实验一.董学良.doc

学号：20090230416 班级：T923-4 姓名：董学良
实验一 自动准同期条件测试
一、实验目的
1．掌握实验设备和仪器的使用方法，深入理解准同期条件。
2．掌握准同期条件的测试方法。
二、预习与思考
1．为什么准同期装置都是利用滑差（脉动）电压这一特性进行工作的？
答：.脉动电压中的频率较高部分被滤掉，得到脉动电压的包络线，脉动电压波形中载有准同期并列所需检测的信息——电压幅值差、频率差以及相角差随时间的变化规律。因而并列两侧电压为自动并列装置提供了并列条件信息和合适的合闸信号控制发出时机。对应于脉动电压波形的最小幅值，表示相角差 ；其值反映电压幅值差的大小；脉动电压幅值变化的频率，反映了频率差的大小。
2．准同期的条件有哪些？如何掌握标准？
答：1． 并列开关两侧的电压相等，最大允许相差20%以内。 2． 并列开关两侧电源的频率相同，一般规定：频率相差0.15Hz即可进行并列。 3． 并列开关两侧电压的相位角相同。 4． 并列开关两侧的相序相同。
3．什么叫导前时间？导前时间恒定的条件是什么？
答：发出合闸指令，断路器合闸，合闸反馈回来，这3个过程所用去的时间的总和就是导前时间。由于断路器动作有一个固有的机械动作过程延时，为了弥补这个延时时间，电气分合闸命令发出就要越前相同的时间，这个时间就是导前时间。
三、原理说明
1．滑差电压及其变化轨迹
目前几乎所有的准同期装置都是利用滑差电压这一特性进行工作的。所谓滑差电压是指待并发电机的电压UF和系统电压Ux之间的电压差，通常用Us来表示。
发电机电压和系统电压的瞬时值，可用下式表示：
uF=UFsin(ωFt+δ1) （1-1） ，ux=Uxsin(ωxt+δ2) （1-2）
UF、Ux为发电机和系统电压的幅值，δ1 、δ2为发电机电压和系统电压的初相。
设UF=Ux=Um，从式（1-1）和（1-2）可得滑差电压为：
us=uF-ux=2Umsin[(ωFt+δ1)/2-(ωxt+δ2)/2]×cos[(ωFt+δ1)/2+(ωxt+δ2)/2] （1-3）
若初始相角δ1=δ2=0，则式(1-3)可简化为：
us=2Umsin[(ωF-ωx)t/2]cos[(ωF+ωx)t/2] （1-4）
滑差电压变化轨迹示于图1-1。
由图1-1可以看出，us中含有两种频率不同的分量，我们感兴趣的是Us的低频包络线。用usm表示滑差电压Us包迹的瞬时值，就得到：usm=2Umsin[(ωF-ωx)t/2]（1-5）， 令ωs= ωf-ωx（式中 ωs——滑差角速度），则 usm=2Umsin（ωst/2）（1-6）。

