实验二 综合放大及调节特性实验.doc

实验二 综合放大及调节特性实验一、实验目的 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、原理说明 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。 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，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。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=Ib， 是晶体管电流放大倍数，其电压放大倍数为：由此可见，综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，UK达最大，将造成发电机失磁。为尽可能避免造成这样的后果，RP 的滑动端与上端并联1Rb。这样，当出现接触不良时，还可以通过1Rb 流入基极，仍可保持发电机电压额定或为某一数值（其值由 1Rb 决定）。由于实际阻值 1Rb 比RP大，故 1Rb 的并入并不影响正常情况下的电压整定值 后级电路 后级电路是由晶体管 2VTc，限流电阻 8Rc、防振电容 3Cc，防反偏二极管10VDc 以及输出门二极管 11VDc 组成。它的工作电源取自比较桥稳压管 3VWc两端，约10V。用以控制脉冲移相的控制信号UK经11VDc 后，从 9-10 端输出。 输出器的集电极电流IC 只在负载情况下经8Rc、2VTc的发射极、11VDc到负载，从10端流回，而空载情况下IC=0，所以这种后级电路又称经济输出器。 后级电路有较大的输入阻抗，作为前级放大器的负载，它减轻了前级电路的负担。后级电路不对信号进行电压放大，其电压放大倍数略小于1又接近1。但是它的输出阻抗很小，具有带负载输出电压不降的能力。提高了手动、自动等方式下控制电压切换的可靠性和切换前预整定的准确性。UK=f（U）的特性曲线见图2-2。 如前所述，偏差信号U 在工作段随发电机电压 Uf 升高而减小，而直流放大器的输出控制信号 UK随偏差信号U 减小而增大。经过这样的变换，控制信号 UK就随发电机电压 Uf 升高而增大，随 Uf 下降而减小，UK=f（Uf）的特性曲线见图 2-3。三、实验内容与步骤 1综合放大器特性实验接线见图2-4，按图接线，接入相应测试表计（测试表计均应使用较高内阻的直流电压表），将三相调压器调至零输出位置，电源开关处于断开状态，接线完毕检查无误后，接入三相交流电源。 2调差整定开关置于“0”档，“调试”“运行”插头插入“运行”位置，操作方式置“近控”位置，整定电位置1RPb 置“0”圈。 3合上三相交流电源开关，调整交流输入电压，逐点测试记录放大器输入电压Usr（即图2-4中4VWc 和3Rc 连接点D与二极管8VDc 和整定电位器1RPb连接点C之间的电压）及输出电压Usc（即图 2-4中电路输出端与之间的电压）的对应值。测试数据正确记入表2-1。4以输入电压Usr（U）为横坐标，输出电压Usc（UK）为纵坐标，绘制综合放大器特性曲线。 5调节三相交流调压器，使输入 1-3T 测量变压器的输入电压为 100V；调节1RPb 使综合放大输出控制电压UK为5V，然后合上开关S2，调节可调变阻器R2，观察欠励限制输出对控制电压 UK 的综合控制作用，记录电流变化量与 UK的对应关系。 6自动控制综合特性实验接线见图2-4，将交流电压表接入三相调压器输出端，测试输入测量变压器的电压Uf；将直流电压表接入电路输出端与之间，测输出控制电压Uk。 7将整定电位器1RPb 置于“0”圈。 8合上三相交流电源，调整交流输入电压至输出端有控制电压Uk 值输出并随 Uf 变化，此时开始测试记录输入电压 Uf 与输出控制电压 Uk 的对应值，记录在表 2-2 中，测试完毕调压器调至零输出位置，（测试过程中三相调压器输出电压不得大于120V）。 9再将整定电位器1RPb分别置于中间位置“5”圈和最大位置“10”圈时，按上面第7点，分别测出二组数据记录在表2-2中。10以输入电压Uf 为横坐标，输出控制电压Uk 为纵坐标绘制自动控制综合特性曲线，即Uk=f（Uf）关系曲线。六、实验报告 1分析放大器特性与自动控制综合放大特性实验原理。 答：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。偏差信号U 在工作段随发电机电压 Uf 升高而减小，而直流放大器的输出控制信号 UK随偏差信号U 减小而增大。经过这样的变换，控制信号 UK就随发电机电压 Uf 升高而增大，随 Uf 下降而减小，UK=f（Uf）的特性曲线2为了作出理想的特性曲线，实际操作测试中必须注意哪些问题。 答：由原理图可知，在Uf 从0上升过程中，UK并不 是随着一起变化的。而是在前面一段内来变化，当U增加到一定量时才会开始变化并且会承受着RP整定圈数不同而不同。从实验得到的图可知，在实验时，一定要有耐心一点一点的增加Uf的值，并且要等数据完全稳定后才能记数据，这样得到的数据才更准确。3分析说明放大器特性曲线和自动控制综合特性曲线的含义和实际意义。自动控制特性曲线的斜率反映了自动控制调节过程中的什么特性。 答：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。因此，当Uf增加时，理应减小励磁电流，我们是通过Uf来控制触发，因此应增加电压来增加触发角使励磁电流便得发电机的电压下降。所以偏差信号U 在工作段随发电机电压 Uf 升高而减小，而直流放大器的输出控制信号 UK随偏差信号U 减小而增大。经过这样的变换，控制信号 UK就随发电机电压 Uf 升高而增大，随 Uf 下降而减小，UK=f（Uf）的特性曲线4“0”圈时的 Uk=f（Uf）关系曲线和“10”圈时的Uk=f（Uf）关系曲线各代表什么？这两个关系曲线之间又代表了什么？ 答：改变圈数是为了改变电压的整定值，所以改变圈数的Uk=f（Uf）关系曲线代表着自动控制的有效工作区间，并且在自动电压整定电位器RP承担励磁电压整定的重要任务，“0”圈时的 Uk=f（Uf）关系曲线和“10”圈时的Uk=f（Uf）关系曲线分别代表有调差与无调差的电压整定和调差系数大小不同的情况下的调差。5为什么电阻 R1、开关 S2、可调电阻 R2 和毫安表 mA 能模拟欠励限制输出电路，实现对UK的综合控制。答：欠励限制其作用是用以检测发电机有功负载和容性无功负载的大小，并根据负载情况对励磁电流最小值加以限制，保证发电机负载特性分配在