5-1三相同步发电机对称稳定运行特性实验

一、实验目的

1.用实验方法测取三相同步发电机的运行特性

2.用基本特性曲线求取三相同步发电机的参数

二、预习要点

1.空载实验时,测量点的疏密怎样选择?为什么?

2.为什么测短路特性时,转速不必严格保持同步转速,而作其他特性则需要严格保持同

步转速?

3.空载、短路及零功率因数负载曲线的形状大致是什么样的?

4.求零功率因数负载特性时, ,cosp是否绝对等于零?对实验结果有何影响。

5.实验求出的电压调整率u与用负载求出u有什么区别?为什么?

三、实验内容和实验设备

(一)本次实验主要内容

1.在f=f_N,I=0条件下,测取空载特性曲线E₀=f(I_f)

2.在f=f_N,U=0下,测取短路特性曲线I_k=f(I_f)。

3.在f=f_N,I=I_N,cosp=0下,测取纯感性负载特性曲线

4.在f=f_N；I_f=I_fo,cosp=1下,测取外特性曲线U=f(I)

5.在f=f_N,U=U_N,cosp=1下,测取外特性曲线I_f=f(I)

(二)主要仪器设备

1.DJT-I实验台;电源 DY03,DY04.模块DM01,DM02,DM03,DM05,DM07,DMO8,DMO9,DM19;2.SDF-1型电动发电机组一组;

3.ZFX-R负载箱;

4.滑线变阻器1A,420欧

四、实验说明

三相同步发电机对称稳定运行特性测定实验线路如图5-1所示

1.空载实验起动直流电动机ZD,调到n=n_N并保持不变。调节同步发电机励磁电流使E₀=(1.1~1.2)UN,记录E₀和I_f工和值,然后逐次减少同步发电机的励磁电流,测取空载特性的下降曲线记录相对应的7~8个点。

2.短路实验

起动电动机,将转速调节到接近额定转速。先将三相定子绕组短路,后加励磁,调节使I_f=1.2I_N左右,由此点开始记数,然后减少I_f至零,记录I_k和I_f相对应的4~5个点。

3.纯感性负载实验

实际上要得到cosp=0的纯感性负载是不可能的,通常只要负我的cos在0.1~0.2范围内,即可认为是纯照性质载。在实验室中满足这种要求的感性负载有感应调压器、电抗器等。

特网步发电机技在威应调压器的输出端(输人端开路),用改变调压器定、转子相对位置来改变同步发电机的负载电感。

图5-1 三相同步发电机实验线路图

实验过程中,保持f=f_N和I=I_N,记录In和U的对应数据,一般从电压的最低点作到U-U_N,测取4~5点。

注意:置调压器输出电压为最高电压位置时,再接通同步发电机的负载开关。三相感应调压器作电感负载,接线图如图5-2所示:

4.外特性实验

从空载电压为额定值开始,保持此时I_f=I_f0不变,逐步增加负载,保持n=n_N不变;U=U₀开始,记录U与I对应关系,测取5~6点。

5.调整特性

以灯柜作负载(cosg=1),从I=0到I=I_N每加一次负载,调节I_f和转速,使U=U_N和f=f_N不变,测取I和I_f对应关系,共作4~5点。

注:切断同步发电机励磁回路时,必须将励磁电阻放到最大,以免损坏励磁绕组。

图5-2 用三相应调压器作电感负载接线图

五、实验报告

1.在同一坐标纸上用标么值绘出空载、三相短路及零功率因数负载特性曲线。

2.用空载特性和短路特性确定X_d;的未饱和值以及短路比(DLB)。

3.利用空载、三相短路和零功率因数负载特性曲线作出同步发电机的阻抗三角形,确定饱和电抗标么值X_p和电枢反应(在额定电枢电流时)磁势折算值的标么值X_p;并和计算值比较。

4.绘出调整特性和外特性曲线,求取电压下降的电压调整率。

5-2 三相同步发电机与电网并联运行

一、实验目的

研究同步发电机投入电网并联运行的方法,有功功率及无功功率的调节和转移方法,求发电机的V形曲线。

二、预习要点

1.同步发电机投入电网并联运行的条件和方法,有功和无功功率的调节原理

2.同步发电机和电网并联的条件是什么?如何检查这些条件是否已满足?

3.旋转灯光法和灯光熄灭法各是怎样接线?两种方法各如何判断其相序是否正确,如何选择其投人瞬刻?如果按旋转灯光法接线而结果是同亮同暗,这说明什么?能否合阐并网?

4.并网后,调发电机的励磁电流,为什么它的端电压不变化;调原动机输入,转速是否变化?电动机轴上的转矩和发电机输出功率将如何变化?

