（电气工程专业论文）直流电源微机检测装置的应用开发研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重送太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：杀电乏 签字日期：矾年，月事口曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭去堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庞盔堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密() 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名 哮立毒 导师签名： 专蚧 签字日期：口叮年，月扣l ：_ = i签字目期：p 硼年j 7 月如口 重庆大学工群硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着电力系统的发展，对电力系统运行的稳定性和可靠性提h 了更高的要求。 变电站对电力系统稳定运行有着重要的影响。变电站中，直流电源对保障变电站 的安全运行非常重要。因此对直流电源有关参数的检测就显得特别重要。由于目 | j i 直流电源设备缺乏现场榆测技术手段，对安全运行构成威胁。所以开发设计直 流电源检测装置对电力系统运行具有重大的意义。 目前电力系统中运行的直流电源设备的技术指标，都是由生产j 家在设备出 厂时提供的数据。而运行实践证明，随着运行刚问的推移，设备的技术指标会发 生偏移，典型的后果是园充电机指标f 降，相关参数超标。直流系统的纹波过大、 电压不稳往往会造成控制和保护装置工作异常，因此，对直流系统的纹波系数和 稳流稳压精度进行测试已变得十分重要。如果因现场无法及时发现、调整，直流 系统的纹波过大、电压不稳往往会造成控制和保护装置工作异常，直接威胁电网 的安全运行。 国内目前使用的进行直流电源检测的设备均为固定式设备，如固定式调压器、 负载箱，体积、雨量大，无法移动，检测、分析仪器仪表均为常规设备如电压表、 电流表、示波器等，接线复杂，使用不便，不适合在各变电站移动使用，也无法 对稳压精度、稳流精度和纹波系数进行测量、计算。 论文按照实际工作需要，设计、完成了直流电源微机检测装置的研究。该系 统遵照d 1 t7 2 4 2 0 0 0 电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程 标准，粟用高精度的数字多用表柬完成数据的采集工作，通过开发的计算机软件 对数据进行处理，即对充电装置的最大值、最小值、平均值、稳压精度、稳流精 度和纹波系数进行计算、显示和数据保存；尤其是对后三个参数的检测，达到保 证发电厂、变电站中直流电源装置安全、呵靠的运行，保证运行维护人员的人身 安全，该装置充分考虑现场使_ e i 的实际需要，使得该装置具有可靠、简单、容易 操作等优点。 关键词：数据采集a o 转换，采样定理，稳压精度，稳流精度，纹波系数 重庆大学工程硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e mi no u rc o u n t r yi nr e c e n ty e a r s ，w e n e e dm o r es t a b i l t r ya n dr e l i a b i l i t ya b o u ti t h o w e v e r , t h ee l e c t r i cs u b s t a t i o n sh a v em o r e i n f l u e n c eo nt h es t a b i l i t yo f t h ep o w e rs y s t e m a n dt h ed cc u r r e u t si sv e r yi m p o r t a n tt o i n f e t t e rf a c i l i t i e sa n dr e a lt i m ec o m m u n i c a t i o n ss oi ti sv e r yi m p o r t a n tt oc h e c kt h e p a r a m e t e r so f t h ed c c u r r e n t s a tt h es a m et i m e ，t h e r e , i r el a c km e t h o d st oc h e c kt h o s e p a r a m e t e r s ，f o m m a t e l ) ； w ew i l lb eg l a dt ol o o kf o r v , a r dt h en e w d e v i c e ， n o w a d a y s ，t h ed cp o w e r st e c h n i c a li n d e x e sa r ep r o v i d e db yt h ef a c t o r y a st h e t i m eg o e so f t ，t h