上海交大电机学实验+三相同步发电机并网运行

电机学实验报告实验四同步发电机运行特性一、实验目的1．掌握用实验方法测取三相同步发电机对称运行特性的方法；2．掌握用实验数据获取同步发电机稳态参数的方法。

二、实验内容1．测取发电机的空载特性；2．测取发电机的短路特性；3．测取额定电流条件下发电机的零功率因数负载特性。

三、实验接线图测取三相同步发电机对称运行特性的实验线路图如图4-1所示。

其中发电机G的转子与直流电动机M的转子机械连接，转子励磁绕组接励磁电源，电枢绕组为Y形连接。

图4-1 三相同步发电机运行特性接线图实验过程中，测定三相同步发电机空载特性的时候，将开关S2打开，这样同步发电机处于空载状态。

测定三相同步发电机短路特性的时候，将开关S2的右侧的三个端口短接，这样同步发电机处于短路运行状态。

测定额定电流条件下三相同步发电机零功率因数负载特性的时候，将开关S2闭合，X L 为一个三相饱和电抗器，忽略电阻，则它的功率因数为零，这样来测定零功率因数负载特性。

四、实验设备1．G同步发电机P N=2kW、U N=400V、I N=3.6A、n N=1500r/min；2．M直流电动机P N=2.2kW、U N=220V、I N=12.4A、U fN=220V、n N=1500r/min；3．变阻器R1：0/204Ω、0/17A，励磁变阻器R f1：0/500Ω、1A；4．X L三相饱和电抗器；5．直流电流表30A(电枢)；6．直流电流表4A(励磁)；7．直流电压表400V；8．交流电压表500V；9．交流电流表10A；10．功率表500V 10A。

五、实验数据1．测定发电机的空载特性：0AB AB CA2．测定发电机的短路特性：表4-2 发电机的短路特性实验数据n=nk A B C3．测定发电机的零功率因数负载特性：表4-3 发电机的零功率因数负载特性实验数据n=nAB AB CA六、特性曲线、参数计算及问题分析1．根据实验数据作出同步发电机的空载运行特性曲线U0=f(I f)，如下图4-2所示：图4-2 发电机空载运行特性曲线2．根据实验数据作出同步发电机的短路运行特性曲线I k=f(I f)，如下图4-3所示：图4-3 发电机短路运行特性曲线3．根据实验数据作出同步发电机的零功率因数负载特性曲线U=f(I f)，如下图4-4所示图4-4 发电机零功率因数负载特性曲线4．利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗X d（不饱和值）以及短路比：计算直轴同步电抗X d需要在取同一个I f值的情况下，计算空载电压U0和短路电流I k 的比值。

实验三同步发电机并网实验实验三同步发电机并网运行及V形曲线的测定一、实验目的1．学习三相同步发电机投入电网并联运行的条件与基本操作方法。

2．掌握三相同步发电机与电网并联运行后，有功功率和无功功率的调节。

3. 掌握同步发电机V形曲线测定方法。

二、实验内容1．利用微机准同期控制装置和同期表，用手动方式将三相同步发电机投入电网并联运行。

2．研究三相同步发电机与电网并联运行后有功功率的调节方法。

3．测取三相同步发电机与电网并联运行当空载及三分之一负载时的V形曲线。

三、实验步骤和方法1．起动机组、使同步发电机的转速接近同步速。

2．调节同步发电机的励磁，使同步发电机电压接近电网电压。

3、当发电机转速接近同步速，发电机电压接近电网电压时，利用准同期装置及同期表选择恰当时机并网。

说明：以上详细步骤1-3请参考实验指导书4．操作原动机调速装置上的旋钮，逐渐增加原动机输入功率，观察发电机输出有功功率的变化。

5.操作励磁调节器上的励磁调节旋钮，逐渐增大发电机励磁电流，观察发电机输出无功功率的变化。

6.测取三相同步发电机与电网并联运行当空载及三分之一负载时的V形曲线。

（1）发电机并网后，调节原动机输入旋钮和励磁调节旋钮，使发电机输出的有功和无功功率均为0，记录此时的励磁电流值，即为发电机空载时的正常励磁电流。

逐步增大发电机励磁电流（过励），观察发电机定子电流、无功功率和有功功率、功角的变化情况，并将数据记入表中；减小发电机励磁电流（小于正常励磁电流，欠励），观察发电机定子电流、无功功率和有功功率、功角的变化情况，并将数据记入表中。

