差动（共9篇）
篇1：差动
2.3 差分放大器
差动放大电路工作原理
1.基本差动放大电路：下图为差动放大器的典型电路。
信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。
对差分放大器来说，放大的信号分为两种：一种是差模信号，这是需要放大的有用的信号；另一种是共模信号，这是要尽量抑制其放大作用的信号。
2.差模共模信号 当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。
当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态。
当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc两部分组成，其中
3.差模共模等效电路
1）输入电阻：2rп
2）输出电阻：单端Rc 双端2Rc 3)双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：
1）输入电阻：Βree 2）电压增益：
双端输入双端输出
共模抑制比
共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大
倍数之比，即：
篇2：差动
1.实验目的（1）
进一步熟悉差动放大器的工作原理；
（2）
掌握测量差动放大器的方法。
2.实验仪器
双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。
3.预习内容
（1）
差动放大器的工作原理性能。
（2）
根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。
4.实验内容
实验电路如图3.1。它是具有恒流源的差动放大电路。在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3
和Re3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。对于共模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。调零电位器Rp用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号Vi=0时使双端输出电压Vo=0.差动放大器常被用作前置放大器。前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。于是人们希望只放大差模信号，不放大共模信号的放大器，这就是差动放大器。运算放大器的输入级大都为差动放大器，输入电阻都很大，例如LF353的输入电阻约为1012Ω量级，0P07的输入电阻约为107Ω量级。
本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于这一数值，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不是完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510电阻后几乎不影响实验电炉接受来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不改变差动放大器的共模抑制比。
由此可见，在可以降低差动放大器输入电阻时，降低差动放大器输入电阻，可提高差动放大器的抗高内阻共模干扰的能力。
实验这弱的到教师的同意，可去掉实验电炉中的两个510欧电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。
（1）
静态工作点的调整与测量
将两个输入端Vi1、Vi2接地，调整电位器Rp使VC1=VC2，测量并填写下表。由于元件参数的离散，有的实验电路可能只能调到大致相等。静态调整的越对称，该差动放大器的共模抑制比就越高。
测量中应注意两点，一是所有的电压值都是对“地”测量值。二是应使测量的值有三位以上的有效数字。
静态工作点调整
对地电压
VB1
VB2
VB3
VC1
VC2
VC3
VE1
VE2
VE3
测量值（V）
0
0
-7.9012
6.4711
6.4501
-0.7817
-0.63985
-0.64013
-8.5650
由以上数据可得交流放大倍数为：
（2）
测量双端输入差模电压放大倍数
在实验箱上调整DC信号源，使得OUT1大约为0.1V，OUT2大约为-0.1V，然后分别接至Vi1、Vi2，再调整，使得OUT1为0.1V，OUT2为-0.1V，测量，计算并填写下表。
双端输入差模电压放大倍数
测量值（V）
计算值
VC1
VC2
VO
AD1
AD2
AD
3.1555
9.7610
-6.6055
-16.58
-16.55
-33.0
仿真测量值（V）
仿真计算值
2.304
10.367
-8.063
-20.84
-19.58
-40.31
这样做的原因是，实验电路的输入端对地有510欧的电阻，实验箱上的可变直流电压源是用1kΩ的可变电阻对5V、0.5V直流电压分压实现的，即直流电压信号源内阻于实验电路输入电阻大小可比。直流电压信号源接负载使得电压将明显小于未接负载时的电压，所以必须将直流电压信号源于实验电炉连接后，再把输入电压调到所需要的电压值。
这里，双端输入差模电压单端输出的差模放大倍数应用下式计算：
差模放大倍数实验值与仿真值误差为：
差模放大倍数的理论值可由以下公式计算：，其中
（3）
测量双端输入共模抑制比CMRR
