三相同步发电机的运行特性实验报告Word格式.docx

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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。

表1空载实验数据记录n=no=1500转/分I=0

序号

空载电压（伏）

励磁电流（安）

UAB

UBC

UAC

Uo

Uo*

I'

f

If=I'

f+ΔIfo

If*

1

420

424

422

1.055

1.3

1.42

1.183

2

380

0.95

0.96

1.08

0.9

3

340

342

341

0.8525

0.78

0.75

4

300

0.656

0.776

0.647

5

260

264

262

0.655

0.56

0.68

0.567

6

220

222

0.555

0.44

0.467

7

180

182

184

0.455

0.33

0.45

0.375

8

140

142

141

0.3525

0.23

0.35

0.292

数据说明：

（1）表1中

U0=

U0*=

If=I´

f+ΔIf0

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。

表2短路实验数据记录

短路电流（伏）

IA

IB

IC

Ik

Ik*

1.11

1.16

0.967

3.5

0.972

0.94

1.02

0.85

2.95

2.98

0.828

0.86

0.717

2.5

0.694

0.64

0.72

0.6

0.556

0.5

0.58

0.483

1.5

0.417

0.36

0.367

在表17—2中IK=

IK*=

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。

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：

图4修正前的空载特性曲线

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

（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

图5修正后的空载特性曲线

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

图4修正前的短路特性曲线

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'

表4修正前后If数据对比

（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

图5修正后的短路特性曲线

（5）分别求U0，IK，If的标幺值

标幺值的求取公式如下：

U0*=

，IK*=

，

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

表6空载实验数据标幺值

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

（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：

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，短路特性直线的斜率K2=1.148又由于

而在实验作图过程中，我们不难发现

（具体分析过程见后面问题讨论第二题），所以可以推导得

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

求得，

=111.11欧姆

xd=

.xd*=111.11X0.959=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。

（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？

（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

（其中K1,K2分别为气隙线和短路特性直线的斜率之比）

所以

即可算出xd的标幺值，乘上基准值，即可得出有名值

（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=，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=xId，BC段平衡电枢电动势Ead的励磁电流，Ead＝xadId，

△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。

和均和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

（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:

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！