（2）发电机并网后，保持发电机输出的有功功率为N P P 3/12=不变，调节励磁电流，使发电机输出的无功功率均为0，记录此时的励磁电流值，即为发电机带三分之一负载时的正常励磁电流。

逐步增大发电机励磁电流（过励），观察发电机定子电流、无功功率和有功功率、功角的变化情况，并将数据记入表中；减小发电机励磁电流（小于正常励磁电流，欠励），观察发电机定子电流、无功功率和7．实验完毕，按照实验指导书中的方法进行发电机解列、灭磁、停机。

三相同步发电机的并网运行一、实验目的1、掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

2、掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

二、预习要点1、三相同步发电机投入电网并联运行有那些条件？不满足这些条件将产生什么后果？如何满足这些条件？2、三相同步发电机投入电网并联运行时怎样调节有功功率和无功功率？调节过程又是怎样的？三、实验项目1、用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2、用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

3、三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

4、三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

(1) 测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

(2) 测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

四、实验方法2、屏上挂件排列顺序D52、D53、D34-23、用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行三相同步发电机与电网并联运行必须满足下列条件：(1)发电机的频率和电网频率要相同，即fⅡ=fⅠ；(2) 发电机和电网电压大小、相位要相同，即E0Ⅱ=UⅠ；(3) 发电机和电网的相序要相同。

为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。

4、旋转灯光法(1) 按图5-4接线。

三相同步发电机ＧＳ选用DJ18，ＧＳ的原动机采用DJ23校正直流测功机MG。

R st选用R2上180Ω电阻，R f1选用R1上1800Ω阻值，R f2选用R3上900Ω与900Ω并联加R4上90Ω与90Ω并联共495Ω阻值,R选用R6上90Ω固定电阻。

开关S1选用D52挂箱，S2选用D53挂箱。

并把开关S1打在“关断”位置，开关S2合向固定电阻端（图示左端）。

(2)三相调压器旋钮退至零位，在电枢电源及励磁电源开关都在“关断”位置的条件下，合上电源总开关，按下“启动”按钮，调节调压器使电压升至额定电压220伏，可通过V1表观测。

图5-4 三相同步发电机的并联运行(3) 按他励电动机的起动步骤(校正直流测功机ＭＧ电枢串联起动电阻R st，并调至最大位置。

实验报告四实验名称：三相同步发电机的并联运行实验实验目的：1.掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

2.掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

实验项目：1.用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2.三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

3.三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

→测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

（一）填写实验设备表（二）三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节填写实验数据表格 表4-1U=220V （Y ）f f0I =I = 0.85 A（三）三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节填写实验数据表格表4-2 n=1500r/min U=220V 2P 0≈W（四）问题讨论1.三相同步发电机投入电网并联运行有哪些条件？不满足这些条件将产生什么后果？答：1.发电机的频率和电网的频率相同。

2.发电机和电网的电压大小相等，相位相同。

3.发电机和电网的相序相同。

不满足这些条件将产生：1.频率不同，引起系统功率下降，进而导致系统解列。

2.电压不同，引起系统损耗加大。

相位不同不但会使有功和无功的冲击外，还会有一个电磁力矩冲击，会导致传动部分冲击。

3.相序不同.将会发生短路，造成人身伤亡和损坏设备事故。

2. 三相同步发电机与电网并联的方法有哪些？答：1.直接并网，2.有电动机带动至电网电压和频率时并网。

3.发电机先做电动机，再转向发电机状态。

3. 实验的体会和建议答：熟悉了三相同步发电机并网运行的条件与操作方法，知道了如何对三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节，明白了三相同步发电机投入电网并联条件的重要性。

一、实验目的1．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

2．掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节方法。

二、预习要点1．同步发电机并联运行有哪些条件？如何满足这些条件？2．同步发电机并网运行时，怎样调节其有功功率和无功功率？在改变有功功率时，无功功率有无变化？3．同步发电机并网后，若原动机为直流电动机，为什么减少直流电动机的励磁电流可以增加发电机有功功率？三．实验项目1．用准确整步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

3．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节。

(1)测取当输出功率时三相同步发电机的形曲线。

(2)测取当输出功率时三相同步发电机的形曲线。

四．实验设备及仪器1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（含交流电压表、交流电流表）2．功率及功率因数表（MEL-20或含在主控制屏内）3．三相组式变压器（MEL-01）或单相变压器（在主控制屏的右下方）4．三相可调电阻900Ω（MEL-03）5．波形测试及开关板（MEL-05）6．三相可调电抗（MEL-08）五．实验方法接线说明：实验线路如图1。