将两个输入端接在一起，然后依次与OUT1、OUT2相连，记共模输入为ViC。测量、计算并填写下表。若电路完全对称，则VC1-VC2=Vo=0，实验电路一般并不完全对称，若测量值有四位有效数字，则Vo不应等于0.这里双端输入共模电压单端输出的共模放大倍数应用下式计算：
建议CMRR用dB表示
测量双端输入共模抑制比CMRR
输入（V）
测量值（V）
计算值
VC1
VC2
VO
AC1
AC2
AC
CMRR
+0.1001
6.4743
6.4469
0.0247
0.032
-0.032
0.247
42.52
输入+0.1仿真
6.327
6.327
0
0.02
-0.02
0
无穷
-0.1003
6.4917
6.4328
0.0589
0.206
-0.383
0.589
34.96
输入—0.1仿真
6.329
6.329
0
0.04
-0.04
0
无穷
由于理想状态下（正如仿真所得），所以共模放大倍数理论值为0，因此共模抑制比CMRR理论值为无穷。
事实上，电路不可能完全对称，因此，共模输入时放大器的∆V
不等于0，因而
AC也不等0，只不过共模放大倍数很小而已。共模输入时，两管电流同时增大或减小，Re3上的电压降也随之增大或减小，Re3起着负反馈作用。
由此可见，Re3
对共模信号起抑制作用；Re3
越大，抑制作用越强。晶体管因温度、电源电压等变化所引起的工作点变化，在差动放大器中相当于共模信号，因此，差动放大器大大抑制了温度、电源电压等变化对工作点的影响。
（4）
测量单端输入差模电压放大倍数
将Vi2接地，Vi1分别于OUT1、OUT2相连，然后再接入f=1KHz，有效值为50mV的正弦信号，测量计算并填写下表。若输入正弦信号，在输出端VC1、VC2的相位相反，所以双端输出Vo的模是它们两个模的和，而不是差。
单端输入差模电压放大倍数
输入
测量值（V）
单端输入放大倍数AD
VC1
VC2
VO
直流+0.1V
4.8068
8.1128
-3.306
-33.06
直流-0.1V
8.1683
4.7584
3.4099
-34.10
正弦信号
0.768
0.774
1.542
30.84
仿真如下：
输入
测量值（V）
单端输入放大倍数AD
VC1
VC2
VO
直流+0.1V
4.225
8.434
-4.209
-42.09
直流-0.1V
8.436
4.224
4.212
-42.12
正弦信号
1.06
1.06
2.12
42.4
实验值与仿真值的误差为：
单端输入的差模放大倍数理论上应该与双端输入的相近，因此其理论值也是-105.4
5.思考题
（1）
实验箱上的双端输入差动放大器的共模抑制比不算高，若要进一步提高共模抑制比，可采取哪些办法？
1）
提高差动放大器的输入阻抗或提高闭环增益。
2）
可以用一个晶体管恒
流源取代
Re3。因为工作于线形放大区的晶体管的Ic
基本上不随
Vce
变化（恒流特性），所以交流
电阻=△Vce
/△Ic
很大，大大提高了共模抑制比。
（2）
图3.1中的电阻Rb1、Rb2在电路中起到什么作用，若去除上述两个电阻，按实验（3）步骤和方法再测CMRR，两次测量的结果是否会有较大差别？为什么？
在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于510Ω，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510Ω电阻后几乎不影响实验电路接收来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不该变差动放大器的共模抑制比。
去掉实验电路中的两个510Ω电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。
（3）
归纳差动放大器的特点与性能，并于共射放大器比较。
篇3：差动保护的分析与应用
电流差动保护, 即常说的差动保护, 是以基尔霍夫电流定律作为基本原理, 以区分正常运行状态与故障状态, 进而实现对区间内故障元件进行保护的目的。电流差动保护具有广泛的适应性, 其应用范围除了大容量的发电机、变压器外, 还包括重要的母线、电动机, 近年来更发展至输电线路与电力电子设备, 且应用前景随着研究的深入更为广阔。
1 差动保护的原理
电流差动保护的原理, 是于1904年由C.H.Merz和B.Price共同提出的, 经过不断的发展, 其实现方式已经千差万别, 但基本保护原理沿用至今。
如图1所示, 被保护设备两侧的电流互感器获取两侧电流后, 取差流经过继电器, 如果差流大于继电器的整定值, 则差动保护动作跳开被保护设备两侧开关, 保证设备安全。因此, 差动保护的动作条件可以表述为各侧电流之差超过继电器的设定值。
2 差动保护的发展
差动保护早已作为主保护广泛应用于电力系统如发电机、电动机、电压器、母线等各重要元件中。电流差动保护原理在输电线路上的最早应用为导引线保护, 由于其在导引线中直接传送电流, 限制了其在长距离输电线路的应用, 因此在相当长时间内无法电流差动, 无法应用于长距离线路。随着微波、光纤等通信技术的发展和其在电力系统中的广泛应用, 先后出现了应用于输电线路的微波电流差动保护和光纤电流差动保护。而微机保护的迅速崛起, 其与数字通信技术相得益彰的发展为差动保护在输电线路的应用推波助力。20世纪80年代, 日本最先研究数字式电流差动微波保护;80年代末GEC公司和瑞典ABB公司研制出各自的数字式电流差动保护装置。我国于20世纪80年代末开始研制数字式电流差动微波保护, 第1套可用于长距离输电线路的数字式微波电流差动保护WXH-14型高压线路微机微波电流于1994年完成并通过鉴定。
