实验8 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、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2、屏上挂件排列顺序D34-2、D52、D513、测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。

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5-1中。

图5-1 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R4组件上的90Ω与90Ω串联加R6上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，R st 用R2上的180Ω电阻值，R f1用R1上的1800Ω电阻值。

开关S 1，S 2选用D51挂箱。

(2) 调节D52上的24V 励磁电源串接的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S 1、S 2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。

三相同步电动机的特征⑴恒速性同步电动机只需所带负载不跨过容许值，其转速老是等于同步转速。

因而同步电动机常用于大功率、转速不需求调度的出产机械中，如大型水泵、空气紧缩机、通风机等。

⑵功率因数可调性同步电机在坚持输出有功不变的情况下，能够经过励磁电流的调度，使电机的功率因数发作改动。

①准励磁情况当正常励磁时，电枢相电流I1和定子相电压U1同相位，电动机的功率因数cosф=1，无功功率为零，阐明电动机只耗费有功功率，不耗费无功功率，电动机对电网呈纯电阻性。

②欠励磁情况励磁电流小于正常励磁值时，电枢相电流I1滞后定子相电压U1φ相位角，电动机的功率因数cosфlt;1，这时电动机不只耗费有功功率，还要从电网吸收滞后的无功功率，电动机对电网呈理性负载，这种励磁办法称为欠励，它加剧了电网的背负，通常不选用这种作业办法。

③过励磁情况励磁电流大于正常励磁值(过励)时，电枢相电流I1超前定子相电压U1φ相位角，电动机的功率因数cosф1，这时电动机除从电网吸收有功功率，一同也从电网吸收超前的无功功率，电动机对电网呈容性负载，这种励磁办法称为过励，这种作业办法能跋涉电网的功率因数。

异步电机励磁电流为定子电流的一有些，不能调度，从电网吸收励磁电流，为理性，使电动机功率因数滞后，使电网功率因数变坏。

同步电动机功率因数可调，能够改进电网的无功平衡情况，然后跋涉电网的功率因数和作业功用及效益。

将同步电机和异步电机接入同一电网作业，并使同步电动机作业于过励情况，则电网一同供应容性和理性的无功电流，两者相互抵偿，改进电网功率因数。

或许选用同步抵偿机，即不带负载浮接于电网上过励作业的同步电动机。

⑶构造凌乱，报价较贵，需交、直电流供电，作为动力机械遭到必定的绑缚。

同步发电机的运行特性1、同步发电机单机运行时，输入转矩和磁力电流保持不变，当有功负载（>）增加时，端电压U 下降，频率下降；当无功负载（>）增加时，端电压下降，频率f 不变。

2、同步发电机的短路比可借助于空载特性和短路特性两条特性曲线来求取。

3、同步发电机稳态短路时，空载电动势是用来平衡稳态短路电流在同步电抗上的压降而气隙电动来平衡稳态短路电流在漏抗上的压降。

4、影响同步电动机电压变化率的因素，有负载大小和性质和同步阻抗。

5、一台同步发电机带cos=0.8的阻感性负载运行，若定子电流减小，发电机端电压升高，为保持电压额定值不变，励磁电流要减小。

6、同步发电机带纯电阻负载时，从外特性曲线可知，若电枢电流增加，端电压会下降，其主要原因有内功率因数角>，仍有一部分直轴去磁电枢反应磁动势作用的结果。

7、测定同步发电机短路特性时，如果转速降低0.8nN时，测得的短路特性(A)。

（A）不变（B）提高0.8倍（C）降低0.8倍8、试比较同步发电机在空载（=）、短路实验（U=0, =）、满载（U=, =,cos=cos）三种情况下气隙磁通的大小。

（提示：用向量图分析）答：=短路实验时=满载时。

>>，所以9、简析同步发电机在短路特性曲线为什么是一条直线？、答：由=可知短路时气隙电动势直需用来平衡漏抗电压，因为很小，故很小，其所对应的漏磁通也很小，所以磁路不饱和。

故，又因为所以，两者为一直线关系。

10、为什么短路比是同步电抗的一个重要参数？、答：短路比直接影响惦记的制造成本和运行性能。

（1）大，成本高。

（2）大，小。

（3）大，小，大，稳定性高。

（4）大，短路电流大。

11、画出同步电动机各种性质负载时的外特性曲线。

12、写出同步发电机四条运行特性定义，并画出相应的曲线。

13、保持励磁电流不变，电枢电流，发电机转速恒定，试分析：①空载；②纯阻负载；③纯感负载；④纯容负载（设容抗大于发电机的同步电抗）时发电机端电压的大小？欲保持端电压为额定值，应如何调节？答：>>>以空载电压为基准（=），容性负载产生直轴助磁电枢反应，使端电压升高。