图中为直流电动机，作原动机用；被试电机为三相凸极式同步电机，其额定值为：，，，；为涡流测功机。

、同步电机、由联轴器直接联接（虚线所示）。

电阻选用挂箱上的阻值为（接端，即两只串联）、电流为的可调电阻，作为直流并励电动机的起动电阻。

电阻选用挂箱上的阻值为、电流为的可调电阻，作为直流并励电动机励磁回路串接电阻。

直流电流表选用直流电机励磁电源上的励磁电流表（mA），选用直流稳压电源上的电枢电流表（A）。

同步发电机定子回路的电流表、功率表、电压表选用主控屏左侧的交流电流表、功率表、电压表。

同步指示灯为挂箱上的三组灯。

开关选用挂箱上的。

图1 同步发电机与电网并联接线图1．用准确整步法将三相同步发电机投入电网关联运行本实验采用交叉法将三相同步发电机投入电网关联运行。

电机学实验报告实验五三相同步发电机并网运行班级：姓名：学号：同组成员：实验时间：实验地点：一、实验目的1．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

2．掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

二、实验内容1．用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

(1) 测取输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

(2) 测取输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

三、实验接线图1．图5-1三相同步发电机与电网并联运行接线图四、实验设备1. T三相感应调压器2. G同步发电机PN =2kW UN=400V IN=3.61A IfN=3.6A nN=1500r/min3. M直流电动机PN =2.2kW UN=220V IN=12.4A UfN=220V nN=1500r/min4. 变阻器励磁变阻器Rf1 0/500Ω 1A5. 并车开关6. 直流电流表30A(电枢)7. 直流电流表 4A(励磁)8. 直流电压表400V9. 交流电压表500V10. 交流电流表10A11. 功率表五、实验数据记录2六、计算及问题分析1. 根据实验操作过程，简要说明发电机与电网并联运行时无功功率调节的方法。

在保持同步发电机的有功功率不变的情况下，调节同步发电机的励磁电流I，改变了功率因数角，调节电机的无功功率输出。

在励磁电流变化的过程中，f在励磁电流取某一值的时候，定子电流会出现一个最小值，这时功率因数角为0，无功功率输出为0。

以这一点为基础，增大励磁电流，功率因数角增大，无功功率也随之增大，且为感性；减小励磁电流，功率因数角减小，为负值，无功功率也随之增大，且为容性。

2．P2≈0时同步发电机的V形曲线I=f(If)，如图：3．P2=0.5PN时同步发电机的V形曲线I=f(If)，如图：七、思考题1. 如何根据灯光旋转法中灯光旋转的方向判断发电机的频率是高于还是低于电网频率？答：当灯光顺时针熄灭时，发电机频率低于电网频率；逆时针熄灭时，发电机频率高于电网频率。

三相交流同步发电机同期并网异常运行的研究【摘要l文章阐述了在电机实验室做三相交流同步发电机与电网并网实验时遇到的异常情况，分析研完发生非同期并网的原因及解决办法，同时对原实验接线圈提出了修改意见。

【关键词】实验教学，同步发电机，并网运行在电机教学中，学生们经常要到电机实验室进行三相交流同步发电机并网实验，以验证同步发电机与电网进行准同期并列运行时需要满足的几个条件。

准同期并列法的几个条件是：(1)待并发电机的电压U 和电网电压Uw大小相等；(2)待并发电机的电压和电网电压相位相同；(3)待并发电机的频率和电网频率相等；(4)待并发电机电压的相序和电网电压相序相同。

在实验室进行三相交流同步发电机并网实验时，常采用对认识并列条件较直观的灯光法，即暗灯法和旋转灯光法。

暗灯法的接线如图1。

暗灯法是指接在发电机与电网间的三组灯同时熄灭的瞬间，发电机与电网同步，符合并网条件，在该时刻可以进行并网发电。

旋转灯光法接线如图2。

旋转灯光法是指灯光旋转到接在同名相上的一盏灯熄灭时（如图2中的A相灯），发电机与电网同步，符合并网条件。

通常情况下，操作者只要把握好符合并网条件的瞬间，按下台闸按钮，即可完戒发电机与电网的并网操作，调节原动机的出力就可向电网供电。

但有时也有偶然的情况。

例如，在一次电机老师组织学生到电机实验室做三相交流同步发电机与电网进行准同期法并列运行实验时，就有一个实验小组不能实现同期并列，发生了非同期并列的情况，使发电机受到了巨大的冲击振动，并变为噪音很大的异步运行。

