昆明理工大学电机电气综合实验报告 - 图文

电机综合实验报告

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实验一、变压器综合实验

三相变压器并联运行

实验目的：

1、学习三相变压器投入并联运行的方法。

2、测试三相变压器并联运行条件不满足时的空载电流。 3、研究三相变压器并联运行时的负载分配的规律。

实验原理：理想的并联运行的变压器应能满足以下各条件：

（1） 空载时，各变压器的相应的次级电压必须相等而且同相位。如此，则

并联的各个变压器内部不会产生环流。

（2） 在有负载时，各变压器所分担的负载电流应该与它们的容量成正比例。

如此，则各变压器均可同时达到满载状态，使全部装置容量获得最大程度的应用。

（3） 各变压器的负载电流都应同相位，如此，则总的负载电流便是各负载

电流的代数和。当总的负载电流为一定值时，每台变压器所分担的负载电流均为最小，因而每台变压器的铜耗为最小，运行较为经济。

为要满足第一个条件，并联运行的各变压器必须有相同的电压等级，即各变压器都应有相同的电压变比；即：

k1= k2= k3 =?=kn

且属于相同的连接组，不同连接组别的变压器不能并联运行。

为要满足第二个条件，保证各个变压器所分担的负载电流与其容量成正比例，各个变压器应该有相同的短路电压标幺值。

为要满足第三个条件，使变压器负载电流同相，即要求各个变压器短路电阻与短路电抗的比值相等。因此，要求阻抗电压降的有功分量和无功分量应分别相等，即各个变压器应该有相同的短路电压有有功分量和无功分量。

变压器并联运行时的负载分配

当变压器并联运行时，通常短路电压标幺值随着容量的不同而不相同，大容量的变压器有较大的短路电压。各个并联运行的变压器实际分担负载的计算公式：

S1 ：S2 ：?:SN =

SN1SN2S::?:Nn

uknuk1uk2由此可见，各个变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比，与短路

电压成反比。如果各个变压器的短路电压相同，则变压器的负载分配只与额定容量成正比。

一．实验线路

一、 实验结果及分析

测试两台三相变压器满足理想条件并联运行时的空载电流 实验差数：

实验结果：

0.0068 0.0068

分析：由以上的测试结果可知：

两台三相变压器空载参数一致的情况下，所测试出的空载情况下的， 第一台变压器的空载电流：Ia=Ib=Ic=0.0068A 第二台变压器的空载电流：Ia=Ib=Ic=0.0068A

由以上的测试结果得出以下结论：

在两台变压器具有相同的变比，连接组别和短路阻抗，满足并联运行条件的情况下：两台变压器的空载环流非常小，约等于零，可以忽略不计，对于变压器本身系统并没有什么伤害；由以上所得的数值可知，两台变压器满足理想并网条件运行时，其空载电压，电流均相等。

2.测试三相变压器并联运行变比不同的空载电流 实验参数

实验结果

5300

5300 分析：由以上的测试结果可知：两台变压器载参数一致的情况下，所测出的空载情况下的，

第一台变压器的空载环流：Ia=Ib=Ic=5300A 第二台变压器的空载环流：Ia=Ib=Ic=5300A

由以上的测试结果可以得出结论：在两台变压器具有不相同的线电压变比，不满足并联运行条件的情况下，两台变压器的空载环流很大，是满足并联条件下空载电流的千万倍，不能忽略不计，此时运行会对变压器本身系统造成很大伤害；其它条件不变，第二台变压器的次级侧电压降低，由变压器对的变比公式可知，变压器的变比发生变化，变压器的一、二次额定电压不同，即变比不相等，在二次回路中也会产生循环电流，占据变压器容量，增加损耗 3.测试三相变压器并联运行链接组别不同时的空载电流 实验参数

实验结果

2.49e4 2.49e4 分析：两台变压器参数一致的情况下，所测试出的空载情况下的环流分别为 ： 第一台： Ia=Ib=Ic=2.49e4A 第二台： Ia=Ib=Ic=2.49e4A

