同步电机实验.docx

同步电机实验同步电机实验 5-1三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在下有哪些基本特性？ 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=nN、I=0的条件下，测取空载特性曲线UO=f。 3、 三相短路实验。在n=nN、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线IK=f。 4、 纯电感负载特性。在n=nN、I=IN、cosj»0的条件下，测取纯电感负载特性 曲线。 5、 外特性。在n=nN、If=常数、cosj=1和cosj=0.8的条件下，测取外 特性曲线U=f。 6、 调节特性。在n=nN、U=UN、cosj=1的条件下，测取调节特性曲线If=f。 四、 实验方法 1、 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。 2、 空载实验 1） 按图5-1接线，校正过的直流电机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型接法。 图5-1 三相同步发电机实验接线图 2） 调节M12组件上的24V励磁电源串接的Rf2至最大位置，调节MG的电枢串联电阻Rst至最大值、断开开关S1、S2。将控制屏左侧调压器旋纽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，做好实验开机准备。 3） 接通控制屏上的电源总开关，按下“开”按钮，接通励磁电源开关，看到电 流表A2有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关，启动MG。MG启动运行正常后，把Rst调至最小，调节Rf1使MG转速达到同步发电机的额定转速1500转/分并保持恒定。 4） 接通GS励磁电源，调节GS励磁电源，使If单方向调节 递增至GS输出电压UO»1.3UN为止。 5） 单方向减小GS励磁电流，使If单调减至零值为止，读取励磁电流If和相应的 空载电压UO。 6） 共取数据79组，并记录于表5-1中。 表5-1 I=0 n=nN=1500r/min 序号 UO If 在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不同， 当单方相改变励磁电流If从零到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零时将得到上升和下降的两条不同曲线，如图5-2。两条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定参数时使用下降曲线，其最高点取UO»1.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使与横轴相交，则交点横坐标Difo应作为校正值，在所有实验测得的励磁电流数据上加上此值，即得通过原点之校正曲线，如图5-3所示。 图5-2 上升和下降二条空载特性 图5-3 校正过的下降空载特性 注意事项： 转速要保持恒定。 在额定电压附近读数相应多些。 3、 三相短路实验 1） 调节GS得力磁电源串接的Rf2至最大值，开关S1、S2断开。 2） 将电动机MG的Rf1调至最小，Rst调至最大，先合控制屏上的励磁电源开关， 后合电枢电源开关，起动MG。并调节其转速至额定转速1500r/min，且保持恒定。 3） 接通GS的24V励磁电源，调节Rf2使GS输出的三相线电压最小，然后合上开关S1于短路位置，开关S2仍断开。 4） 调节GS的励磁电流If使其定子电流达1.2倍额定电流，读取GS的励磁电流 值If和相应的定子电流值IK。 5） 减小GS的励磁电流时励磁电流和定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励 磁电流If和相应的定子电流IK。 6） 共取数据45组，并记录于表5-2中。 4、 纯电感负载特性 1） 调节GS的Rf2至最大值，打开开关S1、S2，调节可变电抗器使阻抗达最大。 2） 按他励直流电动机的起动步骤，起动直流电机MG，调节MG的转速达额定值1500转/分且保持恒定。 3） 把开关S2闭合到可变电抗器负载端，调节Rf2和可变电抗器使同步发电机端 电压接近于1.1倍额定电压且电流为额定电流，读取端电压之和励磁电流值。 4） 每次调节励磁电流使电机端电压减小且调节可变电抗器使定子电流值保持恒 定为额定电流，直至端电压为零。读取端电压和相应的励磁电流。 5） 共取数据79组，并记录于表5-3中。 表5-3 n=nN=1500r/min I=IN= A 序号 U If 5、 测同步发电机在纯电阻负载的外特性 1） 把三相可变电阻器RL接成三相Y接法，每相用M05组件上的900W与 900W串联，调节其阻值为最大值。 2） 把开关S2打开，S1闭合在负载电阻端。 