三相同步发电机的运行特性实验

三相同步发电机的运行特性实验-实验目的:
    1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。
    2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。
二、预习要点:
    1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？
    2、这些基本特性各在什么情况下测得？
    3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？
三、三相同步发电机的运行特性实验项目:
    1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。
    2、空载实验：在n=n_N、I=0的条件下，测取空载特性曲线U₀=f(I_f)。
    3、三相短路实验：在n=n_N、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线I_K=f(I_f)。
    4、纯电感负载特性：在n=n_N、I=I_N、cosφ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。
5、外特性：在n=n_N、I_f=常数、cosφ=1和cosφ=0.8(滞后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。
    6、调节特性：在n=n_N、U=U_N、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线I_f=f(I)。
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	DQ27	三相可调电阻器	1件
10	DQ28	三相可调电抗器	1件
11	DQ29	可调电阻器、电容器	1件
12	DQ31	波形测试及开关板	1件
13	DQ32	旋转灯、并网开关、同步机励磁电源	1件

    2、屏上挂件排列顺序
      DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ32、DQ22、DQ31、DQ26、DQ27、DQ28
    3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻
被试电机为三相同步电机，选用DQ14。
被试电机为三相同步电机，选用DQ14。作为同步发电机使用时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。
    测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于表1中。 
 表1                                     室温       ℃

	绕 组 Ⅰ			绕 组 Ⅱ			绕 组 Ⅲ
I（mA）
U（V）
R（Ω）

 
                                     图1 三相同步发电机实验接线图
4、空载实验
(1) 按图5-1接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y形接法(U_N=220V)。R_f2用DQ26组件上的90Ω与90Ω串联加上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，R_st用DQ29 上的180Ω电阻值，R_f1用DQ29上的1800Ω电阻值。开关S₁，S₂选用DQ31挂箱。当挂件没有地方挂时DQ28与DQ27根据实验内容轮流放置。
    (2) 调节DQ32上的同步励磁电源（调到约14V）串接的R_f2至最大位置。调节MG的电枢串联电阻R_st至最大值，MG的励磁调节电阻R_f1至最小值。开关S₁、S₂均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。
    (3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮,接通励磁电源开关，看到电流表A₂有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关,起动MG。MG起动运行正常后, 把R_st调至最小，调节R_f1使MG转速达到同步发电机的额定转速1500 r/min并保持恒定。
    (4) 接通GS励磁电源，调节GS励磁电流(必须单方向调节)，使I_f单方向递增至GS输出电压U₀≈1.3U_N为止。
    (5) 单方向减小GS励磁电流，使I_f单方向减至零值为止，读取励磁电流I_f和相应的空载电压U₀。
(6) 共取数据7～9组并记录于表5-2中。
表2             n=n_N=1500r/min                I=0

序 号
U0（V）
If（A）

  在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不同，当单方向改变励磁电流I_f从零到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零时将得到上升和下降的二条不同曲线,如图2。二条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定参数时使用下降曲线，其最高点取U₀≈1.3U_N，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使与横轴相交，则交点的横座标绝对值Δi_f0应作为校正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上此值，即得通过原点之校正曲线，如图3所示。
    注意事项：
    (1) 转速要保持恒定。
    (2) 在额定电压附近测量点相应多些。
   
               图2上升和下降二条空载特性                             图3校正过的下降空载特性
5、三相短路试验
    (1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的R_f2至最大值。调节电机转速为额定转速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的励磁电源（调到约14V左右），调节R_f2使GS输出的三相线电压(即三只电压表V的读数)最小，然后把GS输出三端点短接，即把三只电流表输出端短接。
    (3) 调节GS的励磁电流I_f使其定子电流I_K=1.2I_N，读取GS的励磁电流值I_f和相应的定子电流值I_K。
    (4) 减小GS的励磁电流使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流I_f和相应的定子电流I_K。
    (5) 共取数据5～6组并记录于表5-3中。
     表5-3     U=0V；     n＝n_N=1500r/min