由以上的测试结果可以得出结论：在两台变压器的连接组别不同，不满足并联运行条件的情况下，两台变压器的空载环流很大，不能忽略不计，会对变压器本身系统造成很大伤害,联接组标号(联接组别)不同，则二次电压之间的相位差会很大，在二次回路中产生很大的循环电流，相位差越大，循环电流越大，可能会烧坏变压器。

4.两台变压器的短路电压标么值不同时负载分配的测试 实验参数

A.测试两台变压器短路电压标幺值相同时的有功功率和无功功率的值.

a

实验结果

有功功率曲线 有功功率曲线 无功功率曲线 无功功率曲线

实验结果的分析：两台变压器在短路电压标幺值相同时。 可知黄线所表示的有功功率输出约为是P1=P2=1.31e8W. 红线代表无功功率无功功率输出为Q1=Q2=1.09e8var

即此时的变压器的功率分配是相同的。

b.将一台变压器的短路电压标幺值(即短路阻抗标幺值)降低10% ，将连接负载的短路器设置为闭合，再进行“a”的测量；

有功功率曲线 有功功率曲线 无功功率曲线 无功功率曲线 当第二台变压器的短路电压标幺值降低10%时，

第一台变压器的输出功率为P1=1.24e8W；无功Q1=1.03e8var 而第二台变压器的输出功率P2=1.38e8W。无功Q1=1.15e8var

由以上的情况可知：当短路电压标幺值降低时，变压器所分配的负载会增大。 综上所述可知：并联运行的变压器符合分配与其容量成正比，而与其阻抗电压成反比。在（a）中，两台变压器容量与阻抗均相等，所以他们的有功分配相等，均为1.31e8。（b）中将第二台变压器的阻抗标幺值均乘以0.9，数值均变小了，其有功为1.38e8W，而第一台阻抗值没变，有功为1.24e8W，相比之下，阻抗值变小后，有功分量变大，说明当两台变压器阻抗电压不同时，其负荷分配并不按额定容量分配，而是与阻抗电压成反比。

所以，在此种情况下，阻抗电压大的变压器欠负荷运行，这样就限制了总的输出功率，能量损耗增加，不能保证变压器的经济运行。

三．结论：

由以上四个实验可知，变压器并网的条件是：

1.线电压变比相等。如果变比不等时，会有环流产生，可能烧坏变压器。 2.连接组别相同。当接线组别不同时，二次绕组中存在电压差，将引起很大的不平衡电流，危及变压器及人的安全。

3.短路电压相等，短路电压不同时，其负荷不能按额定容量成比例分配，负荷分配与短路电压成反比。

实验二、同步发电机综合实验

三相同步发电机并网运行 实验目的：

1、学习三相同步发电机投入并网运行的方法。

2、测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。 3、研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。 4、测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。

实验原理：

1.同步发电机的并网运行

把同步机并联至电网的手续称为整步亦称为并列或并车。在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。

为此，并车前必须检验发电机与电网是否符合下列条件： a、双方应有相同的相序； b、双方应有相同的电压；

c、双方应有相同或接近相同的频率； d、双方应有相同的电压初相位。

2. 同步发电机的静态稳定性

所谓同步发电机的静态稳定性是指发电机在某个运行下，突然受到任意的小干扰后，能恢复到原来的（或者是与原来很相近的）运行状态的能力。同步发电机在并网运行中受到较小的扰动后，若能够自动保持同步行，则该机就具有静态稳定的能力。反之，若不能自动保持同步运行，则是不具备静态稳定性。 发电机输出的电磁功率与功角的关系为：

静态稳定的条件用数学表达为

我们称为比整步功率，

又称为整补功率系数，其大小可以说明发电机维护同步运行的能力，既说明静态稳定的程度，用

表示。

和

之比称为静过载能力

，即，

电力系统与发电机的同步运行是电力系统正常运行的必要条件，因此电力系统静态稳定的概念也是以电力系统中任一发电机是否失去同步运行为依据的。即当受到小干扰后，发电机能够自动恢复同步运行，那么就可以认为系统是静态稳定的。

