《电力系统自动装置》课程教学实验指导（讲义，共两个实验）

实验1不同α角（控制角）对应的励磁电压波形实验二实验目的1）加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。2）观察三相桥式全控整流、逆变的个点工作波形。3）了解移相触发电路的特性和工作原理。4）观察触发脉冲及其相应的移动范围。二原理说明同步发电机励磁系统中整流电路的主要任务是将交流电压整流成直流电压供给发电机励磁绕组，整流电路是励磁系统中必备的部件，在本实验平台的发电机组中，励磁系统的整流电路采用的是三相全控整流电路。现对三相全控整流电路及其整流波形分析如下：1.工作原理VS3LVS5.VS1RVS4VS6VS2图1三相全控整流电路图三相全控整流电路如图1所示，三相全控整流电路的六个整流元件全部采用晶闸管，VSi、VS3、VSs为共阴组连接，VS2、VS4、VS6为共阳组连接。为保证电路正常工作，对触发脉冲提出了较高的要求，除了共阴极组的晶闸管需由触发脉冲控制外，共阳极组的晶闸管也必须靠触发脉冲换流，由于上、下两组晶闸管必须各有一只晶闸管同时导通电路的才能工作，六只晶闸管的导通顺序应为1，2，3，4，5，6。它们的触发脉冲相位依次相差60：又为了保证开始工作时，能有两个晶闸管同时导通，需用宽度大于60°的触发脉冲，也可用双触发脉冲，例如在给VSi脉冲时也补给VS6一个脉冲。设ea、eb、ec为全控整流电路的相电压，对应上图的输出波形如图2所示

实验 1 不同α角（控制角）对应的励磁电压波形实验 一 实验目的 1）加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。 2）观察三相桥式全控整流、逆变的个点工作波形。 3）了解移相触发电路的特性和工作原理。 4）观察触发脉冲及其相应的移动范围。 二 原理说明 同步发电机励磁系统中整流电路的主要任务是将交流电压整流成直流电压供给发电机 励磁绕组，整流电路是励磁系统中必备的部件，在本实验平台的发电机组中，励磁系统的整 流电路采用的是三相全控整流电路。 现对三相全控整流电路及其整流波形分析如下： 1. 工作原理 图 1 三相全控整流电路图 三相全控整流电路如图 1 所示，三相全控整流电路的六个整流元件全部采用晶闸管， VS1、VS3、VS5 为共阴组连接，VS2、VS4、VS6 为共阳组连接。为保证电路正常工作， 对触发脉冲提出了较高的要求，除了共阴极组的晶闸管需由触发脉冲控制外，共阳极组 的晶闸管也必须靠触发脉冲换流，由于上、下两组晶闸管必须各有一只晶闸管同时导通 电路的才能工作，六只晶闸管的导通顺序应为 1，2，3，4，5，6。它们的触发脉冲相位 依次相差 60。；又为了保证开始工作时，能有两个晶闸管同时导通，需用宽度大于 60。的 触发脉冲，也可用双触发脉冲，例如在给 VS1 脉冲时也补给 VS6 一个脉冲。 设 ea、eb、ec 为全控整流电路的相电压，对应上图的输出波形如图 2 所示

1ugLot0aLOotluLNNNNotcot(b) 60 度(a) 0度otQugVSOotugugVSVSOt2tOtit2uLuotot(c) 90 度(d)60-150度图2不同导通角下的整流波形

(a) 0 度 (b) 60 度 (c) 90 度 (d) 60－150 度 图 2 不同导通角下的整流波形

当控制角α=0时，各晶闸管的触发脉冲在它们对应自然换向点时刻出发，如图2（a）所示，输出电压波形与不可控桥的一样，各元件每个周波导通持续120°。当控制角α=60°时，输出电压波形见图2（b)，各相正、负侧晶闸管的触发脉冲滞后于自然换向点60°出现，例如在2点之前VS5、VS6导通，在2点时刻us1触发VS1，同时给VSe补发触发脉冲，这时VSI导通，VSs关断。交流相电压中画阴影部分表示导通面积（图中黑脉冲是双脉冲的补脉冲）。综上分析可知：当控制角α=60时，当线电压瞬时值为零并转负值时，由于电感的作用，导通着的晶闸管继续导通，整流输出为负的电压波形，从而使整流电压的平均值降低。图2（c）所示为电感负载α=90°时的输出电压波形。现假设在t1之前电路已在工作，即晶闸管VSs和VS6导通，在ti时触发VS1，同时给VS6补发触发脉冲。导电元件为VS和VS6，输出电压为eab。当线电压eab由零变负时，由于大电感存在，晶闸管VS和VS6继续导通，输出电压仍是eab，但此时为负值，直到t2时刻触发晶闸管VS2，才迫使晶闸管VS6承受反向电压而关断，导电元件为VSI和VS2，输出电压为eac。由图可以看出，当电流连续的情况下，α=90时输出电压的波形面积正负两部分相等，电压的平均值为零。在α90°是逆变区，负载输出直流平均电压为负值；当α=180°时，Udo=-2.34E，为负最大值。负电压值越大，表示能量释放给电网越快。实际上全控桥不能工作

