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1、四 川 大 学 电 气 信 息 学 院实 验 报 告 书课 程 名 称 ： 电 机 学实 验 项 目 ： 三 相 同 步 发 电 机 的 运 行 特 性专 业 班 组 ：实 验 时 间 ：成 绩 评 定 ：评 阅 教 师 ： 电 机 学 老 师 ： 曾 成 碧 苗 虹三 相 同 步 发 电 机 的 运 行 特 性一 实 验 目 的1 掌 握 三 相 同 步 发 电 机 的 空 载 、 短 路 及 零 功 率 因 数 负 载 特 性 的 实 验 求 取 法 。2 学 会 用 实 验 方 法 求 取 三 相 同 步 发 电 机 对 称 运 行 时 的 稳 太 参 数 。二 预 习 要 点 （ 一
2、定 要 画 电 路 图 ！ ）1 同 步 发 电 机 空 载 、 短 路 和 零 功 率 因 数 负 载 特 性 曲 线 的 意 义 是 什 么 ？ 曲线 的 大 致 状 态 如 何 ？答 ： 同 步 发 电 机 空 载 特 性 曲 线 0 ( )fU f I 反 映 了 同 步 发 电 机 的 空 载 特 性 ，即 在 额 定 转 速 下 ， 定 子 绕 组 中 电 流 为 零 时 ， 绕 组 端 电 压 和 转 子 激 磁 电 流 之 间 的关 系 。 由 于 同 步 发 电 机 空 载 时 与 变 压 器 空 载 等 效 电 路 相 似 ， 故 同 步 发 电 机 空 载特 性 曲 线
3、与 变 压 器 空 载 磁 化 曲 线 状 态 相 似 （ 如 下 图 1中 的 蓝 线 ）同 步 发 电 机 短 路 特 征 曲 线 ( )k fI f I 反 映 了 同 步 发 电 机 的 短 路 特 性 ， 即 在发 电 机 转 速 保 持 为 同 步 速 （ n=n1） ,电 枢 绕 组 端 发 生 电 压 三 相 稳 态 短 路 时 （ U=0） ，短 路 电 流 kI 与 励 磁 电 流 fI 的 关 系 。 由 于 短 路 时 限 制 短 路 电 流 的 只 有 发 电 机 的 同步 阻 抗 ， 忽 略 电 枢 电 阻 只 考 虑 同 步 电 抗 时 ， 短 路 电 流 可 认
4、 为 纯 感 性 ， 故 电 枢 电流 与 励 磁 电 流 成 正 比 ， 短 路 特 征 曲 线 是 一 条 直 线 。 （ 如 下 图 2）零 功 率 因 数 负 载 特 性 曲 线 1( ),cos 0, ,f NU f I n n I I 反 映 了 同步 发 电 机 在 同 步 转 速 与 额 定 电 流 下 ， 端 电 压 与 励 磁 电 流 之 间 的 关 系 。 当 电 枢 电流 =0I ， cos 0 时 的 零 功 率 因 数 负 载 曲 线 就 是 空 载 特 征 曲 线 ， 故 二 者 具 有 相似 的 形 状 ， 只 不 过 曲 线 向 右 平 移 了 一 段 距 离
5、 （ 如 下 图 1中 的 红 线 ）2 怎 样 利 用 空 载 、 短 路 和 零 功 率 因 数 负 载 特 性 曲 线 来 求 取 同 步 发 电 机 的 稳态 参 数 ？ 直 轴 同 步 电 抗 不 饱 和 值 xd的 求 取 ：在 同 一 张 坐 标 纸 内 做 出 短 路 特 性 曲 线 、 气 隙 线 ， 任 取 一 个 励 磁 电 流 值 找 到 对应 的 气 隙 线 上 的 E和 短 路 特 性 曲 线 上 的 Ik， 这 kd IEx 直 轴 同 步 电 抗 饱 和 值 xd的 求 取 ：在 同 一 个 图 像 中 做 出 零 功 率 因 素 特 性 曲 线 和 空 载 特