在差动保护的应用过程中发现, 由于正常运行时的负荷电流过大、各侧的CT型制不同、饱和程度不同等原因, 有可能导致正常运行时的差流较大, 有时甚至超过保护的整定值而发生误跳闸。鉴于差动保护是电力设备的主保护, 因此要求保护的安全性和可依赖性都很高, 为了避免这种情况的发生, 在继电器的动作门槛中加入各侧电流, 即负荷电流较大时, 制动量也较大, 保护不易动作, 这便产生了比率制动的差动保护。
差动保护的核心问题就是如何消除正常运行状况下的稳态差流电流问题, 针对不同的被保护设备, 可能转变为变压器的励磁涌流问题, 母线保护的各侧互感器变比不同导致的差流问题, 或者输电线路的电容电流问题。在不能消除的情况下, 则应采取比率制动、权值制动、复式比率制动等方法保障差动保护的安全性。
3 差动保护的主要应用
由于差动保护接线相对复杂, 保护系统的造价较高, 因此主要应用于重要的电力设备;同时由于差动保护自身的特点, 只对区间内的设备构成保护, 不能作为相邻设备的后备保护。本文针对几种典型的差动保护的应用情况进行介绍。
3.1 变压器差动保护
与其他设备不同的是, 变压器各侧的电压水平不同, 其额定电流就不同, 这就导致了变压器各侧的电流互感器配置不同。这些不同不但体现在变比上, 还体现在型制与特性上。由于各侧的变比不同, 因此变压器差动保护并不严格服从基尔霍夫电流定律, 而是借助于变压器变比进行转化方可保障差动保护的正确性。
以变压器变比N∶1为例, 即变压器的额定电压比值为:
则额定电流的比值为:I1∶I2=1∶N。
因此, 为了保证正常运行时二次的差流为零, 则要求两侧的电流互感器变比Nct1、Nct2之比为:Nct1∶Nct2=1∶N。
然而由于电流互感器变比规定较严格, 不可能按照变压器的要求特别订制, 且大量变压器具有调节电压的作用, 变比并不恒定, 因此变压器的差动保护难以达到零差流, 这就要求变压器的差动保护具有较大的冗余度, 要提高其制动性, 所以变压器差动保护广泛采用折线式的比率制动。变压器比率制动的特性如图2所示。
3.2 线路差动保护
普通的线路差动保护较为简单, 可以参照图1了解, 本文主要介绍一种特殊的多端线路的差动保护:南瑞继保RCS-943T, 应用于中性点直接接地的110 k V“T”接线路, 分为RCS-943T和RCS-943TM, 两者保护功能完全一样, 仅通讯接口速率不同, 其中RCS-943T的通讯接口速率为64 kb/s, RCS-943TM的通讯接口速率为2 M/s。
保护配置:RCS-943T配置以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护, 三端相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护构成的全套后备保护。通讯及同步方式:RCS-943T具备2个高速数据通道, 分别为通道A、通道B。2个通道可以都使用专用光纤, 也可以都复接PCM设备, 还可以一个通道接专用光纤, 另一个通道复接PCM设备, 通过定值的整定来决定各种方式。
采用专用光纤光缆时, 线路三侧的装置通过光纤通道直接连接, 如图3所示。采用复接PCM设备时需加装数字复接接口设备, 连接方式与专用光纤类似。
3.3 母线差动保护
母线差动保护可以严格遵照图1的差动保护示意图进行理解, 唯一的区别是母线上可能连接有变压器、线路等多种元件, 因此不再是两端, 而是具有多个端点, 并应在设计之初考虑足够的通道, 以便线路或者设备增加之用。母线差动保护的接线图如图4所示。
4 结语
本文从差动保护的技术角度出发, 探讨了不同设备的差动保护及其特点。差动保护作为当前电气设备的主保护, 只有适应不同被保护设备的特点, 有针对性地进行研究并不断发展, 才可以更好地保障设备的安全运行。
参考文献
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篇4：差动
【摘 要】自平衡差动保护是近年来提出的一种新型差动保护，具有高可靠性、高灵敏度且设备投资较少等优点，尤其适用于石化企业的危险防爆场所。本文将对一台2300kW高压大功率电动机检修后差动保护频繁误动作故障案例，详细分析了故障原因及处理方法，并探讨了自平衡差动保护的应用优势。
【关 键 词】高压电动机；自平衡差动保护；防爆场所；误动作
【中图分类号】TV772【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0217-01
0 引言
2012年7月，中国石油辽阳石化分公司炼油厂一台功率为2300kW的高压防爆电动机经过检修返回现场，在调试运行过程中，由于差动保护频繁动作，导致电动机无法继续运行，急需清除故障以恢复电动机的正常运行性能。
1 故障查找
电气工程车间试验班赶到现场，了解情况后得知该台电动机刚刚经过检修，于是打开电动机端子盖，未见任何短路或其他异常；查看动力电缆，也未见任何绝缘损坏引起相间短路或相对地接地现象发生，其调试运行过程中在差动保护整定区域并未发生任何故障，相反差动保护却频繁动作并发出故障报警信号，于是初步诊断发电机保护装置存在误动作问题，即须找出电动机差动保护误动作的原因，并采取有效措施予以解决，则电动机差动保护频繁动作即可解除，才能确保设备安全、稳定的运行。