5.利用灯光旋转法能否判断发电机的频率比电网的频率是高还是低?这是否与三相相序的状况有关系?

6.如何调节同步发电机的有功功率和无功功率的输出?在调节无功功率时,为何有功功率会随之有变化?

三、实验内容与实验设备

(一)本次实验主要内容

1.用准确整步法将同步发电机投入电网并联运行。

2.有功功率的调节,在I_f=I_f0常数下,求取P₁=f(P₂),并求取Q=f(P₂)曲线

3.无功功率的调节,求发电机的V形曲线;分别在

(1)P=0

(2)P=P_N常数条件下求取I=f(I_f)曲线。

4.用自整步法将同步发电机投人电网并联运行。

(二)主要仪器设备

1.DJT-Ⅱ实验台;

电源DY03.模块DM01,DMO2,DMO3,DM04,DMO5,DMO8,DM09,DM10,DM13.DM19,DM21;

2.SDF-1型电动发电机组一组;

3.双刀双掷开关,电阻(约150W,100欧);

4.并网模块 DM14,DM15。

四、实验说明

1.用准确同步法将发电机投入电网并联运行。

准确同步法是靠操作人员将发电机调整到符合并网条件后才进行合间并网的操作,这种方法常采用灯光法作为同步指示方法利用三组同步指示灯来检验合闸的条件,同步灯有两种接法:明暗法和旋灯法。

采用明暗法时,用实验台模块DM14和模块DM15

下面介绍旋灯法。用电压表测量发电机和电网电压是否相等,采用“灯光旋转”同步指示灯接法,如果发电与电网的相序相同,则这样接线时,三相灯将轮流亮熄,形成旋转灯光、合瞬间应该是:灯光缓慢旋转(表示频率接近相等).两边电压基本相等,当跨接在同一相闸刀的一组灯熄灭,交跨接的另外两组灯亮度相同。如果相序不同,三组灯就会同亮同熄,此时应将电网或发电机的任意两根线对调。

图5-3 同步发电机与电网并联运行线路图

2.有功功率的调节

发电机并网后,调节同步发电机的励磁电流及直流电动机的输入,使同步发电机定子电流I=0,此时的I_f即为同步发电机空载运行时的励磁电流I_fN。

以后保持/不变,逐步使原动机的输人功率增加(可升高直流电机的外施电压或减少它的励磁电流)。使发电机定子电流I从零增至IN则发电机的输出功率P也增加,无功功率Q也发生相应变化。记录I、P₂、Q、U_d,和I_d。

注:调有功时应特别注意慢慢减少直流电动机的励磁电流,若发现直流电动机的电枢电流

3、如何判断转子转向和定子磁场转向相反或相同?

三、实验内容和实验设备

(一)本次实验的主要内容用实验方法求取同步发电机参数:X_s、X_G、X_a、X₂、、X_d、X_q

(二)主要仪器设备

1.DJT-Ⅱ实验台:

电源DY03,DY04:模块 DM03,DM05,DM12

2.SDF-1型电动发电机组;

四、实验说明

1、用低转差法测定X_d和X_q接线如图5-6所示

图5-6

确定并保证旋转磁场的转向与转子方向一致,把同步发电机的励磁绕组开路,用直流电动机带到接近同步转速(比同步转速慢5~10转/分),合K给定子绕组加三相低电压(为0.1~0.15Un),记录定子边的电压表和电流表指针摆动的最大值和最小值,则

（欧姆）

图5-6

2.负序电抗x_的测定 

P2=αCw      Cw=瓦/洛

图5-5 同步电动实验线路图

图5-5 同步电动实验线路图

五、实验报告

1.作同步电动机的V形曲线

2.计算同步电动机的工作特性,并绘出I₁、P₁、M₂、cosp、η=f(P₂)曲线于同一坐标纸上

3.对问题的分析讨论及心得体会。

5-4 同步发电机参数测定

一、实验目的

学习用实验方法测定同步发电机参数。

二、预习要点

1.预习同步电机有关章节,同步电机各种电抗的物理意义是什么?它们各自的测量原理和方法又怎样

2.用三相串联法测X₀时,如果有两相顺串而另一相反串,测得的结果是否正确?为什么?

 3、并步起动完华后通入励磁电流,这时定子电流与电机转速有什么变化？

4怎样调节同步电动机使其运行在同步补机状态?

