电力系统自动装置实验指导书Word文件下载.docx

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2.4均频控制单元实验

2.4.1电压差测量电路调整与测试实验

2.4.2电压差判别电路调整与测试实验

2.4.3均压脉冲发生器测试实验

2.5自动准同期装置整组实验

图2-3ZZQ-5G原理电路图

1．概述

同步发电机的励磁控制是发电机运行控制中的重要内容之一。

励磁调节器作为励磁控制系统中的控制器，在发电机及电力系统的运行中起着十分重要的作用。

掌握典型励磁调节器的作用、构成原理，了解对基本励磁调节器实验调整的一般方法，是“电力系统自动化”课程的任务之一。

前者主要通过课堂教学实现，后者则是本实验的要完成的任务，也是对前者的的补充和深化。

在开始实验之前，应对实验目的、要求、实验设备和所选实验内容有较清楚的了解。

1.1实验目的

（1）增强对可控硅励磁调节器工作原理与作用的感性认识，掌握励磁调节器实验调整的一般方法。

（2）训练分析、解决问题的能力和动手能力。

1.2实验要求

（1）了解励磁调节器的工作原理。

（2）预习本实验指导书，对实验内容、实验方法和仪器设备有清楚的了解。

（3）对实验中出现的各种现象要细心观察、认真分析，并做好实验记录。

（4）遵守实验纪律，爱护仪器设备，注意人身和设备安全。

（5）认真撰写实验报告。

报告内容应包括实验项目、实验记录、结果、分析及结论等。

对实验中出现的问题及其处理方法、对实验的改进意见等也可以反映在实验报告中。

1.3实验设备与仪器仪表

（1）AVR-2励磁调节教学实验装置1台

（2）三相自耦调压器1台

（3）滑线电阻器（100Ω/1A）1台

（4）低频双踪示波器1台

（5）万用表2块

2.励磁调节器开环实验

开环实验接线图如图1-1所示。

AVR2原理电路图如图1-2所示。

AVR2的测量输入端有两组，其中VGA、VGB、VGC额定线电压为380V；

VGa、VGb、VGc额定线电压为100V。

两组输入端不能同时使用，更不能互换使用！

一般情况下推荐使用380V输入。

两组输入最大值都不能超过120%额定电压。

2.1测量比较单元实验

测量比较单元的任务是：

测量发电机的端电压；

将测量电压与给定电压相比较得到两者的偏差。

对测量比较单元的要求是：

输出平稳（纹波小）、反应迅速。

本实验装置的测量比较单元由电压测量、电压给定和比较三部分电路构成。

测量部分包括测量变压器、正序电压滤过器、两组整流桥电路、两组信号调理电路、低通滤波器（U4），它们把被测三相交流电压转换为与之成正比的直流电压（VG’）。

两组整流桥和信号调理电路由开关K3切换，以选择正序滤过器的投切。

电压给定值VREF由电压给定电位器Rw5对-15v电源分压获得。

比较电路（U5）为典型的反相加法器。

2.1.1整流和低通滤波器电路实验

K3放置在正序滤过器“投”位置。

调节三相自耦调压器的输出电压VG为额定值（380V）。

用双踪示波器对照观察三相整流电路输出电压VREC1波形和低通滤波器输出电压VG’波形，记录在图1-3中。

测量它们的电压值，记录在表1-1中。

2.1.2正序滤过器实验

当输入的三相线电压不对称时，其中就含有了负序分量。

此时两组整流电路输出将会不同，没有正序滤波器的一组输出波形将畸变。

如果三相电压对称，两组整流桥输出波形相似（一般如此）。

此时如果要观察或检测正序滤过器的性能，就需要在输入电压中加入负序电压。

怎样加入负序电压呢？

试设计一个检测该正序滤过器的实验方法，经指导教师认可后实施。

该项实验报告中应包括实验方法、实验数据、分析和评价结论。

2.1.3测量比较单元整组实验

（1）测取实验数据。

K3放置在正序滤过器“投”位置。

电压给定电位器Rw5取不同的值（即给定不同的VREF），调节三相自耦调压器的输出，获得不同的测量电压VG，测取测量单元的输入输出数据，填写在表1-2中。

对每一个给定的Rw5值（即对应的VREF值），只需测量三组数据。