为了找出电动机差动保护误动作的原因，需要对差动保护原理接线图进行认真分析。电动机差动保护原理接线如图1所示。从图1可知，电动机纵差保护是由安装在供电电源断路器下端的一组电流互感器与电动机定子绕组中性点（此电动机为星形接法，动力电缆通过绕组首端、电流互感器，汇拢到中性点，位于电动机端子盖内）的一组电流互感器，当这两组电流互感器产生的不平衡电流超过保护整定值时，启动差动保护。若在正常工作或保护区域外部故障时，流进这两组电流互感器的电流相等，产生的差流（不平衡电流）为零，保护不启动。保护装置误动作大致可能原因有如下：（1）电流互感器极性及二次接线存在接线错误。保护应是两组电流互感器的差流，如果极性或二次接线接反，就是两个电流之和。（2）差动继电器本体存在故障，可能导致误动作。（3）保护整定值设置不当。如果保护整定值有人误动过，设置偏小可能导致误动作。（4）电动机运行环境中的其他干扰因素，引起不平衡电流增大，导致差动保护装置频繁动作。
围绕电动机可能出现误动作的上述4个原因，经逐一排查发现该大功率电动机差动保护频繁误动作的原因是：保护用电流互感器接线错误引起不平衡电流增大，导致保护装置误动作，且该电动机采用另外一种新型差动保护——自平衡差动保护[1]。
2 故障原因分析及处理
2.1 故障原因分析
自平衡差动保护电路仅由一组电流互感器实现，电源进线穿入电流互感器，经过电动机定子绕组再折回来，回穿过电流互感器，汇集到中性点，其保护接线原理如图2所示[2]。从图2可知，正常情况下，流进和流出电流互感器电流的相量和为零，磁通平衡，在二次侧不会感应产生电流，保护装置不动作。但由于该2300kW大功率高压电动机经过检修，其动力电缆与端子间接线在拆卸检修后，组装恢复接线过程中出现接线错误，导致只有电源进线穿入电流互感器，定子绕组末端至中性点连线没有回穿过电流互感器，因此在贯穿式电流互感器中的磁通不平衡，感应出不平衡电流。这样即便电动机在正常无故障运行工况下也会存在不平衡电流，一旦不平衡电流值达到差动保护的启动值时，差动保护装置就会出现误动作问题。
2.2 故障处理
在排除该2300kW电动机存在其它故障后，于是对电动机存在的接线错误进行更正调校。重新接引动力电缆，更正接线，即：将电源进线与绕组中性点折回线都穿过电流互感器后，检查校验电流互感器极性、二次接线，准确无误，校验差动保护整定值，进行模拟传动试验，保护装置能够正确动作。在故障排除后，重新将电动机并入供配电网进行试运行，电动机通电试运转成功，保护装置频繁动作故障消失，运行各项技术指标正常，于是判断电动机存在的故障得到有效解决。
3 结束语
在这次故障处理过程中，除了快速准确排除故障，恢复电动机的正常运行外，还发现该电动机所采用的新型自平衡差动保护与常规差动保护相比存在诸多优势，具体表现在以下多个方面：
（1）节省设备投资。大多数情况下，电动机控制保护屏柜距离现场电动机较远，由此两组电流互感器之间的二次联线较长，而新型自平衡差动保护其接线简单，减少一组电流互感器和大量二次接线，可以节约大量控制线耗用，给安装和维护带来极大便利。
（2）动作灵敏度更高。少一组电流互感器，解决了原来两组电流互感器（即使是同一厂家，同批产品也存在差异，所以几乎不能避免差异。）特性参数不一致、不匹配等产生误差的问题，整定值按躲过同一系统中其他线路发生单相接地时流过自平衡电流互感器的电容电流来整定，灵敏度更高，保护更可靠。
（3）提高了防爆性能。一组电流互感器巧妙地安装在电动机端子箱内，结构紧凑，满足了更高的防爆要求，更适合于增安型防爆电动机，在石化企业危险场所使用效果较好。
建议推广应用这种新型差动保护，尤其对于一些重要大型高压电动机的差动保护，要优先选用或者改造后采用自平衡差动保护，这样可以大大提高差动保护动作的可靠性和灵敏度。
参考文献
[1] 吴小峰，田玉英，蔡翠佳.浅谈自平衡差动保护在高压电机中的应用--以大庆石化公司水气厂为例[J]，科技促进发展，2012，（08）：73-74
篇5：差动
可能的原因分析：
1：主变差动CT极性接得不正确，差流可能与10KV线路电流有关 ：变压器各侧CT特性相差太大，也有可能不能躲过穿越性故障。重做各侧CT伏安特性吧 3：是典型的线路分支短路后，引起主变低压侧电压下降，当切除故障后，电压恢复正常，在此电压恢复过程中变压器产生涌流，差动误动。--可能性最大 排除外部CT极性接错和CT互感器特性不一致超出误差不考虑的话，出线短路故障在被切除时，主变会出现很大的励磁涌流，如果主变保护二次谐波制动功能做的不好，可能躲不过这么大的励磁涌流，这可以做空充变压器的过程中也能看到。有个办法：调出主变保护的录波波形看看就明白是什么影响的了。
篇6：差动式无极变速器
1 传统CVT缺陷
CVT设计的本身设计结构的缺陷, “打滑”是CVT无法回避的现象。变速机构锥轮和链带的接触面积比较小, 又是时刻变化的, 与刚性连接相差甚远。虽然可以通过锥轮压紧来提升张力, 增加摩擦力, 但这仍然无法治本。同时, CVT的动力传递会因“打滑”而降低效率。
2 差动轮系简介
差动轮系是指具有两个或两个以上自由度的轮系, 可以将一个原动构件拆分成两个从动件, 以达到分动的目的, 同时也可以由两个传动件合成一个从动件, 达到合成的目的;两个原动件 (即两个自由度) 确定后, 系统的输出也就确定了;差动轮系是行星轮系的特殊情况, 即:差动轮系就是行星轮系。行星轮系具有体积小, 承载力大, 工作平稳等特点。
3 差动轮系最为变速箱的设计
本论文就是利用差动轮系两个输入自由度的特性, 将发动机的输出基于差动轮系同时依据电机进行调节, 形成分别以小电机和发动机作为对应自由度的一款车载差动无极变速器, 只需要控制发动机的输出、调节小电机工作状态即可控制差动无极变速器的输出特性。
设计原理草图如下:
