铁道信号电磁兼容技术验证性实验.docx

铁道信号电磁兼容技术验证性实验班级：自动化1106姓名：许庆阳学号：11213080指导老师：杨世武日期：2014.11.10实验一 扼流变压器参数和特性测试（1）扼流变压器牵引线圈阻抗测试实验1. 实验目的1.1 掌握扼流变压器阻抗特性和工作原理。1.2 测试BE600/25扼流变压器牵引线圈阻抗值。2. 实验电路原理：K闸刀开关，TB250V、3kVA调压器，V交流电压表，A交流电流表。阻抗值 Z=R+jL、|Z|=V/A，改变频率求出|Z|（25Hz）和|Z|(50Hz)进而求出R和L。3. 实验设备和仪表25Hz 变频器（一台），交流电压表（一个），交流电流表（一个），扼流变压器，导线。4. 测试步骤4.1、 闭合开关K，调整调压器TB使 V=0.5、1.0、1.5V，分别测电流表A的值，并计算阻抗 Z=V/A，得出三组|Z|（25Hz）。然后求平均值得出|Z|（25Hz）；4.2、 拿掉 25Hz 变频器，闭合开关 K，调整调整调压器 TB 使 V=0.5、1.0、1.5V，分别测电流表A的值，并计算阻抗 Z=V/A，得出三组|Z|(50Hz)。然后求平均值得出|Z|（50Hz）。5. 实验记录和数据表 1-1 25Hz 频率下扼流变压器牵引线圈阻抗测试表V（25Hz）（V）0.51.01.5I（A）0.92.54.2|Z|0.5560.4000.357得到|Z|25Hz=0.438表 1-2 50Hz 频率下扼流变压器牵引线圈阻抗测试表V（50Hz）（V）0.51.01.5I（A）0.51.22.1|Z|1.0000.8330.714得到|Z|50Hz=0.8496. 结论分析6.1 整理实验数据，将实验结果与理论值进行分析、比较；分析误差值和误差原因。实验数据如表1-1,1-2所示，根据实验原理，可计算出阻抗 Z=V/A，根据实验数据可分别得到在25Hz、50Hz下的三组数据，经过计算可算出Z(25Hz)= 0.438，Z(50Hz) =0.849，而通过测试得到经查阅初级、次级线圈的匝数比，从而计算出折算到牵引圈的阻抗Z(25)以及Z(50)，根据资料可知，由于牵引圈基本为纯电感特性，25Hz信号阻抗相当于50Hz信号阻抗的一半，与我们测得的结果近似。为有效平衡牵引电流并降低钢轨电位，折算到牵引圈阻抗可参考UM71空芯线圈的技术指标0.01，通过改变初级、次级线圈的匝数比从而达到目标要求。误差分析：扼流变压器根据容量的不同分为不同的型号，其抗不平衡电流干扰指标也相应不同，容量越大，不平衡电流数值越大；开气隙后的牵引圈阻抗则随着不平衡电流的增大而减小，同时造成适配器电感电容取值也不相同。而造成误差的原因也有多个方面，扼流变压武器铁芯的气隙的大小对实验结果有一定的影响，还有扼流变压器的不平衡牵引电流干扰等等。6.2 分析两个频率下测得阻抗变化规律。如上图所示，分别为25hz、50hz下测得阻抗变化规律图，根据图上变化，我们可得知随着电压的增大，扼流变压器阻抗逐渐减小，不平衡牵引电流会逐渐增大，当不平衡电流继续增大或含有直流时，饱和情况就会更严重，其后果是信号能量下降，由于牵引电流脉冲干扰以及大的不平衡牵引电流时间短暂，相敏继电器会瞬间落下后吸起，形成所谓的“闪红”现象。（ 二） 扼流变压器线圈同名端测试实验1.实验目的1.1 掌握扼流变压器基本特性和工作原理。1.2 利用指针电压表（或交流法） 测试 BE 600/25 扼流变压器线圈同名端。2.实验电路原理：所谓变压器的同名端，就是在两个绕组中分别通以交流电（或者直流电产生静止磁场）， 当磁通方向迭加(同方向)时，两个绕组的电流流入端就是它们的同名端， 两个绕组的电流流出端是它们的另一组同名端。3.实验设备和仪表交流电压源，扼流变压器（一台），数字万用表（一个），导线。4.测试步骤4.1、给出1.0V电压，合上开关K，万用表红表笔接4端，黑表笔接6端，查看4、6间电压表的值，如果是正数则1、4 属于同名端，如果是负数，则1、 5属于同名端；4.2、同理测试出7、8和10、11的同名端。5.实验记录表 2-1 扼流变压器同名端测试表端口（2,6）（4,6）（1,2）V(v)2.3902.5000.111同名端6.