南昌大学自动装置原理实验报告Word文件下载.docx
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TVTV
1-3T
Y/∆-1RR
ZTA
R
ZTAc
检检检检检检检检检检
ZTAa
整流滤波与
检检检检检
(a)单相电流信号(b)两相电流信号图1-1调差电路接线图
UG
4
1
2
UGN
3
IQIQN
1无差调节特性
2自然调差特性
3正调差特性
4负调差特性
图1-2发电机外特性曲线
为了深入研究调差电路的工作原理,便于实验训练,可用电压向量图加以分析。
1)单相电流信号调差电路,见图1-1(a)。
电流由C相(即W相)电流互感器TA、中间变流器ZTA(5/0.5安)、测量变压器1-3T和调差电阻R组成。
从图1-1(a)接线可以看出C相电流在调差电阻R上的压降所形成电压信号迭加于B相的电压信号之中,由极性可确定是起向量相减作用,测量变压器接线组别为Y/△-1,其二次侧电压Ua、Ub、Uc分别滞后于母线电压UA、UB、UC30°
,电压△abc如图1-3(b)、(c)所示。
在迭加Ic的压降后,各相输入整流检测桥的电压信号变为:
Ua′o=UaoUb′o=Ubo-IcRUc′o=Uco
当负载电流为阻性(有功)时,可得电压信号向量图如图1-3(c)。
由向量图可看出电压△abc变为△ab″c,虽其中一边增长了,但另一边却缩短,经三相整流滤波得到的直流电压信号与原来无明显差别,说明调差电路不反应有功电流的变化。
当负载电流为感性(无功)时,可得电压信号向量图如图1-3(b)。
电压△abc变为△ab′c、ab′和b′c两边均比原来增长,因此,调差电路能灵敏地反应无功电流的变化,使励磁装置既按发电机出口端电压的偏差,又按功率因数的变化调节发电机的励磁电流。
电压电流矢量
UA
感性ICL
cUc
电感负荷aUa
o
c
电阻负荷
a
UaUc
UCICL阻性UB
Ub
b-IcR
b”
-IcR
bb’
(a)发电机电压电流向量;
(b)发电机带感性负荷时;
(c)发电机带阻性负荷时图1-3单相电流信号调差向量图
2)两相无功信号调差电路,见图1-1(b)与上述单相无功信号调差电路大同小异,A相电流信号在调差电阻R上的压降采
用反极性方式与C相电压信号相减,C相电流信号在调差电阻R上的压降采用同极
性方式与A相电压信号相加。
输入检测桥回路的电压为:
Ua′0=Ua0+IcR
调差向量图如图1-4所示。
Ub′0=Ub0
Uc′0=Uc0−IaR
从向量图可见:
当负荷为阻性负载时,电压△abc变为△a″bc″,与原来相差很小,
见图1-4(c);
当负荷为感性负载时,电压△abc变为△a′bc′,变化比较明显,见图
1-4(b)。
因此,这种装置能灵敏地反应发电机端电压和功率因数的变化。
发电机外特性常用调差系数δ来表示。
发电机的调差系数δ=
Uf⋅k
−Uf⋅e(%),一般取(5~10)%,可通过改变调差电
阻R的阻值进行整定.
Uf⋅e
式中:
Uf⋅k−−突甩额定无功(感性)负荷后的空载电压.
Uf⋅e−−额定无功(感性)负荷时的机端额定电压.
a'
.
UAa
.+IcRa
IC
(感)
..