3） 按他励直流电动机的起动步骤起动MG，调节电机转速达同步发电机额定转 速1500r/min，而且保持转速恒定。 4） 接通24V励磁电源，调节Rf2和负载电阻RL使同步发电机的端电压达额定值 220V且负载电流亦达额定值。 5） 保持这时的同步发电机励磁电流If恒定不变，调节负载电阻RL，测同步发电 极端电压和相应的平衡负载电流，直至负载电流减小到零，测出整条外特性。 6） 共取数据56组并记录于表5-4中。 表5-4 n=nN=1500r/min If= A cosj=1 U I 6、 测同步发电机在负载功率因数为0.8时的外特性 1） 在图5-1中接入功率因数表，调节可变负载电阻使阻值达最大，调节可变电 抗器使电抗值达最大值，闭合开关S1、S2并把RL和XL并联使用作负载。 2） 调节Rf2至最大值，起动直流电机并调节电机转速至同步发电机额定转速1500 转/分。且保持转速恒定。 3） 接通24V励磁电源，调节Rf2、负载电阻RL及可变电抗器XL，使同步发电机 的端电压达额定值220V，负载电流达额定值及功率因数为0.8。 4） 保持这时的同步发电机励磁电流If恒定不变，调节负载电阻RL和可变电压和 相应的平衡负载电流，测出整条外特性。 5） 共读取数据68组并记录于表5-5中。 表5-5 n=nN=1500r/min If= A cosj=0.8 序号 U I 7、 测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性 1） 开关S1闭合在电阻负载RL端，调节RL使阻值达最大，电机转速仍为额定转 速1500r/min，且保持恒定。 2） 调节Rf2使发电极端电压达额定值220V且保持恒定。 3） 调节RL阻值，以改变负载电流，读取为了保持电压恒定的相应励磁电流If， 测出整条调整特性。 4） 共取数据68组，记录于表5-6中。 表5-6 U=UN=220V n=nN=1500r/min 序号 I If 五、 实验报告 1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。 2、根据实验数据绘出同步发电机的短路特性。 3、根据实验数据绘出同步发电机的纯电感负载特性。 4、根据实验数据绘出同步发电机的外特性。 5、根据实验数据绘出同步发电机的调整特性。 6、由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗Xs和特性三角形。 7、由零功率因数特性和空载特性确定电机定子保梯电抗。 8、利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗Xd。 9、利用空在特性和纯电感负载特性确定同步电机的直轴同步电抗Xd。 10、求短路比。 11、由外特性实验数据求取电压调整率Du%。 六、 思考题 1、 定子漏抗Xs和保梯电抗Xp他们各代表什么参数？他们的差别是怎样的？ 2、 由空载特性和特性三角形，用作图法求得的零功率因数的负载特性和实测特 性是否有差别？造成这个差别的因素是什么？ 5-2三相同步发电机的并联运行特性 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。 二、 预习要点 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？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？ 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、 用自整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的调节。 测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V型曲线。 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型曲线。 四、 实验方法 1、 用准确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： 发电机的频率和电网的频率要相同，即f=f。 发电机和电网电压大小、相位要相同，即EO=U。 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法检查相序和频率。 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校正过的直流电机MG。Rst、Rf1选用D44，R、Rf2选用M13，其中R用90W固定电阻。 2） 开关S3合向左端，三相调压器旋纽退至零位，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“开”按钮，调节调压器使电压升至额定电压220V。 