et e c h n i c a li n d e xw i l lm o v eo u to f t h en o r m a la c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c e t h e o p i c a lr e s u l ti s t h e3 一i n d c x e so r e r f i o wb e c a u s eo f t h ei n d e x e so fr e f r e s hd e v i c e d e c l i n e ，i tw i l lm a k eb a t t e r yl o s ee f f i c a c yo rd a m a g ei f t h e3 - i n d e x e sc h a n g i n gh a v en o t f o n da n da d j u s t e di nt i m e n l ed o m e s t i cd ce n r r e n tc h e c ks y s t e mi sa 1 1f i x e df a c i l i t i e s ，s u c ha sf i x e d a d j u s t i n gv o l t a g ea n dl o a db o x w h o s ev o l u m ea n dw e t g h ta r es ob i gt h a tm o v i n g c h e c k i n ga n da n a l y s i sa r ei n c o n v e n i e n c e m o r e o v e r , t h ev o l t m e t e rc u r r e n tm e t e ra n d o s c i l l o s c o p e sc o r dc o m p l e x i t ys h o u l dn o tb ei g n o r e d s oi ti sn o ts u i t a b l ef o re l e c t r i c s u b s t a t i o nb ym o b i l eu s e d o u rd cc u r r e n tc h e c ks y s t e mi sa c ti na c c o r d a n c ew i t ht h en a t i o n st e c h n i c a lr u l e s i ta d a p t st h em u l t i - m e t e r sm a d ei na m e r i c at oa c c o m p l i s ht h ed a t aa c q u i s i t i o n t h e m a x i m u m ，t h em i n i m u m ，t h ea v e r a g ev a l u e ，t h es t a b i l i z e dv o l t a g ep r e c i s i o n ，t h e s t a b i l i z e dc n r r e n tp r e c i s i o na n dt h er i p p l ef a c t o ra r ec o u n t e dr e v e a l e da n ds a v e dt h r o e g h t h ed e v e l o p m e n to ft h es o f t w a r ed e a l i n gw i t ht h ed a t a t h el a s tt h r e ep a r a m e t e r si s e s p e c i a l l yi m p o r t a n tt ok e e pu pt h ed cc n r r e n tf a c i l i t i e sa n dt h es a f e t yo ft h ep e r s o n w h ow o r ko nt h o s e ，a tl a s t ，ia mg l a dt os e et h a tt h ed cc u r r a n tc h e c ks y s t e mi ss o r e l i a b l es i m p l ea n de a s y - o p e r a t i o n k e y w n r d s ：d a t aa c q a i s i t f o n ，a dt r a n s f e m a ，s t a b i l i z e d c u r r e n tp r e c i s i o n ，d a t a d e a l i n g ：s t a b i l i z e dv o l t a g ep r e c e s s i o n ，r i p p l ef a c t o r 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 1绪论 1 1 研究本课题的背景及意义 近年来，随着我国电力系统的飞速发展，对电力系统的稳定性和可靠性提出 了更高的要求。