序  号
IK（A）
If （A）

   6、纯电感负载特性
    (1) 调节ＧＳ的R_f2至最大值，调节可变电抗器使其阻抗达到最大。同时拔掉ＧＳ输出三端点的短接线。
    (2) 按他励直流电动机的起动步骤(电枢串联全值起动电阻R_st，先接通励磁电源，后接通电枢电源)起动直流电机ＭＧ，调节ＭＧ的转速达1500 r/min且保持恒定。合上开关S₂，电机GS带纯电感负载运行。
    (3) 调节R_f2和可变电抗器使同步发电机端电压接近于1.1倍额定电压且电流为额定电流，读取端电压值和励磁电流值。
    (4) 每次调节励磁电流使电机端电压减小且调节可变电抗器使定子电流值保持恒定为额定电流。读取端电压和相应的励磁电流。
    (5) 取几组数据并记录于表5-4中。
          表5-4        n＝n_N=1500r/min      I=I_N=      A

U（V）
If（A）

   7、测同步发电机在纯电阻负载时的外特性
    (1) 把三相可变电阻器R_L接成三相Y接法，每相用DQ27组件上的900Ω与900Ω串联，调节其阻值为最大值。
    (2) 按他励直流电动机的起动步骤起动MG，调节电机转速达同步发电机额定转速1500 r/min，而且保持转速恒定。
    (3)断开开关S₂，合上S₁，电机GS带三相纯电阻负载运行。
(4) 接通24V励磁电源，调节R_f2和负载电阻R_L使同步发电机的端电压达额定值220伏且负载电流亦达额定值。
    (5) 保持这时的同步发电机励磁电流I_f恒定不变，调节负载电阻R_L，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，直至负载电流减小到零，测出整条外特性。
    (6) 共取数据5～6组并记录于表5-5中。
        表5-5   n＝n_N=1500r/min    I_f=    A      cosφ=1

U（V）

I（mA）

    8、测同步发电机在负载功率因数为0.8时的外特性
    (1) 在图5-1中接入功率因数表，调节可变负载电阻使阻值达最大，调节可变电抗器使电抗值达最大值。
    (2) 调节R_f2至最大值，起动直流电机并调节电机转速至同步发电机额定转速1500转/分，且保持转速恒定。合上开关S₁，S₂。把R_L和X_L并联使用作电机GS的负载。
    (3) 接通14V励磁电源，调节R_f2、负载电阻R_L及可变电抗器X_L，使同步发电机的端电压达额定值220伏，负载电流达额定值及功率因数为0.8。
    (4) 保持这时的同步发电机励磁电流I_f恒定不变，调节负载电阻R_L和可变电抗器X_L使负载电流改变而功率因数保持不变为0.8，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，测出整条外特性。
    (5)共取数据5～6组并记录于表5-6中。
       表6    n＝n_N=1500r/min    I_f=     A     cosφ=0.8

U（V）

I（A）

    9、测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性
    (1)发电机接入三相电阻负载R_L，调节R_L使阻值达最大，电机转速仍为额定转速1500 r/min且保持恒定。
    (2) 调节R_f2使发电机端电压达额定值220伏且保持恒定。
    (3) 调节R_L阻值，以改变负载电流，读取相应励磁电流I_f及负载电流，测出整条调整特性。
    (4) 共取数据4～5组记录于表5-7中。
        表5-7          U=U_N=220V      n=n_N=1500r/min

I（A）
If（A）

五、实验报告:
    1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。
    2、根据实验数据绘出同步发电机短路特性。
    3、根据实验数据绘出同步发电机的纯电感负载特性。
    4、根据实验数据绘出同步发电机的外特性。
    5、根据实验数据绘出同步发电机的调整特性。
    6、由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗X_σ和特性三角形。
    7、由零功率因数特性和空载特性确定电机定子保梯电抗。
    8、利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗X_d(不饱和值)。
    9、利用空载特性和纯电感负载特性确定同步电机的直轴同步电抗X_d(饱和值)。
    10、求短路比。
    11、由外特性试验数据求取电压调整率ΔU%。
六、思考题:
    1、定子漏抗X_σ和保梯电抗X_p它们各代表什么参数？它们的差别是怎样产生的？
    2、由空载特性和特性三角形用作图法求得的零功率因数的负载特性和实测特性是否有差别？造成这差别的因素是什么？