通过上图1可知:此机构为单排2K-H型负号差动轮系。发动机通过离合器A或B与差动轮系进行连接 (即行星架有两种输入) , 小电机为发电驱动二合一电机, 主要任务就是发电和调速;小电机可以发电、储能以为小电机驱动提供电源, 且可以使用电动油泵为此调速系统提供液压泵的驱动动力;行星架与发动机通过齿轮相联接, 作为差动轮系的主要输入;小电机与太阳轮相连接, 作为差动轮系的控制输入;齿圈作为系统的输出;如果小电机被制动, 则此系统将变为行星系统, 将发动机的动力通过行星系统进行转化后进行输出, 由于小电机处于发电或者驱动状态, 可使发动机在不发生功率, 转速及扭矩变化的前提下, 通过对小电机的控制, 便可达到输出转速和扭矩发生变化的目的, 从而实现发动机处于高效率和平稳状态下的工作;
当车辆处于低速时, 离合器B处于工作状态, 使发动机与差动系统连接, 通过一次降速增扭达到差动轮系输入扭矩和转速根本性的变化, 以达到系统为车辆低速状态下行驶提供动力, 车辆加速时, 小电机输出, 其他情况, 其处于发电状态;当车辆处于高速时, 离合器A处于工作状态, 使发动机与差动系统连接, 通过一次扭矩转速调整达到差动轮系输入扭矩和转速根本性的变化, 以达到系统为中高速行驶提供供动力, 车辆加速时, 小电机输出, 其他情况, 其处于发电状态。
差动轮系主要计算公式:
电机主要计算公式:
电力学中有两个基础公式, 此两个基础公式为电机的发电和驱动建构了基础模型。
E:电压;B:磁场强度;L:切割磁力线导线的有效长度;
V:导线切割磁力线的相对速度;
通过电机公式一可知:由于永磁材料效率高, 此系统中亦选取永磁材料作为电机励磁材料, 所以电机侧盖强度为固定值;电机确定后, 切割磁力线导线的有效长度也就变成固定值;发电电压的调节可以通过控制转速控制发电电压 (但在此系统中, 发电时的转速不服务于电机发电, 所以电机发电电压需要调压后才能进行充电) ;
F:安培力大小;B:磁场强度;I:导线中的电流大小;
L:切割磁力线导线的有效长度;
通过电机公式二可知:磁场强度为固定值 (原因同公式一) ;切割磁力线导线的有效长度为固定值 (原因同公式一) ;可以通过控制发电电流调节小电机的阻力大小, 可以通过控制电池提供的驱动电流调节小电机驱动扭力。
4 结论
差动轮系按照输入和输出的不同共有六种组合结构, 本文只介绍了其中一种, 只为类似设计提供理论依据, 其他五种可以触类旁通, 以作参考;此种设计结构简单, 加工容易, 且各个系统单元均基于现有成熟的理论体系, 甚至是产品的标准体系。本设计的变速器中所用到的行星轮系, 发电驱动二合一交流永磁电机及其控制系统, 锂离子电池及BM S管理系统, 均为相对成熟的系统, 本文进行了系统性的组合和优化, 同时提出了各系统的控制理论及控制变量和相互之间的逻辑关系和数学模型, 以实现“差动式电控无极变速器”。
摘要：目前市场上的无极变速器存在缺陷“打滑”, 且只能使用于低扭矩传动中, 利用差动轮系的合成输出, 且两输入可以通过相互调节控制合成输出特性, 以达到无极调速的目的, 同时绘制出能量传递图, 为同类设计提供理论基础和方法。
篇7：光纤差动保护启动分析
关键词：光差保护 启动
随着光纤技术的成熟，纵联差动保护逐渐取代了高频保护，成为220kV及以上输电线路的主保护。因此，两侧差动保护的通道联调被认为验证两侧差动保护是否能正确配合，保护输电线路的重要试验。本文通过对南自PSL 603U装置的研究，从而对光差启动条件进行系统的分析，希望对光差保护通道联调有所帮助。
光差保护有一个非常重要的特点就是只有两侧保护都启动，装置才能差动动作。我们保护人员在通道联调时，通常模拟故障的方法是两侧开关都在合位，一侧加启动电流，一侧加动作电流，使两侧差动动作，这是我们最常用的一种方法，这一种模拟故障的方法，初看起来没什么不妥，但仔细研究一下，就会发现它并不全面，下面我们来具体分析下。
光差保护的动作需要两侧保护装置均光差启动才能出口，而保护启动需要几个启动元件动作，启动逻辑如图1所示
保护启动元件被要求在任何故障情况下都能可靠启动。其中电流突变量启动元件判据为有相间电流瞬时值的突变量和零序电流瞬时值的突变量。
弱馈启动元件：
用于弱馈侧和高阻故障的辅助启动元件，其中增加电压突变量动作判据，是为了可靠地区分故障和CT断线。同时满足以下三个条件动作：
①相差流或零序差流大于差流门槛值；
②相電压或相间电压小于90%额定电压或零序电压突变量3U0>1V。
对侧保护装置启动。
TWJ启动元件：
作为手合于故障或空充线路时，一侧启动另一侧不启动时，未合侧保护装置的启动元件，同时满足以下三个条件时动作：
①相差流或零序差流大于差流门槛值；
②有三相TWJ；
③对侧保护装置启动。
差动辅助启动元件：
“差动辅助启动允许”指差流大于差流门槛值、本侧差动保护不启动、对侧无弱馈启动及TWJ 启动，上述条件都满足后开放差动辅助启动元件。差动辅助启动元件开放后，还需要TWJ元件或弱馈元件启动以及电流突变量启动元件、零序电流启动元件 、静稳破坏检测元件不启动，保护才会启动。
通过这次分析，我们学到了让光差保护动作的几种方法：
①本侧加动作电流，对侧加保护启动电流。
②本侧加动作电流，本侧开关在合位，对侧开关在分位。
③本侧加动作电流，发启动信号给对侧，对侧加低电压或者高于1v的零序电压突变量。
注意：①PT断线会闭锁光差，所以调试时必须加稳态电压消除PT断线。
②这里的本侧、对侧只是方便表述，并不固定在哪侧加动作电流，两侧可互换着调试。
这三种方法，其实对应着线路两侧的三种运行方式：
①线路两侧均为电源端，此时故障了，对应的模拟方法即为一侧加动作电流，一侧加启动电流。
②线路一侧为受电端，一侧为电源端，短路时，受电端的电流突变量很可能不满足光差启动条件，此时就要靠判断电压突变量来启动光差。
③线路送电时，一侧开关已合上另一侧开关还在分位，此时发生短路，由于未合侧不能用电压或电流的突变量来启动光差，只能通过TWJ元件启动。
参考文献：
[1]国电南自技术部监制.PSL 603U 系列线路保护装置说明书[E].