实验内容和实验方法:

一.实验线路图

二.实验结果及分析

1.在短路器断开的情况下，测出电网和发电机的电压波形，找到并联条件满足的点 ，确定并网的时间，进行并网实验，测试并网时的冲击电流； 实验参数

实验结果

理想并联点时间20.785s 并网后的电压波形图

最大冲击电流1800

分析：由于发电机和电网的电压波形符合了四个理想条件就是：有相同的频率，相同的电压幅值，相同的电压相序和初相角，因此当并联时产生的冲击电流很小，从图中可以看出，冲击电流的绝对值在2000之内，这在合理的范围内。当然，在发电机电压的调节时候，励磁和机械功率输入的调节也相当重要，两者的结合可以调节幅值和相序，因此在调节时，要恰到好处地调节到发电机和电网电压波形相同，需要两者两同时达到一个符合值。这是非常关键的一步。

2.调整发电机的运行条件，分别在初相位不同和电压幅值不同时，进行并网实验，测试并网时的冲击电流。 a.相位不同 实验参数

实验结果

相序相反 相序不一样时的冲击电流很大

b.幅值不同 实验参数

幅值不一样

实验结果

分析：当满足并网条件时，冲击电流很小，而情况不满足并网条件时，冲击电流都很大，会对电网及发电机产生很大的影响。

3.对并网运行的发电机进行有功功率和无功功率的调整，测试功角随之变化的过程。 实验参数 a.有功调整

实验结果

原动机输入功率 功角特性曲线 有功功率曲线 无功功率曲线 b.无功调整

6

原动机输入功率 功角特性曲线 无功功率曲线 有功功率曲线

分析：①随着励磁的不断增加，发电机的输出无功功率会不断增加，如图中曲线所示。

②由设置得到的数据可知随着原动机的输入功率不断的增加，功角将随之增大，当功角达到90度时，有功功率将达到最大，此时若进一步增加输入功率，则功

角将大于90度，此时的有功功率将随着功角的增大而减小，而输入功率扣除掉空载损耗和减去有功功率以后还有剩余，剩余功率使得转子继续加速，功角继续增大，此时有功功率不能保持平衡，导致发电机不能以同步转速运行，将会使得发电机处于失步状态，如下所示：

4.自拟方案，测出发电机失步后的各物理量变化过程。 实验参数

实验结果

公角特性曲线 原动机输入功率 有功功率曲线 无功功率曲线 发电机失步

分析：当功角增加到了一定的程度，比如超过90度时，发电机将会运行在不平衡状态，如上图所示，由Q= EUcosδ/ Xs —U2/Xs可知，当发电机运行于失步状

态时，无功功率Q将会成为负值

5.断开并网开关，设置发电机三相突然短路故障，分别测试最大短路电流和最小短路电流。 实验参数

实验结果

最小短路电流8000 最大短路电流1.3e5

分析:根据全电流定律，短路电流分为周期分量和非周期分量，非周期分量按指数规律单调递减，最大短路电流1.3e5A，最小短路电流8000A

结论：通过同步发电机的并网实验我们可以知道，必须满足四个条件就是发电

机和电网的电压有相同的幅值，相同的频率，相同的电压相序和初相角，但实际中可以有一定误差范围，但如果太大，经过这些实验我们可以知道，会造成并网时的并网冲击电流过大而损坏发电机，甚至造成短时间内电网的波动，影响发电质量。而经过前后的比较我们可以发现，电压相序的不同产生的冲击电流远大于电压幅值不同时产生的冲击电流，而从后面的突然短路实验我们可知，短路瞬时电流是相当大，其数量级巨大，会对电力设备造成巨大的冲击，还可能造成其他电力系统事故。

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