而变电站对电力系统稳定可靠的运行有着重要的影响。在变电站 中，直流电源对变电站的二次设备以及变电站的实时通讯非常重要。如果直流电 源不可靠，会导致继电保护失灵，造成停电面积扩大，也使得通讯出错，以致发 生更大的事故。为此，要求其有更高的可靠性。因此对直流电源各个参数的检测 就显得特别重要。由于目前直流电源设备缺乏现场检测技术手段，对安全运行构 成威胁。所以开发设计直流电源微机检测装置对电力系统运行具有重要的实际应 用价值。 在d l t 7 2 4 2 0 0 0 电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程笫 5 3 条中，对充电装簧的稳压精度、稳流精度、纹波系数3 项技术指标( 以下简称 3 项指标) 的现场交接试验有明确的规定及技术要求。试验内容主要是通过调压装 置( 如变压器) 将充电机交流输入电压在额定电压1 0 内变化，通过负载调整装 最( 如放电电阻) ，使充电机的直流输出电压及输出电流在规定范围内变化( 电压 调整范围为额定值的9 0 1 4 5 ，电流调整范围为额定值的0 1 0 0 ) ，在调整范围 内测量电压、电流及纹波值，通过计算，得到充电机的稳压精度、稳流精度及纹 波系数这3 个参数( 以下简称3 个参数) 。 但g t 前电力系统中运行的直流电源设备达到的技术指标，都是由生产厂家在 设备出厂时提供的数据。现场检修人员因不具备相应的测试手段，难以确认设备 的技术指标是否满足要求。而且运行实践证明，随着运行时间的推移，设备的技 术指标会发生偏移，典型的后果是因充电机指标下降，3 个参数超标，同样因现场 不具备相应的测试手段，无法及时发现、调整。所造成的后果就是电池提前失效 或损坏，直接威胁电网的安全运行。 特别是对于广泛采用的阀控密封铅酸电池，虽具有不需加酸水、维护量小的 优点，但对于充电设备的3 项指标具有严格的要求，如不满足要求则会发生干涸、 热失控等故障，很快失效报废。如1 9 9 9 年，石家庄供电公司2 2 0 k v 大河站、王罩 站2 组g f m - - 3 0 0 a h 阀控密封铅酸电池投运，因充电机技术指标不满足要求，仅投 运l a 一3 a 即报废，对变电站乃至电网的安全运行造成了重大威胁。 另外，目的变电站多采用综合自动化技术，蓄电池采用柜式安装，与自动化设备 同装一室，充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题，严重者甚至发 重庆大学1 ：程硕士学何论文 1 绪论 ! e 爆炸。 国内进行直流电源检测的机构以及生产厂家用于直流电源检测的设备均为固 定式设备，如固定式调压器、负载箱，体积、重量大，无法移动，检测、分析仪 器仪表均为常规设备如电压表、电流表、示波器等，接线复杂，使用不便，不适 合在各变电站移动使用。 目前，对于直流电源的检测不具备调整交流输入电压设备，只能采用市电交 流，因此不能检验交流输入电压变换情况下的3 个参数，而充电机往往在输入交 流电压变化时稳压，稳压精度不能满足要求；而且现场一般通过电炉丝调节充电 机输出电压、电流，但输出容量往往过小，达不到规定范围。造成的后果就是现 场人员不能按规定进行全部测试点的检测，特别是一些容易发现问题的极限点的 检测，如交流输入电压+ 1 0 、输出空载情况下的稳压精度。 1 2 贵阳市南供电局变电站直流系统运行、维护现状及存在的问题 1 ，2 1 运行维护情况 贵阳市南供电局目前所辖变电站6 9 座，其中5 0 0 k v 变电站l 座、2 2 0 k v 变电 站5 座、1 1 0 k v 变电站2 4 座、3 5 k v 变电站3 9 座，另外，还管辖l o k v 丌闭所1 0 余个，这些变电站、开闭所均采用直流蓄电池对控制系统供电，大部分蓄电池组 为锚酸蓄电池组，多数采用浮充电方式运行，少数蓄电池组采用“放电一充电” 方式运行，对浮充电方式运行的蓄电池组我们按期进行均充、核对性放电试验( 三 月一次) ，同时，每年进行一次1 0 小时率的蓄电池容量放电试验，以确定蓄电池 的容量，并使极板活性物质得到均匀的恢复。 随着计算机技术的不断发展，我们在些重要的2 2 0 k v 变电站装设了蓄电池 巡检系统，对蓄电池进行在线监测，并将变电站高频开关电源监测装置组成直流 系统监测网，通过局域网将数据送至直流班，对这些设备进行在线监控。 1 2 2 存在的问题 随着微机保护装置、微机型安全稳定装置和变电站综合自动化系统的大量应 用，对变电站直流系统的要求越来越高，出于直流系统不稳定造成的装置异常时 有发生，在计算机技术大量应用于变电站之前，我们最关心的是直流系统的电压 和电流值，而对纹波系数、稳流稳压精度并不关心，执行d l t7 2 4 2 0 0 0 电力系 统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程有所差距，而现在，直流系统的 纹波过犬、电压不稳往往会造成控制和保护装置工作异常，因此，对直流系统的 纹波系数和稳流、稳压精度进行测试已变得十分重要。 