IA(检)
0IA(检)
c'
c
+IcRa"
0c0
UCIC(检)
UB
-IAR
b.b
c"
(a)发电机电压电流向量;
(c)发电机带阻性负荷时
图1-4两相电流信号调差向量图
2.测量比较电路
测量比较电路由测量变压器1-3T、电压调差回路中间变流器ZTA和R、C整流滤波回路、电压给定回路和检测桥等环节所组成。
常用的测量比较电路原理接线见图1-5。
G
TAc
U
GV
TAW
TV
TVRR
ZTAw
ZTAv
1-3T
1-12VD
1-10Ra
1-6VD
1C
9R2VW1VW
4VW
1R
2R
3VW
1VW
1C1R
b
RP
2R
2VW
3RRP
d
∆U
3Rd
(a)一相调差,不对称比较桥(b)两相调差,对称比较桥图1-5测量比较电路原理接线图
1)测量部分
测量部分主要是利用电压互感器TV、测量变压器1-3T、整流和R-CL型滤波电路,将发电机端电压的变化变换为平滑的直流电压信号。
测量变压器1-3T的作用是:
降压和隔离。
电压互感器TV二次线电压通常为100V,不适合调节器电子元件的需要,故采用1-3T将其变换电压,降低到适用值。
在电力系统的电气二次接线中,通常电压互感器二次侧采用b相接地的方式,而调节器控制电路则不允许接地,故1-3T又起到将两个系统隔离的作用。
测量变压整流电路通常有三相、六相等桥式整流电路。
采用多相整流的目的在于
减少整流输出电压的波纹系数,简化滤波电路,提高装置的反应速度。
测量电压整流
电路常用的两种型式见图1-5。
2)电压给定和检测比较
同步发电机的输出端电压经常要根据电力系统电压调整的要求改变电压给定值。
将测量部分测得的发电机输出端电压信号与给定值进行比较,通过检测桥输出一个电压偏差信号△U,经过放大并转变为移相触发脉冲去控制可控桥的导通角,调整发电机励磁,达到保持端电压为给定值。
给定电压通常是通过整定电位器RP进行调整。
检测桥又称测量比较桥,由2R和1VW构成比较回路(图1-5(b)为例),以U1VW作为门槛电压进行给定值比较,在输入信号大于门槛信号时,检测桥有输出电压△U。
检测桥的输出信号与测量信号有反调节关系,即发电机输出端电压升高时,
△U减少;
输出端电压下降时,△U增加。
检测桥与给定电压调节整定电位器RP组合方式的不同,又可分为对称检测桥和不对称检测桥。
①对称检测桥
图1-6(a)中的检测桥为对称检测桥,由两只型号参数相同的稳压管1VW、2VW
和两只电阻2R、3R组成桥式电路。
对称检测桥的工作原理:
先分析Uab与输入mUf之间的关系。
Uab是加到检测桥上的电压,mUf为测量变压器输出的交流电压经整流滤波后的输出直流信号电压。
设2R=3R,且忽略检测桥负载。
当Uab≤UVW时,(UVW为稳压管击穿电压)二个稳压管
均不击穿,电路相当于开路,1R和RP无压降,故:
Uab=mUf
1RRPa
机
1R
b检
+a
2R3VW
检检
mUf
检
2Ivw
+
d∆U
-
3R
□mUf
检检检
e
9R
-b
(a)对称检测桥(b)不对称检测桥图1-6检测桥原理接线图
其关系曲线如图1-7(a)中的OA段。
UabUvw
RP减小B
A
RP检检
∆UUvw
Uvw=Uab-Uvw
A'
cbvw
0Uvw
2Uvw
Uab
C'
(a)Uab=f(Uf)(b)△U=f(Uab)图1-7对称测量桥特性曲线
当Uab>
UVW时,稳压管击穿并流过稳定电流IVW,这时Uab=mUf-2IVW(1R+RP)
其关系曲线如图1-7(a)中的AB段。
改变RP电阻值即可改变AB段的斜度。
RP阻值增加时,其压降增大,Uab即随之降低;
反之,Uab则升高。
