三相同步發(fā)電機的運行特性實驗

三相同步發(fā)電機的運行特性實驗-實驗目的:
    1、用實驗方法測量同步發(fā)電機在對稱負載下的運行特性。
    2、由實驗數(shù)據(jù)計算同步發(fā)電機在對稱運行時的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。
二、預習要點:
    1、同步發(fā)電機在對稱負載下有哪些基本特性？
    2、這些基本特性各在什么情況下測得？
    3、怎樣用實驗數(shù)據(jù)計算對稱運行時的穩(wěn)態(tài)參數(shù)？
三、三相同步發(fā)電機的運行特性實驗項目:
    1、測定電樞繞組實際冷態(tài)直流電阻。
    2、空載實驗：在n=n_N、I=0的條件下，測取空載特性曲線U₀=f(I_f)。
    3、三相短路實驗：在n=n_N、U=0的條件下，測取三相短路特性曲線I_K=f(I_f)。
    4、純電感負載特性：在n=n_N、I=I_N、cosφ≈0的條件下，測取純電感負載特性曲線。
5、外特性：在n=n_N、I_f=常數(shù)、cosφ=1和cosφ=0.8(滯后)的條件下，測取外特性曲線U=f(I)。
    6、調節(jié)特性：在n=n_N、U=U_N、cosφ=1的條件下，測取調節(jié)特性曲線I_f=f(I)。
四、實驗方法:
    1、實驗設備

序 號	型 號	名             稱	數(shù) 量
1	DQ03-1	導軌、測速系統(tǒng)及轉速表	1件
2	DQ19	校正直流測功機	1件
3	DQ14	三相同步電機	1件
4	DQ44	數(shù)/模交流電流表	1件
5	DQ45	數(shù)/模交流電壓表	1件
6	DQ25	智能型功率、功率因數(shù)表	1件
7	DQ22	直流數(shù)字電壓、毫安、安培表	1件
8	DQ26	三相可調電阻器	1件
9	DQ27	三相可調電阻器	1件
10	DQ28	三相可調電抗器	1件
11	DQ29	可調電阻器、電容器	1件
12	DQ31	波形測試及開關板	1件
13	DQ32	旋轉燈、并網(wǎng)開關、同步機勵磁電源	1件

    2、屏上掛件排列順序
      DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ32、DQ22、DQ31、DQ26、DQ27、DQ28
    3、測定電樞繞組實際冷態(tài)直流電阻
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。作為同步發(fā)電機使用時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，絕緣等級E級。
    測量與計算方法參見實驗4-1。記錄室溫。測量數(shù)據(jù)記錄于表1中。 
 表1                                     室溫       ℃

	繞 組 Ⅰ			繞 組 Ⅱ			繞 組 Ⅲ
I（mA）
U（V）
R（Ω）

 
                                     圖1 三相同步發(fā)電機實驗接線圖
4、空載實驗
(1) 按圖5-1接線，校正直流測功機ＭＧ按他勵方式聯(lián)接，用作電動機拖動三相同步發(fā)電機ＧＳ旋轉，ＧＳ的定子繞組為Y形接法(U_N=220V)。R_f2用DQ26組件上的90Ω與90Ω串聯(lián)加上90Ω與90Ω并聯(lián)共225Ω阻值，R_st用DQ29 上的180Ω電阻值，R_f1用DQ29上的1800Ω電阻值。開關S₁，S₂選用DQ31掛箱。當掛件沒有地方掛時DQ28與DQ27根據(jù)實驗內容輪流放置。
    (2) 調節(jié)DQ32上的同步勵磁電源（調到約14V）串接的R_f2至最大位置。調節(jié)MG的電樞串聯(lián)電阻R_st至最大值，MG的勵磁調節(jié)電阻R_f1至最小值。開關S₁、S₂均斷開。將控制屏左側調壓器旋鈕向逆時針方向旋轉退到零位，檢查控制屏上的電源總開關、電樞電源開關及勵磁電源開關都須在“關”斷的位置，作好實驗開機準備。
    (3) 接通控制屏上的電源總開關，按下“啟動”按鈕,接通勵磁電源開關，看到電流表A₂有勵磁電流指示后，再接通控制屏上的電樞電源開關,起動MG。MG起動運行正常后, 把R_st調至最小，調節(jié)R_f1使MG轉速達到同步發(fā)電機的額定轉速1500 r/min并保持恒定。
    (4) 接通GS勵磁電源，調節(jié)GS勵磁電流(必須單方向調節(jié))，使I_f單方向遞增至GS輸出電壓U₀≈1.3U_N為止。
    (5) 單方向減小GS勵磁電流，使I_f單方向減至零值為止，讀取勵磁電流I_f和相應的空載電壓U₀。
(6) 共取數(shù)據(jù)7～9組并記錄于表5-2中。
表2             n=n_N=1500r/min                I=0