目前，贵阳市南供电局l l o k v 以上变电站基本l 使用高频开关电源作为充电 装置，该设备性能匙好，由单片机控制，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、 2 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 稳压范围宽、可控性好，且电路殴计灵活多样等优点，配置直流接地监测装置可对 直流系统接地进行实时监测，并准确指出按地支路，但是，目前，我们对这种装 置的检验手段十分有限，只能测量其输出电压，由于其输出电流较大( 一般在i o a 以上) ，输出电流也无法测量，对纹波系数、稳流、稳压精度以及浮充、均充情况 更是无法掌握，因此，开发一种能对高频开关电源和直流系统进行全面检测的设 备已非常必要，据我们了解日d 全国尚无这种产品，因此具有一定的推广价值。 1 2 3 贵阳局直流班维护变电站一览表 表1 - 1 ：贵阳市南供电局直流班站维护变电站一览表 序号变电站名称 电压等级充电装置 蓄电池 l 贵阳变5 0 0 k v 硅整流铅酸 2 筑东变2 2 0 k v 高频开关l 乜源铅酸 3 站街变2 2 0 k v 高频开关电源钳酸 4 南郊变2 2 0 k v 高频开关电源铅酸 5 湾塘变 2 2 0 k v 高频开关电源铅酸 6 龙里变2 2 0 k v 高频开关电源钳酸 7都司变1 l o k v 高频开关电源 铅酸 8 兴关变1 1 0 k v 高频开关电源 铅酸 9 沙冲变 1 1 0 k v 高频开关电源铅酸 1 0 彭家湾变 1 l o k v 高频开关电源铅酸 凉水升变1 l o k v高频开关电源钳酸 1 2中曹变l l o k v 高频开关电源 斜 酸 1 3观水变 1 1 0 k v 高频开关电源铅酸 1 4 盂荚变 n o k v 高频开荧电源 铅酸 1 5 龙洞堡变 l l o k v高频开芙电源铅酸 】6二戈寨变1 】o k v高频开关电源钳酸 1 7小河变 i l o k v 高频开关电源 铅酸 1 8 花溪变 i i o k v砖整流钳酸 1 9岩城变 o k v 高频开关电源 铭 黪 2 0 黔陶变 l l o k v高频开关电源铅酸 2 1北r j 桥变 1 1 0 k v 高额开荚i u 源锚酸 2 2下城变l l o k v高频开关电源钳酸 3 重庆大学i = 程硕士学位论文 2 3 惠水变 1 1 0 k v 硅整流 钳酸 2 4 龙岗变1 1 0 k v 高频开关电源 铅酸 2 5 七里冲变1 l o k v 高频开关电源铅酸 2 6 龙i u 变1 l o k v 硅整流铅酸 2 7 谷脚变 l l o k v 高频开关电源钳酸 2 8 黑山变1 1 0 k v 高频开关电源铅酸 2 9 罗甸变1 l o k v硅整流 钳酸 3 0 长j | 顷变 l l o k v 高频开关电源 铅酸 3 l 新塘变 1 l o k v 高频开关电源铅酸 3 2 龙腾变 l l o k v 高频开关电源铅酸 3 3 五矿变 l l o k v 高频开关电源铅酸 3 4 太慈变 3 5 k v 高频开关电源铅酸 3 5 清镇变 3 5 k v硅整流 钳酸 3 6省委开闭所 l o k v 硅整流铅酸 3 7 能辉开c j j 所 l o k v 高频开关电源铅酸 3 8 全林开1 ：j ：】所 1 0 k v 高频开关电源钳酸 3 9 新大陆开闭所 1 0 k v 高频开关电源铅酸 4 0 铁运巷开闭所 1 0 k v 高频开关电源钳酸 1 3 论文的研究内容 本论文是针对贵阳市南供电局缺乏直流电源系统检测装置这一实际情况，并 且了解到全国尚无相关产品，特开发的直流电源微机检测装置。本装置标准遵照 d l t7 2 4 - - 2 0 0 0 电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程，采用美 国f l u k e 公司的f 1 8 9 型数字多用表和微型计算机的连接束完成数据的采集工作， 利用v i s u a l 抖+ 语苦丌发的计算机软件对数据进行处理，即对充电装置的最大值、 最小值、平均值、稳压精度、稳流精度和纹波系数进行计算、显示和数据保存。 尤其是后三项指标的检测，填补国内由高频丌关作为充电电源的直流装置检测的 空白。 4 重庆大学工程硕士学位论文 2 直流电源系统的工作原理 2 直流电源系统的工作原理 2 1 直流电源的种类 电力系统中有三大电气设备，即一次设备( 如发电机、主变压器等) ，二次设 备( 如监测、测量、保护等) 和直流设备。发电厂、变电所直流电源作为继点保 护和安全控制装置电源、信号电源、开关分合闸电源，起着极为重要的作用。直 流电源故障将直接威胁到变电站的安全运行，因此选择种满足变电站安全运行 的直流电源也具有f 分重要的意义“。 从本人收集的文献资料来看，电站直流电源种类多，其中以蓄电池为主。这 里包括蓄电池、微机型直流电源、高频逆变型高空真空直流电源、高频开关直流 电源、大功率c p u 直流电源等。 2 1 1 蓄电池组直流电源 直流设备的核心是蓄电池组。它与充电整流，直流网络构成直流系统。蓄电 池组构成的直流电源，有很高的可靠性，整个蓄电池组故障造成停止供电的可能 性极小。这种情况已为电力系统中多年的、大量的蓄电池组运行经验所证明。因 此，就其可靠性而言，还没有其他电源装置可以替代。 要保证蓄电池组直流电源能可靠地、不问断的供电，蓄电池组的正确使用和 系统合理的设计是关键。