RP为给定电压整定电位器。
再分析△U(即Ucd)与Uab之间的关系当Uab<
UVW时,稳压管不击穿,这时:
Ucb=UabUdb=0
△U=Ucd=Ucb-Udb=Ucb=Uab;
其关系曲线如图1-7(b)中的OA′段。
当Uab≥UVW时,稳压管击穿,稳压管两端电压为UVW故有
Ucb=UVWUdb=Uab-UVW
△U=Ucb-Udb=UVW-(Uab-UVW)=2(UVW)-Uab从上式可得,当Uab=2(UVW)时,△U=0
2(UVW)时,△U=-值当Uab<
2(UVW)时,△U=+值
作出关系曲线如图1-7(b)中直线A′B′C′段。
B点为给定电压工作点,即当发电机输出端电压与给定电压一致时,输出电压偏差信号△U=0,可在相应位置接入监视
△U的高内阻电压表(简称零位检测表)。
当电压表指针偏于正值侧,表示发电机端电压偏低,应增加励磁;
如电压表指针偏于负值侧,则表示发电机端电压偏高,应减少励磁。
改变RP的阻值即可改变B点的位置。
如直线A′B′C′所示的B′点位置,从而改变
给定电压值。
由于对称比较桥在不同的整定电压下,输出特性工作段斜率不同,因此检测灵敏度随整定的不同而变化。
②不对称检测桥
图1-6(b)为不对称检测桥。
不对称检测桥特殊之点在于给定电压整定电位器不串接于整流输出回路中,而是
并接于1VW二端。
因此,输入检测桥的比较电压信号mUf不会受到RP衰减的影响。
从而能够在不同的整定电压下,提供相同的检测灵敏度,可以克服低整定电压时出现的振荡,而且,保存了有用的比较信号,减轻了后一级放大倍数的要求,提高了可靠性。
不对称检测桥的工作原理与对称检测桥相似,主要不同之处是每一检测臂上用两只稳压管串联使用。
为便于分析,先令图1-6(b)电路中的9R短接。
检测桥各点的电位变化曲线如图1-8(a)所示。
当输入信号电压mUf≤UVW时,稳压管未击穿,检测桥的二个检测臂相当于开路,
e、c、f点电位均与a点相同。
(Ucd)B
CA
Udb
UebUcbUfb
P
C"
CRP动触头由
AC检f检检
D
P"
P
P'
(a)△U=f(mUf)时的特性曲线(b)RP调节对△U=f(mUf)特性曲线的影响
∆U(Uc'
d)
U'
eb
Ueb
C
U'
cdUcd
U9R
(c)加入9R对△U=f(mUf)特性曲线的影响图1-8不对称检测桥特性曲线
Ucb=mUfUdb=0
故Ucd=Ucb-Udb=mUf
如图1-8(a)中的直线段OA。
随着输入电压mUf(或发电机电压Uf)增大,1VW、2VW先后被反向击穿后,两端电压Ucb、Ufb稳定不变,见图1-8中的曲线Ueb、Ufb,电位器RP取其部分或全
部电压作为给定电压Uc(b
见图中曲线Ucb)。
比较桥的另一个回路由稳压管3VW、4VW
和电阻3R组成,在稳压管击穿后,3R上的电压Udb随mUf增大而线性增大(见图中
曲线Udb)。
Udb反映了发电机电压的变化,就是比较桥的比较电压。
比较电压Udb与给定电压Ucb比较后得偏差电压△U=Ucd=Ucb-Udb,得图1-8(a)中曲线OACD,即为比较桥的工作特性,P点为空载额定工作点。
改变电位器RP触头c的位置,得到一组输出特性曲线,见图1-8(b)所示。
RP整定圈数减少时,c点向f点靠拢,曲线在横坐标上向左移动,因而发电机电压减少;
相反,RP的整定圈数增加时,发电机电压就提升。
调整RP时,曲线组工作段的斜率不变,因而具有相同的灵敏度。
RP为最大圈数时,对应c点与e点重合,得电压整定的上限。
9R接入的作用是提高发电机电压整定的上限,使e点电位在原来2×
UVW的基础上迭加9R的压降,如图1-8(c)虚线所示,可根据对发电机输出上限电压的实际要求进行整定。
