电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 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(V。')。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Vr由电压给定电位器Rw5对-15V电源分压获得。比较电路(US5)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 表11整流和滤波电路测试数据 电路输出电压VgC波形 平均值 和低通滤波器输出电压 有效值 峰蜂值 VG波形，记录在图1-3 VRECI 中。测最它们的电压值， Va' 记录在表1-1中。 图1-3整流和滤波电路波形 测量之前请考忠：怎样测量电压的平均值、有效值和峰蜂值？ 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。 21.3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V如)，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V值），只需测量三组数据。其中关键的 是使比较器(U5)输出△U0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。 表1-2整流和滤波电路测试数据 Rw5- Rw5=8 Rw5 Va (V) Ve'(V) AU (V)
电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 - 3 - 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。 测量之前请考虑：怎样测量电压的平均值、有效值和峰峰值？ 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。 表 1-2 整流和滤波电路测试数据 Rw5= 圈 VREF ＝ V Rw5= 圈 VREF ＝ V Rw5= 8 圈 VREF ＝ V Rw5= 圈 VREF ＝ V Rw5= 圈 VREF ＝ V VG （V） VG ’（V） ΔU （V） 0 表 1-1 整流和滤波电路测试数据 纹波 平均值 有效值 峰峰值 VREC1 VG’ 图 1-3 整流和滤波电路波形 ωt VREC1，VG’
电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 (2)绘制测量单元特性曲线。利用表12中的测量数 据，在图14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 图1-4测量单元静态特性曲线 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K可以用6位平拨开关K分挡选择（只能有1位在“o的位置）。对应于K5的O©， Kp分别约为1、3、5、7、9和11。也可以用电位器Rw在以上6档的基础上往大连续调整。 综合放大单元(U8)有两个输入信号：反相器U6输出的△U反相信号和积分器U7输出的△U积 分信号。故放大单元输出Uco=-Kp(-△U一Kd△Udt)=Kp(△U+KiAU-d t),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Uo饱和。想想为什么？ 积分器退出后，UcoN'=KpAU。 放大单元的实验数据记录到表13。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。 ↑UcoN 表1-3放大单元实验数据 输入AU(V AU 0 输出Ux(V 图1-5放大单元静态特性曲线 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U'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Uco心。 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。 2.3.1适应单元实验1 保持测量输入电压为额定值不变。减小SC的输出电流（例如使负载电阻为50~I00Q),使最大 励磁电流限制不起作用。电压给定电位器Rw5可以使Ucw'变化。Rw9可以使UcON上下平移（偏置）。 Rw1l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14中。按照表14的实验数据，在图16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。 UCON 请考虑：适应单元静态特性曲线怎样才算合适？ 表14适应单元实验数据(1) 输入Ueow'V) 输出Ucox() 图16适应单元静态特性曲线
电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 - 4 - （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， KP分别约为 1、3、5、7、9 和 11。也可以用电位器 RW8 在以上 6 档的基础上往大连续调整。 综合放大单元（U8）有两个输入信号：反相器 U6 输出的 ΔU 反相信号和积分器 U7 输出的 ΔU 积 分信号。故放大单元输出 UCON’=－KP（－ΔU－KI∫ΔU·ｄｔ）= KP（ΔU＋KI∫ΔU·ｄｔ），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 UCON’饱和。想想为什么？ 积分器退出后，UCON’=KP·ΔU 。 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。 2.3.1 适应单元实验 1 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 Ω），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？ 0 图 1-4 测量单元静态特性曲线 VG ΔU 0 图 1-5 放大单元静态特性曲线 UCON’ 输入 ΔU(V) ΔU 输出 UCON’(V) 表 1-3 放大单元实验数据 输入 UCON’(V) 输出 UCON (V) 表 1-4 适应单元实验数据（1） 0 图 1-6 适应单元静态特性曲线 UCON UCON’
