南昌大学实验报告

学生姓名：                    学    号：             专业班级：              

实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计□ 创新 实验日期：         实验成绩：               

工厂供电二次控制实验

一、实验目的

通过电器二次控制实验，达到加深对工厂电器设备的感性认识，熟悉工厂供电设备构成及其运行方式。

二、实验原理

根据实际的高压开关柜和利用所学的工厂供电知识，结合主接线电气知识及工厂一次设备的构成，完成工厂供电系统的一次接线图。

高压开关柜是以断路器为主的电气设备。它是生产厂家根据电气一次主接线图的要求，将有关的高低压电器（包括控制电器、保护电器、测量电器）以及母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭的或敞开的金属柜体内，作为电力系统中接受和分配电能的装置。按断路器安装方式可分为移动式（手车式）和固定式；按安装地点可分为户内式和户外式；按柜体结构可分为金属封闭铠装式、金属封闭间隔式、金属封闭箱式和敞开式开关柜。常见的高压开关柜产品有KYN28A12、XGN37-12、XGN2-12及GG1A-12等。

高压开关柜的主要组成为进线柜、计量柜、过线柜及变压器控制保护2B等装置。其中进线柜是高压室的电源线，主要由断路器、隔离开关和电流互感器组成。计量柜是电能计量柜(箱)的简称，是对计费电力用户用电计量和管理的专用柜，可分为整体式电能计量柜和分体式电能计量柜，主要由熔断器、电流互感器、电压互感器和断路器组成。过线柜是连接电源线与用户的通道。

避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。其能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路。

三、  实验设备

主要设备：高压开关柜

耗材：开关、导线、接插件、保险丝、继电器等。

四、实验步骤

结合高压开关柜查找了解完善图纸中的端子标号、端子排图、安装图中的设备编号及接线端子的编号，根据以上的编号，结合原理图，完善原理图中的设备连接的标号。

熟悉二次系统的接线，了解设备型号，查找资料，根据电气原理图叙述出过流保护，变压器瓦斯保护，手动跳、合闸及断路器操作机构的储能过程，以及断路器的防跳过程。

做断路器断开的演示实验：合上总电源，电压互感器调100伏，按跳闸按钮，则断路器断开。松开隔离开关的栓子，则操作隔离开关的操作回路，可使隔离开关跳闸。将白色按钮打向左，则短路器操作机构充电。

五、实验结果及处理

做断路器断开的演示实验：合上总电源，电压互感器调100伏，按跳闸按钮，则断路器断开。松开隔离开关的栓子，则操作隔离开关的操作回路，可使隔离开关跳闸。将白色按钮打向左，则短路器操作机构充电。

1.        过电流保护过程

当线路发生短路时，通过线路的电流使流经继电器的电流大于继电器的最小动作电流，电流继电器瞬间动作，其常开触点闭合，时间继电器线圈得电，其触点经一定延时后闭合，使中间继电器和信号继电器动作，中间继电器的常开触点闭合，接通断路器，跳闸线圈回路，断路器跳闸切除短路故障线路，信号继电器动作，其指示牌掉下，同时常开触点闭合，起动信号回路，发出灯光和音响信号。

2.   变压器瓦斯保护过程

当变压器内部发生轻微故障时，气体继电器动作，上触点闭合，发生轻瓦斯信号，当变压器内部发生严重故障时，气体继电器下触点闭合，起动中间继电器，使断路器跳闸线圈动作断路器跳闸，同时信号继电器KS发出重瓦斯信号，变压器在运行中进行滤油，加油，掟硅胶时，必须将重瓦斯敬切换片QP改接信号灯，防止重瓦斯误动作，断路器跳闸。

3.   手动合闸操作过程

扳下操作机构手柄使断路器分闸，断路器的辅助触点断开，切断跳闸回路，同时辅助触点，DL4绿灯LD亮，指示断路器已经分闸，绿灯LD亮，还表明控制回路的熔断器1RP、2RP是完好的，即绿灯同时起着监视控制回路完好性的作用。   

4.   手动跳闸操作过程

推动操作机构手柄使断路器合闸，此时断路器的辅助触点DL5闭合，红灯HD亮，指示断路器已经合闸，红灯HD亮，表明跳合闸及控制回路的熔断器1RD、2RD是完好的，，即红灯HD同时起到监控跳闸的回路完善的作用。

5.   断路器操作机构的储能过程

当弹簧操作机构的弹簧未拉时，CK闭合使电动机接通电源储能，使弹簧拉紧，CK断开，电动机停止储能，断路器是利用弹簧储能的能量进行合闸的，合闸后，弹簧释放，电动机接通又能储能为下次动作准备。

六、思考题

1、二次回路接线图的表示方法有？

答：表示方法有：二次回路原理图，二次回路原理展开图、二次回路安装接线图。

2、安装接线图表示方法：

答：二次回路安装接线图包括屏面布置图，端子排图，屏后接线图。

七、  思考体会

通过本次实验我了解到：二次设备的概念，能起控制，测量，保护，监控的设备就是二次设备。另外我的另外一个收获就是二次设备接线端的命名规则，由于线路是连接一次和二次设备的载流导线，所以命名应便于知道一次和二次的连接关系，所以命名是采用相互命名方法。在课程中，我也仔细观察了过电流的保护装置，断路器操作机构的设备，以及对手动跳合闸有了进一步的理解。

