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、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特性曲线Uo=f(If)。
2.三相短路实验：在n=n N，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线I k=f(I f).
3..求取零功率因数负载特性曲线上的一点，在n=nN；U=UN；cosØ≈0的条件下，测取当I=IN 时的If值。
三、实验仪器及其接线
1.实验仪器如下图所示：
2.实验室实际接线图如下图所示：
图1 实验室实际接线图
四、实验线路及操作步骤：
1. 空载实验
实验接线图如图2所示
图2 实验接线图
实验时启动原动机（直流电动机），将发电机拖到额定转速，电枢绕组开路，调节励磁电流使电枢空载电压达到120%U N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1中。
表1 空载实验数据记录 n=no=1500转/分 I=0
（1）表1中
U 0=3
AC BC AB U U U ++ U 0*=N
U U 0 I f =I ´f +ΔI f0 I I fo
f
I f =
* I f0为U 0= U N 时的I f 值，在本实验室中取U N =400V,I N =3.6A 。
（2）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ΔI f0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上ΔI f0，即得通过坐标原点之空载校正曲线。如图3所示。
图3 空载特性曲线校正
2.短路实验
实验线路图如图2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K 2，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I f ，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2中。
表2短路实验数据记录
数据说明：
在表17—2中I K =3
C
B A I I I ++ I K *=N
K I I I
I fo
f I f =*
式中：I N ---发电机额定电流
I f0---空载电压为额定电压时的励磁电流。
五、数据处理
（1）利用空载特性曲线原始数据绘图求ΔI f o
利用原始数据绘出的空载特性曲线如下图所示：
图4修正前的空载特性曲线
由图可以看出：修正前，短路特性曲线与横轴交于（-0.12，0）ΔIfo ≈0.12A 则利用公式I f =I'f +ΔI f o ，则修正后的I f 如下表所示
表3修正前后If 数据对比
（2）修正后的空载特性曲线
由表3数据可绘出修正后的空载特性曲线如下图所示
图5修正后的空载特性曲线
实验室用的额定电压为UN=400V，从图5可以读出当UN=400V时，If=Ifo=1.2A
o
（3）利用短路特性曲线原始数据绘图求ΔI f
由图可以看出：修正前，短路特性曲线与横轴交于（-0.08，0），故可求得ΔI f o≈0.08A，则利用公式I f=I'f+ΔI f o，则修正后的I f如下表所示
表4 修正前后If数据对比
（4）修正后的短路特性曲线
由表4数据可绘出修正后的空载特性曲线如下图所示
图5 修正后的短路特性曲线
（5）分别求U 0 ，I K ，I f 的标幺值
标幺值的求取公式如下：
U 0*=N
U
U 0，I K *=
N
K I
I ，I I fo f I f =*
其中U N =400V ，I N =3.6A ，Ifo=1.2A
处理后的数据如下表所示：
表5 空载实验数据标幺值
表6 空载实验数据标幺值
转化成标幺值后，空载特性曲线和短路特性曲线可绘在同一坐标系里
（5）利用空载特性曲线和短路特性曲线求同步电抗xd 的不饱和值的标幺值
利用表5和表6数据绘制空载和短路特性曲线如下：
图6 空载和短路特性曲线
如图6，通过添加趋势线方程，我们可以看出气隙线的斜率K1=1.1019，短路特性直线的斜
率K2=1.148又由于*
'*0'0
*k N N k b d d I E U I I E Z x x ===ϕϕ
而在实验作图过程中，我们不难发现2k 1k **0f *0f '*0*'*
0==k k I I I E I E （具体分析过程见后面问题讨论
第二题），所以可以推导得2
k 1
k *'*0*==k d I E x
代入数据解得xd*=0.959
（6）同步电抗xd 的不饱和值的有名值 已知U N =400V ，I N =3.6A ，由公式N
N
N I U Z =
求得，N Z =111.11欧姆 xd =N Z .xd*=111.11 X 0.959=106.55欧姆
六、误差分析
（1）对于本实验，没有像之前采用钳形谐波小功率表进行测量，而是采用电压表与电流表测量，读数过程不可避免的产生误差。
（2）本实验在检查发电机是否达到额定转速时，采用闪光测频法，肉眼的局限性易使得实验结果产生误差。
（3）实验数据处理过程， 主要采用的是作图法求解，也会产生一定的误差。