6、 性 曲 线 ， 在 Nd III 时的 零 功 率 因 数 特 性 曲 线 上 取 出 对 应 于 U=UN的 励 磁 电 流 IfN的 再 在 空 载 特 性 曲 线上 取 出 对 应 于 IfN的 空 载 电 动 势 E0N， 得 N NNd I UEx 0 定 子 漏 电 抗 x 的 求 取 ：在 同 一 个 图 像 中 做 出 空 载 特 性 及 零 功 率 数 特 性 曲 线 ， 作 ON=UN作 NA/横轴 ， 截 取 线 段 AD使 AD=OR=Ifk， 由 D点 引 一 直 线 BD， BD/空 载 特 性 起 始 部分 ， 由 B点 作 垂 线 交 AD于 C， ABC为
7、特 性 三 角 形 ， BC为 漏 抗 压 降3 怎 样 利 用 凸 极 同 步 电 机 的 简 化 向 量 图 来 求 取 同 步 发 电 机 的 电 压 变 化 率U？ 如 右 图 ， 假 设 已 知 机 端 电 压 U电 流 I和 移 相 角 和 纵 轴 同 步 电 抗 xd和 横 轴 同 步 电 抗 xq， 则 如 图 先 做 出jIxq， 得 到 EQ则 得 到 Q轴 方 向 ， 顺 时 针 旋 转 90度 得到 d轴 ， 将 I分 解 到 q轴 d轴 ， 在 U的 末 尾 做 出 jIqxq和 jIdxd即 可 得 到 E0。利 用 公 式 %1000 N NU UEu即 可 求
8、出 电 压 变 化 率 。三 实 验 内 容1 空 载 实 验 ： 在 n=nN， I=0的 条 件 下 ， 测 取 同 步 发 电 机 的 空 载 8特 性 曲线 Uo=f(If)。2 三 相 短 路 实 验 ： 在 n=nN， U=0的 条 件 下 ， 测 取 同 步 发 电 机 的 三 相 短 路特 性 曲 线 Ik=f(If).四 实 验 线 路 及 操 作 步 骤DK1+ - Ra Rf1 380V K2 220VK3V A电 压测 针 电 流插 销f1f2图 17-1 同 步 发 电 机 空 载 短 路 实 验 接 线 图1 空 载 实 验 ： 实 验 接 线 图 如 图 17 1
9、所 示 （ 一 定 要 画 接 线图 ！ ）实 验 时 启 动 原 动 机 （ 直 流 电 动 机 ） ， 将 发 电 机 拖 到 额 定 转 速 ， 电 枢 绕 组 开 路 ，调 节 励 磁 电 流 使 电 枢 空 载 电 压 达 到 120%UN值 左 右 ， 读 取 三 相 线 电 压 和 励 磁 电流 ， 作 为 空 载 特 性 的 第 一 点 。 然 后 单 方 向 逐 渐 减 小 励 磁 电 流 ， 较 均 匀 地 测 取 8到 9组 数 据 ， 最 后 读 取 励 磁 电 流 为 零 时 的 剩 磁 电 压 ， 将 测 量 数 据 记 录 于 表 中 ， 然后 计 算 下 列 空
10、 载 参 数 ：U0= 3 ACBCAB UUU U0*= NUU 0 If*=If+If0If0为 U0=UN时 的 If值 。若 空 载 特 性 剩 磁 较 高 ， 则 空 载 特 性 应 予 以 修 正 ， 即 将 特 曲 线 的 的 直 线 部 分 延长 与 横 轴 相 交 ， 交 点 的 横 坐 标 绝 对 植 If0即 为 修 正 量 ， 在 所 有 试 验 测 得 的 励 磁电 流 数 据 上 加 上 If0， 即 得 通 过 坐 标 原 点 之 空 载 校 正 曲 线 。 如 下 图 所 示 ：图 17-2 空 载 特 性 修 正0 If0 If0 If0修 正 后 的 曲 线
11、实 测 曲 线U0 If根 据 上 述 实 验 数 据 可 绘 制 同 步 发 电 机 修 正 后 的 空 载 特 性 曲 线 。2 短 路 实 验 ： 实 验 线 路 图 同 样 如 图 17 1所 示 。在 直 流 电 动 机 不 停 机 状 态 下 ， 并 且 ， 发 电 机 励 磁 电 流 等 于 零 的 情 况 下 ， 这时 合 上 短 路 开 关 K2， 将 电 枢 三 相 绕 组 短 路 ， 将 机 组 转 速 调 到 额 定 值 并 保 持 不 变 ，逐 步 增 加 发 电 机 的 励 磁 电 流 If， 使 电 枢 电 流 达 到 （ 1.1-1.2） 倍 额 定 值 ， 同