因此，在设计和安装、运行方面都必须遵守一些基本要 求。 1 酸电池 中困7 0 年代以前，电力系统所采用的电池为开口式铅酸电池，使用容量逐渐 增加，单组额定容量达1 4 0 0 1 5 0 0 a h ，固定型电池为丌口式k 型、( ；g 型、g 型。 7 0 年代后开始应用半封闭式的铅酸电池。国家统一设计了( ；g f 型防酸隔爆电池， 这是一种外壳为透明塑料，容器上部密封并装有防酸雾帽，经过滤后，仅有少量 的酸雾及氧逸出，故称为半封闭式。 2 镍电池 镉镍电池在8 0 年代以来以其易维护、占用场地少和总体价格便宜而得到广泛 采用。它的电解液和酸性电池不同，以酸性的n a o l t 或k o h 为电解液，放电后的恢 复能力比酸性电池好。 镉镍电池的特点是：1 ) ：l ：作环境温度适应性强，在一1 5 4 0 摄氏度之间；2 ) 充电时液面上升，比重下降。放电时液面下降，比重上升；3 ) 可以用较大的电池 电流充电；4 ) 工作寿命长，过放电后也容易恢复，且耐受过充电能力也较强( 密 封式的要差一些) ：5 ) 运行中对环境的污染小；6 ) 容易产生碳酸赫而劣化。 重庆大学l = 程硕十学位论文 2 直流电源系统的工作原理 对镉镍电池的维护可分为以下凡点：i 、充电。现有的材料推荐o 1 c a 电池，但这 是比较保守的，对已经放完电的碱电池，用0 2 c a 充电约7 8 h ( 即约1 5 0 容量) 即可充满。充电后期单个电池电压为1 4 5 1 7 5 v ，这与电池型号及环境温度有关。 若用恒压充电，以每只电池1 4 5 1 5 5 v 的恒定电压向电池组充电直到充电电 流下降到0 ，0 l o 0 2 c a 即可充满。推荐在运行中的设各上采用暗压充电法。2 、 放电。对于浮充运行的设备，应作定期核对放电，以掌握电池的实际保有容量状 况。放电电流一般采用0 、2 o 2 5 c a ，在放电过程中必须经常测量每个电池的端电 压，使其不低于1 o v 。3 、补充充电。运行中的电池每2 3 个月应作一次补充充 电。可用0 2 c a 电流充电2 h ，然后降下电压转为浮充。4 、浮充电。蓄电池在已充 满后，给以小电流补充使其经常保持满容量，成为浮充电运行。浮充电流应为3 5 m a a h 。5 、尽量避免半充半放导致的“记忆”现象，发生这种现象后可进行活化 处理。 常见的故障及处理方法：1 ) 容量减少，可用均衡充电，个别放电，必要时做 活化处理。2 ) 爬碱引起故障，须对爬碱用硼酸溶液清洗干净，涂上凡士林。3 ) 极 板短路或失去容量，电池即己报废。4 ) 碳酸盐含量过高，高于5 0 9 l ，规定每两年 更换电解液一次。5 ) 更换电解液后的失去容量，只须静置2 4 h 使空气逸出即可1 。 3 阀控密封( v r l a ) 蓄电池 表2 - 1 ：碱性l 邑池、阀控铅电池和普通防酸电池的性能对比 t a b 2 1 ：t h ec o m p a r i s o no f f u n c t i o na m o n ga l k a l i n eb a t t e r y 、l e a db a t t e r ya n da g a i n s ta c i db a k e r y 坪庀屯压出和定电压高m i q 匕颤电压高i l i4 m ，烧培式比搬定电压高i 3 ! 兰竺! 兰! ：! ! ：! ! ! ：! 一一一三兰一 安装 女茧复_ 缸。6 世面目大 i 箍：；妄毒琏4 8 士”童装研自照镀小 一一， 近几年来i i 马控电池得到广泛应用碱性电池 象进而导致直流系统绝缘下降 受到一定影响，主要原因是 f 2 在运行过程中需要意期更换电解液- 从 l 充电装置和电池充放特性配合不当( 藏维 而使运行维护工作量太在某些重要场合甚至需配 护不当 耐在正常遣行惰况下台出现- 腥碱现 置强套电泡疆 重鉴查兰三堡堡主堂堡笙塞 ! 皇亟皇塑墨竺堕兰堡堕里 在北方1 i o k v 小型电力系统中试运行后，开始逐步得以推广。电信、电力、 u p s 是v r l a b ( 阀控铅酸电池) 的三大市场。电力系统中，针对系统中直流系统情 况规定了d l t 6 3 7 - - 1 9 9 7 阀控式密封铅酸蓄电池定货技术条件和l s d z l t t f i 再i z 流输入电压和不同直流输【出电压值时，偏离整定值的最大( 最小) 值。 f 改变充电装置的充电电流，重复上述测试。 4 ) 稳压精度的检验程序 a 整定充电装置的输出电- k - 输出电压的变化范围一般为( 9 0 1 3 0 ) 倍 额定值。除另有规定外，一般应取9 0 u 。1 0 0 u 。1l o u 。、1 3 0 u 。对于没有 整定输出电压的充电装置不进行此操作。 b 调整交流输入电压：输入电压为额定电压( 电压表p v 3 所示值) c 调整充电装置的负载电流：充电装置同一输入电压下，调整负载电流( 电 流表p a 所示值) ，负载电流的变化范围为( o l o o ) 倍额定值。除令有规定外， 一般应取0 、1 2 5 i 。、5 0 i 。、1 0 0 l 。 d 测量充电装置的输出电压( 电压表p v l 所示值) ：分别测量同一交流输入电 压，充电装置不同负载电流下充电装置的输出电压值u 。 