其中关键的是使比较器（U5）输出ΔU=0的那一组，然后以此为基础，上下偏移一定量即可。

注意：

VG不允许超过120%额定值；

各个运放不应饱和。

（2）绘制测量单元特性曲线。

利用表1-2中的测量数据，在图1-4所给的同一坐标上绘制出3条Rw5取不同值（以圈数表示）对应的特性曲线，并标出关键的数据。

2.2综合放大单元实验

综合放大单元的作用是对多个信号按照各自的增益进行综合放大。

对它的要求是线性度好，放大倍数整定方便。

放大倍数Kp可以用6位平拨开关K5分挡选择（只能有1位在“on”的位置）。

对应于K5的①～⑥分别约为1、3、5、7、9和11。

综合放大单元（U8）有两个输入信号：

反相器U6输出的ΔU反相信号和积分U7输出的ΔU积分信号。

故放大单元输出

，可以实现PI调节。

但是在开环实验时积分器必须退出，否则会使U’饱和。

想想为什么？

积分器退出后，

。

放大单元的实验数据记录到表1-3。

在两个饱和点附近测取的数据应适当密集一些，同时应当用示波器监视输入输出电压波形，如果波形异常，应分析原因，排除问题后再测量。

根据实验数据绘制的放大单元静态特性曲线绘制到图1-5。

2.3适应单元实验

适应单元的主要作用是对放大单元的输出UCON’进行平移、限位变换，以适应移相触发电路的要求（参见5.1.4）。

此外还通过正竞比电路进行最大励磁电流限制。

适应单元包括偏置电路、正竞比电路、最小限位角电路、射极跟随器。

该单元的输出才是真正的控制电压UCON。

适应的实验可以分两步作：

①不考虑最大励磁电流限制；

②考虑最大励磁电流限制。

保持测量输入电压为额定值不变。

减小SCR的输出电流（例如使负载电阻为50-100，使最大励磁电流限制不起作用。

电压给定电位器Rw5可以使UCON’变化。

Rw9可以使UCON上下平移（偏置）。

Rw11可以对UCON最小值限位。

测取适应单元的输入输出数据，填写在表1-4中。

按照表1-4的实验数据，在图1-6所给的坐标图上绘制不考虑最大励磁限制作用时的适应单元静态特性曲线。

请考虑：

适应单元静态特性曲线怎样才算合适？

2.4移相触发单元与SCR主回路实验

移相触发单元的作用是把控制电压UCON转换为移相触发脉冲，其移相角α要与UCON满足一定的函数关系。

本装置的移相触发电路采用集成移相触发电路芯片TC787。

该芯片采用锯齿波移相原理，每当芯片的同步信号过0时，就使锯齿波回0，在锯齿波与控制电压UCON相交时产生触发脉冲。

TC787采用单一正电源供电，锯齿波是单极性的。

因此要求控制电压UCON也是单极性的，其动态变化范围应在锯齿波的最大最小值之间。

5.1.3中适应单元的偏置电路，就是为此而设置的。

在本装置面板图（与图1-2一致）上，TC787标有Ua、Ub、Uc的3个引脚为芯片的同步信号输入端；

标有Ca、Cb、Cc的3个引脚为芯片产生的锯齿波；

标有＋A、－C、＋B、－A、＋C、－B的6个引脚为芯片输出的6相移相触发脉冲；

标有Uk的引脚为控制电压输入端。

2.4.1移相电路实验

第一步，用双综示波器，一路监视同步信号Ua1（或Ub1、Uc1），另一路监视锯齿波。

两个被测信号应为同一相。

将观测到的结果记录在图1-10（a）、（b）中。

锯齿波的最低点对应着自然换相点。

想一想为什么？

（提示：

励磁变压器和同步变压器均为Δ/Y-1接线，同步变压器的输出到TC787的同步信号引脚间有一个相位移为30o的低通滤波器。

）

第二步，双综示波器的一路监视锯齿波，另一路监视相移相移相脉冲出。

取两个不同的控制电压值UCON1、UCON2（例如1V、2V），用万用表测量并标记在图1-10（b）中。

将对应的两组不同移相角的移相脉冲U+A分别记录在图1-10（c）、（d）中。

为观察清楚起见，可以把脉冲选择开关K1暂时放置在“单脉冲”位置，本项实验后再恢复到双脉冲位置（想一想为什么？

）。

由于没有专用测量相位移的仪表和多踪示波器，图1-10中波形的相位关系定性绘出即可。

请思考：

三相锯齿波的相位、幅值如果不对称，原因可能在哪儿？

应如何处理？

2.4.2移相触发与可控整流电路联合实验

