的磁滞回线，它描述在磁路的励磁线圈上施加交流电压时，磁势也相应的从到之间变化，由产生的磁通（或磁通密度）将在磁滞回线上作相应的变化。如果在回线上的某点突然减到零，则将随即落到对应轴的某点上，该点所对应的值即为剩磁。可以看出剩磁的数值和极性与切除励磁电压的相位角有关，如果在第Ⅰ、Ⅱ象限切断励磁电源（即=0）则剩磁为正或零，在Ⅲ、Ⅳ象限切断励磁电源，则剩磁为负。3.3.3励磁涌流的抑制方法励磁涌流的抑制方法变压器在正常带电工作时，磁路中的主磁通波形与外施电源电压的波形基本相同，即是正弦波。磁路中的磁通滞后电源电压90°，通过监测电源电压波形实现对磁通波形的监测，进而获取在电源电压断电时剩磁的极性。变压器空投上电时产生的偏磁也一样，因偏磁电源电压上电时的初相角α在Ⅰ、Ⅳ象限区间内产生的偏磁极性为正，而初相角α在Ⅱ、Ⅲ象限区间内产生的偏磁极性为负。显然，剩磁极性可知，偏磁极性可控，只要空投电源时使偏磁与剩磁极性相反，涌流即被抑制。

图3-55为变压器初级电压u、主磁通、剩磁及偏磁与分闸角和合闸角的关系曲线图,以及电源电压u分闸初相角α’与剩磁的关系曲线。变压器处于稳态时主磁通滞后电源电压u90°，如图3-25中曲线①及曲线②所示。变压器空载上电时所产生的偏磁一定与稳态时对应上电时电压u曲线上电点的稳态磁通大小相等，极性相反，如图3-25中的曲线③对应M点或N点的Φp1和Φp2。其最大值可达稳态磁通的峰值，而剩磁幅值与磁路材料的特性有关。不难看出对应同一个合闸初相角α或分闸初相角α’所产生的偏磁和剩磁的极性正好相反，也就是说通过分闸时测量电源电压分闸角α’，并将α’保存图3-55变压器初级电压u、主磁通、剩磁及偏磁与分闸角和合闸角的关系曲线图下来，在下次空投变压器时选择在合闸角α等于α’时加上电源，偏磁就可与剩磁反向，它们的合成磁通将小于饱和磁通（曲线④，因饱和磁通一般选择大于稳态磁通峰值），磁路不会饱和，从而实现对励磁涌流的抑制。由于三相电源电压在断路器三相联动切除时所得到的三相分闸相角各相差120°，剩磁极性也是三相各相差120°，而在三相联动合闸时三相的合闸初相角也是相差120°，三相偏磁极性也各相差120°，这样就自然实现了变压器三相磁路中的偏磁和剩磁都是抵消的，从而避免了一定要断路器分相分时操作才能抑制励磁涌流的苛求，也就是说三相联动断路器支持对三相涌流的抑制。由于抑制励磁涌流只要偏磁和剩磁极性相反即可，并不要求完全抵消，因而当合闸角相对前次分闸角有较大偏差时，只要偏磁不与剩磁相加，磁路就不会饱和，这就大大降低了对断路器操作机构动作时间的精度要求，为这一技术的实用化奠定了基础。将这种抑制器与快切装置和备自投装置联动即可实现备用变压器按冷备用方式运行，这将大大节约变压器热备用方式的空载能耗。3.4实际电路图理论与实践往往是有差别的，所以我们要进行实验，并用采集数据与计算的理论数据对比。下图是实际的补偿电路：图3-56补偿电路其逻辑互锁关系为：；；

继电器组合情况：当时，若，满足其中之一就得出。若只有，是利用进行正向补偿；若只有，是利用进行反向补偿；若只有，是利用进行正向补偿；若只有，是利用进行反向补偿；若只有，是利用进行正向补偿；若只有，是利用进行反向补偿；若只有，是利用进行正向补偿；若只有，是利用进行反向补偿；，与情况类似，它们的具体补偿情况在3.2节已经有详细介绍，这里就毋庸赘言了。图3-57α=0°时，无负载时主电路电流情况曲线1表示导通时，流过主电路的电流情况示意图，曲线2表示导通时，流过主电路的电流情况示意图。