e 按u 5 = ( u m u z ) u z 1 0 0 “ ( 2 3 ) 分别计算同一负载电流下，不同的交流输入电压时的充电装置输出电压的稳压精 度。 式( 2 2 ) 中u 。为充电装置电压整定值：充电装置具有输出电压刻度或数字整定 值时，应取整定值作为u ：。没有输出电压刻度或数字整定值的充电装置应取输入 电压为额定电压，充电装置的负载电流为额定值的5 0 时的输出电压为u ：。 u 。为充电装置的输出电压最大( 最小) 值：充电装置在同一输出电压下，在不 同的交流输入电压和不同的负载电流下，偏离整定值的最大( 或最小) 值。 f 改变充电装置的输出电压，重复上述操作。 5 ) 纹波系数的测试程序 a 调整输入电压为额定电压( 电压表p v 3 的值) ，直流输出电压为额定电压， 改变负载电流分别为( 0 1 0 0 ) 倍额定值，( 电流表p a 所示值) 分别测量充电 装置的输出电压( 电压表p v l 的值) 和i 己录输出电压的交流分量峰一峰值( 电压 表p v 2 的值) 。 b 当用电压表p v 2 测量交流分量峰一峰值时，应使用真空管电压表、电子管 电压表等电压表。这种类型的电压表可以测量交流分量的最大值，但仪表的刻度 盘是按有效值来刻度。因此对于交流分量的峰一峰值要按下式( 2 3 ) 进行换算： 交流分量峰一峰值= 2 2 u ，( 2 4 ) 式( 2 3 ) 中u 。一电压表p v 2 所示值 c 计算纹波系数k ， k f = ( 交流分量峰峰值直流电压平均值) 2 x1 0 0 ( 2 ，5 ) d 改变输入电压分别为1 1 0 额定电压和9 0 额定电压( 电压表p v 3 的值) ， 重庆大学工程硕十学位论文 2 直流电源系统的工作原理 直流输出电压为规定电压，改变负载电流分别为( o - - 1 0 0 ) 倍额定值( 电流表 p a 所示值) ，分别测量充电装置的输出电压( 电压表p v l 的值) 和输出电压的交流 分量峰一峰值( 电压表p v 2 的值) 。 2 3 2 蓄电池组 蓄电池组电气性能的检验 1 ) 蓄电池容量检验 a 检验条件正常检验大气条件 b 检验线路检验接线见下图2 ，】l 充电装置 蓄电池组 3 t p v l oe u to 三群 - - o 肌牛。叫 h j q 瓦。习一 p a 2 p a l 圈2 1 1 ：蓄电池组电气性能的检验接线图 f i g u r e 2 1 1 ：i n s p e c t i o n w i r i n g d i a g r a mo f g r o u p se l e c t r i cp e r f o r m a n c eo f t h e b a t t e r y c 检验程序 第一步蓄电池组充电：在输入电压为额定电压( 三桐电源为3 8 0 v ，单相电 源为2 2 0 v ) 条件下，调整充电装置的充电电流值( 镉镶蓄电池充电装置为0 2 c ；a ， 铅酸蓄电池充电装置为0 1c 。a ) ，检验在规定的时间内是否按蓄电池标准规 定的充电方式进行充电，测量蓄电池组每个单体电池的端电压和蓄电池组的总电 压。 第二步确定单体电池电压的不一致性：蓄电池组单体电池电压不一致性2 最高单体电池电压一最低单体电池电压。 第三步调整r ，使其放电电流( 电流表p a l 所示值) 为规定值( 锅镍蓄电池充电 装置为0 2 c ，铅酸蓄电池充电装置为0 ic ) ，放电至规定时间( 镉镍蓄电池为5 7 h ，铅酸蓄电池为l o h ) ，测量蓄电池组单体电池电压及蓄电池组总电压( 电压表 p v 2 所示值) 。根据单体电池电压及蓄电池组电压判断其容量是否达到规定的要求n 2 ) 蓄电池事故放电能力检验 a 1 0 0 电池容量的冲击电流放电能力检验 羔塑型堕三墅墅堂垡堡塞 ! 皇堕皇塑墨丝塑兰堡堕望 检验条件：正常检验大气条件 检验线路：检验接线图见下图2 。1 2 图2i 2 ：蓄电池事故能力放电检验 f i g u r e 2 ，1 2 ：b a r ! e r y sd i s c h a r g e s a n de x a m i n e s w i t ha c c i d e n ta b i l i l y ( p s - - 示波器( p s ，、p s ，一示波器的电压输入信号端，p s ：一示波器的电流输入 信号端) p v - 直流电压表p a 直流电流表r ，、磁、r 一负载电阻s 一开关3 t - - 三 相调压器) 检验程序： 第一步将蓄电池按充电要求充满容量，并转入浮充屯l h ； 第二步调凡使其电流为规定的冲击放电电流值： 第三步合开关s ，使其冲击放电电流的通电时间为5 0 0 m s ： 第四步 汜录放电电流及电压，计算蓄电池组的电压： 第五步检验3 次，每次检验间隔时间为2 s 。 b 事故过程中冲击电流放电能力检验 检验条件丁f 常检验大气条件 检验线路检验接线图见上图2 1 2 检验程序： 第一步将蓄电池按充电要求充满容量，并转入浮充电1 h ； 第_ 二步调r 。使其放电电流为规定值，经规定的放电时间，保持继续放电电 流不变； 第三步调i t ；使其放电电流叠加到规定的冲击电流值； 第四步 # 7 1 关s ，使其冲击放电电流的通电时f 白j 为5 0 0 m s 后断电； 第五步 电录放电电流及也压，计算蓄屯池组的电压； 第六步 枪验3 次，每次检验间隔时| 开j 为2 s 。 