1、滤波器调试的原理及方法滤波器调试的原理及方法 中冶南方工程技术有限公司中冶南方工程技术有限公司 电力电讯室电力电讯室 2006年年12月月 滤波器调试的原理及方法滤波器调试的原理及方法第一章调试仪器调试仪器1. 三相功率源三相功率源2.数字式双踪示波器数字式双踪示波器 3.数字式万用表数字式万用表 4.指针式电流表指针式电流表:020A5.指针式电压表指针式电压表:500V6.无感电阻无感电阻7.电桥电桥 PM6304生产厂生产厂:美国美国FLUKE公司公司滤波器调试的原理及方法第二章第二章 调试的基本原理调试的基本原理在滤波器系统冷态调谐中，通常在滤波器系统冷态调谐中，通常采用示波器的采用示
2、波器的X-Y工作方式显示工作方式显示两个相互关联电信号的平面图形，两个相互关联电信号的平面图形，这个图形称李沙育图形，由这个这个图形称李沙育图形，由这个图形形状就可判断滤波器支路是图形形状就可判断滤波器支路是否在规定的频率不发生谐振。为否在规定的频率不发生谐振。为此，有必要先谈谈示波器的结构此，有必要先谈谈示波器的结构及基本测量方及基本测量方 法.滤波器调试的原理及方法一示波器结构一示波器结构示波器是一种综合性的电信号测试仪，可直接显示出电示波器是一种综合性的电信号测试仪，可直接显示出电信号的波形，测量其幅值，频率以及同频率两信号的相信号的波形，测量其幅值，频率以及同频率两信号的相位差等。位差
3、等。普通示波器由示波管，（普通示波器由示波管，（Y轴）垂直放大器，扫描（锯轴）垂直放大器，扫描（锯齿波）信号发生器，（齿波）信号发生器，（X轴）水平放大器及电源等部分轴）水平放大器及电源等部分组成，其结构框图如图组成，其结构框图如图2。示波管是示波器核心部件，它主要包括电子枪，偏转板，示波管是示波器核心部件，它主要包括电子枪，偏转板，荧光屏如图荧光屏如图3。其两对平行的偏转板上加有随时间变化。其两对平行的偏转板上加有随时间变化的电压，高速电子射线经过偏转板时会在电场力作用下的电压，高速电子射线经过偏转板时会在电场力作用下发生偏转，偏转距离与偏转板上所加电压成正比。发生偏转，偏转距离与偏转板上所
4、加电压成正比。扫描信号发生器产生一个与时间成线性关系的周期性锯扫描信号发生器产生一个与时间成线性关系的周期性锯齿波电压（又称扫描电压），经过齿波电压（又称扫描电压），经过X轴放大器放大以后，轴放大器放大以后，再加在示波管水平偏转板上。再加在示波管水平偏转板上。滤波器调试的原理及方法二示波器显示被测信号波形的原理二示波器显示被测信号波形的原理当示波器垂直偏转板上加有待测信号电压当示波器垂直偏转板上加有待测信号电压Uy=Uymsinwt，水平偏转板上加有同频率锯齿波电压，水平偏转板上加有同频率锯齿波电压UX，电子束的偏转是垂直和水平两个电场力合成结果，电子束的偏转是垂直和水平两个电场力合成结果，如
5、图如图4所示，电子射线光点某一瞬间在荧光屏上的位置所示，电子射线光点某一瞬间在荧光屏上的位置就决定于该时刻就决定于该时刻Uy和和Ux的数值。的数值。从上图中可看出，从上图中可看出，t=0时，时，Uy=0，Ux=-Uxm，光点出现，光点出现在在a点，点，t=1,2,时，光点分别出现在时，光点分别出现在b，c各点。各点。显然，为了使每一个周期内显然，为了使每一个周期内Uy和和Ux的合成图形重合，的合成图形重合，必须保证必须保证Uy和和Ux的频率一致或具有整数倍的关系，这的频率一致或具有整数倍的关系，这样，荧光屏上的图形才是稳定不动的。通常，这是由锯样，荧光屏上的图形才是稳定不动的。通常，这是由锯齿
6、波信号发生器内的同步（整步）电路来完成，它能通齿波信号发生器内的同步（整步）电路来完成，它能通过强迫锯齿波的频率与过强迫锯齿波的频率与Uy频率（或外来信号频率）保持频率（或外来信号频率）保持同步。同步。滤波器调试的原理及方法当李沙育图形稳定后，设荧光屏水平方向与图当李沙育图形稳定后，设荧光屏水平方向与图形的切线交点为形的切线交点为Nx，垂直方向与图形切线交点，垂直方向与图形切线交点数为数为Ny，则已知频率，则已知频率fx与待测频率与待测频率fy有如下关有如下关系：系：上式中，上式中，fx为已知标准频率，由李沙育图形切为已知标准频率，由李沙育图形切点数计算未知频率点数计算未知频率fy为：为：yx