图3-58α=0°时，带800W负载时主电路电流情况曲线1表示导通时，流过主电路的电流情况示意图，曲线2表示导通时，流过主电路的电流情况示意图；从这两幅图看出，为了稳压器接通时电流不至于波动过大损坏元件，我们要先启动，即先给触发导通脉冲，利用来起到限制电流激增的目的，而且带负载时电流波动更小。图3-59α=54°时，无负载时主电路电流情况曲线1表示导通时，流过主电路的电流情况示意图，曲线2表示导通时，流过主电路的电流情况示意图；图3-59为了说明导通角度很大时，电路限流作用也很明显，说明了先给触发导通脉冲，利用来起到限制电流激增的正确性。当然电路的突然断开也会对设备造成不良影响，下面就续流问题做一下解释，为了不让断开后稳压器内的残余电压对设备的影响，我们额外加了电阻限制电流的突然变化，如主电路图所示。图3-60主电路续流情况该图说明了稳压器断开时，冲击的电流并不是很大，续流电路起到了抑制稳压器突然断开带来的不利影响。

第四章电力稳压器控制装置的硬件设计4.1微机控制的基本原理及其特点微机控制的基本原理：在微机控制系统中，输入量的电气量经过采样和模数变换所形成的离散数字信号传送到中央处理器，根据该保护系统应具有的功能进行相应的数值分析、运算和判断，最终输出补偿与否的命令，或同时输出计算结果，以实现电压调整功能。微机控制的特点：微机型控制装置的普遍特点可归纳为：维护调试方便，具有自动检测功能；可靠性高，具有极强的综合分析和判断能力，可实现常规模拟保护很难做到的自动纠错，即自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成的误动作，并具有自诊断能力，可自动检测出保护装置本身硬件系统的异常部分，配合多重化设计可有效地防止拒动；控制装置自身的经济性、可扩展性强，易于获得附加功能；控制装置本身的灵活性大，可灵活地适应于电力系统运行方式的变化；其性能可以得到很好地改善，具有较高的运算和大容量的存储能力等等。4.2微机控制装置的构成一台完整的微机控制装置主要由硬件和软件两部分构成。硬件指模拟和数字电子电路，硬件提供软件运行的平台，并且提供控制装置于外部系统的电气联系；软件指计算机程序，由它按照控制原理和功能的要求对硬件进行控制，有序地完成数据采集、外部信息交换、数字运算和逻辑判断、动作指令执行等各项操作。控制性能是由软件来实现的。在相同硬件条件下，由于配置不同的软件，可得到不同的控制性能。微机控制装置的硬件主要包括：数据采集单元、数据处理单元、开关量输入/输出系统、通信接口、人机接口及供电电源。微机控制装置的硬件系统原理框图如下图4-1所示。图4-1微机控制装置的硬件系统原理框图微机控制装置的软件部分主要包括：初始化模块、数据采集管理模块、电压偏差计算模块、故障检出模块以及控制功能模块等等。4.3电力稳压器控制装置主系统的硬件设计本课题所设计的电力稳压器控制装置采用ATmega16单片机为核心，系统的主要组成部分包括数据采集部分，信号处理部分，单片机控制部分，键盘、显示及控制输出部分等。该硬件设计原理为：数据采集电路以模拟信号形式将各项交流电压信号传至单片机。单片机经采样保持后通过自身集成A/D转换器将模拟电压转化为控制系统可用的数字量。单片机根据用户设定的稳压信号范围，决定控制装置的工作状态，同时单片机与PC机通信，通过PC机来实现远程控制，使系统达到对电压状态实现实时测控的功能。系统运行过程中的现场各种状态参量均由数码管实时显示。装置的总体框图如图4-2所示。图4-2控制装置总体框图ATmega16有8路10位ADC，因此有多路的参量进行A/D、D/A转换的情况出现。对此，可采用公共的A/D、D/A转换电路。利用多路开关轮流切换各路模拟量与A/D、D/A转换电路的通道，使一个A/D转换器能完成多个模拟信号的转换，能够节省硬件开销，达到分时的目的。