三、实验内容和实验设备

(一)本次实验主要内容

1、同步电动机(同步调相机)的异步起动

2.在U=U_N及f=f_N的条件下,测取三相同步电动机P₂= 0和P₂约等于PN时的V形曲线I=f（I_f）;

3、在U=U_N及f=f_N的条件下,求取同步电动机的工作特性I₁、p₂、M₂、cos_p、η=f（p₂）

(二)主要仪器设备

1.DJT-T实验台: 电源DY03、DY04,块pM03,DM04,DM05,DM07.DM09,DM12.DM19.

2.SDF-1电动发电机组一组:

3.ZFX-R负载箱(或灯箱负载);

4.短路电阻100欧左右。

四、实验说明

1.异步起动

实验线路图见图5-5所示异步起动方法是日前同步电动机(同步调相机)最通用的起动方法。它是靠定子旋转磁场与起动绕组中的感应电流相互作用产生的异步转矩而起动。

起动前.先将同步电动机的励磁绕组经过外加电阻R(电阻值约为励磁绕组电阻的10倍)短路(实验中可用一组灯泡,或用滑线变组器),以免励磁绕组产生过电压,并限制单轴力矩。再合上三相电源开关,调节感应调压器的输出电压,电机在异步转矩下起动。接近同步转速时,将同步电动机励磁绕组接人直流电源,给以正常励磁,电机在同步转矩作用下牵人同步,起动完毕。

2.测取V形曲线

空载运行的同步电动机相当于同步调相机运行。

在P=0和P约为PN、不变的两种情况下,改变同步电动机的励磁电流I,测取V形曲线I=f(I_f)

做V形曲线时,应先找到曲线的最低点(即cosp=1),然后再增加或减少同步电动机励磁

电流,在过励及欠励部分均匀地各测取几点直到达到额定电流为止。

3.同步电动机负载实验使同步电动机在U=U_N及f=f_N下运行,调节电动机的励磁电流,使其在空载时cos_q=1,维持I_f不变。以后逐步增加负载直流满载,记录同步电动机的U、I、P和直流发电机的U_f、I_f测取 5-7 点。

其中P_f=U_f*I直流发电机输出功率;

P=P₂/η 同步电动机输出功率:

η是直流发电机效率。从实验室给出直流发电机效率曲线中查出

M2= (公斤一米),同步发电机的输出转矩,其中P(瓦),n(转/分)。

猛增时,则应迅速增大其励磁电流。

3.无功功率调节--V形曲线测定

在P2=0和P2接近PN不变的两种情况下,改变同步发电机的励磁电流If调节输出无功功率,测取V 形曲线I=f(I_f)。

做V形曲线时,应先找到曲线的最低点(即cosp=1),然后再增加及减少发电机励磁电流,在过励及欠励情况下均匀地各测取儿点,做到额定电流为止。

4.用自整步法将同步发电机投人电网并联运行

采用这种方法,首先应已知发电机和电网的相序相同,线路如5-4所示。操作步骤如下起动直流电动机刀,在相序相同的正确转向下,使其转速n≈n_N

(允许有3%左右转差存在)场回路电阳R;应先放在使I_f=I_fn的位置,先将励磁绕组经过约为(8~10)倍励磁绕组电阻大的电阻短路。然后合上并车开关K,接着迅速给予励磁(将开关倒向励磁电源一边),使之牵人同步。

注:为了防止定子电流冲击损坏电流表,应将电流表的分流开关合上。

图5-4自整步并车接线

五、实验报告

1.作发电机功率调节的两条曲线

P,=f(P₁)和Q=f(P₂)此处P=UI为直流电动机输入功率

2.作P₂=0和P,约为P_N时发电机的V形曲线I=f(I_f)。

3.对实验结果加以分析。

5-3 同步电动机和调相机的起动与运行

一、实验目的

1.熟悉三相同步电动机的异步起动方法

2.求同步电动机V形曲线及工作特性

二、预习要点

1.同步电动机的异步起动操作步骤如何?起动时它的励磁绕组为什么不能开路和直接短

2.有的凸板同步电动机在异步起动过程中,即使励磁绕组中还未通入直流电流.便进入了同步,这是什么原因?

