《四川大学同步电机实验-精品报告系列》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四川大学同步电机实验-精品报告系列（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四川大学电气信息学院四川大学电气信息学院 实实 验验 报报 告告 书书 课程名称：课程名称：电机学电机学 实验项目：实验项目：三相同步发电机的运行特性三相同步发电机的运行特性 专业班组：专业班组： 实验时间：实验时间： 成绩评定：成绩评定： 评阅教师：评阅教师： 电机学老师：曾成碧电机学老师：曾成碧 苗虹苗虹 三相同步发电机的运行特性三相同步发电机的运行特性 一实验目的一实验目的 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。 二预习要点二预习要点（一定要画电路图！）（一定要画电路图！） 1同步发电机空载、短路和
2、零功率因数负载特性曲线的意义是什么？曲同步发电机空载、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？线的大致状态如何？ 答：同步发电机空载特性曲线答：同步发电机空载特性曲线 0 () f Uf I反映了同步发电机的空载特性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 特性曲线与变压器空载磁化曲线状态相似特性曲线与变压器空
3、载磁化曲线状态相似（如下图（如下图 1 中的蓝线）中的蓝线） 同步发电机短路特征曲线同步发电机短路特征曲线() kf If I反映了同步发电机的短路特性反映了同步发电机的短路特性，即在即在 发电机转速保持为同步速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电枢绕组端发生电压三相稳态短路时 （U=0） ， 短路电流短路电流 k I与励磁电流与励磁电流 f I的关系。由于短路时限制短路电流的只有发电机的同的关系。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，短路电流可认为纯感性，故电枢电步阻抗，忽略电枢电阻只考虑同步电抗时，短路电流可认为
4、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零功率因数负载特性曲线 1 (),cos0, fN Uf Inn II反映了同反映了同 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 流流=0I，cos0时的零功率因数负载曲线就是空载特征曲线时的零功率因数负载曲线就是空载特征曲线，故二者具有相故二者具有相 似的形状，只不过曲线向右平移了一段距离似的形状，只不过曲线向右平移了一段距离（如下图（如下图 1
5、中的红线）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 k d I E x 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 NN d I UE x 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
6、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 %100 0 N N U
7、UE u 即可求出电压变化率。 三实验内容三实验内容 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四实验线路及操作步骤 D K1 + - Ra Rf1 380V K2 220V K3 VA 电压 测针 电流 插销 f1 f2 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 171 所示（一定要画接线（一定要画接线 图！）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
8、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 后计算下列空载参数： U0=3 ACBCAB UUU U0*= N U U 0 If*=If+If0 If0 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1
9、7-2 空载特性修正 0 If0 If0 If0 修正后的曲线 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 171 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*= N K I I I
10、I fo f If 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。 五实验数据五实验数据 三相同步发电机空载试验：n=1500r/min 序号空载电压（V）励磁电流（A） UABUBCUACU0U0*IfIfIf* 1 2 3 4 5 6 其中 3 0 ACBCAB UUU U N U U U 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） IAIBICIkIk*IfIfIf* 1 2 3 4 5 6 其中 3 CBA K III I 六实验报告：六实验报告： 1.根据实验数据用直角坐
11、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 0 U f If 曲线 由图可得AIf33.00 0 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)( f IfIK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不饱和值 Xd*和漏电抗 Xo* 取AIf6 . 0得到短路电流 2.55A，对应的气隙线上 E=280V 所以 4 .633/ 55. 2 280 d
12、 x 99. 0 6 . 33 400 4 .63 3 4 .63 4 .63 * N N b d I U Z x 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 0 ff kf c II Nfk II k II 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
13、据结果可知该同步发电机短路比 SCR 为 0 0 =？代入数据计算 ff kf c II Nfk II k II 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%（设 Xq*=0.6Xd*）。将数据计算后结果代入图中绘图 31.19437. 187.36906 . 0*99. 0*11 87.36101 qQ xIjUE IU则设 %5 .76%100 1 1765. 1 37.19765. 1 31.19594. 056. 09031.1999. 083. 01 56. 0cos 83. 0sin 18.5687.3631.19 0 u jj xIjxIjUE I
14、I q q d d q d 七误差分析七误差分析 1同步发电机在进行空载和短路实验过程中均保持其转速为额定转同步发电机在进行空载和短路实验过程中均保持其转速为额定转速速 n=n0=1500r/min，但实验中使用的是荧光灯频率同步法进行校正，虽然简单易，但实验中使用的是荧光灯频率同步法进行校正，虽然简单易 行但不能保持为电机为精确的额定转速。行但不能保持为电机为精确的额定转速。 2同步发电机转速在实验中会受到周围电机机械运动以及电磁干扰的影响同步发电机转速在实验中会受到周围电机机械运动以及电磁干扰的影响， ，其其 转速不能一直保持不变，会引入误差。转速不能一直保持不变，会引入误差。 3. 实验
15、过程中当空载电压变化与短路电流变化调整时，同步发电机转速会发生实验过程中当空载电压变化与短路电流变化调整时，同步发电机转速会发生 改变，需要重新调整其为额定转速，则该过程会引入测量误差。改变，需要重新调整其为额定转速，则该过程会引入测量误差。 4实验数据主要运用了电压表和电流表三个电表读数实验数据主要运用了电压表和电流表三个电表读数， ，其精度有限其精度有限，可能引入可能引入 测量误差。测量误差。 5在短路实验中由于电机出于稳态短路运行在短路实验中由于电机出于稳态短路运行， ，额定转速下短路电流变化波动较额定转速下短路电流变化波动较 大不能保持稳定值，则在数据肉眼读取上可能引入误差。大不能保持
16、稳定值，则在数据肉眼读取上可能引入误差。 6随同步发电机运行时间其可能出现发热温度变化随同步发电机运行时间其可能出现发热温度变化， ，可能会造成空载及短路实可能会造成空载及短路实 验参数出现变化，从而引入误差。验参数出现变化，从而引入误差。 八八.所遇问题与解决方案所遇问题与解决方案 1. 同步电机短路实验时短路电流读取电流表指针不断摆动无法静止的问题，后同步电机短路实验时短路电流读取电流表指针不断摆动无法静止的问题，后 经过小组讨论根据测量原理中以指针两侧摆幅相等的直线处读数加以解决；经过小组讨论根据测量原理中以指针两侧摆幅相等的直线处读数加以解决； 2对各电表量程选择不确定的问题对各电表量程选择不确定的问题，后经过老师指导后经过老师指导， ，在电机电源关闭情况下在电机电源关闭情况下 进行计算得出大致数值后将电表量程转换至合适位置加以解决。进行计算得出大致数值后将电表量程转换至合适位置加以解决。 3针对发电机转速无法始终保持不变的问题针