百度文库，2010.3.
篇8：浅析高压线路差动线路保护
关键词：高压线路,线路保护,差动保护
电力工业生产发展的需要和新技术的陆续出现是电力系统继电保护原理和技术发展的基本源泉, 继电保护科技工作者则是根据电力行业的需求和可能, 对已有的继电保护装置进行改善, 探求继电保护的新原理以及新型的继电保护装置[1]。
1 自适应分相电流差动保护的研究
电流差动保护判据的研究在我国已经比较成熟, 但是正如上面所述, 随着电力网的不断发展, 原有的电流差动保护判据需要通过不断的完善和改进才能满足电力网的发展需求。
1.1 自适应分相电流差动保护综合判据的提出
自适应继电保护可以定义为能够根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的保护, 其基本思想是使保护能尽可能的适应电力系统的各种变化, 从而进一步改善保护的性能[2]。
本文考虑到目前现有全电流差动保护判据、故障分量电流差动保护判据、零序电流差动保护判据各有其优缺点, 并采用取长补短的方法将三种保护判据结合起来构成了本文特有的自适应电流差动保护判据。其自适应性主要表现在两个方面:第一, 根据系统运行情况的变化以及故障分量的特点, 自动的改变保护的动作判据, 退出一种保护判据并投入另一种保护, 以达到各种保护判据之间的最佳配合;第二, 动态的改变保护判据的动作门槛以及制动系数, 以提高保护的动作性能。
1.2 自适应分相电流差动保护方案的具体设计
(1) 分相电流差动保护中的“分相”。
“分相”是相对于以前采用A、B、C三相电流综合作用所构成的保护判据而言的, 随着传输多路信息技术的实现, 分相式电流差动保护获得了长足发展。分相电流差动保护即由A、B、C三相电流分别作用构成的电流差动保护判据, 当其中一相发生故障时, 另外两健全相不受其故障的影响, 即以上所述的判据均有A、B、C三相。
(2) 故障发生50ms以内的电流差动保护。
故障发生50ms以内, 由于在这期间故障分量可以准确提取, 所以本文采用了故障分量电流差动保护判据, 为了使得保护在这段时间内保护性能有所改进, 又采用了变向量窗配合高低门槛反时限出口的保护算法, 所谓变向量窗在本文中是指长短数据窗相互配合。根据继电保护的四性要求, 本文则需要3个不同长度的向量窗即可达到保护四性统一的要求, 这3个向量窗为:5ms数据窗、10ms数据窗、20ms数据窗。
(3) 故障发生50ms以后的电流差动保护。
当保护进入这一模块时, 故障分量已不能准确提取, 因此本模块采用全电流差动保护、零序电流差动保护以及负序电流差动保护互补的综合判据, 其所用数据均采用20ms数据窗的向量值。为了系统发生发展性故障 (区内转区外或单相故障转为相间故障) 时保护的性能, 该模块在DI2元件 (系统发生两次扰动之间的一个特殊元件) 动作之后, 将投入10ms数据窗的故障分量电流差动保护判据, 而其它的保护判据则在故障发生50ms以后全程投入。
2 超高压线路光纤差动保护
虽然基于基尔霍夫电流定值的分相电流差动保护原理简单, 不受系统振荡, 线路串补电容平行互感、系统非全相运行和单侧电源运行方式的影响, 差动保护本身具有选相能力, 保护动作速度又快等优点, 但在高压、超高压输电系统中应用也有其特殊的一些问题需要解决。
2.1 超高压线路光纤差动保护影响因素
(1) TA断线对差动保护的影响。
当比率系数K<1时, 一侧TA断线后, 差动保护则成为无方向的过流保护, 只要该线路负荷电流大于差动定值ICD, 则差动判据恒成立。也就是说:只要TA断线引起电流突变量起动, 使差动判据开放, 则保护装置就可能误动作。
(2) TA饱和对差动保护的影响。
电流差动保护的一个难点是如何提高装置的抗TA饱和能力, 保证在线路外部故障TA快速深度饱和的情况下装置能可靠识别并采取相应的相应措施, 同时还要进一步提高线路外部故障TA严重饱和情况下转为内部故障时线路保护的灵敏度及动作速度。
2.2 差动保护的影响因素的解决方案
(1) 通过数字通道互传启动信号。
该方法是将每侧保护装置的启动信号传至对侧, 只有两侧都起动后才开放保护。这种方式能解决大部分实际问题, 但在弱馈系统使用时却有麻烦, 主要表现在弱馈侧并不能确保在线路内部故障时都能引起电流突变量起动, 导致装置不能开放保护逻辑而拒动。因此为了使保护适用于弱馈线路, 保护装置大都含有一项类似“单侧起动能否开放保护”的控制字, 以解决弱馈系统问题, 但这又冒着TA断线可能引起误动作的风险。
(2) 自适应的弱馈系统及TV断线的解决方案。
其基本原理是采用电流突变量为主要启动元件, 同时以两侧电压突变量为辅助判别元件。该方案并不区分弱馈与否, 只要电流突变量起动就判别起动前后的电压突变量, 并将该变化的有无信息与电流突变量起动信息一起随数据帧传送至对侧。若是弱馈系统, 在收到对侧起动信息后同样进入故障状态 (为远方起动方式) 。并同样判别电压的变化情况并随数据帧传至对侧。这样每侧保护装置在任一侧起动后的第一帧数据中都包含四个状态信息:两侧的电流突变量信息 (△i) , 两侧的电压突变量信息 (△U) , 保护可根据这四个量的变化信息判别是故障还是TA断线。
这样, 在线路两侧电压量的辅助判别下, 一方面TA断线后无延时闭锁保护;另一方面, 一侧TV断线后并不会因此闭锁保护。也就是说, 虽然该方案引入电压量开放差动判据, 但基本上不受TV断线的影响。
(3) 时差法判饱和。
众所周知, 在发生故障的开始阶段, TA可以正确地传变一次电流, 该段时间一般为3ms-5ms, 该方法充分利用这段线性区, 当发生区内故障时, 单侧电流突变量启动元件与差动元件同时动作;当发生区外故障时, 启动元件动作而差动元件不动作, 但3ms之后, 若TA发生饱和, 差动元件可能会动作, 但不是与启动元件同时发生, 保护进入闭锁逻辑, 当在发生区外转区内故障时, 再依靠其他手段开放保护。
3 结语
电流差动保护的原理是在本世纪初提出的, 迄今为止, 已约有90年的历史。虽然基于基尔霍夫电流定值的分相电流差动保护原理简单, 不受系统振荡, 线路串补电容平行互感、系统非全相运行和单侧电源运行方式的影响, 差动保护本身具有选相能力, 保护动作速度又快等优点, 但在高压、超高压输电系统中应用也有其特殊的一些问题需要我们继续探索。
参考文献
[1]杨奇逊, 等.微型机继电保护基础[M].中国电力出版社, 2004.
