三相同步发电机的运行特性实验报告 - 图文

电机学实验报告

三相同步发电机的运行特性实验报告

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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；cos?≈0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：

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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 电机学实验报告

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。

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表1 空载实验数据记录 n=no=1500转/分 I=0

序号 空 载 电 压 （伏） UAB UBC 424 380 342 300 264 222 182 140 UAC 422 380 341 300 262 222 184 142 Uo 422 380 341 300 262 222 182 141 Uo* 1.055 0.95 0.75 0.655 0.555 0.455 I'f 1.3 0.96 0.656 0.56 0.44 0.33 励 磁 电 流 （安） If=I'f+ΔIfo 1.42 1.08 0.9 0.776 0.68 0.56 0.45 0.35 If* 1.183 0.9 0.75 0.647 0.567 0.467 0.375 0.292 1 420 2 380 3 340 4 300 5 260 6 220 7 180 8 140 数据说明： （1）表1中

0.8525 0.78 0.3525 0.23 UU?U?UABBCACU0= U0*=U30N If=I′f+ΔIf0 If??IfIfo

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ΔIf0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上ΔIf0，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。

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表2短路实验数据记录

序号 1 2 3 4 5 6 4 短 路 电 流 （伏） IA 4 3.5 2.95 2.5 2 1.5 3.5 3 2.5 2 1.5 IB 4 3.5 3 2.5 2 1.5 IC 4 3.5 2.98 2.5 2 1.5 Ik Ik* 1.11 0.972 0.828 0.694 0.556 0.417 I'f 1.08 0.94 0.78 0.64 0.5 0.36 励 磁 电 流 （安） If=I'f+ΔIfo 1.16 1.02 0.86 0.72 0.58 0.44 If* 0.967 0.85 0.717 0.6 0.483 0.367 数据说明： IIA?IB?IC在表17—2中IK= IK*=I3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。

KNI If??Iffo

五、数据处理

（1）利用空载特性曲线原始数据绘图求ΔIfo

利用原始数据绘出的空载特性曲线如下图所示：

U0=f（If'）500400300U0(V)2001000-0.5-10000.5If'（A)

图4修正前的空载特性曲线

11.5由图可以看出：修正前，短路特性曲线与横轴交于（-0.12，0）ΔIfo≈0.12A则利用公式If=I'f+ΔIfo，则修正后的If如下表所示

表3修正前后If数据对比

I'f If=I'f+ΔIfo

1.3 1.42 0.96 1.08 0.78 0.9 0.656 0.776 0.56 0.68 0.44 0.56 0.33 0.45 0.23 0.35 第5页，共12页

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（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

U0=f（If）600500400U0(V)3002001000-0.2-10000.20.40.60.811.21.41.6

图5修正后的空载特性曲线

If（A)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ΔIfo

Ik=f（If'）54Ik(A)3210-0.2-100.20.40.60.811.2

图4修正前的短路特性曲线

If'(A)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ΔIfo≈0.08A，则利用公式If=I'f+ΔIfo，则修正后的If如下表所示

表4 修正前后If数据对比

I'f If=I'f+ΔIfo

1.08 1.16 0.94 1.02 0.78 0.86 0.64 0.72 0.5 0.58 0.36 0.44 第6页，共12页

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（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

Ik=f（If）543Ik(A)210-0.2-100.20.40.6If(A)

图5 修正后的短路特性曲线

0.811.21.4（5）分别求U0

，IK ，If的标幺值

标幺值的求取公式如下：

UU0*=U0NII，IK*=

KNIf? ，If?Ifo

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* If* 1.055 1.183 0.95 0.9 0.8525 0.75 0.75 0.647 0.655 0.567 0.555 0.467 0.455 0.375 0.3525 0.292 表6 空载实验数据标幺值

Ik* If* 1.11 0.967 0.972 0.85 0.828 0.717 0.694 0.6 0.556 0.483 0.417 0.367 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

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（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：

空载及其短路特性曲线1.210.8Ik*y = 1.1488x0.40.20-0.2-0.200.20.4y = 1.1019x0.6If*0.811.2Uo*0.61.41.210.80.60.40.201.4-0.2

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

''IN?xdE0E0??* 率K2=1.148又由于xd*?ZbIkUN?Ik*''E0E0Ik1*?*f0*?（具体分析过程见后面问题讨论 而在实验作图过程中，我们不难发现

Ik*If0*Ik*k2'E0k1第二题），所以可以推导得xd*?*?

Ik*k2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ZN?UN求得，ZN=111.11欧姆 INxd =ZN.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。

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（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？

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（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

''IN?xdE0E0xd*???*

ZbIkUN?Ik*''E0E0Ik1*?*f0*? 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Ik*If0*Ik*k2短路特性直线的斜率之比）

'E0k1所以xd*?*?即可算出xd的标幺值，乘上基准值，即可得出有名值

Ik*k2（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= OC ，两部分：OB用来克服漏抗电动势E?的励磁电流，AB为对应的漏抗压降，即 =x?Id，BC段平衡电枢电动势Ead的励磁电流，Ead＝xadId，AB△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。

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BC 和 AB 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 x??AB

Id

（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x?。接纯电感负载，即?=90?，有: U?E0?xdId

E0?UN?INxd

E0?UNQA?x??d IINN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。由于实验条件的原因，零功率因数负载特性没有测量，因此实验的一些稳态参数无法计算，但我们在问题讨论版块也做了理论说明。

在实验完成后，我们认为，本实验过程还有许多值得思考或改进的地方，比如是否能替换闪光测频法，使得实验结果更准确，能否对实验室用的电压表和电流表进行改进等等。本实验是一次给予我们启发和思考的实验，让我们获益匪浅，是一次很有意义的实验。 最后非常感谢实验老师的辛苦指导！

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BC 和 AB 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 x??AB

Id

（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x?。接纯电感负载，即?=90?，有: U?E0?xdId

E0?UN?INxd

E0?UNQA?x??d IINN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。由于实验条件的原因，零功率因数负载特性没有测量，因此实验的一些稳态参数无法计算，但我们在问题讨论版块也做了理论说明。

在实验完成后，我们认为，本实验过程还有许多值得思考或改进的地方，比如是否能替换闪光测频法，使得实验结果更准确，能否对实验室用的电压表和电流表进行改进等等。本实验是一次给予我们启发和思考的实验，让我们获益匪浅，是一次很有意义的实验。 最后非常感谢实验老师的辛苦指导！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cr1r.html