序 號
U0（V）
If（A）

  在用實驗方法測定同步發(fā)電機的空載特性時，由于轉子磁路中剩磁情況的不同，當單方向改變勵磁電流I_f從零到某一最大值，再反過來由此最大值減小到零時將得到上升和下降的二條不同曲線,如圖2。二條曲線的出現(xiàn)，反映鐵磁材料中的磁滯現(xiàn)象。測定參數(shù)時使用下降曲線，其最高點取U₀≈1.3U_N，如剩磁電壓較高，可延伸曲線的直線部分使與橫軸相交，則交點的橫座標絕對值Δi_f0應作為校正量，在所有試驗測得的勵磁電流數(shù)據(jù)上加上此值，即得通過原點之校正曲線，如圖3所示。
    注意事項：
    (1) 轉速要保持恒定。
    (2) 在額定電壓附近測量點相應多些。
   
               圖2上升和下降二條空載特性                             圖3校正過的下降空載特性
5、三相短路試驗
    (1) 調節(jié)ＧＳ的勵磁電源串接的R_f2至最大值。調節(jié)電機轉速為額定轉速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的勵磁電源（調到約14V左右），調節(jié)R_f2使GS輸出的三相線電壓(即三只電壓表V的讀數(shù))最小，然后把GS輸出三端點短接，即把三只電流表輸出端短接。
    (3) 調節(jié)GS的勵磁電流I_f使其定子電流I_K=1.2I_N，讀取GS的勵磁電流值I_f和相應的定子電流值I_K。
    (4) 減小GS的勵磁電流使定子電流減小，直至勵磁電流為零，讀取勵磁電流I_f和相應的定子電流I_K。
    (5) 共取數(shù)據(jù)5～6組并記錄于表5-3中。
     表5-3     U=0V；     n＝n_N=1500r/min

序  號
IK（A）
If （A）

   6、純電感負載特性
    (1) 調節(jié)ＧＳ的R_f2至最大值，調節(jié)可變電抗器使其阻抗達到最大。同時拔掉ＧＳ輸出三端點的短接線。
    (2) 按他勵直流電動機的起動步驟(電樞串聯(lián)全值起動電阻R_st，先接通勵磁電源，后接通電樞電源)起動直流電機ＭＧ，調節(jié)ＭＧ的轉速達1500 r/min且保持恒定。合上開關S₂，電機GS帶純電感負載運行。
    (3) 調節(jié)R_f2和可變電抗器使同步發(fā)電機端電壓接近于1.1倍額定電壓且電流為額定電流，讀取端電壓值和勵磁電流值。
    (4) 每次調節(jié)勵磁電流使電機端電壓減小且調節(jié)可變電抗器使定子電流值保持恒定為額定電流。讀取端電壓和相應的勵磁電流。
    (5) 取幾組數(shù)據(jù)并記錄于表5-4中。
          表5-4        n＝n_N=1500r/min      I=I_N=      A