[2]刘万顺.电力系统故障分析[M].水利电力出版社.1986.
[3]吴道悌.非电量电测技术[M].西安交通大学, 2001.
篇9：变压器纵差动保护分析
【关键词】变压器; 纵差动保护
中图分类号:TM41文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)05-0244-02
1 概述
电力变压器是电力系统中十分重要的电气设备。它的故障会给电力系统的正常运行来严重的影响。自然,从故障的或然率来看,变压器故障或然率是较低的,但实际上变压器内部故障也时有发生。而且,电力变压器是充油设备,内部短路故障如不及时切除,有发生爆炸的可能,变压器爆炸引起严重后果在国内外也是有记录的。因此,电力变压器的保护是电力系统继电保护的一个重要部分。
变压器绕组、套管及引出线的故障是变压器的常见故障。因此对于变压器这些部分的保护无疑是变压器保护的重要组成部分。对于这些部分的保护变压器采用的是纵差动保护。
纵差动保护是电力变压器的一种主要保护方式。按规程规定:容量为6300 kVA以上的并联运行变压器、容量为10000 kVA以上单独运行变压器均要装设纵差动保护。容量在2000 kVA以上的变压器,电流速断保护灵敏性不能满足要求时,也要装设纵联差动保护。
2 变压器纵差动保护原理
图(一)a为变压器纵差动保护的单相原理图。从等效电路图(一)b可以看出,变压器的励磁电流iM不流过负载侧电流互感器。因此,变压器纵差保护并不是严格按基尔霍夫电流定律工作的。以公式表示,流入继电器的差动电流icd为:
icd=ibp+iM / nL(1)
式中ibp J为不平衡电流。
变压器纵差保护从原理上说是简单的,但在实施起来存在很多困难。可以说,变压器纵差动保护在所有的电气元件差动保护中是最复杂的一种。变压界纵差保护中要考虑和解决的问题如下:
2.1 励磁涌流问题
从式(1)中可以看出变压器纵差保护差动回路中出现变压器励磁电流。在正常情况下,变压器励磁电流不过为变压器额定电流的2%---3%,对差动保护的工作不起多大影响,但在一次系统发生电
压扰动过程,特别是空载合闸情况下,励磁电流就是很大的数值,在此情况下的励磁电流称励磁涌流。如不解决励磁涌流问题,变庄器差动保护实际上无法工作。
2.2 变压器一次侧和二次侧电流相位补偿问题
考虑到变压器高低压侧绕组绝缘的特点、系统中性点运行方式的要求以及为了改善电网电压波形的目的,大容量电力变压器高压侧(110kV及以上)接成星形,低压'侧(110kV及以下)接成三角形。这样,高.低压侧电流就出现30°相位差,二次电路中应予补偿。
2.3 高、低压侧电流互感器变比不配合,以及变压器改变抽头时变压比改变的问题
电流互感器一次额定电流具有标准值,因此,装在变压器高、低压侧的两个电流互感器一次额定电流一般不与变压器变比相配合,在此情况下,差动回路就出现相当大的不平衡电流。
此外,为了调压的目的,变压器高压侧抽头是可调的,一般有10%的调节范围,调压变压器中调节范围更大。当改变抽头时,变压器变比发生变化,差动回路中将出现不平衡电流。
对于上述第一个因素引起的不平衡电流尚可通过选择差动回路中间变流器的抽头加以克服。后一个因素就很难通过二次回路的变化来适应。
上面是变压器差动保护在设计和使用中遇到的特殊问题。除此之外,线路差动保护中所考虑的区外短路时不平衡电流问题,短路电流中非周期分量的影响以及二次回路断线时误动的问题等;在变压器纵差动保护中也应加以考虑。
3 变压器纵差动保护二次电流相角差及补偿方法
如果变压器原边和副边绕组接法一样,则除测量误差外,二次电流不会出现大的相角差。只有原边和副边接法不一致时,由于二次电流间有大的相角差,才需加以补偿。
由于绕组接法不一致所引起的二次电流相角差是不难补偿的,因为它是固定的数值,但是,在考虑补偿方法时,应不影响纵差动保护在区内外各种故障状态下应保持的性能。
图(二)表明两种通过移相进行相角差补偿方案。图(二)a为正确的移相方案。图中变压器为丫/△接法。在正序電流作用下.变压器副方线电流超前原方线电流30°,在负序电流作用下,前者滞后后者30°。为了补偿这一相角差,将原方电流互感器按相应的三角形接法联接,这样就消除了二次电流之间的相是差。
可以看出,在图(二)a的接线方式中,差动回路中是不反应一次系统零序电流的。这是因为变压器副方接成三角形,故副方线电流中无零序电流,其电流互感器二次侧自然也不反应一次系统的零序电流。变压器原方线电流中虽然会有零序电流,但因电流互感器接成三角形,因而二次侧也不会出现零序电流。