3） 按他励电动机的起动步骤，起动MG并使MG电机转速达额定转速1500r/min，切换开关S3到GS段，将开关S2合到同步发电机的24V励磁电源端，调节Rf2以改变GS的励磁电流If，使同步发电机发出额定电压220V。 4） 观察三组相灯，若三组相灯依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相 序相同，若三组相灯同时发亮、同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。若发电机和电网相序不同则应停机。在确保断电的情况下，调换发电机或三相电源任意二根端线以改变相序后，按前述方法重新起动MG。 5） 当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁使同步发电机电压和电网 电压相同，同时调节原动机转速使三组相灯依次明灭旋转的速度降至最慢，待A相相灯熄灭适合上并网开关S1，把同步发电机投入电网并联运行。 2、 用自整步法将三相同步发电机投入电网并联运行 1） 在开关S1断开且相序相同的条件下，把开关S2闭合到励磁端。 2） 按他励电动机的起动步骤起动MG，并使MG升速到接近同步转速 。 3） 调节同步电动机励磁电源调压旋纽或Rf2，以调节If使发电机电压约等于电网 电压220v。 4） 将开关S2闭合到R端。R用90W阻值。 5） 合上并网开关S1，再把开关S2闭合到励磁端，这时电机利用“自整步作用” 使它迅速被牵入同步。 3、 三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 1） 按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。 2） 调节发电机的励磁电流If及校正直流电机MG的励磁电流使同步发电机定子 电流接近于零，这时相应的同步发电机励磁电流If=IfO。 3） 保持这一励磁电流不变，调节直流电机的励磁调节电阻Rf1，使其阻值增加， 这时同步发电机输出功率P2增加。 4） 在同步机定子电流接近于零到额定电流的范围内读取三相电流、三相功率、 功率因数，共取数据67组，记录于表5-7中。 4、 三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节 测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V型曲线。 表5-7 U= V；IFo= A 序号 输出电流I IA IB IC I 输出功率P P P P2 功率因数 cosj 表中I=/3， P2=P+ P 1）按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。 1） 保持同步发电机的输出功率P2»0。 3）先增加同步发电机励磁电流If，使同步发电机定子电流上升到额定电流，记 录此点励磁电流、电枢电流。 4）减小同步发电机励磁电流If使电枢电流减小到最小值，记录此点数据。 5）继续减小同步发电机励磁电流，这时电枢电流又将增大直至额定电流。 6）在过励和欠励情况下，读取数据68组，记录于表5-8中。 表5-8 n= r/min ；U= V；P2»0 序号 三相电流I IA IB IC I 励磁电流If If 表中I=/3 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型曲线 1）按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。 2) 保持同步发电机的输出功率P2等于0.5倍额定功率。 3）先增加同步发电机励磁电流If，使同步发电机定子电流上升到额定电流，记录此点励磁电流、电枢电流。 4）减小同步发电机励磁电流If使电枢电流减小到最小值，记录此点数据。 5）继续减小同步发电机励磁电流，这时电枢电流又将增大直至额定电流。 6）在过励和欠励情况下，读取数据57组，记录于表5-9中。 表5-9 n= r/min ；U= V；P2»0.5PN 序号 三相电流I IA IB IC I 励磁电流If If 功率因数 cosj 表中I=/3 图5-4 三相同步发电机的并联运行 五、 实验报告 1、 评述准确同步法和自同步法的优缺点。 2、 试述并联运行条件不满足时并网将引起什么后果？ 3、 试述三相同步发电机和电网并联运行时有功功率和无功功率的调节方法。 4、 画出P2»0和P2»0.5PN时同步发电机的V型曲线，并加以说明。 六、 思考题 1、 自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时先把同步发电机的励磁绕组 串入10倍励磁绕组电阻值的附加电阻R组成回路的作用是什么？ 2、 自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行使现有原动机把同步发电机带 动旋转到接近同步转速然后并入电网，若转速太低并网将产生什么情况？ 