U（V）
If（A）

   7、測同步發(fā)電機在純電阻負載時的外特性
    (1) 把三相可變電阻器R_L接成三相Y接法，每相用DQ27組件上的900Ω與900Ω串聯(lián)，調節(jié)其阻值為最大值。
    (2) 按他勵直流電動機的起動步驟起動MG，調節(jié)電機轉速達同步發(fā)電機額定轉速1500 r/min，而且保持轉速恒定。
    (3)斷開開關S₂，合上S₁，電機GS帶三相純電阻負載運行。
(4) 接通24V勵磁電源，調節(jié)R_f2和負載電阻R_L使同步發(fā)電機的端電壓達額定值220伏且負載電流亦達額定值。
    (5) 保持這時的同步發(fā)電機勵磁電流I_f恒定不變，調節(jié)負載電阻R_L，測同步發(fā)電機端電壓和相應的平衡負載電流，直至負載電流減小到零，測出整條外特性。
    (6) 共取數(shù)據(jù)5～6組并記錄于表5-5中。
        表5-5   n＝n_N=1500r/min    I_f=    A      cosφ=1

U（V）

I（mA）

    8、測同步發(fā)電機在負載功率因數(shù)為0.8時的外特性
    (1) 在圖5-1中接入功率因數(shù)表，調節(jié)可變負載電阻使阻值達最大，調節(jié)可變電抗器使電抗值達最大值。
    (2) 調節(jié)R_f2至最大值，起動直流電機并調節(jié)電機轉速至同步發(fā)電機額定轉速1500轉/分，且保持轉速恒定。合上開關S₁，S₂。把R_L和X_L并聯(lián)使用作電機GS的負載。
    (3) 接通14V勵磁電源，調節(jié)R_f2、負載電阻R_L及可變電抗器X_L，使同步發(fā)電機的端電壓達額定值220伏，負載電流達額定值及功率因數(shù)為0.8。
    (4) 保持這時的同步發(fā)電機勵磁電流I_f恒定不變，調節(jié)負載電阻R_L和可變電抗器X_L使負載電流改變而功率因數(shù)保持不變?yōu)?.8，測同步發(fā)電機端電壓和相應的平衡負載電流，測出整條外特性。
    (5)共取數(shù)據(jù)5～6組并記錄于表5-6中。
       表6    n＝n_N=1500r/min    I_f=     A     cosφ=0.8

U（V）

I（A）

    9、測同步發(fā)電機在純電阻負載時的調整特性
    (1)發(fā)電機接入三相電阻負載R_L，調節(jié)R_L使阻值達最大，電機轉速仍為額定轉速1500 r/min且保持恒定。
    (2) 調節(jié)R_f2使發(fā)電機端電壓達額定值220伏且保持恒定。
    (3) 調節(jié)R_L阻值，以改變負載電流，讀取相應勵磁電流I_f及負載電流，測出整條調整特性。
    (4) 共取數(shù)據(jù)4～5組記錄于表5-7中。
        表5-7          U=U_N=220V      n=n_N=1500r/min

I（A）
If（A）

五、實驗報告:
    1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機的空載特性。
    2、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機短路特性。
    3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機的純電感負載特性。
    4、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機的外特性。
    5、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機的調整特性。
    6、由空載特性和短路特性求取電機定子漏抗X_σ和特性三角形。
    7、由零功率因數(shù)特性和空載特性確定電機定子保梯電抗。
    8、利用空載特性和短路特性確定同步電機的直軸同步電抗X_d(不飽和值)。
    9、利用空載特性和純電感負載特性確定同步電機的直軸同步電抗X_d(飽和值)。
    10、求短路比。
    11、由外特性試驗數(shù)據(jù)求取電壓調整率ΔU%。
六、思考題:
    1、定子漏抗X_σ和保梯電抗X_p它們各代表什么參數(shù)？它們的差別是怎樣產(chǎn)生的？
    2、由空載特性和特性三角形用作圖法求得的零功率因數(shù)的負載特性和實測特性是否有差別？造成這差別的因素是什么？