实验二同步发电机励磁调节装置实验
一、实验目的
1、加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；
2、了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；
3、了解微机励磁调节器的基本控制方式；
4、熟悉微机励磁调节器的使用方法及常规励磁系统试验的基本试验方法；
5、熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形，观察触发脉冲及其相位移动；
二、实验基本原理
同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，它们和同步发电机一起构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁自动控制系统。
同步发电机励磁控制的基本任务主要包含以下三个方面：
稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。
同步发电机在并网前，励磁调节器在自动方式运行时能维持机端电压在恒定水平，当操作【增磁】、【减磁】按钮时，可以升高或降低发电机的电压；当发电机并网运行时，操作【增磁】、【减磁】按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，而机端电压按调差特性曲线变化。
当发电机正常运行时，控制角α小于90°；当停机时α大于90°，实现逆变灭磁。
三、实验内容和步骤
（一）自并励方式下起励实验
1、启动原动机，将机组转速升到额定转速。
2、合WL-04微机励磁系统调节及负阻器屏工作电源。
3、切换【励磁方式】转换开关，选择励磁方式为微机自并励。
4、合上磁场开关。
5、设置控制方式为恒UF控制。
6、检查控制参数与试验要求值是否相符。
7、设置允许起励。
8、起励，发电机开始建压并快速稳定在空载额定。
注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化（看励磁电流表和电压表）。
用录波仪记录发电机起励波形，观察起励曲线，测定起励时间、超调、振荡次数等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压。
（二）空载调节励磁实验
按【增磁】、【减磁】按钮，在70%～110%空载额定电压范围内调节机端电压，用录波仪记录发电机机端电压、励磁电压波形，用示波器记录励磁电压波形，注意观察机端电压与励磁电压的关系。
（三）同期并列
1、投入无穷大电源并合上线路开关至发电机同期点。
2、选择待并列的机组编号为1号机，将同期方式选为自动同期。
3、执行准同期并列，将发电机组与系统并列。
（四）负载调节无功实验
1、先调节有功功率到1kW。
2、按【增磁】、【减磁】按钮增减励磁，使无功功率在-1kW到1kW范围内调整，用录波仪记录机端电压、机端电流、励磁电压波形，并用示波器记录励磁电压波形，注意观察负载情况下励磁电压与机端电压、无功功率的关系。
（五）强励实验
1、调整发电机有功功率为2kW，功率因数为0.8。
2、在50%线路上进行单相接地短路试验，并用录波仪记录下强励波形，测定强励电压倍数。
3、在线路首端上进行单相接地短路试验，并用录波仪记录下强励波形，测定强励电压倍数。
（六）甩负荷实验
1、调整发电机运行到额定功率，有功为4kW，功率因数0.8。
2、跳出口断路器，使发电机组与系统解列。
并用录波仪记录甩负荷波形，注意观察甩负荷后机端电压和励磁电压的动态过程。
（七）逆变灭磁实验
手动按下【灭磁】按钮，〖灭磁〗指示灯亮，实现逆变灭磁，用录波仪记录灭磁曲线。
注意观察励磁电流表和励磁电压表的变化以及励磁电压波形的变化。
（八）他励方式下起励实验
1、切换【励磁方式】转换开关，选择励磁方式为微机他励。
2、起励，发电机开始建压并快速稳定在空载额定，用录波仪记录发电机起励波形。
（九）跳灭磁开关灭磁实验
按下励磁开关的【跳闸】绿色按钮，其绿色按钮指示灯亮，表示灭磁电阻对励磁绕组进行灭磁，并用录波仪记录发电机灭磁波形。
（十）停机
1、将原动机转速降到零。
2、按照主接线图，以给系统送电时合线路开关相反的顺序（先通后断），把线路开关依次跳开。
3、退出无穷大电源系统。
（十一）不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测（选做）
1、励磁方式保持他励，选择恒α控制方式。
2、合上励磁开关。
3、将示波器接到励磁屏的励磁电压表的信号输入端。
4、在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的【灭磁】按钮，操作【增磁】、【减磁】按钮即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形，通过示波器观测不同α角时的励磁电压波形。
四、实验记录
1.自并励方式下起励
实验波形如下图1所示。
由图1所示同步发电机零起升压实验波形可计算得：
超调量：
7.4%，上升时间：
0.75s，振荡次数：
0.5次。