由于三角形接法的电流互感器回路中,线电流为相电流的√3倍,故在选择电流互感器变比时应予考虑。
图(二)a所示的差动保护接线能正确的反应一次电流中正、负序分量大小和相位,故虽不反应一次系统中的零序电流分量,仍可以正确的判断区内,区外各种短路故障。
图(二)b是一种错误的接线方式。图中相位补偿是靠副方电流互感器按相反的三角形接线(相当于丫/△—1)加以补偿。
这种接线方式中一次系统中正序、负序电流分量能进行正确的相位补偿。例如,变压器流过正序电流时,副方线电流超前原方线电流30°,但电流互感器的二次线电流滞后副方一次线电流30°,从而补偿了相角差。流过负序电流时情况也类似。但是,如果变压器原方中性点接地,则当区外发生接地短路时(d点),原方零序电流将反应在差动继电器中,如数值大于起动电流,就将造成变压器差动保护误动作。所以,图(二)b的接线方式是错误的,不能采用。
4 由于变比不配合引起的不平衡电流
设nL1为变压器原方(丫接)电流互感器变比。nL2为变压器副方(△接)电流互感器变比,nB为变压器变比。三者应有如下的关系:
nL1/nL2×√3=nB(2)
不满足这一关系就是电流互感器变比不配合,不配合的情况有两种:
(1)由于nL1、nL2不是可以任意选用,它受规定的电流互感器一次额定电流限制,不一定能满足式(2)的要求,而使差动回路出现不平衡电流。由此所产生的不平衡电流可以在二次回路接入自耦变流器进行校正。在实际的接线中差动回路中一般有中间变流器,在此情况下,可通过选择中间变流器一次绕组匝数,或接入“平衡绕组”来校正。
(2)由于nB 的改变而破坏了式(2)的关系,产生不平衡电流。由此产生的不平衡电流一般难于校正,可通过引入“环流制动”以消除其影响。
5 变压器纵联差动保护的整定原则
变压器差动保护的整定较为复杂。复杂之处不在于原理上而是计算繁复,本节只介绍无制动特性差动保护整定和检验原则。
(一)起动电流整定原则
起动电流按以下三个条件整定:
1)避开变压器空载合闸和外部短路切除后电压恢复时的励磁涌流
对基于采用连饱和变滤器构成的差动保护,起动电流由下式决定:
Idz.b=Kk..IB.e[JZ)](7)
式中IB.e为变压器额定电流.可靠系数Kk 则由速饱和变流器性能而定。Kk应取大些,一般可取1.3～1.5。
2)避开外部短路时的最大不平衡电流
对无制动特性的速饱和变流器差动保护,按此原则由下式决定
Idz.b=Kk..Ibp.max(8)
式中Kk取1.3。Ibp.max可由下式计算:
Ibp.max=(Ktx×0.1+△U+△fza) Id.max(9)
式中 Id.max----外部短路时流过变压器的最大短路电流;
Ktx---同型系数,在变压器差动保护中两侧变流器型号不同故取1.0;
△U---由于变压器调分接头所引起的误差,可采用可调范围的一半;
△fza---由于互感器变比或平衡线圈匝数与计算值不同时所引起的频率相对误差。
3)防止互互感器二次断线时引起误动
为防止互感器二次断线时引起保护误动,起动电流应按下式计算:
Idz.b=Kk..Ifh.max(10)
式中Kk取1.3。Ifh.max为变压器最大负荷电流。如Ifh.max 不能确定,可取变压器额定电流。
差动保护起动电流应按式(8),式(9)和式(10)所决定的最大一个确定。
(二)灵敏系数的较验
纵差保护灵敏系数按下式进行校验:
Klm=Id.min/Idz.b(11)
式中Id.min 为保护范围内故障时最小短路电流。即在单侧电源供电时,系统在最小运行方式下的短路电流。Klm 应不小于2,如不能满足要求.則应采用制动特性的差动保护。
6 对变压器差动保护的评价
变压器纵差动保护是中等容量以上电力变压器的主要保护方式,从原理上讲,变压器纵差动保护是简单易行的,但实际上构成理想的动作快速,灵敏度高的差动保护还有一定的困难。
目前变压器差动保护存在的不足,提出了多判据综合的变压器差动保护方案。由采样值差动判据、虚拟三次谐波制动及二次谐波制动相量差动判据、故障分量虚拟三次谐波制动相量差动和故障分量采样值差动等判据综合构成的变压器差动保护,能使变压器差动保护的性能得到较大提高。动态模拟试验表明,所开发的多判据综合的变压器差动保护装置对绝大多数内部故障,动作时间在6ms、12ms、16ms左右。在最小方式下,轻微匝间短路,能可靠跳闸,发跳闸令时间小于或等于22ms。带匝间故障空投变压器,发跳闸令时间在25ms左右。区外故障及无内部故障时空投变压器,保护不误动。
参考文献: