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 U0=f(If)。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(If)。4、纯电感负载特性：在 n=nN、I=I N、cos0 的条件下，测取纯电感负载特性曲线。5、外特性：在
2、 n=nN、I f=常数、 cos=1 和 cos=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=nN、 U=UN、cos=1 的条件下，测取调节特性曲线 If=f(I)。四、实验方法1、实验设备序 号 型 号 名 称 数 量1 MET01 电源控制屏 1 台2 DD03 不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表 1 件3 DJ23 校正直流测功机 1 台4 DJ18 三相凸极式同步电机 1 台5 D34-2 智能型功率、功率因数表 1 件6 D51 波形测试及开关板 1 件7 D52 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 1 件2、屏上挂件排列顺序D34-2、D52、D
3、513、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。 表 51 室温 20绕组 绕组 绕组I(mA) 48.1 26.7 33.8 33.8 26.7 40.8 26.7 33.5 47.1U(V) 0.76 0.42 0.53 0.53 0.42 0.64 0.42 0.53 0.74R() 63.3 63.6 63.8 63.8 63.6 63.8 63.6 63.2 63.6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，校正直流测功机按他励方式联接，用作电动
4、机拖动三相同步发电机旋转，的定子绕组为 Y 形接法(U N=220V)。R f2 用 R4 组件上的 90 与 90 串联加 R6 上90 与 90 并联共 225 阻值，R st 用 R2 上的 180 电阻值，R f1 用 R1 上的 1800 电阻值。开关S1，S 2 选用 D51 挂箱。 (2) 调节 D52 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，MG 的励磁调节电阻 Rf1 至最小值。开关 S1、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
5、位置，作好实验开机准备。(3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“启动”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,起动 MG。MG 起动运行正常后, 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 r/min 并保持恒定。 (4) 接通 GS 励磁电源，调节 GS 励磁电流( 必须单方向调节)，使 If 单方向递增至 GS 输出电压U01.3UN 为止。(5) 单 方 向 减 小 GS 励 磁 电 流 ， 使 If 单 方 向 减 至 零 值 为 止 ， 读 取 励 磁 电 流 If 和相应的空载电压U0。(6
6、) 共取数据 79 组并记录于表 5-2 中。表 5-2 n=nN=1500r/min I=0序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11A VVVA2 V1Rf2xXyY zZ同 步 电 机 电 枢 绕 组同 步 电 机励 磁 绕 组24VD52 励磁电源 20V电枢电源励 磁 绕 组20V励磁电源 RLRLRLS2S1 IAAA* *COSIBICAC XYZIfA1Rf1RstTGMGGS3WABCabcU0（V） 286 250 230 220 200 170 140 100 60 20 15.5If（A） 1.48 0.96 0.81 0.76 0.68 0.54 0.43
7、 0.28 0.15 0.03 0.01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，当单方向改变励磁电流 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二条不同曲线,如图 5-2。二条曲线的出现，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 U01.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使与横轴相交，则交点的横座标绝对值if0 应作为校正量，在所有试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。注意事项： (1) 转速要保持恒定。(2) 在额定电压附近测量点相应多些。图 5-2 上升和下降二条空
8、载特性 图 5-3 校正过的下降空载特性5、三相短路试验(1) 调节的励磁电源串接的 Rf2 至最大值。调节电机转速为额定转速 1500r/min，且保持恒定。(2) 接通 GS 的 24V 励磁电源，调节 Rf2 使 GS 输出的三相线电压(即三只电压表 V 的读数)最小，然后把 GS 输出三端点短接，即把三只电流表输出端短接。(3) 调 节 GS 的 励 磁 电 流 If 使 其 定 子 电 流 IK=1.2IN， 读 取 GS 的 励 磁 电 流 值 If 和相应的定子电流值IK。(4) 减小 GS 的励磁电流使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流 If 和相应的定子电流 IK。
9、(5) 共取数据 56 组并记录于表 5-3 中。 表 5-3 U=0V； nn N=1500r/min序 号 1 2 3 4 5 6 7U(V)0I(A)f0if0U(V)0I(A)fif0 if0if0if0IK（A） 0.547 0.500 0.404 0.300 0.201 0.100 0.012If （A）0.925 0.825 0.664 0.480 0.311 0.136 0.0306、纯电感负载特性(1) 调节的 Rf2 至最大值，调节可变电抗器使其阻抗达到最大。同时拔掉输出三端点的短接线，A1 表改用数模双显智能直流电流表。(2) 按他励直流电动机的起动步骤(电枢串联全值起动