7、xyNNffyxxyNNff滤波器调试的原理及方法若若fx与与fy同频率，李沙如图形为一圆（包同频率，李沙如图形为一圆（包括椭圆）或直线括椭圆）或直线 滤波器调试的原理及方法四李沙育图形在滤波装置调谐中的应用四李沙育图形在滤波装置调谐中的应用在第三节中我们已经谈到垂直方向信在第三节中我们已经谈到垂直方向信号号Uy与水平方向信号与水平方向信号Ux同频率时，李沙同频率时，李沙育图形为一园或直线。育图形为一园或直线。在第一节中也讲到示波器可测量两同在第一节中也讲到示波器可测量两同频率信号的相位差。频率信号的相位差。当当X方向与方向与Y方向所加信号为同频率同相方向所加信号为同频率同相位的正弦波时，其李
8、沙如图形为一直线；位的正弦波时，其李沙如图形为一直线；所加两信号为不同相角但同频率的正弦波所加两信号为不同相角但同频率的正弦波时，其李沙如图形为椭圆（包括园）。时，其李沙如图形为椭圆（包括园）。滤波器调试的原理及方法X和和Y同时加上信号时，亮点的运动是两个相互同时加上信号时，亮点的运动是两个相互垂直振动的合成，图垂直振动的合成，图6是频率，同幅质的两正弦是频率，同幅质的两正弦信号在不同相角差情况下光点振动的合成过程：信号在不同相角差情况下光点振动的合成过程：x-y=45x-y=135通过以上各图，可直观地看出同频率两信号在各通过以上各图，可直观地看出同频率两信号在各种相角差情况下的李沙育图形。
9、对于滤波器一条种相角差情况下的李沙育图形。对于滤波器一条单支路，当在规定的频率下发生谐振时，我们按单支路，当在规定的频率下发生谐振时，我们按图图 取总电流信号按在取总电流信号按在X输入上，总电压信号按输入上，总电压信号按入入Y输入上，由于接线的关系这两信号的相角差输入上，由于接线的关系这两信号的相角差为零度或者为零度或者180，它们显示的李沙育图形应是，它们显示的李沙育图形应是一条直线，一条直线， 滤波器调试的原理及方法 五示波器测量信号的取样五示波器测量信号的取样测量电压信号是示波器最基本测量功能之一，只需调节测量电压信号是示波器最基本测量功能之一，只需调节有关旋钮即可显示电压信号。有关旋钮
10、即可显示电压信号。对于测量的电流信号，一般是用电阻取样法将电流信号对于测量的电流信号，一般是用电阻取样法将电流信号转换为电压信号以后，再进行测量。例如，在图转换为电压信号以后，再进行测量。例如，在图1中，中，为要测量为要测量Z支路的电流支路的电流i，先串接一个取样电阻，先串接一个取样电阻r，则：，则：Ur=irr为一常数，为一常数，i正比于正比于Ur，Ur的信号可代替的信号可代替i，只是幅值上，只是幅值上相差相差r倍。在此有几个问题要注意：倍。在此有几个问题要注意：滤波器调试的原理及方法（i）为减小取样电阻对原电路的影响，）为减小取样电阻对原电路的影响， 通常通常rZ（ii）取样电阻为无感电阻
11、，同时阻值误差要小。）取样电阻为无感电阻，同时阻值误差要小。（iii）注意示波器地线的合理选取。电源采用信号）注意示波器地线的合理选取。电源采用信号发生器，那么，信号发生器和示波器地线一般要发生器，那么，信号发生器和示波器地线一般要连接在一起，这时，取样电阻的地线取法常用图连接在一起，这时，取样电阻的地线取法常用图2形式。如果信号源和示波器地线不需联接在一起，形式。如果信号源和示波器地线不需联接在一起，地线可采用图地线可采用图3的形式。这时接地点不同，观察到的形式。这时接地点不同，观察到的的Ur相位也不同。相位也不同。滤波器调试的原理及方法六信号发生器六信号发生器这次所使用的信号发生器是上海亚
12、美电器厂生产这次所使用的信号发生器是上海亚美电器厂生产的音讯的音讯1甲型音频讯号发生器，输出功率只有几甲型音频讯号发生器，输出功率只有几瓦，开始直接联在滤波支路上，不能产生清晰稳瓦，开始直接联在滤波支路上，不能产生清晰稳定的信号，后通过一变比为定的信号，后通过一变比为230/110自耦变压器再自耦变压器再联，效果很好。这就涉及到使用信号发生器时要联，效果很好。这就涉及到使用信号发生器时要注意的一个问题：对于有功率输出的信号发生器，注意的一个问题：对于有功率输出的信号发生器，为了获得最大功率输出，应使信号源的输出阻抗为了获得最大功率输出，应使信号源的输出阻抗与负载阻抗匹配；与负载阻抗匹配；当作为
