三相同步发电机的并网运行实验

三相同步发电机的并网运行实验-实验目的：
    1、掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。
    2、掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。
二、三相同步发电机的并网运行实验预习要点：
    1、三相同步发电机投入电网并联运行有哪些条件？不满足这些条件将产生什么后果？如何满足这些条件？
    2、三相同步发电机投入电网并联运行时怎样调节有功功率和无功功率？调节过程又是怎样的？
三、实验项目：
    1、用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
    2、用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
    3、三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。
    4、三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。
    (1) 测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。
    (2) 测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。
四、实验方法：
    1、实验设备

序 号	型 号	名             称	数 量
1	DQ03-1	导轨、测速系统及转速表	1件
2	DQ19	校正直流测功机	1件
3	DQ14	三相同步电机	1件
4	DQ44	数/模交流电流表	1件
5	DQ45	数/模交流电压表	1件
6	DQ25	智能型功率、功率因数表	1件
7	DQ22	直流数字电压、毫安、安培表	1件
8	DQ26	三相可调电阻器	1件
9	DQ29	可调电阻器、电容器	1件
10	DQ32	旋转灯、并网开关、同步机励磁电源	1件
11	DQ33	整步表及开关	1件

  2、屏上挂件排列顺序
     DQ29、DQ32、DQ33、DQ45、DQ44、DQ25、DQ22、DQ26                               
   3、用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行
    三相同步发电机与电网并联运行必须满足下列条件：
    (1) 发电机的频率和电网频率要相同，即f_Ⅱ=f_Ⅰ；
    (2) 发电机和电网电压大小、相位要相同，即E_0Ⅱ=U_Ⅰ；
    (3) 发电机和电网的相序要相同。
为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。
4、旋转灯光法
(1) 按图1-1接线。P_N(W)=170W，U_N(V)=220（Y），I_N(A)= 0.45A， n_N(r/min)= 1500，U_fN（V）=14V，I_fN（A）=1.2A，绝缘等级E级。ＧＳ的原动机采用DQ19校正直流测功机MG。R_st选用DQ29上180Ω电阻，R_f1选用DQ29上1800Ω阻值，R_f2选用DQ26上90Ω与90Ω串联加上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值,R选用DQ26上90Ω固定电阻。开关S₁选用DQ32挂箱，S₂选用DQ33挂箱。并把开关S₁打在“关断”位置，开关S₂合向固定电阻端（图示左端）。
(2)三相调压器旋钮退至零位，在电枢电源及励磁电源开关都在“关断”位置的条件下，合上电源总开关，按下“启动”按钮，调节调压器使电压升至额定电压220伏，可通过V₁表观测。
 