5-3 三相同步电动机 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型曲线。 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型曲线是怎样的？怎样作为无功发电机？ 3、 三相同步电动机的工作特性怎样？怎样测取？ 三、 实验相目 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P2»0时的V型曲线。 3、 测取三相同步电动机输出功率P2»0.5PN时的V型曲线。 4、 测取三相同步电动机的工作特性。 四、 实验方法 1、 三相同步电动机的异步起动 1） 按图5-5接线。其中R的阻值为同步电动机MS励磁绕组电阻的10倍，Rf用M13，MS为DJ18。 图5-5 三相同步电动机实验接线图 2） 把功率表电流线圈与交流电流表短接，开关S闭合于励磁电源一侧。 3）将控制屏左侧调压器旋纽向逆时针方相旋转至零位置。接通电源总开关，并按下“开”按钮。调节M12同步电机励磁电源调压旋纽及Rf阻值，使同步电机励磁电源If 约0.7A左右。 4）把开关S闭合于R电阻一侧，向顺时针方向调节调压器旋纽，使升压至同步电动机额定电压220V，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。 5）当转速接近同步转速时，把开关S迅速从下端切换到上端让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机的整个起动过程完毕。 6）把功率表、交流电流表短接线拆掉，使仪表正常工作。 2、 测取三相同步电动机输出功率P2»0时的V型曲线 1） 同步电动机空载按1方法起动同步电动机。 2）调节同步电动机的励磁电流If并使If增加，这时同步电动机的电枢三相电流IA、IB、IC亦随之增加直至达到额定值，记录电枢三相电流和相应的励磁电流、输入功率。 3）调节同步电动机MS的励磁电流If使If逐渐减小，这时电枢三相电流亦随之减小直至达到最小值，记录这时MS的电枢三相电流、励磁电流及输入功率。 4）继续减小同步电动机的励磁电流，这使同步电动机的电枢三相电流反而增大直到电枢电流达到额定值。 5） 在过励和欠励范围内读取数据911组，并记录于表5-10中。 3、 测取三相同步电动机输出功率P2»0.5PN时的V型曲线 1） 同轴联接校正直流电机MS作MS的负载。 2） 按1方法起动同步电动机，保持直流电机的励磁电流为校正值， 表5-10 n= r/min；U= V；P2=0 序号 三相电流I IA IB IC I 励电流If If 输入功率P P P P 表中 I=/3，P=P+P 改变直流电机负载电阻R2的大小，使同步电动机输出功率改变。直至同步电动机输出功率接近于0.5倍额定功率且保持不变。 输出功率按下式计算：P2=0.105nT2 式中n电机转速，r/min T2由直流电机负载电流IF查对应转矩，N.m 3）调节同步电动机的励磁电流If使If增加，这使同步电动机的电枢三相电流亦随之增加直到电枢电流达到同步电动机的额定电流，记录电枢三相电流和相应的励磁电流、输入功率。 4）调节同步电动机的励磁电流If，使If逐渐减小，这时电枢三相电流域之减小直至电枢电流达到最小值，记录这时的电枢三相电流、励磁电流、输入功率。 5）继续减小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的电枢电流反而增大直到电枢电流达到额定值。 6） 在过励和欠励范围内读取数据911组并记录于表5-11中。 表5-11 n= r/min；U= V；P2»0.5PN 序号 三相电流I IA IB IC I 励电流If If 输入功率P P P P 4、 测取三相同步电动机的工作特性 1） 按1方法起动同步电动机。 2） 调节直流发电机的励磁电流为校正治病保持不变。 3） 调节直流发电机的负载电流IF，同时调节同步电动机的励磁电流使同步电动机输出功率达到额定值即功率因数为1。 4） 保持此时同步电动机的励磁电流恒定不变，逐渐减小直流电机的负载电流，使同步电动机输出功率逐渐减小直至为零，读取定子电流、输入功率、输出转矩、转速。 5) 共取数据67组，并记录于表5-12中。 表5-12 U=UN= V；If= A；n= r/min 序号 同步电动机输入 IA IB IC I P P P cosj IF P2 h T2 表中 I=/3， P= P+ P， P2=0.105nT2, h=P2´100% P五、 实验报告 1、 作P2»0时同步电动机的V型曲线I=f，并说明定子电流的性质。 2、 作P2»0.5PN时同步电动机的V型曲线I=f，并说明定子电流的性质。 3、 作同步电动机的工作特性曲线：I、P、cosj、T2、h=f。 六、 思考题 1、同步电动机异步起动时先把同步电动机的励磁绕组经一可调电阻R组成回路，这一可调电阻的阻值调节在同电动机的励磁绕组电阻值的10倍，这个电阻在起动过程中的作用是什么？