電機及電氣技術實驗裝置三相同步發電機的運行特性實驗
一、實驗目的
1、用實驗方法測量同步發電機在對稱負載下的運行特性。
2、由實驗數據計算同步發電機在對稱運行時的穩態參數。
二、預習要點
1、同步發電機在對稱負載下有哪些基本特性？
2、這些基本特性各在什么情況下測得？
3、怎樣用實驗數據計算對稱運行時的穩態參數？
三、實驗項目
1、測定電樞繞組實際冷態直流電阻。
2、空載實驗：在n=nN、I=0的條件下，測取空載特性曲線U0=f(If)。
3、三相短路實驗：在n=nN、U=0的條件下，測取三相短路特性曲線IK=f(If)。
4、外特性：在n=nN、If=常數、cosφ=1和cosφ=0.8(滯后)的條件下，測取外特性曲線U=f(I)。
6、調節特性：在n=nN、U=UN、cosφ=1的條件下，測取調節特性曲線If=f(I)。
四、實驗方法
1、實驗設備
| 序 號 | 型 號 | 名 稱 | 數 量 |
| 1 | DQ03-1 | 電機導軌、旋轉編碼器及數顯轉速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流測功機 | 1件 |
| 3 | DQ14 | 三相同步電機 | 1件 |
| 4 | DQ44 | 數/模交流電流表 | 1件 |
| 5 | DQ45 | 數/模交流電壓表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 智能型功率、功率因數表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直流數字電壓、毫安、安培表 | 1件 |
| 8 | DQ26 | 三相可調電阻器 | 1件 |
| 9 | DQ27 | 三相可調電阻器 | 1件 |
| 10 | DQ29 | 可調電阻器、電容器 | 1件 |
| 11 | DQ31 | 波形測試及開關板 | 1件 |
| 12 | DQ32 | 旋轉燈、并網開關、同步機勵磁電源 | 1件 |
DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ32、DQ22、DQ31、DQ26、DQ27
3、測定電樞繞組實際冷態直流電阻
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。作為同步發電機使用時PN(W)=170W，UN(V)=220（Y），IN(A)= 0.45A， nN(r/min)= 1500，UfN（V）=14V，IfN（A）=1.2A，絕緣等級E級。
測量與計算方法參見實驗4-1。記錄室溫。測量數據記錄于表5-1中。
表5-1 室溫 ℃
| 繞 組 Ⅰ | 繞 組 Ⅱ | 繞 組 Ⅲ | |||||||
| I（mA） | |||||||||
| U（V） | |||||||||
| R（Ω） | |||||||||
圖5-1 三相同步發電機實驗接線圖
4、空載實驗
(1) 按圖5-1接線，校正直流測功機ＭＧ按他勵方式聯接，用作電動機拖動三相同步發電機ＧＳ旋轉，ＧＳ的定子繞組為Y形接法(UN=220V)。Rf2用DQ26組件上的90Ω與90Ω串聯加上90Ω與90Ω并聯共225Ω阻值，Rst用DQ29 上的180Ω電阻值，Rf1用DQ29上的1800Ω電阻值。開關S1選用DQ31掛箱。
(2) 調節DQ32上的同步勵磁電源（調到約14V）串接的Rf2至最大位置。調節MG的電樞串聯電阻Rst至最大值，MG的勵磁調節電阻Rf1至最小值。開關S1、S2均斷開。將控制屏左側調壓器旋鈕向逆時針方向旋轉退到零位，檢查控制屏上的電源總開關、電樞電源開關及勵磁電源開關都須在“關”斷的位置，作好實驗開機準備。