用示波器监视SCR三相全控桥的输出电压USCR波形，改变UCON1的大小，测量输入输出实验数据，记录在表1-6中。

数据中应当包括SCR的输出电压USCR从最大到到最小之间的输入输出数据，尤其是对应于α为0°

、30°

、60°

等关键数据。

请注意：

由于SCR的负载阻抗为电阻，所以当α＞90°

时，不能符合USCR为=1.35UL·

cosα。

2.5整组装置静态工作点测试与调整实验

设置合适的静态工作点是为了使各单元电路在指定的范围内工作，并使各单元之间能够很好的协调配和。

AVR-2出厂时设置的静态工作点及其调整方法如表1-7所示，各个切换开关的功能及其出厂设置如表1-8所示。

这些静态工作点和工作状态不是唯一的，实验时可以根据需要在不超出允许值的合理范围内调整。

实验中，首先参照表1-7、表-8所给出的工作点测试检验当前的参数；

然后根据需要（教师指定、后续实验要求或假设的恰当理由，也可以选择出厂设定值）设计出相关电路的静态工作点；

最后根据设计值调整相关的工作点。

实验后将有关数据填写在表1-9和表1-10中。

2.6整组装置静态工作特性测试实验

本项实验把整个励磁调节器看作是一个“黑匣子”，只通过外部输入输出数据来测试它的静态性能。

2.6.1励磁调节器静态工作特性实验

实验前，应检查负载电阻约为（40-100）Ω，自耦调压器“回０”。

实验中取（2-3）组不同的放大倍数Kp和（2-3）组电压给定值（用Rw5圈数表示）；

用示波器监视SCR的输出电压USCR；

用自耦调压器改变测量电压VG的大小；

用万用表测量输入、输出数据，记录在表1-11中。

测量时应注意USCR波形变化，整个测量过程中SCR应在其工作范围内。

测量电压VG一般不要超过110%额定值。

测量数据中应当包括USCR临界最大值、临界最小值所对应的数据。

USCR-VG特性曲线是非线性的（想想为什么？

），在其斜率变化大的地方测量点应适当密集一些。

按照表1-11中的n组实验数据，可以绘制n条特性曲线，把它们绘制在图1-12所示的坐标图中。

通过这些曲线，应注意观察：

不同的Kp、不同的电压给定值，所引起的励磁调节器静态工作特性不同的变化；

从中体会：

励磁调节器与发电机构成闭环励磁控制系统后，静态工作特性的变化对发电机运行的影响。

2.6.2励磁调节器电压给定特性实验

实验中用示波器监视SCR的输出电压USCR；

用自耦调压器给定测量电压VG（一般取额定电压）并在实验过程中保持不变。

取（1-2）组放大倍数Kp。

用万用表测量USCR数据，记录在表1-12中。

测量时应注意USCR波形变化，整个测量过程中SCR应在其工作范围内。

测量数据中应当包括USCR临界最大值、临界最小值所对应的数据。

发电机的并列操作是对发电机的重要操作之一。

掌握典型自动准同期装置的作用、构成原理，了解对其实验调整的一般方法，是“电力系统自动化”课程的任务之一。

（1）增强对自动准同期装置工作原理与作用的感性认识，掌握对该装置实验调整的一般方法。

（1）复习自动准同期装置的工作原理。

（2）预习本实验指导书，对实验内容、实验方法和仪器设备有清楚的了解。

（4）遵守实验纪律，爱护仪器设备，注意人身和设备安全。

1.3实验设备与仪器仪表

（1）ZZQ-5G自动准同期教学实验装置1台

（2）低频信号发生器1台

（3）单相自耦调压器1台

（5）万用表1块

（6）数字毫秒表1台

2．自动准同期装置实验

自动准同期装置实验接线图如图2-2所示。

其中ZZQ－5G的原理电路图如图2-3所示。

2.1利用滑差电压观察准同期条件实验

滑差电压也叫正弦脉动电压，其中包含了准同期并列所需的各种信息。

对滑差电压进行观察实验有助于加深对准同期并列条件的理解。

ZZQ-5G中设有专门观察滑差电压的测试孔。

实验按图2-1或者图2-2接线。

调整模拟系统电压的USY，使USY≈100V。

（1）调整模拟发电机电压的UG，使UG≈USY。

调整UG的频率fG，使频率差fS≈0.1Hz。

用示波器观察滑差电压uS的波形，特别要注意观察uS包络线（幅值波）的波形。