四、实验设备
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
ZBL58
可控励磁发电系统组件(五)
1台
ZB36
真有效值交流电压表
ZB31
直流数字电压电流表
DZB01
三相自耦调压器
三相交流电源
1路
五、实验内容与步骤
1.无功调差和自动检测实验接线见图1-9,将三相调压器输出调至零输出位置,电源开关处于断开状态,按图接线,接线完毕后要自行检查接线正确性,然后,请指
导老师检查,确定无误后,接入交流电源(注意:
在整个实验过程中,由三相调压器
输入实验电路测量变压器1-3T一次侧的电压不得大于120V“线电压”,并且
UAB=UBC=UCA)。
Uf
调试检检
PV1B
PV2C
Y/∆-1
29
30
PV3
23
1RPb
1Rb
远
近
1Kb
45678
123
6Rc7Rc8Rc
1Rc
2RcA
3VWc
8VDc
7DVc
PV4
E1VWc
1CcF
PV5
∆uPV6
10Rc
9VDc2Cc2VTc
9
muf
1-6VDc
2VWc
9RcB
4VWcD
3Rc
5Rc
5VWc
11Rc
4Rc
12VDc
10VDc11DVc
1VTc
3Cc
10
图1-9无功调差自动检测实验接线图
2.将调差整定开关置于“0”档。
“调试”“运行”插头插入“运行”位置。
“远”“近”控开关置于“近”控位置。
3.将输入电压调至UAB=UBC=UCA=105V,按表1-1要求进行检测:
①检测测量变压器的变比(测出二次侧线电压进行计算)。
②检测三相桥式整流器的输出电压
③检测二个比较桥上四个稳压管反向击穿后的稳压值。
把各项测试数据记录在
表2-1中。
4.用示波器观察测试整流输出直流电压叠加的交流纹波。
5.比较桥检测特性实验
实验接线见图1-9,当电压整定电位器RP分别置于“0圈”“5圈”“10圈”位置时,在测量变压器一次侧加入三相交流电压Uf,按表1-2改变交流电压输入值,用高内阻电压表测出Uf从小到大调节变化过程中各对应点的UCB、UDB、UCD(即△U)及UEB、UFB,记录在表1-2中。
6.根据表1-2中测得的数据绘制检测桥的特性曲线。
六、实验报告内容
七,实验报告处理
1)绘制桥的特性曲线
1.详述实验的操作过程,在实验测试过程中你是如何确保每一项测试数据的正确性。
答:
实验操作过程:
按实验过程步骤接好线并检查,无误后通上电源并调到线电压为105V。
按表一中的数据测量相应的数据,计算出相应的变比。
最后按实验步骤5中的做法一一测量出相应的数据,得出桥的特性曲线。
在实验中其实数据的波动并不大,只要在调节过程中不要急,待数据稳定后就可以保持数据的正确性,只要没有测量错误。
2.分析说明各特性曲线的含意和实际意义。
在从前面的分析中我们可知,特性曲线的转折点即为即当发电机输出端电压与给定电压一致时,输出电压偏差信号△U=0,可在相应位置接入监视△U的高内阻电压表(简称零位检测表)。
当电压表指针偏于正值侧,表示发电机端电压偏低,应增加励磁;
如电压表指针偏于负值侧,则表示发电机端电压偏高,应减少励磁。
改变RP的圈数即可改变B点的位置。
如直线A′B′C′所示的B′点位置,从而改变给定电压值。
3.用短接9Rc后测得数据,绘制比较桥检测特性曲线与接入9Rc测得的特性曲线有什么差别。
本次实验做的就是在接入9Rc测得的特性曲线通过在后面的图中与原理中的图相比较可得:
在刚开始的阶段由于有9R的影响而使得整具曲线上提了一段。
而在后来的当Uf大到一定值时,影响并不是很大,与短接9R时一样。
4.整定电压下限能否调整?
如何进行调整?