电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 23.2适应单元实验2 本项实验的目的是考察正竞比电路和最大励磁电流限制电路的作用（升压限流作用） 在负载电路中串接直流电流表（先要考虑好应怎样接线）监视电流。调节电压给定电位器Rw5, 使可控硅输出电压UsCR约为OV。外接电阻器约为10Q/5A。用示波器监视SCR的输出电压。SCR的 电压波形应正常，否则要分析原因，排除放障。 实验中保持测量输入电压为额定值不变，调节电压给定电位器Rw5,逐步增大SCR电压，使负载 电流逐渐增大，直到电流不随Rw5的调节而显著增大为止（限流作用使然）。 注意：负载电流任何时候不要超过44！否则会烧坏电路元件。 在调节输出电压的过程中，测取负载电流、正竞比电路的两个输入（即偏置电路U10输出U6o、 电流比较放大器U10输出U)和适应单元输出Uco的实验数据，据填写在表1-5中。 限流值由电位器RwI0整定。限流整定值是U正向临界饱和点所对应的负载电流值。 注：限流整定值出厂时已整定为3.54，实验中可以调小它，但任何时候都不能超过3.5A。 测取数据时要先找到关健点U=0<UC”(想一想为什么？)，然后在该点两侧附近再取几点即可。 表1-5适应单元实验数据(2) Rw10=限流定值1 Rw10=限流定值2 负载电流 (A) (V 根据表15的实验数据，将限流电路的两条特性曲线绘制在图17中，将适应单元的竞比特性曲线 绘制在图1-8中。将适应单元的两条竞比、限流特性曲线绘制在图19中。 ◆U(V) Ucox (V) UcoN (V) I (A) 35A 3.5A I (A) 图1-7限流电路静态特性曲线 图1-8正竞比特性曲线 图19适应单元竞比限流特性曲线 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Uco转换为移相触发脉冲，其移相角a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UcOx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UON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 -5
电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 - 5 - 2.3.2 适应单元实验 2 本项实验的目的是考察正竞比电路和最大励磁电流限制电路的作用（升压限流作用）。 在负载电路中串接直流电流表（先要考虑好应怎样接线）监视电流。调节电压给定电位器 Rw5， 使可控硅输出电压 USCR约为 0V。外接电阻器约为 10Ω/5A。用示波器监视 SCR 的输出电压。SCR 的 电压波形应正常，否则要分析原因，排除故障。 实验中保持测量输入电压为额定值不变，调节电压给定电位器 Rw5，逐步增大 SCR 电压，使负载 电流逐渐增大，直到电流不随 Rw5 的调节而显著增大为止（限流作用使然）。 注意：负载电流任何时候不要超过 4A！否则会烧坏电路元件。 在调节输出电压的过程中，测取负载电流 IL、正竞比电路的两个输入（即偏置电路 U10 输出 UCON’’、 电流比较放大器 U10 输出 UI）和适应单元输出 UCON 的实验数据，据填写在表 1-5 中。 限流值由电位器 Rw10 整定。限流整定值是 UI正向临界饱和点所对应的负载电流值。 注：限流整定值出厂时已整定为 3.5A，实验中可以调小它，但任何时候都不能超过 3.5A。 测取数据时要先找到关键点 UI ≈0 ＜UCON’’（想一想为什么？），然后在该点两侧附近再取几点即可。 根据表 1-5 的实验数据，将限流电路的两条特性曲线绘制在图 1-7 中，将适应单元的竞比特性曲线 绘制在图 1-8 中。将适应单元的两条竞比、限流特性曲线绘制在图 1-9 中。 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 Rw10=限流定值 1 Rw10=限流定值 2 负载电流IL (A) 输入 UI (V) 输出 UCON (V) 表 1-5 适应单元实验数据（2） U（I V） 0 图 1-8 正竞比特性曲线 UCON（V） IL（A） 0 图 1-7 限流电路静态特性曲线 UI（V） IL（A） 0 图 1-9 适应单元竞比限流特性曲线 UCON（V） 3.5A 3.5A
电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 入端：标有Ca、Cb、Cc的3个引脚为芯片产生的锯齿波：标有+A、一C、+B、一A、+C、一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Uh1、UC1), (a) 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 ot 图1-10(a、(b)中. 锯齿波的最低点对应若自然换相点。想一想为什么？（提示：励 (b) 磁变压器和同步变压器均为△Y1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30°的低通滤波器。) 第二步，双综示波器的一路监视锯齿波，另一路监视相移相脉冲输 U-A (c) 出。取两个不同的控制电压值UcoN11、Uco2(例如1V、2V),用万用 表测量并标记在图1-0(b)中。将对应的两组不同移相角的移相脉冲 (d) Ua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” 0 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 图1-10移相电路实验波形 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a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a>90时，不能 (V) 符合UscR为=1.35UL·cosa。想一想为什么？ 表16移相触发与可控整流电路实验数据 输入Ueow(V) (V) 输出UscR(V) 图I-UsR-Uco特性曲线 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。 -6-
电力系统自动装置实验指导书·励磁调节器实验 - 6 - 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，另一路监视相移相脉冲输 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。想一想为什么？ 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。 0 π 0 图 1-10 移相电路实验波形 Ua1 ωt UCa 0 U+A ωt 0 U+A ωt （a） （d） （c） （b） 0 ωt 输入 UCON (V) 输出 USCR (V) 表 1-6 移相触发与可控整流电路实验数据 UCON（V） 0 图 1-11 USCR - UCON 特性曲线 USCR（V）