(3) 接通控制屏上的電源總開關，按下“啟動”按鈕,接通勵磁電源開關，看到電流表A2有勵磁電流指示后，再接通控制屏上的電樞電源開關,起動MG。MG起動運行正常后, 把Rst調至最小，調節Rf1使MG轉速達到同步發電機的額定轉速1500 r/min并保持恒定。
(4) 接通GS勵磁電源，調節GS勵磁電流(必須單方向調節)，使If單方向遞增至GS輸出電壓U0≈1.3UN為止。
(5) 單方向減小GS勵磁電流，使If單方向減至零值為止，讀取勵磁電流If和相應的空載電壓U0。
(6) 共取數據7～9組并記錄于表5-2中。
表5-2 n=nN=1500r/min I=0
| 序 號 | |||||||||||
| U0（V） | |||||||||||
| If（A） |
注意事項：
(1) 轉速要保持恒定。
(2) 在額定電壓附近測量點相應多些。
圖5-2上升和下降二條空載特性
圖5-3校正過的下降空載特性
5、三相短路試驗
(1) 調節ＧＳ的勵磁電源串接的Rf2至最大值。調節電機轉速為額定轉速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的勵磁電源（調到約14V左右），調節Rf2使GS輸出的三相線電壓(即三只電壓表V的讀數)最小，然后把GS輸出三端點短接，即把三只電流表輸出端短接。
(3) 調節GS的勵磁電流If使其定子電流IK=1.2IN，讀取GS的勵磁電流值If和相應的定子電流值IK。
(4) 減小GS的勵磁電流使定子電流減小，直至勵磁電流為零，讀取勵磁電流If和相應的定子電流IK。
(5) 共取數據5～6組并記錄于表5-3中。
表5-3 U=0V； n＝nN=1500r/min
| 序 號 | |||||||
| IK（A） | |||||||
| If （A） |
(1) 把三相可變電阻器RL接成三相Y接法，每相用DQ27組件上的900Ω與900Ω串聯，調節其阻值為最大值。
(2) 按他勵直流電動機的起動步驟起動MG，調節電機轉速達同步發電機額定轉速1500 r/min，而且保持轉速恒定。
(3)斷開開關S2，合上S1，電機GS帶三相純電阻負載運行。
(4) 接通14V勵磁電源，調節Rf2和負載電阻RL使同步發電機的端電壓達額定值220伏且負載電流亦達額定值。
(5) 保持這時的同步發電機勵磁電流If恒定不變，調節負載電阻RL，測同步發電機端電壓和相應的平衡負載電流，直至負載電流減小到零，測出整條外特性。
(6) 共取數據5～6組并記錄于表5-4中。
表5-4 n＝nN=1500r/min If= A cosφ=1
| U（V） | ||||||||||||||
| I（mA） | ||||||||||||||
(1)發電機接入三相電阻負載RL，調節RL使阻值達最大，電機轉速仍為額定轉速1500 r/min且保持恒定。
(2) 調節Rf2使發電機端電壓達額定值220伏且保持恒定。
(3) 調節RL阻值，以改變負載電流，讀取相應勵磁電流If及負載電流，測出整條調整特性。
(4) 共取數據4～5組記錄于表5-5中。
表5-5 U=UN=220V n=nN=1500r/min
| I（A） | |||||
| If（A） |
1、根據實驗數據繪出同步發電機的空載特性。
2、根據實驗數據繪出同步發電機短路特性。
4、根據實驗數據繪出同步發電機的外特性。
5、根據實驗數據繪出同步發電機的調整特性。
6、由空載特性和短路特性求取電機定子漏抗Xσ和特性三角形。
7、由零功率因數特性和空載特性確定電機定子保梯電抗。
8、利用空載特性和短路特性確定同步電機的直軸同步電抗Xd(不飽和值)。
10、求短路比。
11、由外特性試驗數據求取電壓調整率ΔU%。
六、思考題
1、定子漏抗Xσ和保梯電抗Xp它們各代表什么參數？它們的差別是怎樣產生的？
2、由空載特性和特性三角形用作圖法求得的零功率因數的負載特性和實測特性是否有差別？造成這差別的因素是什么？