当控制角α=0 时，各晶闸管的触发脉冲在它们对应自然换向点时刻出发，如图 2（a）所 示，输出电压波形与不可控桥的一样，各元件每个周波导通持续 120。 当控制角α=60。时，输出电压波形见图 2（b），各相正、负侧晶闸管的触发脉冲滞后于自 然换向点 60。出现，例如在 2 点之前 VS5、VS6 导通，在 2 点时刻 us1 触发 VS1，同时给 VS6 补发触发脉冲，这时 VS1 导通，VS5 关断。交流相电压中画阴影部分表示导通面积（图中黑 脉冲是双脉冲的补脉冲）。 综上分析可知：当控制角α=60。时，当线电压瞬时 值为零并转负值时，由于电感的作用，导通着的晶闸管继续导通，整流输出为负的电压波形， 从而使整流电压的平均值降低。 图 2（c）所示为电感负载α=90。时的输出电压波形。现假设在 t1 之前电路已在工作，即 晶闸管 VS5 和 VS6 导通，在 t1时触发 VS1，同时给 VS6补发触发脉冲。导电元件为 VS1 和 VS6，输出电压为 eab。当线电压 eab 由零变负时，由于大电感存在，晶闸管 VS1 和 VS6 继 续导通，输出电压仍是 eab，但此时为负值，直到 t2 时刻触发晶闸管 VS2，才迫使晶闸管 VS6 承受反向电压而关断，导电元件为 VS1 和 VS2，输出电压为 eac。由图可以看出，当电流连续 的情况下，α=90。时输出电压的波形面积正负两部分相等，电压的平均值为零。 在α90。是逆变区，负载输出直流平均电压为负值；当α=180。时， Udo=-2.34E，为负最大值。负电压值越大，表示能量释放给电网越快。实际上全控桥不能工作

在α=180·情况，而必须留出一定裕度角，否则会造成逆变时空或颠覆，即直流侧换极性，交流侧不换极性，换流失败，使晶闸管元件过热而烧毁。所以，发电机使用全控桥进行逆变灭磁时，必须使最小逆变角β大于换流角v及晶闸管关断角8of之和，根据经验βmin=25'-30，因此，当需要发电机转子快速灭磁时，要把控制角限制在α<=120-155°范围，以确保逆变成功。三、实验内容与步骤1.测量控制角α并与给定值比较，观测三相全控桥的电压波形输出及其波形（1）合上电源开关。（2）不打开QSTZXT-11和QSZTQ-11微机准同期的电源开关，只打开QSLCXT-11微机励磁系统的电源开关。（3）选择“他励”，进入“恒α角”界面，按下“启动”按钮。（4）将示波器接入控制柜上的发电机励磁测试孔，可观测全控桥输出电压波形（使用1:10的示波器探头）。（5）按下QSLCXT-11微机励磁系统上的“+”键或“”键，即可逐渐减少或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形，改变发电机励磁电流。（6）将测量数据记录到下表中并进行分析。序号21345电量屏幕显示给90-80-70'60*50-定角输出电压Ud(V)输出电压波形励磁电流Ic(A)示波器读出的角四、实验报告1.分析说明三相桥式全控整流回路的原理。2.根据实验数据，画出全控整流电路输出特性Ud=f（α）。3.研究实验中出现的各种波形，并进行分析说明

在α=180。情况，而必须留出一定裕度角，否则会造成逆变时空或颠覆，即直流侧换极性，交 流侧不换极性，换流失败，使晶闸管元件过热而烧毁。 所以，发电机使用全控桥进行逆变灭磁时，必须使最小逆变角β大于换流角 v 及晶闸管关 断角δoff 之和，根据经验βmin=25。 -30。，因此，当需要发电机转子快速灭磁时，要把控制角 限制在α<=120 。 -155。范围，以确保逆变成功。 三、实验内容与步骤 1. 测量控制角α并与给定值比较，观测三相全控桥的电压波形输出及其波形 （1）合上电源开关。 （2）不打开 QSTZXT-11 和 QSZTQ-11 微机准同期的电源开关，只打开 QSLCXT-11 微机 励磁系统的电源开关。 （3）选择“他励”，进入“恒α角”界面，按下“启动”按钮。 （4）将示波器接入控制柜上的发电机励磁测试孔，可观测全控桥输出电压波形（使用 1:10 的示波器探头）。 （5）按下 QSLCXT-11 微机励磁系统上的“+”键或“-”键，即可逐渐减少或增加控制角 α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形，改变发电机励磁电流。 （6）将测量数据记录到下表中并进行分析。 序号 电量 1 2 3 4 5 屏 幕 显示 给 定α角 90。 80。 70。 60。 50。 输出电压 Ud （V） 输 出 电压 波 形 励磁电流 Ic （A） 示 波 器读 出 的α角 四、 实验报告 1. 分析说明三相桥式全控整流回路的原理。 2. 根据实验数据，画出全控整流电路输出特性 Ud=f（α）。 3. 研究实验中出现的各种波形，并进行分析说明