                           图1-1   三相同步发电机的并网运行
(3) 按他励电动机的起动步骤(校正直流测功机ＭＧ电枢串联起动电阻R_st，并调至最大位置。励磁调节电阻R_f1调至最小，先接通控制屏上的励磁电源，后接通控制屏上的电枢电源)，起动ＭＧ并使ＭＧ电机转速达到同步转速1500 r/min。将开关S₂合到同步发电机的励磁电源端（调到14V左右）(图示右端)，调节R_f2以改变ＧＳ的励磁电流I_f，使同步发电机发出额定电压220伏，可通过V₂表观测，DQ33整步表上开关S1打在“断开”位置。
    (4) 观察三组相灯，若依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三组相灯同时发亮、同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当发电机和电网相序不同则应停机(先将R_st回到最大位置，断开控制屏上的电枢电源开关，再按下交流电源的“停止”按钮)，并把三相调压器旋至零位。在确保断电的情况下，调换发电机或三相电源任意二根端线以改变相序后，按前述方法重新起动MG。
    (5) 当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁使同步发电机电压和电网(电源)电压相同。再进一步细调原动机转速。使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，此时接通DQ33整步表上S1开关，观察DQ33上V表和H_Z表上指针在中间位置，S表指针缓慢旋转。待A相灯熄灭时合上并网开关S₁，把同步发电机投入电网并联运行（为选准并网时机，可让其循环几次再并网）。
    (6）停机时应先断开DQ33整步表上S1开关，然后按下DQ32上红色按钮，即断开电网开关S₁，将R_st调至最大，断开电枢电源，再断开励磁电源，把三相调压器旋至零位。
    5、用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
    (1) 在并网开关S₁断开且相序相同的条件下，把开关S₂闭合到励磁端( 图示右端)，DQ33整步表上S1开关打在“断开”位置。
    (2) 按他励电动机的起动步骤起动MG，并使MG升速到接近同步转速(1485～1515 r/min之间。
    (3) 调节同步电机励磁电源调压旋钮或R_f2，以调节I_f使发电机电压约等于电网电压220伏。
    (4) 将开关S₂闭合到R端。R用90Ω固定阻值(约为三相同步发电机励磁绕组电阻的10倍)。
    (5) 合上并网开关S₁，再把开关S₂闭合到励磁端，这时电机利用“自整步作用”使它迅速被牵入同步，再接通DQ33上整步表开关。
    6、三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节
    (1) 按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。
    (2) 并网以后，调节校正直流测功机MG的励磁电阻R_f1和发电机的励磁电流I_f使同步发电机定子电流接近于零，这时相应的同步发电机励磁电流I_f=I_f0。
    (3) 保持这一励磁电流I_f0不变,调节直流电机的励磁调节电阻R_f1，使其阻值增加，这时同步发电机输出功率P₂增大。
    (4) 在同步机定子电流接近于零到额定电流的范围内读取三相电流、三相功率、功率因数共取数据6～7组记录于表1-1中。
表1-1      U=      V（Y） ；     I_f=I_f0 =     A

序号	输出电流I（A）				输出功率P2（W）			功率因数
	IA	IB	IC	I	PⅠ	PⅡ	P2	cosφ

表中：
    7、三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节
    (1) 测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。
    1) 按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。
    2) 保持同步发电机的输出功率P₂≈0。
    3) 先调节R_f2使同步发电机励磁电流I_f上升 (调节应先调节90Ω串联90Ω部分，调至零位后用导线短接，再调节90Ω并联90Ω部分)，使同步发电机定子电流上升到额定电流，并调节R_st保持P₂≈0。记录此点同步发电机励磁电流I_f、定子电流I。
    4) 减小同步电机励磁电流I_f使定子电流I减小到最小值记录此点数据。
    5) 继续减小同步电机励磁电流， 这时定子电流又将增大。
    6) 在这过励和欠励情况下读取数据9-10组记录于表5-9中。
表1-2      n=       r/min；   U=      V；    P₂≈0W

序 号	三相电流I（A）				励磁电流If（A）
	IA	IB	IC	I	If

  表中：
   (2) 测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。
    1) 按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。
    2) 保持同步发电机的输出功率P₂等于0.5倍额定功率。
    3) 增加同步发电机励磁电流I_f，使同步发电机定子电流上升到额定电流，记录此点同步发电机励磁电流I_f，定子电流I。
    4) 减小同步电机励磁电流I_f使定子电流I减小到最小值记录此点数据。
    5) 继续减小同步电机励磁电流I_f， 这时定子电流又将增大至额定电流。
6) 在这过励和欠励情况下共取数据9~10组并记录于表1-3中。
 表5-10  n=      r/min；   U=      V；    P₂≈0.5P_N

序 号	三相电流I（A）				励磁电流If（A）
	IA	IB	IC	I	If

表中：
五、实验报告：
    1、评述准确同步法和自同步法的优缺点。
    2、试述并联运行条件不满足时并网将引起什么后果？
    3、试述三相同步发电机和电网并联运行时有功功率和无功功率的调节方法。
    4、画出P₂≈0和P₂≈0.5倍额定功率时同步发电机的V形曲线，并加以说明。
六、思考题：
    1、自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时先把同步发电机的励磁绕组串入10倍励磁绕组电阻值的附加电阻R组成回路的作用是什么?
    2、自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时先由原动机把同步发电机带动旋转到接近同步转速(1485～1515 r/min之间)然后并入电网，若转速太低并网将产生什么情况？