电机综合实验报告讲解.docx

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电机综合实验报告讲解

昆明理工大学电力工程学院

电机综合实验报告

班级：

电自102

*******

学号：

************

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的规律。

2、

二、实验原理

1、并联运行条件

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，即各变压器应有相同的变比，

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，即各变压器应有相同的短路电压标幺。

3）各变压器的负载电流都应同相位，即要求各变压器的短路电阻和短路电抗的比值相等。

2、变压器并联运行时负载的分配

当变压器并联运行时，负载分配与变压器容量有着密切的关系，负载与额定容量成正比与短路电压成反比。

公式如下：

三、实验线路

1、并联原理图

2、接线图

四、实验结果及分析

1、测试两台三相变压器理想运行的空载电流。

实验参数

（截屏图）

实验结果：

参数读取值：

参数

变压器1

变压器2

9089V

9089V

9089V

9089V

9089V

9089V

0.004544A

0.004544A

0.004544A

0.004544A

0.004544A

0.004544A

分析：

变压器空载运行时其空载电流只0.0045A，几乎可以忽略不计，说明理想状态下变压器并联时不会产生环流。

2、测试三相变压器并联运行变比不同时的空载电流

1）实验参数

将次级变压器的二次侧电压下降10%，其他参数保持不变。

2）实验结果

3）读数结果

参数

变压器1

变压器2

8587V

8587V

8587V

8587V

8587V

8587V

3759A

3759A

3759A

3759A

3759A

3759A

4）数据分析：

由把数据可以看出当变压器2的次级电压境地10%后，造成并联的两个变压器不对称产生了3759A的环流，这将对电力系统产生一定的危害。

因此选用变压器的时候必须选用变比相同的变压器。

5、测试三相变压器并联运行连接组别不同时的空载电流

1）实验参数设置

仅仅更改了变压器2的连接组别，其它参数保持不变。

2）实验结果

3）分析：

从以上的数据可以看出，在改变了变压器2的连接组别后产生了严重的不对称使得环流达到了17610A的高电压，将对电力系统造成严重的后果。

4、两台变压器的短路电压标幺值不同时负载分配的测试

1）实验参数设置

变压器2的短路电压标幺值降低了10%

2）实验结果

没有改变短路电压标幺值有功和无功

改变短路电压标幺值后的有功和无功

3）数据分析

在没有改变短路电压标幺值时变压器12的有功功率和无功功率在并网之后均相等，但在改变之后pq1增大10%，pq2相对减小10%，表明了变压器负载分配情况满足公式：

五、结论

在三相变压器并联运行实验中，探究了三相变压器并联运行的条件和三相变压器并联运行时负载的分配。

通过实验，可以看出，两台变压器并联运行的条件：

1、各变压器的相应的次级电压必须相等而且同相位；2、各变压器应有相同的短路电压标幺；3、两台变压器联接组别应保持一致；4、各变压器应有相同的短路电压有功分量和相同的短路电压无功分量。

在三相变压器并联运行时变比及短路电压标幺值允许有所偏差，变比差值限制在0.5%以内。

但是连接组别必须严格相等。

因为连接组别的不同使得他们二次侧线电压之间存在相位差，使得变压器的内部产生很大的环流，影响变压器的输出功率，甚至烧毁变压器，两变压器之间也会产生不平衡电流，严重可烧毁变压器。

大容量变压器有较大的短路电压标幺值，当变压器容量相近时，小容量变压器将先达到满载，在现实生活中，考虑到经济效益，为了不使小容量变压器过载，容量大的变压器都不会满载，为了变压器总容量能够得到较好利用，要求投入并联运行的各变压器容量尽可能接近，最大容量与最小容量之比不超过3:

1：

短路电压尽可能接近，差值限制不超过10%。

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、同步机并联至电网条件：

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、同步发电机静态稳定性：

发电机能否保持同步运行的能力，决定于发电机离开同步速度时，由于δ的变化所引起的电磁功率增量对转子的作用。

静态稳定程度用

表示，有公式:

其中δ为功角，

为发电机电磁功率最大值

从公式可以看出，δ角越小，

数值越大，且只有当δ小于

时

为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近

，其值愈小，稳定的程度越低。

三、实验线路

四、实验结果及其分析：

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。

1）线路连接情况如上连线图，其中三项短路器处于断开的位置，在反复的调整Timer1和Timer后，找到满足同步发电机并网时间点及此时的并网波形。

2）测试并网冲击电流得到如下结果为1500A左右，满足要求的10000V以下。

3）分析：

电网和发电机波形可以看出，在46.095时满足电网和同步发电机双方有相同的相序；有相同的电压；有相同或接近相同的频率；有相同的电压初相位。

满足并网条件，故在46.095时闭合断路器，将发电机与电网并网。

并网后，二者波形重合，且并网时的冲击电流最大值由示波器读出为1500A。

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

1）相位不同时的冲击电流如图：

2）分析：

有冲击电流波形图读得冲击电流大小为125kA，比起理想的并网运行的15ooA高出数百倍，说明相位不同将带来较大的冲击电流，这将严重危害电网的安全，因此并网前的调相工作极为重要。