实验只好停止下来，等待查明原因。

一、非同期并网的原因分析针对实验出现的异常情况，我们首先对接线是否有误进行了检查。

经过对连接导线的一一查对，并和与实验接线图上的接线校核，甚至连接线柱上的紧固螺母是否旋紧都进行了检查。

没有发现连线错漏或松动造成虚接的情况。

接着叉按照准同期法并网的四个条件去核对讨论，觉得电压、相位、频率、相序均符合要求，没有发现哪条不对，接线投有错，并网条件又满足，从原理上分析是可以并网的，但试并网时，异常情况依然存在。

实验报告四实验名称：_____________________________________实验目的：1.掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

____________2. 掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

实验项目： 1. 用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2. 三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

3. 三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

一测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

（一）填写实验设备表（二）三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 填写实验数据表格 表f（三）三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节 填写实验数据表格表4-2 n=1500r/min U=220VP2 : 0W（四）问题讨论1•三相同步发电机投入电网并联运行有哪些条件？不满足这些条件将产生什么 后果？答： 1.发电机的频率和电网的频率相同。

2.发电机和电网的电压大小相等，相位相同。

3.发电机和电网的相序相同。

不满足这些条件将产生：1.频率不同，引起系统功率下降，进而导致系统解列。

2.电压不同，引起系统损耗加大。

相位不同不但会使有功和无功的冲击外，还会有一个电磁力矩冲击，会导致传动部分冲击。

3.相序不同.将会发生短路，造成人身伤亡和损坏设备事故。

2.三相同步发电机与电网并联的方法有哪些？答：1.直接并网，2.有电动机带动至电网电压和频率时并网。

3.发电机先做电动机，再转向发电机状态。

3. 实验的体会和建议答：熟悉了三相同步发电机并网运行的条件与操作方法，知道了如何对三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节，明白了三相同步发电机投入电网并联条件的重要性。

实验四三相同步发电机一、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. 研究同步发电机投入电网并联运行的方法。

二、实验内容1. 在f=fN, I=0的条件下, 测取空载特性曲线U0=f（If）；2．在f=fN, U=0的条件下, 测取短路特性曲线IK=f（If）；3. 用准确整步法将同步发电机投入电网并联运行。

三、实验接线接线时, 可单独使用同步指示灯或同期表, 也可同时使用同步指示灯和同期表。

使用同期表时, 同期表A.B端接发电机AB相线电压, 同期表A0、B0端接电网端AB相线电压。

四、实验说明1. 空载实验实验步骤:1）请参照实验接线图4-1正确接线。

2）启动直流电机（请参照实验三）。

3）使机组转速n=nN=1500r/min, 并保持不变。

按下实验台同步机励磁电源（40V/4A）合闸按钮, 合上发电机励磁电源箱（40V/4A）的电源开关, 点击“增”按钮将同步发电机电压逐渐升高, 使发电机空载端电压U0=1.1UN, 然后减小同步发电机励磁电流If, U0下降, 直至If=0, 测取7到8组数据, 记录If、U0于表4-1中。

表4-1I fU02．注意: 同步发电机的励磁电流不能忽大忽小, 必须单方向调节。

3．短路实验短路实验接线原理图自拟。

启动直流电动机, 将转速调节到接近额定转速。

先将同步发电机的三相定子绕组短接, 然后加励磁, 调节同步发电机的励磁电流If, 使定子短路电流IK=1.1IN（IN=3.6A）。

再减小励磁电流直至If=0, 记录4到5组数据, 记录If、IK于表4-2中。

表4-23. 用准确整步法将同步发电机投入电网并联运行实验步骤:（1）请参照实验接线图4-2正确接线。

（2）盘车检查, 确认电机没有卡住或异常响声。

（3）按实验一的方法启动直流电动机, 使直流电动机的转速逐渐上升至1500转/分左右。

（4）按下实验台电网合闸按钮, 按下实验台同步机励磁电源（40V/4A）合闸按钮, 合上发电机励磁电源箱（40V/4A）的电源开关, 点击“增”按钮将同步发电机电压逐渐升高压, 使发电机的端电压等于电网电压。

实验三 三相同步发电机与大电网并联运行一、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，求发电机的U 行曲线。