在同步发电机零起升压过程中，发电机定子三相电压幅值基本相同，相位相差120度；负载电压在升压过程中会产生2--3倍的过电压，机端电压达到额定值后，负载电压为一稳定值。
定子电流在此过程中保持恒定。
2.空载调节励磁实验
实验波形如下图2所示。
为按【减磁】按钮，在110%～70%空载额定电压范围内调节机端电压，得到如图2所示波形。
由图2可知，在110%～70%空载额定电压范围内励磁系统的自动电压调节能稳定、平滑地调节。
机端电压与励磁电压同步变化，发电机定子三相电压始终保持幅值相等，相位相差120度。
3.空载阶跃实验
实验波形如下图3所示。
由图3所示同步发电机零起升压实验波形可计算得超调量：
34.2%，上升时间：
0.06s，振荡次数：
0.5次，超调量已超出国标规定。
发电机在空载运行中收到阶跃信号扰动时，会使机端电压升高，产生较高的电压幅值。
4.负载调节实验
实验波形如下图4所示。
图4为有功功率为1kW时，按【增磁】、【减磁】按钮增减励磁，使无功功率在1kW到-1kW范围内调整所得。
在调节无功功率的过程中，机端电压、机端电流保持不变，励磁电流（电压）随无功功率绝对值的减小而下降、随无功功率绝对值的增大而上升；有功功率随无功功率的减小而上升。
可见，无功功率与励磁电压有关。
5.强励实验
实验波形如下图5所示。
图5记录的波形为发生AB相间短路，短路时间等于0.3s，短路后电压下降到55%，短路故障消除后，电压恢复到短路故障前的状态的过程。
发生AB相间短路时，电压下降到55%，为维持机端电压恒定，需增大励磁电压以补偿无功功率。
由图5可知，在故障时的强励电压约为正常运行时的4～5倍。
6.甩负荷实验
实验波形如下图6所示。
图6所示为当发电机运行到额定功率，有功为4kW，功率因数0.8时，跳出口断路器，使发电机组与系统解列，此时有：
超调量：
28.3%，调节时间：
0.64s，振荡次数：
1.5次，机端电压升高，励磁电压下降，经振荡后稳定。
7.逆变灭磁实验
手动按下【灭磁】按钮，〖灭磁〗指示灯亮，实现逆变灭磁，灭磁曲线如图7所示。
由图7可得，逆变灭磁过程中，励磁电流和励磁电压均快速降为零。
8.他励方式下起励实验
微机他励方式下起励，发电机开始建压并快速稳定在空载额定，波形如图8所示。
其超调量为10.5%，上升时间等于0.18s，振荡次数为1次。
起励过程中发电机定子三相电压幅值基本相同，相位相差120度。
9.跳灭磁开关灭磁实验
跳灭磁开关灭磁实验波形如下图9。
五、思考题
1、逆变灭磁与跳励磁开关灭磁主要有什么区别？
答：
灭磁开关灭磁，是在灭磁开关主接点断开前先通过一个灭磁接点接入灭磁电阻，然后断开主接点，在灭磁开关主接点断开后由于灭磁接点把灭磁电阻与转子并联，励磁绕组能量转移到灭磁电阻发热消耗以达到灭磁目的。
逆变灭磁-是在灭磁命令发出后，励磁调节器控制可控硅，使三相全控桥的控制角大于90度，此时可控硅处于逆变状态，它把励磁绕组能量吸入到励磁变压器及定子消耗掉。
2、比较在它励方式下强励与在自并励下强励有什么区别？
答：
自并励系统强励倍数高，电压响应速度快，再加上选择先进的控制规律，能够有效地提高系统暂态稳定水平。
3、比较四种运行方式：
恒UF、恒IL、恒Q和恒α的特点，说说他们各适合在何种场合应用？
答：
恒UF即保持机端电压稳定、恒IL即保持励磁电流稳定、恒Q即保持发电机输出无功功率稳定、恒α即保持控制角稳定。
其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。
4、电力系统在什么情况下要投入PSS？
PSS的作用？
答：
在电力系统稳定性不满足要求时要投入PSS，PSS的主要作用是抑制系统的低频振荡，提高电力系统的动态稳定性。
5、在负载运行的时候，在机组没有达到额定值时，有时候按增励按钮，但无功增不上去（增励按钮没有坏），这是什么原因，怎么解决？
答：
这时候发电机发出的无功功率已经达到其上限值，因此继续增加励磁无功功率不会再增加。
要增加无功功率，可并联无功补偿装置，如静止无功补偿器（SVC）、静止无功发生器SVG等。
6、机组负载运行的时候，若发生功率振荡，应该怎么办？
答：
功率振荡主要是系统受到小扰动引起，发生功率振荡时应增大系统阻尼或采用无功补偿。
7、自并励和他励的空载机端电压波形哪个更平滑，为什么？
答：
自并励空载机端电压更平滑，自并励时间常数较他励的时间常数大，即励磁系统的电压增长速率较小，因此其空载机端电压更平滑。
实验三同步发电机频率调节装置实验
一、实验目的
1、加深理解同步发电机频率调节装置的原理和频率调节的基本任务；
2、熟悉微机频率调节装置的基本使用方法。
二、实验基本原理
调速系统是原动机系统的一个重要组成部份，它的作用主要是自动维持机组的转速和自动分配机组之间的负荷。
在电力系统中和其他自动控制装置联合作用还能够进行频率的自动调节。
目前，由于新型调速器的应用，不仅灵敏度和反应速度提高了，而且还能够反映电力系统的其他运行参数（如电压、电流、频率、功角等）。
因此，调速系统对于提高电力系统的稳定性，改善再同期的条件，以及与励磁调节系统相结合，实现系统的最佳控制等，都将发生重要的作用。
原动机调速器按原动机的类型可分为水轮机调速器和汽轮机调速器两类，而按调速器本身结构又可分为离心飞摆式、机械液压式和电气液压式调速器等。
它们的主要区别在于测量元件，而它们的构成
升级会员 