三相同步发电机的运行特性实验报告.doc

电机学实验报告 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=nN，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线Ik=f(If).3.求取零功率因数负载特性曲线上的一点，在n=nN；U=UN；cos0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：名称：三相交流异步电动机实验台生产厂家：上海宝徕科技开发公司名称：滑动变阻器名称：滑动变阻器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%UN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序号空 载 电 压 （伏）励 磁 电 流 （安）UABUBCUACUoUo*IfIf=If+IfoIf*14204244224221.0551.31.421.18323803803803800.950.961.080.933403423413410.85250.780.90.7543003003003000.750.6560.7760.64752602642622620.6550.560.680.56762202222222220.5550.440.560.46771801821841820.4550.330.450.37581401401421410.35250.230.350.292数据说明：（1）表1中U0= U0*= If=If+If0 If0为U0= UN时的If值，在本实验室中取UN=400V,IN=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If0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上If0，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K2，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If，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短路实验数据记录序号短 路 电 流 （伏）励 磁 电 流 （安）IAIBICIkIk*IfIf=If+IfoIf*144441.111.081.160.96723.53.53.53.50.9720.941.020.85332.9532.980.8280.780.860.71742.52.52.52.50.6940.640.720.6522220.5560.50.580.48361.51.51.51.50.4170.360.440.367数据说明：在表172中IK= IK*= 式中：IN-发电机额定电流 If0-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Ifo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）Ifo0.12A则利用公式If=If+Ifo，则修正后的If如下表所示表3修正前后If数据对比If1.30.960.780.6560.560.440.330.23If=If+Ifo1.421.080.90.7760.680.560.450.35（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（3）利用短路特性曲线原始数据绘图求Ifo图4修正前的短路特性曲线由图可以看出：修正前，短路特性曲线与横轴交于（-0.08，0），故可求得Ifo0.08A，则利用公式If=If+Ifo，则修正后的If如下表所示表4 修正前后If数据对比If1.080.940.780.640.50.36If=If+Ifo1.161.020.860.720.580.44（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U0 ，IK ，If的标幺值标幺值的求取公式如下：U0*=，IK*= ，其中UN=400V，IN=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Uo*1.0550.950.85250.750.6550.5550.4550.3525If*1.1830.90.750.6470.5670.4670.3750.292表6 空载实验数据标幺值Ik*1.110.9720.8280.6940.5560.417If*0.9670.850.7170.60.4830.367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 而在实验作图过程中，我们不难发现（具体分析过程见后面问题讨论第二题），所以可以推导得代入数据解得xd*=0.959（6）同步电抗xd的不饱和值的有名值已知UN=400V，IN=3.6A，由公式求得，=111.11欧姆xd =.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。七、问题讨论1.同步发电机空载、短路和零功率因数负载特性曲线的意义是什么？曲线的大致状态如何？答：（1）同步发电机在n=nN，I=0的运行状态下，测得的E0=f(If) ，即空载特性当同步发电机运行于n=nN，U=0，即电枢三相绕组持续稳定短路时，测得短路电流Ik随励磁电流If变化的关系曲线Ik=f(If)，称为短路特性。同步发电机在n=nN下，带纯电感负载，保持负载电流I为常量，测得的U=f(If)关系曲线称为零功率因数负载特性。利用它们可以求取同步发电机的稳态参数（2）发电机空载、短路和零功率因数负载特性曲线大致状态如下图所示：图7 空载特性曲线和短路特性曲线图8 空载特性曲线和零功率特性曲线2.怎样利用空载、短路和零功率因数负载特性曲线来求取同步发电机的稳态参数？（1）同步电抗简单测量方法：原动机带动同步发电机在同步转速下运转，测其开路和短路特性。在同一坐标纸上绘制成曲线，并作出气隙线。选一固定的If，求对应 的短路电流Ik和对应于气隙线上的电势E0，则同步电抗可按下式求得： xd(不饱和)= E0/Ik 图9 空载及其短路特性曲线 而在实验作图过程中，我们不难发现（其中K1,K2分别为气隙线和短路特性直线的斜率之比）所以即可算出xd的标幺值，乘上基准值，即可得出有名值（2）定子漏抗的求取图9 同步电机的特性三角形U=0时的励磁电流If= ，两部分：OB用来克服漏抗电动势Es的励磁电流，AB为对应的漏抗压降，即 =xsId，BC段平衡电枢电动势Ead的励磁电流，EadxadId，ABC的BC边代表纯去磁的电枢反应磁动势，AB边代表定子漏抗。 和 均和I成正比。所以I一定时，ABC固定，此三角形称为同步电机的特性三角形。则定子漏抗 （3）直轴同步电抗xd饱和值的求取 图10 空载和零功率因数负载特性曲线如图10通过空载、短路特性和零功率因数负载特性可求出直轴同步电抗xd的饱和值和定子漏抗xs。接纯电感负载，即y=90，有:八、心得体会首先，这次实验让我们对同步发电机的运行有了更深入的了解，是一次很好的学习。在完成实验报告过程中，采用了excel软件对实验数据进行处理，克服了手工作图误差较大的问题。同时，在实验的数据处理过程中，采用了一定的创新，如通过斜率来求同步电抗的不饱和值。由于实验条件