图1-1
关于滑差电压的概念还可以用相量来描述。图1-2是滑差电压相量图。

（a） （b） （c） （d）
（a）δ=ωst；（b）δ=0；（c）δ=π/2；（d）δ=π
图中用F和x表示发电机和系统电压的相量，当ωs不等于零时，F和x之间的相角差δ=ωst，将随时间t不断改变。假定以x为参考相量保持不动，则F将以角速度ωs作逆时针旋转。因而滑差电压s的瞬时值也在不断变化。
2．同期和导前时间
准同期的三个条件之一，就是要求用于并网的断路器在合闸瞬间发电机电压的相位与系统电压的相位相同。实际上对于两个频率不同的电压是无法比较它们之间的绝对相位差的。为此，所谓发电机电压与系统电压同步（即通常所说的相位相同）是指发电机电压与系统电压的瞬时值uF与ux同时过零或同时达到最大值的瞬间。在此瞬间us=0。
由式（1-6）可知， 满足Usm=0时也必须同时满足ωst=2Kπ这一条件（K=0，1，……n）。为此， 如图1-1所示，相邻两同步点a、b之间的时间间隔tb-ta=Ts=2π/ωs。通常称Ts为频差周期或滑差周期，显然频差fs=1/Ts。
为了使断路器的触头在Usm=0时闭合，必然要求准同期装置能提前发出合闸脉冲。所需提前的时间，取决于断路器的固有合闸时间、辅助继电器动作时间和合闸接触器动作时间之和，从准同期装置发出合闸脉冲到发电机电压和系统电压同步之间的时间间隔称为导前时间。
由于发电机不可能在不同的频差下并入系统，这就要求导前时间不应随频差ωs的变化而变化。具有这种特性的准同期装置就称之为恒定导前时间型的准同期装置。
3．导前时间恒定的条件和合闸相角的误差
大多数恒定导前时间型的准同期装置，都是采用滑差电压（或将它变换一下波形）的一次微分和滑差电压相比较这一原理来构成的。采用一次微分的目的就是为了消除导前时间与频差的关系。
直接采用滑差电压及其一次微分来获得恒定导前时间的原理,可用下述的推导来表明所得的导前时间tdq与ωS无关。
由式(1-6)可知， usm=2Umsin(ωst/2)，则dusm/dt可由下式来表示：dusm /dt=Umωs cos(ωst/2) （1-7）
若令准同期装置发出合闸脉冲的条件是K1（dusm/dt）=K2Usm，这一方程则有：
K1Umωscos(ωst/2)= K22Umωssin(ωst/2)化简得： tg(ωst/2)= K1ωs/(2K2) （1-8）。当ωs很小时，tg（ωs/2）t≈（ωs/2）t。式(1-8)可写成： t≈K1/K2 （1-9），式(1-9)计算所得时间t（即导前时间tdq）与ωs无关。这就是准同期装置所获得恒定导前时间的原理。
当然，上述的推导过程是有附加条件的。首先是假定ωs很小，其次是假定dωs/dt ≈0（在一个频差周期内ωs保持不变），否则导前时间就不可能恒定。本装置由于将滑差电压变换成相同频差周期的三角波后，对ωs的要求可以放宽，但仍应要求dωs/dt ≈0。
从准同期的要求来说，希望在合闸时相角的误差越小越好，但实际上由于种种原因不可能没有误差。这一误差的产生主要是由以下几个方面造成的：
1）断路器及其辅助继电器和合闸接触器动作时间的变差，令其为△t1。
2）自动准同期装置导前时间整定值和断路器实际合闸时间之间的误差，令其为△t2。
3）导前时间本身的变差，令其为△t3。
4）由于ωs变化引起导前时间的变化，令其为△t4。
5）在合闸过程中存在加速度dωs/dt。
四、实验主要的测试仪器
在实验中主要需要用到一下所示的测试仪器：双踪慢扫描示波器，记录示波器，秒表，万用表，交流电压表。
五、实验设备
序号
型号
使用仪器名称
数量
备注
1
TKDZB-2
电力自动化及继电保护实验台
1

2
ZBL51
可控励磁发电系统组件（－）
（含并网旋转灯和同步表）(省略,采用目测方式)
1

3
ZBL54
可调电阻器
1

4
ZBL60
可控励磁发电系统实验组件（七）
（含励磁电流）（注:可用恒流源代替）
1

5
DJ10-1
直流电动机
1

6
DJ5-1
三相交流发电机
1

7
DD03
电机导轨，测速发电机及转速表
1

8
ZB36
真有效值交流电压表
1

9
ZB31
数字式直流电压、电流表
1

10
ZBT74A
准同期实验组件（一）
1

11

万用表（通用型）
1
自备
12

数字式存储双踪示波器
1
自备
六、实验内容与步骤
根据发电机信号和系统信号测试准同期条件, 当电压幅值和频率有变化时，观测对滑差电压US波形的影响。实验接线图如下图所示。

1．实验准备
按下挂件ZBL51上的“断开”按键，暂时不接入同步表，将挂件ZBT74A上的“导前时间整定”开关打到0.1S；然后再“滑差频率整定”打到0.3Hz，将合闸选择开关打到“测试”。然后将可调电阻器Rf1调至最小，可调电阻器Rst调至最大位置。调节实验台上的调压器，使实验台的输出线电压为70V。将实验台上的“可调电压输出”（调到最小，启动实验台上的开关，将“固定电压输出”开关打到“开”，接着将“可调电压输出”开关打到“开”，逐渐增加“可调电压输出”，当电机启动正常运转后，其旋转方向应符合正向旋转的要求，然后短接可调电阻Rst，再缓慢地增大Rf1，直到转速表DD03上的读数达到额定转速1500rpm。由挂件ZBL60提供励磁电流，逐渐增加励磁电流，直至发电机输出电压为70V左右。
2．操作步骤
打开ZBT74A上的电源开关，将ZBT74A上的隔离开关打到“通”，此时即把系统电压和发电机电压接入ZBT74A装置然后用示波器观测测试点US的波形，并进行记录。
七、实验总结
在本次实验过程中，我们在连接好线路之后，通过仔细检查线路后，用示波器观察测试点波形，在合闸时所测试到的相角会产生误差，理论分析与测试观察结果不一致，记录的滑差电压波形也跟理论分析不一样，这可能是仪器的问题，通过一定的调节可以减小误差。

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