(1)反同步旋转法

接线图如图5-7,将励磁绕组短路,转子转速为同步转速,但转向必须与定子旋转磁场的转向相反(即n=-n1),定子边加三相低电压,定子电流约为额定值的20%左右记录 P、V_I、I₀。

(2)两相稳定短路法接线图如5-8,先将电枢两相短路把被试电机拖到额定转速,调节同步发电机励磁电流使电枢电流达到额定值的20%左在。测取U、I_k和P,则

图中励磁机以DJT-I中DY03电源替代

图5-8

3.零序电抗Xo的测定

图5-9

接线图5-9所示,同步发电机的励磁绕组短路,转子转速为同步转速,定子边加单相低电压,调节其数值,使电枢电流为额定值的30%,测取U、P、I。

若用串联法.则

若用并联法.则

4.超瞬变电抗X_d、X_q的测定

同步发电机接线如图5-10所示,转子静止,励磁绕组短路,定子边加单相低电压,电粮流为额定值的30%左右,用手慢慢转动转子的位置,记录定子边电压表和电流表指针摆动的4.超瞬变电抗不元的测定最大值和最小值.则

若电机无阻尼绕组,所测电抗为瞬变电抗X_d、X_q

图5-10

五、实验报告

由实验数据计算X_d、X_q、X₀、X_α的欧姆值及标么值

5-5同步发电机的温升实验(选做)

一、实验内容与实验设备

(一)本次实验主要内容

1.定子铁芯温升的测量

2.电枢绕组温升的测量

3.励磁绕组温升的测量

(二)主要实验设备1.DJT-1实验台:

电源DY03。模块DM03.DM05.DM07.DM08.DM09.DM1.DMI92.SDF-1型电动发电机组:

3.酒精温度计:

 4.ZFX-R负载箱:

5.电桥。

二、实验说明

(一)测定冷却介质的温度

对于采用空气冷却的电机,空气温度可用几只温度计放置在空气进人电机的途径中测量、取平均值。温度计距电机1~2米处,球部所处的位置为电机高度一半,并不受外来辐射热及气流的影响。根据规定,温升试验过程中冷却空气的温度不应高于40℃。

(二)测定电枢绕组和励磁绕组的实际状态电阻

将电机的吊环(吊攀)旋转下,将酒精温度计插入螺孔中,使球部紧贴铁芯,而后用绝热材料(如油灰、棉纱等)塞紧。

在电枢绕组端部选择适当部位,放置酒精温度计,用绝热材料将球部盖,并扎牢在端上。温升试验前,测量铁芯、绕组表面温度与周围空气温度相差小于士3℃,则可认为绕组已达实际冷却状态,并把绕组表面平均温度作为绕组实际冷态温度。用电桥(或数字式欧姆表)测定电枢绕组和励磁绕组的实际冷态电阻。

表5-1     cos_p=            海拔       米

(三)用直接负载法作温升试验实验接线可参考图5-11自行设计,发电机经调压器(BT)向电网回馈电能(或直接带负载)。起动原动机ZD后,调节发电机(TF)在额定状态下运SDF-1行,即U=U_N,I=I_N,f=f_N,cos_p=cos_gN,并保持不变,测量并记录端电压、负载电流、励磁电压、励磁电流和绕组端部,铁芯、周围冷却介质温度,开始阶段每隔半小时一次,记录于表5-1中。为了缩短试验时间,开始阶段可适当的过载,或限制通风量。

图5-11同步发电机温升试验接线示意图

(四)测量绕组热态直流电阻当铁芯和绕组温度一小时变化不超过士1C时,认为电机发热已经稳定,方可停车测绕组热态电阻,将发电机从电网断开,迅速停止原动机,然后用电桥(或数字式欧姆表)测电枢绕组和励磁绕组热态电阻r和，及距离断电瞬间的时间间隔,数据填入表5-2及表5-3中。励磁绕组温度也可以用电压、电流表法在运行中测励磁绕组的热态电阻求得,电压在集环上测量,常用铜丝布制成的带有绝缘柄的专用铜测取,电流可在磁回路串电流表测根据计算温升的需要,相应地还必须用同法测量试验刚开始时励磁绕组的冷态电阻,为了准确,须采用0.2级(不低于0.5级)的磁电式电压表和电流表。

表5-2

图5-3

若有理置检温计,取温升稳定阶段几个时间间隔温度的平均值为该电机额定负载下的温度。

因设备条件限制,无法采用直接负载法进行温升试验时,可采用零功率因数法,空载、短路法等推定方法

(五)若有需要可用温度计测轴承温度。集电环的温度可在停机后立即进行测量法等推定方法。

三、实验报告

1.根据表5-1中数据确定铁芯温升。

2.根据表5-2与5-3中数据作冷却曲线r_F=f(t)与r_f=f(t),确定电机绕组在额定工作下的平均温升

3.对被试电机的发热情况作出结论。

电机的允许温升与试验地点的海拔高度有关,应按下列有关规定进行校正。(1)电机试验地点的海拔超过1000米(但不超过4000米),其允许温升应按海拔每超过100米增加0.5℃。

(2)电机试验地点的海拔低于1000米,其温升限度按海拔每低100米减少0.5℃。

海拔1000米时电机各部分允许温升见有关的国家标准。