三相同步发电机的突然短路实验

三相同步发电机的突然短路实验

一、实验目的

1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。

2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。 3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。

4、 观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波

形。

二、预习要点

1、三相同步电机突然短路的数学分析

三、实验项目

1、观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。

四、实验方法

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 D52

3、 观察三相同步发电机突然短路瞬间的电流波形

（1）、按照图5-9接线，其中校正直流测功机的励磁电阻Rf1选用R1上的900Ω加900Ω共1800Ω阻值，限流电阻选用R2上的90Ω串联90Ω共180Ω阻值。电阻R选用R上的650Ω并联650Ω共325Ω阻值，再调到5Ω。Rf2选用R3上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。交流电流表选用MET01上的数模双显智能交流电流表，开关S选用D52上的交流接触器。同步机的励磁电源选用D52上提供的电源。启动之前电阻R1调至最大位置，Rf1调至最小位置，电阻Rf2调至最大位置。开关S处于断开状态。

（2）、先接通校正直流测功机的励磁电源，然后接通电枢电源，同时使电机的转向符合正转要求。升高电枢电压至220V，将启动电阻R1调至最小位置使校正直流测功机在额定电压下运行，再调节励磁电阻Rf1使其转速达到同步转速1500r/min。

（3）、然后调节同步电机的励磁电流使同步电机输出电压等于额定电压110V。在表5-19中记录此时电机的转速、电压、定子电流、励磁电流以及校正直流测功机的电枢电流。

1

型 号 MET01 DD03 DJ18 DJ23 D52 电源控制屏 名 称 数 量 1台 1件 1台 1台 1件 1件 不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表 三相同步电机 校正直流测功机 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 数字记忆示波器 2、控制屏上挂件顺序

图5-9 三相同步发电机突然短路实验接线图

表5-19 序号 短路前 短路后 n(r/min) 1500 1498 110 1.024 U(V) 0 0.243 I(A) If(A) 0.378 0.384 Ia(A) 0.283 0.289 （4）、将数字式记忆示波器的探头接至A相绕组所串联电阻R两端。按下D52上的启动按钮使同步发电机突然短路，用示波器摄录短路后定子绕组电流的波形。将短路后转速、电压、定子电流、励磁电流以及校正直流测功机的电枢电流数据记录于表5-19中。然后将数字示波器的触发电平位置调高。按下D52上的停止按钮，使同步发电机开路，将数字式记忆示波器设为单脉冲触发状态。重新按下D52上的启动按钮使同步发电机突然短路，数字示波器上将显示突然短路时A相绕组瞬时的电流波形。在图5-10画出突然短路瞬间A相电流的瞬时波形。

（5）、按下D52上的停止按钮使三相同步发电机开路。将示波器的探头接至励磁绕组所串联电阻Rf2两端，按步骤（4）所述方法用数字式记忆示波器摄录短路瞬间三相同步发电机的励磁电流的波形，并在图5-10中画出突然短路瞬间励磁电流的波形。

五、实验报告

1、画出三相同步发电机在空载额定电压下三相同步发电机突然短路时定子绕组的电流波形。

2

2、计算数据

根据电机学可知定子电流一般应为周期分量、非周期分量和2次谐波等三个分量之和。若忽略2次谐波，则有：

i?tt???11111???TdTd2E0??(?)e?(?)eXX?dXdX?d?X?d??d?t?Td?t??Td??COS(ωt??ph)????tTa2E0X?d??tTaCOS?phe???(0)e2[IK(?)??IK??(0)e??IK]COS(ωt??ph)?Ia1e?tTa???IK??]COS(ωt??ph)?Ia1e2[IK(?)??IK式中iK(?)??i?K(0)??(0)??i?K2E0X?d?2E0Xd2E0X?d2E0X?d????????????短路稳态电流最大值2E0Xd2E0X?d???????瞬变分量电流的最大值???????超瞬变分量电流的最大值Ia1?COS?ph????????非周期分量电流的起始值期分量Td?、Td??、Ta???????三相突然短路时瞬变分电流衰减时间常数?t?Tdt??Td量、超瞬变分量及非周

???IK?(0)e?IK?????IK??(0)e?IK 根据上述相电流的表达式，可以确定瞬变分量电流、超瞬变分量电流以及非周期分量电流的分离方法和步骤如下：

(1)、画出三相突然短路电流波幅的包络线。将所摄录电流波形的各个波峰值绘制在坐标纸上，然后用平滑的曲线连接起来，就得到一相电流波形的上下两条包络线，如图5-11所

3

示。如果起始几个电流波峰之间的时间间隔不相等，则应按实际量得的时间间隔绘制。

(2)、将各项电流的周期分量与非周期分量分开。两瞬时包络线的距离的中点的连线（即图5-11中虚线所示），为非周期分量电流衰减曲线。两者代数差的一半（即虚线至包络线的距离）为该瞬间电流的周期分量，再求出三相电流周期分量的平均值。

‘

(3)、瞬变分量（△i‘K）和超瞬变分量（△i‘。从电枢电流周期分量中减去稳态短路K）

电流IK（∞），即得电流曲线（△iK+△i

‘‘‘

，将其绘于半对数坐标纸上，将（△iK+△iK）

‘

‘‘‘

K）

曲线后半部的直线部分延伸到纵坐标上，其交点即为短路电流瞬变分量的初始值△i

图5-11三相同步发电机突然短路电枢电流波形

K(0)。

图5-12 瞬变分量分析图

4

‘‘

在半对数坐标纸上，曲线（△i‘K+△i‘K）与直线△iK在同一瞬间的差值即为短路电流

的超瞬变分量△i

‘‘

把超瞬变电流分量与时间的关系也画在半对数坐标纸上,并将其延伸到K。

‘

纵坐标轴，则交点即为超瞬变分量电流的起始值△i‘K(0)。

(4)、计算直轴瞬变电抗X'd及超瞬变电抗X??d

X?d?2U?(0))3(iK(?)??iKI?NU?NX?d；

，

X?d?*??X?d2U?(0)??iK??(0))3(iK(?)??iK，

*X??d?I?NU?N?X?d；

式中U?N和I?N为被试电机的额定相电压和额定相电流。 (6)、确定时间常数Td?、Td??及Ta

电枢绕组短路时的直轴瞬变时间常数Td?是电枢电流瞬变周期分量自初始值△i到0.368△i

‘

‘

K(0)衰减

K(0)时所需要的时间。

‘

电枢绕组短路时的直轴超瞬变时间常数Td??是电枢电流超瞬变分量自初始值△i‘K(0)衰减‘

到0.368△i‘K(0)时所需要的时间。

电枢绕组短路时的非周期分量时间常数Ta是电枢电流非周期分量Ia1自初始值衰减到0.368初始值时所需的时间。

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