3）电压幅值不同时的并网冲击电流波形及其冲击电流图

4）分析：

通过观察以上两个图我们可以看出幅值不同时的并网冲击电流为4000A，相比理想的1500A高出很多，因此幅值不同时的并网操作也是不符合要求的。

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。

1）有功参数调整

调整前后参数对比图。

2）有功实验结果

（励磁输入（紫）原动机输入（黄）有功功率（红）无功功率（绿）功角（蓝））

分析：

在47s时将有功功率提高了10倍后，有功功率和无功功率都在经历了微小的波动后恢复平衡，功角变化先较快后趋于平缓，最后达到稳定状态。

3）无功参数调整

在47s时将无功调整至1.5

4）无功调整试验结果

（励磁输入（紫）原动机输入（黄）有功功率（红）无功功率（绿）功角（蓝））

分析：

从图中可以看出，47s时原动机输入不改变，励磁增加，无功功率增大，功角明显减小，但有功功率基本保持不变，50s后无功功率，有功功率功角不再改变。

因无功功率输入的增加使得励磁增大，由于功角会随励磁的增大而减小，所以功角经变化后减小了：

因增加无功功率不需要改变原动机输入功率所以有功功率不变。

4、自拟方案，测出发电机失步后的各物理量变化过程。

1）参数调整

通过调节计时器（timer1）首先在47s时励磁保持不变，调节（timer）不断增大原动机输入功率，使同步机在某一时间点失步

2）实验结果

（图例：

励磁输入（紫）原动机输入（黄）有功功率（红）无功功率（绿）功角（蓝））

3）分析：

47s时保持励磁不变，增大原动机输入功率使得同步发电机失步可以看到，发电机从同步到失步的过程中有功功率增大后保持不变而无功功率成波动式的周期性变化，而功角则成波动变化较大的周期性变化，功角超过90度后，同步电机作为发电机使用将会失步。

会不停地以发电机电动机的形式交替运作。

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。

1）线路连接状态

（三项短路器处于闭合状态，并断开与电网的连接）

2）实验结果

经过调整从示波器中可以看出，最大冲击电流为16x104A，最小冲击电流为8300A

3）分析：

短路的全电流由两部分组成：

短路电流的周期分量和自由分量。

自由分量与外加电源无关，按指数规律衰减的直流，称为非周期电流。

周期分量与外加电源电势有相同的变化规律为幅值恒定的正弦交流。

当参数一定时，短路电流周期分量幅值一定：

非周期分量按指数规律变化，其初值越大，全电流的最大瞬时值越大，非周期电流有最大初始值的条件是：

短路前电路处于空载状态并且短路发生时电源电势刚好过零值（即合闸角0=mI0=α）。

短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现。

f=50Hz时约为0.01秒。

所以未叠加非周期分量时短路电流最小，当找到这个最小之后的四分之一个周期，也就是非周期分量最大时短路电流最大。

五、结论

1.同步发电机并网时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干扰。

所以并网前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←相序的统一可以用调线等方式

b、双方应有相同的电压←调节发电机的励磁电流，可以使双方的电压相等。

c、双方应有相同或接近相同的频率←调节原动机输入的机械功率的大小，使发电机的频率和电网频率达到一致。

d、双方应有相同的电压初相位←在电网和发电机的检测系统中测出

2.调节发电机的有功功率只需调节原动机的输入功率，此时发电机的无功功率也会相应增加，励磁不变，功角增加；调节发电机的无功功率只需调节励磁，此时有功功率不变，功角与励磁成负相关关系。

3.当功角范围在0~~90度时，发电机处于稳定状态，功角为90度时，同步发电机保持稳定的能力已经不再存在，当功角大于90度后，发电机便失去稳定性，由于输出功率与输入功率失去平衡，多余的功率可能引起转子超速，将破坏发电机，所以应避免发电机失步。

4.短路的全电流由两部分组成：

短路电流的周期分量和自由分量。

自由分量与外加电源无关，是按指数规律衰减的直流，称为非周期电流。

周期分量与外加电源电势有相同的变化规律为幅值恒定的正弦交流。

当参数一定时，短路电流周期分量幅值一定：

非周期分量按指数规律变化，其初值越大，全电流的最大瞬时值越大，非周期电流有最大初始值的条件是：

短路前电路处于空载状态并且短路发生时电源电势刚好过零值。

短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现。