实验2发电机准同期手动并列实验目的一、1.加深理解同步发电机准同期并列运行原理，掌握准同并列条件。2．掌握手动准同期的概念及并网操作方法，准同期并列装置的分类和功能。3熟悉同步发电机手动准同期并列过程。原理说明二、在满足并列条件的情况下，只要控制得当，采用准同期并列方法可使冲击电流很小且对电网扰动甚微，故准同期并列方式是电力系统运行中的主要并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并发电机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。依并列操作的自动化程度，又可分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反应发电机组与系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反应电机组与系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点（相同点）时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制装置根据给定的允许压差和允许频差，不断地检测准同期条件是否满足，在不满足要求时，比锁合闸并且发出均压、均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时间送出合闸脉冲。三、实验内容与步骤1.发电机组起励建压，使n=1485rpm；ug=220v。（操作步骤见第一章）2.在手动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合

实验 2 发电机准同期手动并列 一、 实验目的 1. 加深理解同步发电机准同期并列运行原理，掌握准同并列条件。 2. 掌握手动准同期的概念及并网操作方法，准同期并列装置的分类和功能。 3. 熟悉同步发电机手动准同期并列过程。 二、 原理说明 在满足并列条件的情况下，只要控制得当，采用准同期并列方法可使冲击电流很 小且对电网扰动甚微，故准同期并列方式是电力系统运行中的主要并列方式。准同期 并列要求在合闸前通过调整待并发电机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件 后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或准同期控制器自动选择合适 时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统 后能被迅速拉入同步。 依并列操作的自动化程度，又可分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期 三种方式。 正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。 它能反应发电机组与系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整 步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能 反应电机组与系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛 应用。 手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点（相同点）时合闸，考虑到断路器 的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。 自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的 合闸时间整定。准同期控制装置根据给定的允许压差和允许频差，不断地检测准同期 条件是否满足，在不满足要求时，比锁合闸并且发出均压、均频控制脉冲。当所有条 件均满足时，在整定的越前时间送出合闸脉冲。 三、 实验内容与步骤 1. 发电机组起励建压，使 n=1485rpm；ug=220v。（操作步骤见第一章） 2. 在手动准同期方式下，发电机组的并列运行操作 在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、 频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合

闸。（1）进入QSZTQ-11微机准同期的“手动并网”界面，勾上复选框，点击“并网”按钮。观察频差和压差的数字，以及和香蕉插指示灯的旋转方向。（2）按下微机调速装置上的“+”键进行增频，频差显示接近于零；此时压差显示也接近于零，否则，调节微机励磁装置。（3）观察相位差指示灯，当相角差接近0度位置时（此时相差也满足条件），点击“并网”按钮，合闸成功后，观察并记录合闸时的冲击电流。将并网前的初始条件调整为：发电机端电压为235v，n=151rpm，重复以上实验，注意观察各种实验现象。3.在手动准同期方式下，偏离准同期并列条件，发电机组的并列运行操作本实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况；（1）相角差条件满足，频率差不满足，在fg>fs和fgUs和UgUsUgfs态参数有功功率无功功率（4）发电机组的解列和停机。四、实验报告1.根据实验步骤，详细分析手动准同期并列过程。2.根据实验数据，比较满足同期并列条件和准同期并列条件和合闸时，对发电机组和系统并列时的影响

闸。 （1） 进入 QSZTQ-11 微机准同期的“手动并网”界面，勾上复选框，点击“并网” 按钮。观察频差和压差的数字，以及和香蕉插指示灯的旋转方向。 （2） 按下微机调速装置上的“+”键进行增频，频差显示接近于零；此时压差显示 也接近于零，否则，调节微机励磁装置。 （3） 观察相位差指示灯，当相角差接近 0 度位置时（此时相差也满足条件），点击 “并网”按钮，合闸成功后，观察并记录合闸时的冲击电流。 将并网前的初始条件调整为：发电机端电压为 235v，n=151rpm，重复以上实 验，注意观察各种实验现象。 3. 在手动准同期方式下，偏离准同期并列条件，发电机组的并列运行操作 本实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况； （1）相角差条件满足，频率差不满足，在 fg>fs 和 fgUs 和 Ugfs fgUs Ug<Us 顺时针 逆时针 有功功率 无功功率 （4）发电机组的解列和停机。 四、实验报告 1.根据实验步骤，详细分析手动准同期并列过程。 2.根据实验数据，比较满足同期并列条件和准同期并列条件和合闸时，对发电机组和系 统并列时的影响