二、 实验内容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f fo I I =＝常数下，求取12()P f P =和Q ＝2()f P 曲线。

3、 无功功率调节：求发电机的V 行曲线，分别在： （1）P2＝200W ＝常数 （2）213N P P =＝700W ＝常数的条件下求取()f I f I =曲线。

三、实验线路DC100V/4ADC220V/2A整流电源图3－1 同步发电机与电网并联运行接线原理图四、实验说明1、判断相序起动直流电动机：在合上开关1K 、2K 之前，必须将可控整流电源，斩波稳压电源DC200V/2A ，DC100V/4A 的电压调节旋钮置于电压为零的位置。

先合励磁开关2K ，将直流电动机的励磁电压调到额定值200V ；再合上电枢电源开关1K ，将电枢电源电压从零逐渐升高，直流电动机的转速逐渐上升至1500r/min 左右。

将同步发电机的励磁电压升高，使发电机的端电压等于电网电压。

采用“灯光旋转”同步指示灯接法。

如果发电机与电网的相序相同，则这样接线时，三组指示灯将轮流亮熄，形成旋转灯光。

若灯光同明同暗，则表明同步发电机与电网的相序不相同，则应将电源断开，把电网或发电机的任意两根接线对调。

合闸时刻应该是：灯光缓慢旋转（表明频率接近相等），两边电压基本相等，当跨接再同一相（直跨相）的一组灯完全熄灭（交叉跨接在另外两相的两组灯亮度相同）时合闸。

2、有功功率调节同步发电机并网以后，调节发电机的励磁电流和直流电动机的输入，使同步发电机定子电流0I ≈（20P ≈，0Q ≈），此时的f I 即为同步发电机空载运行时的励磁电流fo I （ 1.1fo I A ≈）。

在调节过程中，如果发电机输出功率2P 由正值变成负值，则表明电机由发电机运行状态变成电动机运行状态。

实验一：同步发电机组并网实验一、实验目的1．加深理解发电机组调速系统和励磁调节系统的工作原理，掌握调速装置和励磁调节装置的基本使用方法。

2．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件, 熟悉同步发电机准同期并列过程。

二、实验装置介绍WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台由发电机组、试验操作台、无穷大系统等三大部分组成。

1．发电机组它是由同在一个轴上的三相同步发电机（SN=2.5kV A，VN=400V，nN=1500r.p.m），模拟原动机用的直流电动机（PN=2.2kW，VN=220V）以及测速装置和功率角指示器组成。

直流电动机、同步发电机经弹性联轴器对轴联结后组装在一个活动底盘上构成可移动式机组。

具有结构紧凑、占地少、移动轻便等优点，机组的活动底盘有四个螺旋式支脚和三个橡皮轮，将支脚旋下即可开机实验。

2．试验操作台实验操作台是由输电线路单元、微机线路保护单元、负荷调节和同期单元、仪表测量和短路故障模拟单元等组成。

其中负荷调节和同期单元是由“TGS-04型微机调速装置”、“WL-04B微机励磁调节器”、“HGWT-03微机准同期控制器”等微机型的自动装置和其相对应的手动装置组成。

（1）输电线路采用双回路远距离输电线路模型，每回线路分成两段，并设置中间开关站，使发电机与系统之间可构成四种不同联络阻抗，便于实验分析比较。

（2）“YHB-III型微机线路保护”装置是专为实验教学设计，具有过流选相跳闸、自动重合闸功能，备有事故记录功能，有利于实验分析。

在实验中可以观测到线路重合闸对系统暂态稳定性影响以及非全相运行状况。

（3）“TGS-04型微机调速装置”是针对大、中专院校教学和科研而设计的，能做到最大限度地满足教学科研灵活多变的需要。

具有测量发电机转速、测量电网频率、测量系统功角、手动模拟调节、手动数字调节、微机自动调速以及过速保护等功能。

（4）“WL-04B微机励磁调节器”其励磁方式可选择：它励、自并励2种；控制方式可选择恒UF，恒IL，恒α，恒Q等4种；设有定子过电压保护和励磁电流反时限延时过励限制、最大励磁电流瞬时限制、欠励限制、伏赫限制等励磁限制功能；设有按有功功率反馈的电力系统稳定器（PSS）；励磁调节器控制参数可在线修改，在线固化，灵活方便，并具有实验录波功能，可以记录UF，IL，UL，P，Q，α等信号的时间响应曲线，供实验分析用。