13、电压源使用而不需要功率输出时，当作为电压源使用而不需要功率输出时，信号源信号源输出阻抗应小于负载阻抗输出阻抗应小于负载阻抗。R=kU/(I/k)=K2(U/I) =K2r滤波器调试的原理及方法使用自耦变压器，其作用就是将信号源输出阻抗变使用自耦变压器，其作用就是将信号源输出阻抗变换得与负载阻抗（滤波支路阻抗）匹配。换得与负载阻抗（滤波支路阻抗）匹配。信号发生器的使用方法与注意事项：信号发生器的使用方法与注意事项：1、先将输出幅值调到零位，接通工作电源，预热、先将输出幅值调到零位，接通工作电源，预热几分钟后方可工作。几分钟后方可工作。2、使用时，将信号源频率调到所需数值。在确认、使用时，将信号源
14、频率调到所需数值。在确认负载与信号发生器联接无误之后，再将输出电压从负载与信号发生器联接无误之后，再将输出电压从零电位调到所需的数值。零电位调到所需的数值。3、信号发生器的输出功率不能超过额定值，也不、信号发生器的输出功率不能超过额定值，也不能将输出端短路，以免损坏仪器。能将输出端短路，以免损坏仪器。滤波器调试的原理及方法 第三章 滤波器调谐接线图及方法 滤波器调谐接线图如下： 图中：G为正弦信号发生仪，型号为音讯1甲型， f频率计 T为自耦变压器，变化调到2:1 V1电压表，测量滤波支路总电压（V总） V2电压表，测量电容器组两端电压（Vc） A电流表，测量支路总电流 示波器：为SR76型二
15、线示波器，有水平（X-Y）工作方式与一般工作方式两种工作方式。滤波器调试的原理及方法滤波器调试的原理及方法按照上面这个线路图接线，按照上面这个线路图接线，X轴输入端取滤波器支路总电流轴输入端取滤波器支路总电流信号，信号，Y轴输入端取滤波支路总电压信号，示波器置水平轴输入端取滤波支路总电压信号，示波器置水平（X-Y）工作方式，这两个相关联的正弦信号将在示波器上）工作方式，这两个相关联的正弦信号将在示波器上显示其李育沙图形。适当调节显示其李育沙图形。适当调节Y轴和轴和X轴幅值，当滤波器支轴幅值，当滤波器支路在规定频率下发生谐振时，其李沙育图形为一条直线，路在规定频率下发生谐振时，其李沙育图形为一条
16、直线，这个原理这这个原理这 中从图形合成角度讲过，下面以数学公式计中从图形合成角度讲过，下面以数学公式计算表式再从另一个角度论述：算表式再从另一个角度论述：当滤波支路发生谐振时，从接线图中可看出，电流与电压当滤波支路发生谐振时，从接线图中可看出，电流与电压信号相们相差信号相们相差180，不失一般性，可设，不失一般性，可设X=2 SinwtY=4sin(wt+)W=2f,设滤波支路在设滤波支路在n次谐波下发生谐振次谐波下发生谐振滤波器调试的原理及方法X=2 Sin(100nt)Y=4 Sin(100n+)=-4 Sin(100nt)从以上列表描点的过程，再一次呈线了李沙育图形从以上列表描点的过程
17、，再一次呈线了李沙育图形判断滤波支路谐振的准确性与直观性。判断滤波支路谐振的准确性与直观性。若换一种接线方式，接地线放在取样电阻若换一种接线方式，接地线放在取样电阻r的左边，的左边，X，Y信号将同相位，合成李沙育图形直线位于一，信号将同相位，合成李沙育图形直线位于一，三相线。当然，我们也可用其它方法同时校验滤波三相线。当然，我们也可用其它方法同时校验滤波支路的谐振状态，如通过观测电压表支路的谐振状态，如通过观测电压表V1，V2读数，读数，V1为支路总电压，当支路发生谐振时，为支路总电压，当支路发生谐振时，V1读数最读数最小，小，V2为电容器组两端电压，支路谐振时为电容器组两端电压，支路谐振时V
18、2读数读数最小，从最小，从V1，V2两块表的读数趋热判断支路发生两块表的读数趋热判断支路发生谐振动是一目了然的。谐振动是一目了然的。滤波器调试的原理及方法另外，还可在不改变接线的情况下，改变示波器工作另外，还可在不改变接线的情况下，改变示波器工作方式。将示波器置于一般工作方式，对方式。将示波器置于一般工作方式，对Y1，Y2两两输入信号同时扫描，示波器显示的两正弦信号图形输入信号同时扫描，示波器显示的两正弦信号图形将对齐，或者同相，或者反相，这也是判断支路谐将对齐，或者同相，或者反相，这也是判断支路谐振方法之一，如下图所示：振方法之一，如下图所示：LF钢包炉用敞开布置式35kV滤波装置研究报告100nt0- 6- 3- 4 - 23- 4 7- 64- 33- 22X011.731.4121.410-1-1.73-20Y0-2-3.46-2.82-4-2.82023.4640
