实验指导书

——电力系统自动装置电路仿真综合实验——

一．实验目的

1．本实验指导书主要是在电路仿真软件Multism的环境下进行的虚拟仿真实验，有关真实实验部分可参考“电力系统自动装

置综合实验”实验指导书的相关内容。

2．了解并掌握实验电路的工作原理，以及电路调试及分析与设计方法。使用电子电路设计软件对实验电路电路进行调试和

分析。

3．本综合实验内容在技术上具有共享性和开放性的特点，既可以作为开放性试验供同学在实验室中进行，部分内容也可以

作为实际试验的补充允许满足一定条件的同学在网上使用。二．预习要求

1．实验前认真预习《电力系统自动化》第六章第1、2、3节以及第四章第1、2、3、４、５节。

2．实验前认真预习《虚拟电子实验室Multisim》，掌握Multisim 基本功能及操作。学习元件调用、绘制电路图、仪器的使用

以及电路的测试方法。

3．预习实验内容，分析理论结果，以便与实验结果相比较。4．完成拟定实验步骤。

三．实验要求

1．根据技术要求具备初步选用合适的元器件，组成实验电路和调试的能力。

2．具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。

3．具备应用Multisim软件工具分析和设计简单电路的能力。4．分析实验结果以及撰写实验报告。

实验一、利用正弦脉动电压检查准同期条件实验(一)．脉动电压Us分析

母线电压瞬时值为

u x=U xm sin(ωx t+φ0x)

发电机电压瞬时值为

u f=U fm sin(ωf t+φ0f)

式中U fm、U xm－相应电压的幅值；

ωx、ωf －相应U x、U f角速度；

φ0x、φ0f－相应电压的初相角。

母线电压瞬时值与发电机电压瞬时值之差为滑差电压，即

u s = u f －u x

=U xm sin(ωx t+φ0x )- u f =U fm sin(ωf t+φ0f ) = U m sin ωx t- U m sin ωf t

=2U m sin1/2ωx tcos1/2(ωx +ωf )t

图1－1示出了脉动电压波形图它是一个角速度为1/2(ωx +ω

f )，幅值（包络线）作正弦变化的交流电压。由于准同期并列时，滑差电压ωs 很小，所以滑差电压的频率接近工频50HZ 。由于滑差电压的零点表示系统电压和发电机电压之间的相角差为零，又由于滑差周期T S 的长短反映了滑差ωs 的大小，因而，利用滑差电压的包络线波形的变化规律来检查准同期的条件是十分有效的。 （二）．实验内容及操作步骤

1. 启动Multisim 软件，出现如图1－2所示的操作界面。可以看

到Multisim 的元件栏。元件栏下有许多常用的元件库，如基本库、开关库、信号源库及仪表库。

Ts U

U S

0t

图1－1滑差电压波形图 图1—2

2． 建立脉动电压电路。

◆ 鼠标单击信号源库，在图1-3信号源库所列的元件清单中选择用交流电压源为系统电压信号Ux ，将交流电压源图标拖动到电路工作区，用另一个交流电压源为发电机电压信号Uf 。鼠标单击选择变压器。在基本元器件库中选择电阻、电容以及三极管等元器件，在仪表库中选择双通道示波器，连接到电路中。搭建图1-4所示脉动电压电路。

◆鼠标双击交流信号源Uf 图标出现参数设置对话框，如 图1-5所示。按实验要求选择电压值、频率和角度。

图1—3

图１－４

◆ Multisim 提供的双通道示波器外观和基本操作与实际示波器

基本相同，该示波器可以观察一路或两路信号波形，分析被测周期信号的幅值和频率，时间基准可在秒直至微秒范围内调节。示波器图标如图1-4所示，示波器有4个连接点，分别是A 通道输入、B 通道输入和接地端G 。鼠标双击示波器图标出现示波器面板如图1-6所示，面板由上下两部分组成，上面是观察窗口，下面是示波器的控制面板。在示波器的面板上，可以直接点击示波器的各功能项进行参数选择。在Multisim 所示的操作界面右上角打开仿真开关，就会在示波器的观察窗口中看到输出信号的波形。

图1-5

图1-6

3．用示波器观察脉动电压波形。

保持系统电压Ux=100V、频率fx=50HZ。

◆调整发电机电压Uf=100V、调整发电机频率f f使发电机频率和

系统频率之差fs=0.1HZ。

◆保持发电机频率和系统频率之差fs=0.1HZ。调整发电机电压和

系统电压差为△U=20V。

◆调整发电机电压Uf=100V、调整发电机频率f f使发电机频率和

系统频率之差fs=0.2HZ。

◆调整发电机电压使Uf=Ux=100V。使发电机频率f f=f x=50HZ。

调整发电机初相角Φ为900。

4．将上述实验结果分别记录在图1—7（a）、(b)、(c)、(d)中，绘制脉动电压电路波形图。

5．计算脉动电压的幅值（峰峰值）和周期。分析fs、△U对脉动电压Us波形的影响及 Us中包含准同期所需的哪些信息。

图1—7

实验二、恒定越前时间电路的调试和整定实验

（一）．恒定越前时间tyq 产生分析

ZZQ —5型自动准同期装置恒定越前时间的形成电路如图2—1所示。线形整步电压经过R 114、R 115和C 组成的比例、微分电路之后，送入由三极管BG 106、和BG 107组成的电平检测器与电平检测器的翻转电平U dt （BG 107的集极电位，由R 120进行整定）进行比较，由BG 108集电极输出恒定越前时间信号。图2—1中，BG 106的基极电位由通过C 的电i c 和 通过电阻R 115产生。考虑到机组并列时ωs 很小，电容C 也不大，因此电容C 形成的容抗很大，在求 i R 时可以认为电容为开路。于是对应于U zb △ 的上升段，有

式中表明t 只与R114和C 的大小有关。显然，在R114和C 为确定值时t 的值不变。式中“－”号表示BG 108在 △δ=0

之前动作。即越前的意思。因此，式中t 就是所求取的恒定越前时间tyq 。它的大小与滑差角频率ωs 无关。

（二）．实验内容及操作步骤

1. 同实验一中实验内容及操作步骤的第一部分。

图2—1