（2）保持fS≈0.1Hz，调整UG，使|ΔU|＝|UG－USY|≈20V。

观察uS的波形。

（3）调整fS≈0.2Hz，调整UG，使|ΔU|＝|UG－USY|≈0V。

（4）将上述实验中观察到的3个uS包络线波形分别画在图2-4所给出的坐标图中。

根据uS包络线波形的变化，分析、体会fS和ΔU对uS包络线波形的影响及uS包络线波形中包含哪些准同期并列所需要的信息。

特别提醒：

测试时应根据被测信号的大小选择仪器、仪表的合适档位。

若无把握，应先选择较大档位，再根据实际情况酌情减小。

这样可以避免因超量程而损坏仪器仪表。

对于万用表，还要特别注意根据被测信号的性质，如电压、电流、交流、直流等，及时变换档位。

以后的测量均应如此，后面不再赘述。

2.2合闸控制单元实验

2.2.1观察电路波形实验

通过对电路波形或状态的观察实验可以增加感性认识，加强对准同期装置工作原理的理解。

实验按图2-1（或图2-2）接线。

保持UG≈USY≈100V，fS≈0.12Hz（Ts≈8s）。

以三角波为参照，参考下面给出的测点进行观察，并将结果记录在图2-5和图2-6中。

观察时要用双踪示波器同时观测两个波形，以便确定它们的相对位置关系。

2.2.1.1线性整步电压（三角波）发生器

（1）正弦波信号：

UG1、USY1

（2）波形变换电路：

U10①、U11①

（3）相敏电路U10

（4）低通滤波器：

U14①

2.2.1.2恒定越前时间电路

（5）比例微分电路：

U15②

（6）电压比较器1：

U15①

2.2.1.3恒定越前相角电路

（7）电压比较器2：

U16①

2.2.1.4压差闭锁电路

（8）U18①该信号是压差闭锁信号。

可以把电压差调到合格与不合格两种情况观察其状态的变化。

2.2.1.5合闸逻辑与出口电路

下列电路在ωS合格和ωS不合格两种情况下，波形是不相同的，应分别观察。

（9）或非门：

U17⑩

（10）双稳电路：

U17③

（11）或非门：

U17

（12）与门：

U18

（13）合闸继电器状态：

K3接点

注：

U×

×

表示元件代号，①表示元件引脚号。

下同。

2.2.2定值测试与调整实验

恒定越前时间整定值和恒定越前相角整定值的“恒定性”是准同期装置最重要的性能指标。

在对它们测试与调整的过程中，要注重培养动手能力和分析、解决问题的能力。

2.2.2.1恒定越前时间测试实验

按照表2-1给出的测试条件将恒定越前时间tf的测试数据填写在表中。

然后分析、计算它们的平均值和误差。

最后给出测试结论。

越前时间tf可以用数字毫秒表测量越前时间电路输出端（U15①）的低电平脉冲宽度来近似代替tf。

Ts1、Ts2、Ts3应分别调整到约4S、约8S和约12S，实取的数值作为测试条件填写在表2-1中。

平均值：

同一行测试数据的算术平均值。

平均值代表了该行整定值的标称值。

最大绝对误差：

同一行各数据与平均值的差值，其中模值最大的一个。

最大相对误差：

同一行各数据与平均值的差值，除以所在列的Ts值，其中模值最大的一个。

恒定越前时间tf的合格标准：

越前时间tf整定于某一点，其实测的最大误差时间（包括因滑差周期变化引起的误差），折合成角度误差不超过±

3.6°

本装置恒定越前时间tf的整定范围为：

0.1S-0.4S。

测试结论：

2.2.2.2恒定越前相角电路调整实验

由ZZQ-5产生越前时间的原理可知：

只有当越前时间电压比较器的阈值等于比例电压的幅值时，越前时间才与频率差无关。

如果tf不恒定，或者说误差超过了规定值，可以用电位器Rw1来调整电压比较器U15的阈值，直到tf的误差符合要求为止。

2.2.2.3恒定越前相角定值测试实验

按照表2-2给出的测试条件将恒定越前相角δA的测试数据填写在表中。

分析后给出测试结论。

恒定越前相角δA可以用数字毫秒表先测量出越前相角电路输出端（U16①）的低电平脉冲宽度，然后除以2，再折合成角度来近似代替δA的实测值。

Ts1、Ts2、Ts3应分别调整到约4S、约8S和约12S，实取的数值作为测试条件填写在表2-2中。