结论分析在实验过程中，老师让我们换一种方式测试同名端，测试结果如表2-1中数据所示，实验步骤及原理就是：给出1.0V电压，合上开关K，万用表红表笔接2端，黑表笔接6端，查看2、6间电压表的值，同理万用表红表笔接4端，黑表笔接6端，查看4、6间电压表的值；万用表红表笔接1端，黑表笔接2端，查看1、2间电压表的值如果1、2电压加上2、6电压正好等于4、6电压，则2、6是同名端，否则2、4是同名端。根据实验数据我们可以得知2、6是同名端，根据电流流向我们可以验证此次实验的结果是正确的。（ 三） 扼流变压器变比（匝数比）测试实验1. 实验目的1.1 掌握扼流变压器基本作用和工作原理。1.2 利用仪器测试扼流变压器线圈的匝数比。2. 实验电路原理：理想变压器的原副线圈匝数比等于原副线圈两端的电压比。3. 实验设备和仪表交流电压源（调压器），滑动变阻器，扼流变压器，数字万用表，导线。4. 测试步骤4.1 电压源输出12V电压，合上开关K，看万能表2的数值，得出比值；4.2 调节电压源输出的电压值，再读出万能表2的值，像这样多次测量，求出一组比值，最后求平均值即为要测的匝数比。5. 实验记录和数据表 3-1 扼流变压器变比测试表V1(v)1.01.52.0V2(v)0.3450.5120.680实测匝数比V1：V2200:69375:12850:17理想匝数比3:13:13:16. 结论分析通过不同线圈之间匝数比与理想匝数比较，分析实验结果。根据实验中拍摄的扼流变压器的原理图，我们发现测试的是4、5端电压为V1,1、2端电压为V2，由上图可知，4、5端匝数为48N，1、2端匝数为16N，于是我们可以得出理论上匝数比为3:1，而在实际测试过程中，调节V1的电压分别为1.0、1.5、2.0，得到V2的电压分别为0.345、0.512、0.680，从而测得匝数比分别为200:69,375:128,50:17，匝数比都非常接近3:1，从而验证实验的正确性。（ 四） 扼流变压器不平衡度测试实验1. 实验目的1.1 理解扼流变压器平衡度（系数）的重要性，加深理解其工作原理。1.2 测试扼流变压器的不平衡度。2. 实验电路原理说明：不平衡度3. 实验器材交流电源，扼流变压器（一台），电流表（2个），电阻R（2.5），导线。4. 测试步骤接通电源，电流I自20A开始，每隔30A记录一次I1、I2的值，逐步上升至I=80A。根据公式计算不平衡度K。5. 实验记录和数据表 4-1 扼流变压器不平衡度抗测试表I(A)205080I1(A)102539I2(A)102541K(%)00256.结论分析6.1、 分析实验数据，对比结果并分析误差原因。根据实验原理我们可知，轨道电路的不平衡度是指在交流电气化铁道中，牵引回流在两根运行轨上流过电流的不平衡程度，这种不平衡会对轨道电路的正常工作产生干扰。通过实验结果我们可以得知，随着电流的增大，线圈的不平衡度增大，根据规定可知BE600/25扼流变压器不平衡度应小于5 %，所以随着电流的增大，不平衡牵引电流会逐渐增大，对轨道电路设备造成影响。根据查找资料得知，牵引电流及其不平衡度对扼流变压器的参数有较大影响，各种轨道电路的故障多因扼流变压器磁路饱和及本身参数的变化所引起。造成扼流变压器磁路饱和的原因有两个，一个是由于流经扼流变压器的两边各半个线圈的牵引电流值不同而造成的牵引回流不平衡，另一个是由于扼流变压器的磁路不均匀所造成的电流不平衡，前者称为外部不平衡，后者为内部不平衡。其中外部不平衡主要是由两根钢轨的阻抗不同造成的，内部不平衡是一种磁不平衡，是因为空气隙相对于扼流变压器半个主线圈不均匀分布而引起的。6.2、分析扼流变压器是否接负载对不平衡度的影响。 对于轨道电路设备而言，不平衡牵引电流干扰源接近理想电流源，并且流过扼流变压器半个牵引圈的牵引电流值由钢轨线路和扼流变压器等的不平衡系数等因素综合决定，故采用串联谐振电路与干扰源并联可减少不平衡牵引电流，即降低不平衡度，反之，如果采用并联谐振电路与干扰源串联的方法，则对抗干扰作用不大。实验二 适配器参数测试（一） 适配器品质因数（Q）测试实验1.实验目的1.1、掌握扼流适配变压器中适配器的特性和工作原理。1.2、测试适配器的品质因数（Q）。2.实验电路原理：品质因数（Q）表示一个储能器件（如电感线圈、电容等）、谐振电路中所储能量同每周期损耗能量之比的一种质量指标；电抗元件的Q值等于它的电抗与其等效串联电阻的比值；元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。