重庆大学工程硕+ 学位论文 3 直流电源检测系统的硬件设计原理 3 直流电源检测系统的硬件设计原理 3 1 直流电源检测装置的硬件部分h 羽 数据采集( d a t aa c q u i s i t i o n ) 是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采 集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的 系统称为数据采集系统。数据采集是获取信息的基本手段，数据采集技术作为信 息科学的个重要分支，与传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础 而形成了一门综合应用技术，它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等作业， 具有很强的实用性。随着科学技术的发展，数据采集系统得到了越来越广泛的应 用，在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记 录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集 系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥 秘的重要手段之一。 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能够 识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和 处理，得到所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显示和打印，以便实 现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用 来控制某些物理量。 同时人t j x , j 数据采集系统的各项技术指标，如采样率、分辨率、线性度、精 度、输入范围、控制方法及抗干扰能力等提出了越来越高的要求，特别是精度和 采样率更是使用者和设计者所共同关注的重要问题，本直流电源检测装置采用美 国f 1 u k e 公司的f 1 8 9 型数字多用表，它的基本直流准确度达到了0 0 2 5 ，频率 有5 0 0 o o h z 、5 0 0 0 0 k h z 、5 0 0 0 0k h z 、9 9 9 9 9k h z 的不同档位；能够满足该装 置所要达到的技术指标。 3 1 1 重要原理”“ 采样定理 采样周期t 。决定了采样信号的质量和数量：r 太4 、，会使采得离散信号x 。( n t s ) 的数量剧增，占用大量的内存单元；t 。太大，会使模拟信号的某些信息被丢失，这 样以来，若将采样后的信号恢复成原来的信号，就会出现失真现象，影响数据的 精度。因此，就必须有一个选择采样周期b 的依据，那就是采样定理。 设有连续信号x ( t ) ，其频谱为x ( f ) ，以采样周期为t s 采得离散信号为x 。( n t s ) 。 如果频谱x ( f ) 和采样周期满足下列条件： a 频谱x ( f ) 为有限频谱，即当jri ( f 。为截t h 频率) 时，x ( f ) 2 0 。其物 重庆大学【：程硕士学位论文 3 直流电源检测系统的硬件设计原理 理意义是：连续模拟信号x ( t ) 的频率范圈是有限的，即信号的频率在o f f c 之 问； b - 若瓦麦或2 郇毒= 兀 则连续信号 。s i n 【争( ，一”瓦) 工( f ) _ b o 瓦) 一 ( 3 1 ) 1 ( f n 瓦) 唯一确定。其物理意义是：采样周期不能大于信号周期的一半。 式中n = o 1 ，2 of 。就是在采样时间间隔内能够辨认的信号最高频率， 即为截止频率，又称为奈奎斯特频率。采样定理的内容是：对连续时问信号x ( t ) 进行采样时，周期采样频率f 。必须大于被采样原始信号x ( t ) 的最大截止频率l 的 两倍，彳一能从离散的数字信号x 。( t ) 中完全恢复出原始信号x ( t ) 。换句话说，当 f 。 2 f 。时，采样信号x 。( t ) 完全能代表原始信号x ( t ) ，但前提是x ( t ) 的频谱x ( f ) 是有限带宽的。 采样定理为数据采集系统提供了理论依据。只要遵循采样定理，一般情况下 是能够由采样信号不失真的恢复出原来模拟信号。然而，有些情况下即使是遵守 采样定理也不一定能不失真的恢复出原模拟信号，也就是说，采样定理有其不适 用的情况。如下所述： 一般来说，采样定理在正，= 未_ 时是不适用的，例如设连续信号为 x ( t ) ：a s i n ( 2 f c t + 中) 名肇中2 1 其采样值为x 。( n t 。) = a s i n ( 2nf c t + 巾) 。当六= = 时，则有 x 。