可以调整,通过改变一同的稳压管,则B的电压自然会改变。
5.为什么不对称检测桥在不同整定电压下,能提供相同的检测灵敏度。
答:
不对称检测桥特殊之点在于给定电压整定电位器不串接于整流输出回路中,而是并接于1VW二端。
因此,输入检测桥的比较电压信号mUf不会受到RP衰减的影响。
从而能够在不同的整定电压下,提供相同的检测灵敏度,可以克服低整定电压时出现的振荡,而且,保存了有用的比较信号,减轻了后一级放大倍数的要求,提高了可靠性。
实验二综合放大及调节特性实验
1.掌握励磁自动调节装置中综合放大电路工作原理及其调节特性。
2.深入理解综合放大电路的工作特性曲线及其测试方法。
二、预习与思考1.综合放大电路必须满足哪些基本要求。
2.为什么提高调节精度要在保证机组运行稳定的前提下,调节精度是否越高越好?
影响调节精度的因素有哪些?
3.机组正常运行是在工作特性曲线的哪个区间,为什么?
4.如何测绘出能正确反映工作特性的曲线,各个坐标的含义是什么?
5.欠励限制输出是如何对UK实现综合控制的?
综合放大的任务是反映发电机电压和无功电流分量变化的由测量比较电路输出的微弱信号加以放大,并线性地综合其他辅助控制信号,包括转子电流限制,转子电流反馈,欠励磁限制等信号,作为控制电压去控制移相触发电路。
综合放大在保证机组运行稳定条件下,提高了调节精度(放大系数愈大,调节精度愈高)。
对综合放大电路的基本要求是:
可靠性高,线性好,有足够的放大系数,调节平滑方便,稳定性好,输出的控制电压信号有较强的负载能力。
综合放大电路可由晶体管直流放大器构成,也可采用集成运算放大器。
但是不论采用哪种器件,综合放大控制原理是完全相同的,只要深入研究掌握基本方法,就能做好各项调试工作。
1.综合放大器
图2-1为晶体管综合放大器原理接线图,它由前级反向放大器和后级射级输出器组成,放大器的输入是偏差信号△U(即Ucd),输出是自动调节控制信号UK。
①前级电路
前级电路是直流反向放大器1VTc,由集电极电阻6Rc、7Rc,电容2Cc,温
度补偿二极管9VDc,射极电阻4Rc,基极限流稳压管5VWc及基极限流电阻5Rc
组成。
工作电源取自比较桥稳压管3VWc、4VWc两端的电压,约20V。
a3VWc
检检检检检检
IaUbc
2Rc
欠励限
检检检
6Rc7Rc8Rc
10Rc
e2Cc2VTc
RP9VDc
1VWc
f2VWc
4VWc
∆U5Rc12VDc
10VDc
1VTc
11DVc
9Rc
3CcUk
图2-1综合放大原理接线图
1VTc的基极电流Ib决定于偏差信号△U,其值随△U的变化而改变。
放大器的输出电压从集电极送至末级射级输出器2VTc的基极。
1VTc的集电极电流IC受基极电流Ib控制,即IC=βIb,β是晶体管电流放大倍
数,其电压放大倍数为:
Ku=Uk
=∆Ic6Rc=-6Rc
∆U∆Ic4Rc
由此可见,综合放大器的电压放大倍数与6Rc/4Rc的比值有关,负号表示输出量的变化与输入量相反。
通过射极上的电阻4Rc引入电流负反馈,其目的为了减少温度变化对输出电压的影响。
当基极电流Ib受温度影响略有增加时,集电极电流IC也相应增大。
但这时IC在4Rc的压降增大,提高了1VTc发射极电位,从而抑制了温度对Ib的影响,起到温度补偿的作用。
在1VTc集电极电阻6Rc上并联电阻7Rc和电容2Cc支路,其作用是:
一方面减少了集电极的交流阻抗,削弱输出的控制电压UK中的交流成分;
另一方面利用电容器电压缓慢变化的特性,可适当减慢UK的变化速度,有利于提高闭环运行的稳定性。
7Rc的阻值以不振荡、励磁电压波三相对称不起伏为准。
7Rc太大时,UK中的交流成分太大会出现励磁电压波形起伏不对称。
7Rc太小时,UK变化太慢,故
在上述原则下,应取大一些为宜。
自动电压整定电位器RP承担励磁电压整定的重要任务,若接触不良,出现Ib=0
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