昆工电机综合实验

昆明理工大学实验报告

实验课程名称： 电机学实验

开课实验室： 电机实验室 2012年 8 月 30 日

实验一、变压器综合实验

三相变压器并联运行

一、 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规律。

二、 实验原理

理想的并联运行的变压器应能满足以下条件：

（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他们的容量成正比例。如

此，则各变压器均可同时达到满载的状态。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化.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，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，使变压器负载电流相同，即要求各个变压器短路电阻与短路电抗的比值相等。

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同，大容量

的变压器有较大的短路电压。

三、 实验线路

图1.1 三相变压器实验线路图

四、 实验结果及分析

1、 测试两台三相变压器满足理想并联条件运行时空载电流

实验参数：按照图连接实验线路 ，两台变压器均设为Y,d11接法，将连接负载的断路器置断开的位置

图1.2两台相同变压器并联运行

实验结果：测试变压器的环流。记录实验数据。实验数据图1.3：

图1.3 两台相同变压器并联运行环流

分析：由图中数据可以看出，当变压器满足理想条件并联运行时，三相电压值9089伏与额定的15.75e3千伏基本相等，此时的变压器环流非常小，几乎为0，即在满足并联条件时各变压器内部不会产生环流。

2、 测试三相变压器并联运行变比不同时的空载电流

实验参数：

将第二台变压器的次级侧电压降低10% ，仍将连接负载的断路器置断开的位置；。

参数如图

1.4

图1.4 一台变压器降低10%次级电压

实验结果：测试变压器的环流。记录实验数据，如图1.5

图1.5 次级降低10%变压器环流

分析：从图表数据可以看出，当两台变压器变比不同时，尽管只相差0.1，但在变压器内部将会产生3759 A的环流，严重时将烧坏变压器。

3、 测试三相变压器并联运行连接组别不同时的空载电流

实验参数：

将电路中一台变压器的接法设为Y,d11,将另一台变压器的接法设为Y,yn0,将连接负载的断路器置断开的位置；将两台变压器的次级侧电压设置为相同情况；

实验参数如图1.6

图1.6 两台变压器不同接法

实验结果：测试变压器的环流。记录实验数据如图1.7

图1.7 两台变压器不同接法环流

分析： 由上图可以看出当两台变压器的连接组别不同时，尽管非常接近（实验中的两台变压器组别非常接近，只相差30度角），但在变压器中产生的环流将非常大，实验中有17.61KV。此种情况下会将变压器严重烧坏。

实验总结：变压器在并联运行时必须满足：①各变压器都应有相同的电压变比；②两台变压器必须有相同的连接组，不同连接组别的变压器不能并联运行。不满足这两个条件在变压器内部将产生非常大的环流，严重时可能会将变压器烧坏。

4、 两台变压器的短路电压标幺值不同时负载分配的测试

实验参数：

A两台变压器短路电压标幺值相同时，数据如图

1.8

图1.8两台变压器电压标幺值相同

实验结果：A两台变压器短路电压标幺值相同时，结果如图1.9、图

1.10

图1.9标幺值相同时结果

图1.10 电压标幺值相同时两台变压器有、无功功率——时间坐标图

分析：当两变压器在满足其他条件一致并且有相同的短路电压标幺只是，这两台变压器的有功功率值及无功功率值时相等的，即负载运行情况相同，每台变压器的负载分配相同

B将一台变压器电压标幺值降低10%后的有、无功功率。如图1.11

图1.11 标幺值降低10%

B将一台变压器电压标幺值降低10%后的有、无功功率结果如图1.12、图

1.13

图1.12 标幺值降低

10%

图1.13 降低10%后有、无功功率——时间坐标图

分析：当两变压器在满足其他条件一致并且有相同的短路电压标幺只是，这两台变压器的有功功率值及无功功率值时相等的，即负载运行情况相同，每台变压器的负载分配相同

五、 结论

实验采用了变量分析法及比较法分别对三相变压器并联运行条件进行了测试，三相电力变压器理想并联运行必须满足以下条件：①二次绕组电压相等 ②变比相同 ③连接的接线组别相同 ④短路电压标幺值相等。这几个条件中，变比和短路电压允许有微小的差别，但连接组别必须保证相同。如果连接组别不同的变压器的一次绕组接到同一电源上，其二次绕组的线电压相位不同，在变压器内部将会产生很大的环流，影响变压器的输出功率，甚至烧毁变压器。变比相差较大的两台变压器并联运行时，两个变压器绕组之间也要产生不平衡电流，情况严重时将烧坏变压器。短路电压相差较大的两台变压器并联运行时，因为负荷电流的分配与各变压器的短路阻抗成反比，即短路电压大的变压器输出电流小，短路电压小的变压器输出电流大。这样，当短路电压大的变压器满负荷时，短路电压小的变压器就要过负荷。反之，短路电压大的变压器就处于轻负荷状态，运行不经济。所以规定，并联运行的变压器的短路电压相差，不能超过允许值。有规定变比差值不超过±0.5%，短路电压值不超过±10%，两台变压器容量比不超过3：1，但连接组别必须相同。