( n t s ) ：a s i n ( 2 “嘉n t 一【b ) 2 k s i n ( n + 由) n = a ( s i n n c o s 巾+ c o s “n s 【n 由) = a ( c o s n s i n 中) = a ( 一1 ) ”s i n 中 ( 3 2 ) 当中= 0 时，x 。( n t 。) = ( ) ，即采样信号为零，无法恢复原模拟信弓。 当o i ( 2 t ；) 上去的现象，这种现象称为频率混淆。不发生频率混淆现象的临界 条件是 f s = l t s - - 2 f c ( 3 4 ) 或者晓，当采样间隔一定时，不发生频率混淆的信号的最高频率 f 。= l ( 2 t ，) ( 3 5 ) 信号中能相互混淆的频率为 f l = + k f 。( k = l ，2 ，3 ) ( 3 6 ) 式( 3 6 ) 中f 。、l 为能相互混淆的频率。 为了减小频率混淆，通常可以采样两种方法： 1 ) 对于频率衰减较快的信号，可用提高采样频率的方法来解决。即按采样定 理，使采样频率f 。2 f 。，亦即减小t 。但是t s 也不能过小。t ；过小，不仪增加计 算机内存占用量和计算量，还会使频域的频率分辨率下降过多。 2 ) 对于频率衰减比较慢的信号，可采用消除频混滤波器来解决。即在采样时 用一截止频率为f 。的消除频混滤波器，先将x ( t ) 信号低通滤波，将不感兴趣或不 需要的高频成分滤掉，然后再进行采样和数据处理。这种方法既实用又简单。消 除频混滤波器是一个低通滤波器，应有良好的截止特性。比较理想的是多阶有源 r c 巴特沃斯滤波器。 实际匕，由于信号频率都不是严格有限的，而且，实际使用的滤波器也都不 具有理想滤波器在截止频率处的垂矗截止特性，故不足以把稍高于截止频率的频 率分量衰减掉。所以，在信号分析中，常把上述两种方法结合起来使用，即先经 消除频混滤波器滤波后，然后将采样频率提高到f j 的3 5 倍，再对信号进行采 样与处理。所选用的采样频率r 具体取f 。的几倍，应视选用的消除频混滤波器截 止特性的好坏而定。例如，对于有一定精度要求的数字功率谱密度的估算，若用 3 0 d b 倍频程的消除频混滤波器，f , = 4 f 。采样频率：若用( 6 0 9 0 ) 倍频程的消 重庆大学工群硕士学位论文 3 直流电源检测系统的硬件设计原理 除频混滤波器，采样频率= s f 。 3 1 2 数据采集系统的组成 个完整的数据采集系统由传感器( t r a n s d u c e r ) 、信号调理( s i g n a l c o n d i t i o n i n g ) 、采集硬件( d a qh a r d w a r e ) 、接口( i n t e r f a c e ) 、数据分析和处 理软件( s o f t w a r e ) 等几大部分组成，如下图3 1 所示。 外 界 图3 1 数据采集系统原理恻 f i g u r e 3 1 ：t h ed a t ac o l l e c t i n gs y s t e m sp r i n c i p l e 传感器 传感器的作用是按一定的规律将被检测量转换为数据采集系统能够测量的电 信号。它所产生的电信号与它所检测的物理量成比例的变换。理想的传感器应该 能够将各种被测量转换为高输出电平量，能够提供零输出阻抗，噪声极低，并具 有良好的线性和重现性。 常用的传感器有热敏传感器、光敏传感器、力与压力传感器、位移、速度以 及加速度传感器等。 只有少数传感器可以将待测的信号直接转换为数字信号，大部分传感器输出 的仍是电压或电流等的模拟信号。总体而言，数据采集系统接受的信号有：开关 信号( s w i t c hs i g n a l ) 、数字信号( d i g i t a ls i g n a l ) 和模拟信号( a n a l o gs i g n a l ) 。 如果数据采集系统接受的是开关信号或数字信号，则可以直接进行处理。但是， 在绝大部分情况下，接受的都是模拟信号，因而必须通过传感器转换后的信号对 其先进行调理，然后再进行模数转换。 信号调理 信号调理的作用是将传感器产生的低电平信号进行缓冲、放入、衰减、隔离、 滤波以及线性化等，以获得a d c 所需的归一化信号。此外，它还必须对某些传感 器提供电压或电流激励。 1 ) 放大这是信号调理最基本的方式。由传感器产生的小信号必须经过放大， 以提高分辨率，减少噪音。当被放大后的信号的最大动态电压范围刚好等于a d c 重庆人学r 程硕十学位论文 3 直流电源检测系统的埂件设计原理 的动态电压范围时，j 可达到最大的测量精度。在自动测试中，一般要求放大器 的增益是可程控的或可自动调节的，以保证输出的恒定。 2 ) 隔离这是信号调理的另一种方式。由于被监控系统可能包含会损害计算 机的高压，因而出于安全方面的考虑，必须在计算机与传感器之f 日j 进行隔离。隔 离的另个目的是为了避免使数据采集系统受地电位或菇模电压差异的影响，对 毫伏级的输入信号还提供噪声抑制能力。大多数的信号调理电路对模拟信号采用 磁隔离，对数字信号采用光电隔离。 3 ) 滤波滤波的目的是为了消除混入被测信号中的一些干扰信号。一一般情况 下，在信号被送到a d c 之前都需要加一个低通滤波器以消除噪声。在诸如振动等 快速变化的信号中则需要加一个抗混滤波器，以保留某些高频信号。在自动测试 中，一般要求滤波器的截止频率是可程控的，为了提高滤波效果，可采用