三相同步发电机的运行特性实验报告一、实验目的1、掌握三相同步电动机的异步起动方法。

2、测取三相同步电动机的V形曲线。

3、测取三相同步电动机的工作特性。

二、预习要点1、三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。

2、三相同步电动机的V形曲线是怎样的？怎样作为无功发电机（调相机）使用？3、三相同步电动机的工作特性怎样？怎样测取？三、实验项目1、三相同步电动机的异步起动。

2、测取三相同步电动机输出功率P处0时的V形曲线。

4、测取三相同步电动机的工作特性。

3、测取三相同步电动机输出功率P=0∙5倍额定功率时的V形曲线。

四、实验方法1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D31、D42、D33、D32、D34-3、D41、D52、D51、D31 3、三相同步电动机的异步起动图8-1三相同步电动机实验接线图1）按图8T 接线。

其中R 的阻值为同步电动机MS 励磁绕组电阻的 10倍（约90Q ）,选用D41上90。

固定电阻。

R 选用D41上90。

串联90。

加上90 Q 并联90。

共225 Q 阻值。

R 选用D42上900。

串联 900。

共1800。

阻值并调至最小。

R 选用D42上900。

串联900。

加同步电机A 3~ Z∣zD52∣∣ij 步电力L 励磁电源 O 24V 0彩⅛奥畏出医箕111I0αα上900 Q并联900。

共2250。

阻值并调至最大。

MS为DJ18（Y接法,额定电压U=220V）02）用导线把功率表电流线圈及交流电流表短接，开关S闭合于励磁电源一侧（图8-1中为上端）。

3）将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转至零位。

接通电源总开关，并按下“开”按钮。

调节D52同步电机励磁电源调压旋钮及R阻值，使同步电机励磁电流I约0.7A左右。

4）把开关S闭合于R电阻一侧（图8-1中为下端），向顺时针方向调节调压器旋钮，使升压至同步电动机额定电压220伏，观察电机旋转方向，若不符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。

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、短路及零功率因素负载特性的实验求取法2.学会用试验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳态参数二、实验参数实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以直流电动机作为原动机，带动同步电动机转动，配置常规仪表进行实验参数进行测量，本次同步发电机运行试验，仅采用常规控制方式。

同步发电机的参数如下额定功率2kw额定电压400v额定电流 3.6A额定功率因素0.8接法Y三、实验原理工作原理◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

◆载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

◆切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

◆交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。

通过引出线，即可提供交流电源。

◆感应电势有效值：每相感应电势的有效值为◆感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即◆交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

同步转速◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。

我国电网的频率为50Hz ，故有：◆要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。

例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。

只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。

运行方式◆同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。

1.空载特性同步发电机的空载、短路及零功率因数特性都是同步发电机的基本特性，通过它们可以求出同步电机的同步电抗及漏电抗，以确定同步发电机的其他特性。

当同步发电机运行于n=n1，I a=0时，即称为空载运行。

(1)同步发电机空载特性曲线的测定同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励磁电流，空载电势也随之改变。

①励磁电流由零升至最大值②励磁电流由最大值降为零由于铁磁材料磁滞的原因，空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线图1 同步发电机空载特性曲线显然，此时我们通过改变励磁电流，则气隙中的旋转磁通及电枢绕组中的感应电动势都会随之发生变化。

(2)空载特性:空载时不同励磁电流和产生空载电势之间的关系，图2 同步发电机空载特性因E0正比于0，而励磁电流又正比于励磁磁势，所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在形状上完全相同。

空载特性主要有两个用处:①空载特性可以反映出电机设计是否合理。

如同前面所分析的情况一样，额定电压应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才比较经济合理。

②同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，同步电机的许多性能由它所决定。

空载特性配合短路特性可以求出同步电抗。

2.短路特性当同步发电机运行于n=n1，电枢三相绕组持续稳态短路(即U=0)时，称为短路运行。

如改变它的励磁电流，三相短路电流也随之而改变。

短路特性就是研究这两个量之间的变化关系，I K=f(I f)曲线。

如果略去电枢电阻:得到:因为忽略了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势90电角度，所以产生的电枢反应是直轴去磁效应。

此时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个常数。

图3 同步发电机短路特性同步发电机定子绕组的出线端短路后，电枢电流I随励磁电流i f变化，两者为什么成正比关系?若忽略Ra，则三相短路时，由于滞后于90电角度，即ψ=90°，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴分量，而交轴分量为零。

所以由于电枢磁势的直轴去磁作用，使电机中磁通小，磁路也不饱和，所以式上式中的Xd也是一个常数。