实验二、同步发电机综合实验

三相同步发电机并网运行

一、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

二、实验原理

1.同步发电机的并网运行

把同步机并联只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，并车前必须检测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。

在并网之前，首先必须检验双方的电压是否相等。为了检测电压，可以用电压表来测得汇流排的电压和正待并列的发电机的端电压的差值，差值的大小反映了两端的电压差。调节发电机的励磁电流，可以很容易使双方的电压相等。 其次，要检验双方的频率和相序，也可以在电网和发电机的检测系统中很容易的测出。发电机的频率与发电机原动机输入的机械功率有关，只要调节原动机输入的机械功率的大小，就可以使发电机的频率和电网和频率达到一致。 相序的统一可以用调线等方式，在本虚拟实验室中一号发电机相序的统一可以用调整电网的相角来完成；二号发电机的相序通过调节发电机原动机的机械功率来一致。

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。 同步发电机在并网运行中几乎时时刻刻都受到小的干扰。例如个别电动机的接入和切除或加负荷和减负荷；又如架空线路因风吹摆动引起的线间距离（影响线路电抗）的微小变化；另外，发电机转子的旋转速度也不是绝对均匀的，即功角δ也是有微小变化的。同步发电机在并网运行中的静态稳定问题是非常重要的问题。

3短路冲击电流

短路电流最大可能的瞬时值称为冲击电流，以表示。短路冲击电流主要用来校验电气设备的电动力稳定度。

当电路的参数已知时，短路电流周期分量的幅值是一定的，而短路电流的非周期分量则按指数规律单调衰减，因此，非周期分量的初值越大，暂态过程中短路全电流的最大瞬时值就越大。由前面的讨论可知，使非周期电流有最大初值的条件应为：（1）相量差有最大可能值：（2）相差量在t=0时与时间轴平行。

三、实验线路

图2.1 同步发电机并网线路图

四、实验结果及分析

实验参数

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；

如图2.2：满足发电机并网的点为：Pm（标幺值）=0.089；Vs（标幺值）

=1.05

图2.2 并网点标幺值

图2.3 t=0.1s时并网。并网后可得冲击电流-时间图像

图2.4 冲击电流与时间坐标图

由图2.4测得并网后冲击电流为i=7000A.

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

图2.5 幅值相同，相位不同时电压与时间坐标图

图2.5为部分电网和发电机的电压波形图，当两者幅值相同，而相位不同时，选择两者波峰差求值为16.94-16.935=0.005(S),相位差=0.005*360/0.02=90（度） 图2.6为相位差是90度的冲击电流：

图2.6

图2.7为部分电网和发电机的电压波形图，当两者相位相同，幅值不同时的电压-时间图：

图2.7

图2.8为不同幅值时的冲击电流：

图2.8

分析：实验说明发电机并网时电压或电流应该满足同相位同幅值，否则将产生极

大的冲击电流而损坏电网。

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

3.1 实验参数：

图2.9

实验结果：如图2.10 为有功功率时，功角随之变化过程

图2.10

3.2实验参数

图2.11

如图2.12为无功功率功角随之变化曲线。

图2.12

分析：

随着初始标幺值的改变，发电机有无功功率相差不大。

4. 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。

图2.13

如图2.14为同时对并网运行的发电机进行有功功率和无功功率的调整，功角变化曲线。

图2.14

五、分析

I、对于三相同步发电机投入并网运行，在并网前必须保证发电机满足下面并网条件：①双方应有相同的相序 ②双方应有相同的电压 ③双方应有相同或接近相同的频率 ④双方应有相同的电压初相位。三相同步发电机并网运行条件不满足时，将会产生巨大的冲击电流，使同步电机损坏，电力系统受到严重的干扰。 II、并网运行的发电机在进行有功功率和无功功率的调整，测试功角随之变化中得出：要调节输出有功功率时，只需调节原输入机械功率；要调节输出无功功率时调节励磁即可，此时输出的有功功率不会变化。输出电磁功率与功角 正相关，输出无功功率与功角 负相关。功角 随着原输入机械功率的增大而增大，随着励磁的增大而减小。

III、三相同步发电机并网运行时的静态稳定性，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，能恢复到原来的运行状态的能力。

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