八、  参考资料

1、《工厂供电》

2、《供配电技术》

3、《供配电技术试验指导书》

第二篇：南昌大学控制工程实验报告

实  验  报  告

实验课程：     机械工程控制基础        

学生姓名：           

学    号：         

专业班级：        热能101班          

       实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真研究

一．实验目的

1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。

二．实验内容

1．设计各种典型环节的模拟电路。

2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3．在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

三．实验步骤

1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。注意实验接线前必须先将实验箱上电，以对运放仔细调零。然后断电，再接线。接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。

2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的并口通信线。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：

①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。

②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。

③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“X-t”；选择“量程”（在“显示模式”下方）为100ms/div；并在界面右方选择“显示”“系统输入信号”和“采样通道X”。

④完成实验设置，先选择“实验类别”（在主界面右上角）为“时域”，然后点击“实⑤以上设置完成后，按“实验启动”启动实验，动态波形得到显示，直至“持续时间”结束，实验也自动结束，如上述参数设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。

⑥利用“红线数值显示”功能（详见软件使用说明书）观测实验结果；改变实验箱上环节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、⑤的操作。

⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书。

3．利用上位机完成环节阶跃特性软件仿真的操作，前①②步骤与2相同，其后操作步骤如下：

③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“X-t”；选择“量程”（在“显示模式”下方）为100ms/div；并在界面右方选择“显示”“系统仿真”。

④在上位机界面右上角“实验类别”中选择“软件仿真”。

⑤然后点击“实验参数设置”，在弹出的“仿真设置”框内，先作“系统仿真输入信号设定”，选择“输入波形类别”为“周期阶跃信号”，选择“输入波形幅值”为“1V”，选择“输入波形占空比”为50%，选择“输入波形周期”为“1000ms”，选择“输入持续时间”为“1000ms”, 选择波形不“连续”。以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节和系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“输入波形周期”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。

⑥在“仿真设置”框内的“传递函数”栏目中填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数。完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

⑦在“仿真设置”框内的“其它设置”栏目中选择“时域仿真”。

⑧以上设置完成后，按“实验启动”启动实验，动态波形得到显示，直至“持续时间”结束，实验也自动结束，如设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。

⑨利用“红线数值显示”功能（详见软件使用说明书）观测实验结果；在“仿真设置”框内的“传递函数”栏目中改变原填入的环节传递函数参数，重复⑧的操作；如发现“系统仿真输入信号设定”中的实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复⑤、⑧的操作。

⑩按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书。

4．分析实验结果，完成实验报告。

四．实验图像及结果分析

1．比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应

比例环节的传递函数为：

其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示，于是，实验参数取R0＝100k，R1＝200k，R=10k。

2．积分(I)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应

积分环节的传递函数为： 

其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.2.1、图1.2.2和图1.2.3所示，于是，实验参数取R0＝100k，C＝1uF，R=10k。

3．比例积分(PI)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应

比例积分环节的传递函数为：

其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示，于是

，

实验参数取R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。

4．比例微分(PD)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应

比例微分环节的传递函数为： 

其方块图和模拟电路分别如图1.4.1、图1.4.2所示。其模拟电路是近似的（即实际PD环节），取，则有，实验参数取R0＝10k，R1＝10k，R2＝10k，R3＝200，C＝1uF，R=10k。

对应理想的和实际的比例微分(PD)环节的阶跃响应分别如图1.4.3a、图1.4.3b所示。

实际PD环节的传递函数为：

 （供软件仿真参考）

1．典型二阶系统

典型二阶系统的方块结构图如图2.1.1所示：

其开环传递函数为，

其闭环传递函数为，其中， 

取二阶系统的模拟电路如图2.1.2所示：

该系统的阶跃响应如图2.1.3所示：Rx接U4单元

的220K电位器，改变元件参数Rx大小，研究不同参数特征下的时域响应。2.1.3a，2.1.3b，2.1.3c分别对应二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线：

结果分析：

1) 比例环节   输出与输入信号就是在幅值上发生了个大的放大，而在相位上并没有发生变化。与理论结果相符合。

2) 积分环节   (1/TS)与1/S的乘积等于1/TS2，将1/TS2拉氏逆变换得到在时域的输出函数。即为t/T这与实验图像几乎完全符合。

3）比例积分   集合了比例环节和积分环节的两种图像特点图像曲线先经放大，然后再曲线倾斜。

4）比例微分  与1/S的乘积为k/s+kt，在经过逆拉式变换为kt加上一个瞬时脉冲，所以最终结果还是像比例环节。

5）典型二阶系统 实验结果不够理想，可能是线连接的不够准确。

五、实验总结

通过此次实验，我们对几个典型的输入环节输出特性做了进一步了解，而且在实验过程中熟悉了相关学习软件的使用方法，通过自己动手实践对书本理论知识有了更深入的认知，另外，听过小组合作培养了小组成员间团结合作的能力，使我们受益匪浅。