12、 时 量 取电 枢 电 流 和 励 磁 电 流 ， 然 后 逐 步 减 小 励 磁 电 流 直 到 降 为 0为 止 。 其 间 共 同 读 取5-6组 数 据 ， 记 于 表 中 ， 并 按 下 式 计 算 短 路 实 验 参 数 ：IK= 3 CBA III IK*= NKII IIfofI f 式 中 ： IN-发 电 机 额 定 电 流If0-空 载 电 压 为 额 定 电 压 时 的 励 磁 电 流 。根 据 上 述 实 验 数 据 可 绘 制 同 步 发 电 机 短 路 特 性 曲 线 。五 实 验 数 据三 相 同 步 发 电 机 空 载 试 验 ： n=1500r/min序 号
13、 空 载 电 压 （ V） 励 磁 电 流 （ A）UAB UBC UAC U0 U0* If If If*123456其 中 30 ACBCAB UUUU NUUU 0*0 0ff*f III 三 相 同 步 发 电 机 短 路 实 验序 号 短 路 电 流 （ A） 励 磁 电 流 （ A）IA IB IC Ik Ik* If If If*123456其 中 3 CBAK IIII 六 实 验 报 告 ：1.根 据 实 验 数 据 用 直 角 坐 标 纸 给 出 三 相 同 步 发 电 机 的 空 载 特 性 气 隙 线下 图 即 是 同 步 发 电 机 空 载 特 性 0U fIf 曲
14、线由 图 可 得 AIf 33.000 将 横 坐 标 加 0.033得 到 修 正 曲 线该 三 相 同 步 发 电 机 气 隙 线 如 下 图 所 示 （ 根 据 报 告 要 求 ， 气 隙 线 ， 画 法 见电 机 书 233页 ）根 据 实 验 数 据 用 直 角 坐 标 纸 给 出 三 相 同 步 发 电 机 的 短 路 特 性 曲 线 ：下 图 即 同 步 发 电 机 )( fIfIK 的 图 像由 于 没 有 进 行 零 功 率 因 数 的 实 验 ， 零 功 率 因 数 特 性 曲 线 无 法 求 得 。2 利 用 空 载 和 短 路 特 性 曲 线 求 出 同 步 电 抗 的
15、 不 饱 和 值 Xd*和 漏 电 抗 Xo*取 AIf 6.0 得 到 短 路 电 流 2.55A， 对 应 的 气 隙 线 上 E=280V 所 以 4.633/55.2280dx 99.06.334004.6334.634.63* NNbd IUZx由 于 没 有 进 行 零 功 率 因 数 的 实 验 ， 漏 电 抗 无 法 求 得 。3 求 同 步 发 电 机 的 适 中 比 （ 短 路 比 ） SCR（ 原 理 在 书 上 第 233页 ）空 载 电 势 等 于 额 定 电 压 时 的 励 磁 电 流 称 空 载 额 定 励 磁 电 流 Ifo， 在 励 磁 电 流为 If0时 做
16、 三 相 稳 定 短 路 试 验 测 得 的 短 路 电 流 Ik， 与 额 定 电 流 IN 之 比 叫 短 路 比Kc， 根 据 计 算 公 式 有0 0f fk fc I IN fkI Ik I I 即 短 路 比 又 可 定 义 为 空 载 时 使 空 载电 压 为 额 定 值 的 励 磁 电 流 If0与 短 路 时 使 短 路 电 流 为 额 定 值 的 励 磁 电 流 Ifk的 比值 。根 据 实 验 数 据 结 果 可 知 该 同 步 发 电 机 短 路 比 SCR为0 0 =？ ？ ？ 代 入 数 据 计 算f fk fc I IN fkI Ik I I 4利 用 简 化 向 量 图 求 作 当 I=IN,cos=0.8滞 后 时 的 电 压 变 化 率 U