若这电阻为零时又将怎样？ 2、在保持恒定功率输出测取V型曲线式输入功率将有什么变化？为什么？ 3、对这台同步电动机的工作特性作一评价。 5-4 三相同步电机参数的测定 一、 实验目的 掌握三相同步发电机参数的测定方法，并进行分析比较加深理论学习。 二、 预习要点 1、同步发电机参数Xd、Xq、Xd、Xq、Xd、Xq、XO、X2各代表什么物理意义？对应什么磁路和耦合关系？ 2、这些参数的测量有哪些方法？并进行分析比较。 3、怎样判别同步电机定子旋转磁场与转子的旋转方向是同方向还是反方向？ 三、 实验项目 1、 用转差法测定同步发电机的同步电抗Xd、Xq。 2、 用反同步旋转法测定同步发电机的负序电抗X2及负序电阻r2。 3、 用单项电源测同步发电机的零序电抗XO。 4、 用静止法测瞬变电抗Xd、Xq或超瞬变电抗Xd、Xq。 四、 实验方法 1、 用转差法测定同步发电机的同步电抗Xd、Xq。 1）按图5-6接线。同步发电机GS定子绕组用Y形接法。校正直流电机MG按他励电动机方式接线，用作GS的原动机。 图5-6 用转差法测同步发电机的同步电抗接线图 2）把控制屏左侧调压器旋纽退到零位置，功率表电流线圈短接，开关S闭合到直流电压表V2端。检查控制屏下放两边的电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”的位置。 3）将Rst调至最大，Rf调至最小，接通控制屏上的电源开关，按下“开”按钮，先接通励磁电源，后接通电枢电源，启动直流电机MG并使MG升速到接近GS的额定转速1500r/min。 4）顺时针缓慢调节调压器旋纽，使三相交流电源逐渐升压，直到观察同步发电机励磁绕组所接直流电压表指针能够偏转。若指针有缓慢摆动，则表示同步发电机定子产生的旋转磁场转子转向相同；若只有轻微振动而无摆动，则表示同步电机定子产生的旋转磁场和转子转向相反，这时需停机并调整相序。停机时，先断开控制屏上电枢电源开关，并将Rst调回到最大值，再按下交流电源“停”按钮。在断电条件下调整好像序后，再按上述实验方法“3）”起动MG。 5）调节调压器使同步发电机电枢绕组端电压为515%的额定电压，调节电机转速使同步发电机电枢电流表摆动很慢。在同一瞬间读取电枢电流周期性摆动的最小值与相应的电压最大值，以及电流周期性摆动最大值与相应的电压最小值。 6）测此两组数据记录于表5-13中。 表5-13 序号 Imax Umin Xq Imin Umax Xd 表中：Xq=Umin / ， Xd=Umax / 2、用反同步旋转法测定同步发电机的负序电抗X2及负序电阻r2 1）将同步发电机电枢绕组任意两相对换，以改换相序使同步发电机的定子旋转磁场和转子转向相反。 2）开关S闭合在短接端，调压器旋纽退至零位置，功率表处于正常测量状态。 3）按实验方法3）起动直流电机MG，并使电机升速至额定转速1500r/min。 4）顺时针缓慢调节调压器旋纽，使三相交流电源逐渐升压直至同步发电机电枢电流达3040%额定电流。 5）读取电枢绕组电压、电流和功率值并记录于表5-14中。 表5-14 序号 I U P P P r2 X2 表中：P= P+ P 计算：Z2=U / r2=P / X2=Z2-r2 3、用单项电源测同步发电机的零序电抗XO 1） 按图5-7接线，将GS的三相电枢绕组首尾依次串联。截至单向交流电源U、N 端上。 图5-7 用单相电源测同步发电机的零序电抗 2） 调压器退至零位，同步发电机励磁绕组短接。 3） 按实验方法3）起动直流电机MG并使电机升速至额定转速1500r/min。 4） 接通交流电源并调节调压器使GS电枢绕组中电流上升至额定电流值。 5） 测取此时的电压、电流和功率值并记录于表5-15中。 表5-15 序号 U I P XO 22表中XO的计算：ZO=U / 2 rO=P / 22 XO=ZO-rO 4、用静止法测瞬变电抗Xd、Xq或超瞬变电抗Xd、Xq 1）按图5-8接线，将GS三相电枢绕联接成星形，任取二相端点接至单相交流电 源U、N端上。 图5-8 用静止法测超瞬变电抗 2）调压器退到零位，发电机处于静止状态。 3）接通交流电源并调节调压器逐渐升高输出电压，使同步发电机定子绕组电流接近30%IN。 4）用手慢慢转动同步发电机转子，观察两只电流表读数的变化，仔细调整同步发电机转子的位置使两只电流表读数达最大。 5）读取这一位置的电压、电流、功率值并记录于表5-16中。从数据可测定Xd。 表5-16 序号 U I P Xd 表中Xd的计算：Zd=U / 2 rd=P / Xd=Zd²2-rd²2 6）把同步电机转子转过45°角，在这附近仔细调整同步发电机转子的位置使二只电流标指示达最小。 7） 读取这一位置时的电压、电流、功率值并记录于表5-17中。从这数据可测定 Xq。 表5-17 序号 U I P Xq 表中Xq的计算： Zq=U / 2 Rq=P / Xq=Zq²2-rq²2 五、实验报告 根据实验数据计算：Xd、Xq、X2、r2、X0、Xd、Xq。 六、思考题 1、各电抗参数的物理意义是什么？ 2、各项实验方法的理论根据是什么？