δA平均值：

最大误差：

恒定越前相角δA的合格标准：

越前相角δA整定于某一点，其实测的最大误差相角（包括因滑差周期变化引起的误差），不超过±

本装置恒定相角δA的整定范围为0°

-45°

2.2.2.4恒定越前相角电路调整实验

恒定越前相角的整定范围如果不满足要求，可以用电位器Rw2来调整。

若反复调整仍然不行，应分析原因，排除故障后再测试。

2.2.3合闸控制单元整组实验

题目及要求：

设某发电机用本准同期装置并列，经过整定计算，要求恒定越前时间为0.4S，允许频差为0.2Hz。

试在本装置上整定并试验。

分析：

越前时间在本装置上是用越前时间倍乘开关的位置和电位器Rwt的圈数整定的。

倍乘开关的位置：

，Rwt的圈数：

。

ZZQ-5用越前相角间接整定允许频差：

Rwδ的圈数：

整定：

将分析计算后填写在空格中定值整定于装置。

试验：

调整UG≈USY≈100V，fG≈49.7Hz.。

逐步升高fG至约50.3Hz。

在此过程中观察并记录合闸控制单元的动作情况。

观察记录：

。

可以再假设几组恒定越前时间和允许频差的定值，重复上述过程。

2.3均频控制单元实验

实验按图2-1（或图2-2）接线。

调定并保持UG≈USY≈100V。

调整频差fs≈±

0.15Hz，即Ts≈6.6s。

2.3.1观察电路波形实验

以三角波为参照，参考下面给出的测点进行观察，并将结果记录在图2-7中。

应同时观测两个波形，以确定它们的对应关系。

2.3.1.1越前鉴别电路

（1）越前脉冲电路：

U2④、U2⑩

（2）双稳电路：

U3①、U3②

越前鉴别电路的原理是：

若UG方波下降沿对着USY方波高电平，则UG相位超前于USY，反之亦然。

双稳把脉冲转变为电平信号。

2.3.1.2区间鉴别电路

（3）比较器：

U6①

（4）延时反相器：

U7①

（5）与门：

U4③

区间鉴别电路的原理是：

先用比较器（U6）把三角波UΔ整形为方波，再对该方波延时反相（U7），两者相“与”即可得到区间鉴别脉冲（U4③）。

区间鉴别脉冲应当出现在大约50°

处，实测是否如此？

2.3.1.3均频脉冲形成电路

（6）与门：

U4⑩、U4④

越前鉴别信号和区间鉴别脉冲相“与”后，就得到均频脉冲信号。

2.3.1.3脉冲展宽与驱动电路

（7）单稳电路：

U8③、U9③

对均频脉冲信号的“展宽”由“555”定时器芯片搭成的“单稳”实现。

展宽的“宽度”用电位器整定。

“555”芯片驱动能力强，可直接驱动后面的继电器。

2.3.2均频脉冲整定范围测试实验

分别把增速脉冲宽度整定电位器Rwzs和减速脉冲宽度整定Rwjs给到最小值和最大值，测量减速继电器K1、增速继电器K2接点闭合时间的最小值和最大值，记录到表2-3中。

2.3.3滑差过小自动增速功能实验

ZZQ-5采用比例脉冲方式调节机组转速，即每个滑差周期只发一次调速命令。

如果滑差过小甚至为0，将迟迟不能合闸。

“滑差过小自动增速”功能就是为了打破这种“僵持”局面而设置的。

调节发电机频率fG，使fG略微高于fSY一点点，例如高出（0-0.02）Hz。

这样，正常的增速功能本不应当动做。

如有动作，必是“自动增速”功能所为。

检查“自动增速”的动作情况及动作周期。

动作正常否：

，动作周期约为：

2.3.4均频控制单元整组传动实验

调节UG的频率，在ωS＜0和ωS＞0两种情况下，观察增速、减速动作情况。

记录到表2-4中。

改变电位器Rwzs和Rwjs的阻值，可观察增、减速继电器接点闭合时间的长短（即调节量的大小）。

改变频差大小，可观察到动作频度的变化。

2.4均压控制单元实验

实验按图2-1或者图2-2接线。

保持频差fS≈0.1Hz（即Ts≈10s）。

调整UG≈USY≈100V。

2.4.1电压差测量电路调整与测试实验

（1）调定并保持UG=USY=100V。

（2）调整Rw4，使U20①＝10V。

调整Rw3，使U21①＝０V。

（3）测试U19①、U24①、U23①各点的电位并记录到表2-5中。