本系统采用多路模拟开关CD4051实现转换功能。单片机电路板上使用的电压互感器选用TV1013-1型微型精密交流电压互感器[11]。注意事项：本型电压互感器其原理是电流型电压互感器，所以次级电路不允许开路使用，也因于此，请不要在次级回路安装熔断器。4.4人机交互部分人机交互部分主要由键盘来实现，键盘用来实现控制功能的选择和参数的设定。键盘输入键盘输入的功能主要包括设定稳压精度，电压及各量的告警值、对设定的物理量进行切换，同时为了避免误操作而增设的确定功能。因此系统设计有4个按键：精度切换、增加设定值、减少设定值及确定按钮。键盘输入电路如图4-3所示。图4-3按键电路当按键接通或断开时，ATmega16通过A/D转换后对读取的电压值比较判断便可识别是否有按键按下。无按键按下时电路完全断开，符合低功耗设计的原则。这种结构的键盘具有自然的优先权，即某个按键按下后，其后的按键均无效。对于组合按键的输入，则通过将其中的按键分别与不同的A/D口相连来实现。4.5系统的外围电路4.5.1电源转换电路电源是系统的重要组成部分，电源模块提供开发板的工作电源，同时通过扩展口为扩展系统提供电源。ATmega16的工作电压为4.5～5.5V，可利用+5V的稳定直流电压供电给单片机，因此需将变压器次级输出的交流电压进行整流、电容滤波后再使用LM7805CK稳压芯片，提供所需的电压。4.5.2通信接口在系统中，单片机与外部设备之间、单片机与单片机之间往往要进行通信，交换稳压器的各种实时状态信息用来分析其工作情况；若出现状况，还要将处理信号发送到相应的控制器上，对电压进行控制。MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种RS-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS-232C输出电平所需的±10V电压。所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。对于没有±12V电源的场合，其适应性更强。加之其价格适中，硬件接口简单，所以被广泛采用。4.5.3其他外围电路1.时钟电路变压器出现故障或不正常运行状态的时间要记录下来作事故记录。若使用单片机自带的时钟单元，一旦单片机掉电，将无法准确记录，因此可对系统加一个外部时钟，保证事故时间的准确记录。2.看门狗电路“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，看门狗监视定时器就会溢出，使系统复位，在不破坏原存入计算和存储单元数据的情况下，把程序拉到正常运行轨道。有利于提高系统的抗干扰性。主控制电路见附表。

第五章交流电力稳压器运行装置的软件设计5.1电力稳压器控制装置软件设计微机控制软件的功能主要以硬件为基础，将硬件提供的各种采样信息进行处理，完成各种保护算法和比较，根据预设的逻辑功能进行各种判断，得到被控制对象的运行工况，并做出相应的反应，同时提供丰富灵活的手段对保护装置进行整定、监视等。保护装置软件的主流程图如图5-1所示。图5-1控制装置软件的主流程图软件程序是设计的重要组成部分。软件系统程序由主程序、电压信号采集子程序、继电器驱动子程序、数码管显示子程序及键盘扫描子程序等部分组成。（1）主程序开始主程序开始即开机复位，使CPU找到程序入口，同时完成必要的集成电路芯片的初始电平设置。复位后，仪器要做的第一件事就是自检，即对硬件电路进行检查，若发现错误则停止运行，自检无误后，便进行仪器的初始化工作。初始化的另一个作用就