10、电阻 Rst，先接通励磁电源，后接通电枢电源)起动直流电机，调节的转速达 1500 r/min 且保持恒定。合上开关 S2，电机 GS 带纯电感负载运行。(3) 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，读取端电压值和励磁电流值。(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。读取端电压和相应的励磁电流。(5) 取几组数据并记录于表 5-4 中。表 5-4 n nN=1500r/min I=IN= 0.45 AU（V） 242 230 220 200 180 160 158If（A） 2.07 1.861 1
11、.748 1.518 1.402 1.288 1.3047、测同步发电机在纯电阻负载时的外特性(1) 把三相可变电阻器 RL 接成三相 Y 接法，每相用 R 组件上的 1300，调节其阻值为最大值。(2) 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 1500 r/min，而且保持转速恒定。(3)断开开关 S2，合上 S1，电机 GS 带三相纯电阻负载运行。(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 220 伏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，测同步发电机端
12、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 5-5 中。表 5-5 nn N=1500r/min If= A cos=1U（V） 220 231 245.5 254.1 259.7 264.3If（A） 0.450 0.400 0.300 0.200 0.115 08、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。(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。合上开关
13、 S1，S 2。把 RL 和 XL 并联使用作电机 GS 的负载。(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 220 伏，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 和可变电抗器 XL 使负载电流改变而功率因数保持不变为 0.8，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，测出整条外特性。(5)共取数据 56 组并记录于表 5-6 中。表 5-6 nn N=1500r/min If= 1.531 A cos=0.8U（V） 220 227.9 245 259.7
14、262.9I（A ） 0.450 0.402 0.300 0.200 0.1809、测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性(1)发电机接入三相电阻负载 RL，调节 RL 使阻值达最大，电机转速仍为额定转速 1500 r/min且保持恒定。(2) 调节 Rf2 使发电机端电压达额定值 220 伏且保持恒定。(3) 调节 RL 阻值，以改变负载电流，读取相应励磁电流 If 及负载电流，测出整条调整特性。(4) 共取数据 45 组记录于表 5-7 中。表 5-7 U=UN=220V n=nN=1500r/minI（A） 0.45 0.407 0.302 0.202 0.101If（A） 1.151 0
15、.114 0.980 0.869 0.811五、实验报告1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。以上图均在 MATLAB 上画出，代码如下：空载特性：u=286 250 230 220 200 170 140 100 60 20 15.5; i=1.48 0.96 0.81 0.76 0.68 0.54 0.43 0.28 0.15 0.03 0.01; p,s=polyfit(i,u,2);xi=linspace(-0.03,1.6,100); z=polyval(p,xi); plot(xi,z,i,u,*)xlabel(If/A) ylabel(U0/v)短路实验：Ik=0.547 0
16、.500 0.404 0.300 0.201 0.100 0.012; If=0.925 0.825 0.664 0.480 0.311 0.136 0.030; p,s=polyfit(If,Ik,2);xi=linspace(0.03,1.00,10);z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,Ik,+) xlabel(If/A) ylabel(Ik/A)纯电感负载特性：U0=242 230 220 200 180 160 158; If=2.07 1.861 1.748 1.518 1.401 1.288 1.304; p,s=polyfit(If,U0,2); xi=
17、linspace(1.00,2.2,100);z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,U0,+) xlabel(If/A) ylabel(U0/v)纯电阻外特性：U=220 231 245.5 254.1 259.7 264.3; If=0.450 0.400 0.300 0.200 0.115 0; p,s=polyfit(If,U,2);xi=linspace(0,0.5,100);z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,U,+) xlabel(If/A) ylabel(U/v)功率因数 0.8 时外特性：U=220 227.9 245 259.7
18、262.9; I=0.450 0.402 0.300 0.200 0.180; p,s=polyfit(I,U,2);xi=linspace(0,0.5,100);z=polyval(p,xi); plot(xi,z,I,U,r*) xlabel(I/A) ylabel(U/v)纯电阻调整特性：I=0.45 0.407 0.302 0.202 0.101; If=1.151 1.041 0.98 0.869 0.811; p,s=polyfit(If,I,2); xi=linspace(0.8,1.2,100);z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,I,*) xlabel(If/A) ylabel(I/A)10六、思考题1、定子漏抗 X和保梯电抗 Xp 它们各代表什么参数？它们的差别是怎样产生的？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？造成这差别的因素是什么？