Q=无功功率/有功功率=1/CR=L/R=V1（或 V2）/V3 (为谐振频率)3.实验设备和仪表交流电压源，电流表，电压表，滑动变阻器，导线。4.实验步骤调整自耦变压器T，使交流电流表A的值为0.5、1.0、2.0A，分别记下对应的V3、V1、V2的值，由下式可计算出Q值：Q 应取最小值，即得到适配器的品质因数。5.实验记录和数据表 5-1 适配器品质因数测试表I(A)0.51.02.0V1或V2(v)114.0196.5346V3(v)5.458.7514.01Q20.91722.45724.6976.结论分析6.1 查阅品质因数的定义和其他计算方法。通过查找资料得知，品质因数表示一个储能器件（如电感线圈、电容等）、谐振电路中所储能量同每周期损耗能量之比的一种质量指标；串联谐振回路中电抗元件的Q值等于它的电抗与其等效串联电阻的比值；元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。根据定义可知，Q=无功功率/有功功率。在串联电路中，电路的品质因数Q有两种测量方法，一是根据公式Q=UL/U0=Uc/U0测定，Uc与UL分别为谐振时电容器C与电感线圈L上的电压；另一种方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度f=f2-f1，再根据Q=f0/(f2-f1)求出Q值。式中f0为谐振频率，f2与f1是失谐时，亦即输出电压的幅度下降到最大值的1/2（=0.707)倍时的上、下频率点。Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，与信号源无关。6.2 整理实验数据并简要分析。根据实=实验测试，我们得到了表5-1中的数据，通过对数据的分析处理计算，我们分别计算出了三个不同的品质因数Q。我们知道品质因数是滤波器的关键参数，如Q值大，则要求电感和电容耐压高，且对电感工艺要求更高；而Q值变小，则滤波器的通频带变宽，选择性变差，谐振阻抗增大，降低对干扰能量的吸收效果。所以综合考虑，适配器Q值取2030为宜，我们计算出的结果也在允许范围内，证明实验数据正确性。（二） 适配器谐振阻抗测试实验1.实验目的1.1 掌握变压器阻抗变换原理和适配器作用。1.2 测试适配器谐振阻抗（Z）。2.实验电路原理：LC 串联电路阻抗Z=R+j(L-1/C)，发生谐振的条件是Z的虚部为0，即L=1/C此时的 Z=R=V 3/I，为谐振频率。3.实验设备和仪表交流电压源，电流表，电压表，滑动变阻器，导线。4.实验步骤调整自耦变压器T，使交流电流表A的值为0.5、1.0、2.0A，分别记下对应的V3、V1、V2 的值，调整信号频率，在保证V1近似等于V2的情况下，Z =R=V3/I，求出三个Z值然后求平均值，既得谐振阻抗值 Z。5.实验记录和数据表 6-1 适配器阻抗测试表I(A)0.51.02.0V1(v)126.1204.1350V2(v)114.0196.5346V3(v)5.458.7514.01Z()10.98.757.016.结论分析整理实验数据，分析其折算到扼流变压器初级后的等效阻抗。根据扼流变压器的工作原理我们可知，1、2线圈的匝数为16N，初级线圈的匝数为：312+64+32+16+8=384N，匝数比的最小步长为1:0.5，通过基本线圈和调整线圈顺向反向连接，其匝数比范围可从1:15到1：30，从而计算出阻抗范围为0.0396-0.01.与要求一致。实验三 钢轨阻抗特性测试实验1.实验目的1.1 测试在不同频率下钢轨的阻抗特性（包括电抗和电阻）。1.2 了解轨道电路的传输特性，理解传输补偿的作用。2.实验电路原理：阻抗值Z=R+jL,|Z|=V/A，改变频率求出|Z|，通过示波器得到相位关系，进而求出R和L。3.实验设备和仪表函数发生器，功率放大器，钢轨，电流表，电压表，限流电阻，电流传感器，示波器。4.实验步骤调整函数发生器和功率放大器，分别输出25Hz、2000Hz频率下，钢轨电流0.5A，1.0A， 1.5A，分别测电流表A的值，并计算阻抗Z=V/A，得出两组|Z|，然后求均值得出|Z|。5.实验记录和数据表 7-1 25Hz 时钢轨阻抗测试数据记录表I(A)0.51.01.5V(v)0.390.1720.041|Z|（）0.78