三相同步發（fā）電機的運行特性（xìng）實驗

三相同步發電機的運行特性實驗-實（shí）驗目的:
    1、用實驗方法測量同（tóng）步發（fā）電機（jī）在對稱負載下的運（yùn）行特性（xìng）。
    2、由（yóu）實驗數據計（jì）算同步發電機在對稱運行時的穩態參數。
二、預習要（yào）點:
    1、同步（bù）發電機在對稱負載下有哪些基本特（tè）性？
    2、這些基本特性各在什（shí）麽情況下測得？
    3、怎樣用實驗數據（jù）計算對稱運行時的穩態參數（shù）？
三、三相同步發電機（jī）的運行特（tè）性實驗項目:
    1、測定電樞繞組實際冷態（tài）直流電阻。
    2、空載實驗：在n=n_N、I=0的條件下，測取空（kōng）載特性曲線U₀=f(I_f)。
    3、三相短路實驗：在n=n_N、U=0的條件下，測取三相短路（lù）特（tè）性曲線I_K=f(I_f)。
    4、純電感負載特（tè）性：在（zài）n=n_N、I=I_N、cosφ≈0的條件下，測取純電感負載特（tè）性曲線。
5、外特性：在n=n_N、I_f=常數、cosφ=1和cosφ=0.8(滯後)的條件下，測取外特性曲線U=f(I)。
    6、調節（jiē）特性：在n=n_N、U=U_N、cosφ=1的條件下，測取調節特性曲線I_f=f(I)。
四、實驗方法:
    1、實（shí）驗設備

序 號	型 號	名             稱（chēng）	數 量
1	DQ03-1	導軌、測速係統及轉速表	1件
2	DQ19	校正直流測功（gōng）機	1件
3	DQ14	三相同步電機	1件
4	DQ44	數/模交流電流表	1件
5	DQ45	數/模交流電壓表（biǎo）	1件（jiàn）
6	DQ25	智能型功率、功率（lǜ）因數表	1件
7	DQ22	直（zhí）流數字電壓、毫安、安培表	1件
8	DQ26	三相可調電阻器	1件
9	DQ27	三相可調電阻器	1件
10	DQ28	三（sān）相可調電抗器（qì）	1件（jiàn）
11	DQ29	可（kě）調電阻器、電（diàn）容器	1件
12	DQ31	波形測試及開關（guān）板	1件
13	DQ32	旋轉燈、並網開關（guān）、同步機勵磁電源	1件

    2、屏上掛（guà）件排列順序
      DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ32、DQ22、DQ31、DQ26、DQ27、DQ28
    3、測定電樞繞組實際冷態直（zhí）流電阻
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。作為同步發電機使用時P_N(W)=170W，U_N(V)=220（Y），I_N(A)= 0.45A， n_N(r/min)= 1500，U_fN（V）=14V，I_fN（A）=1.2A，絕緣等級E級。
    測量與計算方法參見實（shí）驗4-1。記錄室溫。測量數據記錄（lù）於表1中。 
 表1                                     室（shì）溫       ℃

	繞 組（zǔ） Ⅰ			繞 組 Ⅱ			繞 組 Ⅲ
I（mA）
U（V）
R（Ω）

 
                                     圖1 三相同步發電機實（shí）驗接線圖
4、空載實驗
(1) 按（àn）圖5-1接線，校正直流測功機ＭＧ按他勵方式聯接，用作（zuò）電動機拖動三相同（tóng）步發（fā）電機ＧＳ旋轉，ＧＳ的定子繞組為Y形接（jiē）法(U_N=220V)。R_f2用DQ26組件上的90Ω與90Ω串聯加上90Ω與90Ω並聯共225Ω阻值，R_st用DQ29 上的180Ω電阻值，R_f1用DQ29上的1800Ω電阻值。開關S₁，S₂選（xuǎn）用DQ31掛箱。當掛件（jiàn）沒有地（dì）方掛時DQ28與DQ27根據實驗內容輪流放（fàng）置。
    (2) 調節DQ32上的同步勵磁電源（調到約14V）串（chuàn）接的R_f2至最大位置。調節MG的電樞串聯電阻R_st至最大值，MG的勵磁調節（jiē）電阻R_f1至最小值。開關S₁、S₂均（jun1）斷開。將控製（zhì）屏左側調壓器旋鈕（niǔ）向（xiàng）逆時（shí）針方（fāng）向旋（xuán）轉退到零位，檢查控（kòng）製屏上的電源總開關、電樞電源開關及勵磁電源開關都須在“關”斷的（de）位置，作好實驗開機準備（bèi）。
    (3) 接通控製屏（píng）上的電源總開關，按下“啟動（dòng）”按鈕,接通勵磁電源開關，看到電流表A₂有勵磁電流（liú）指示後，再接通（tōng）控（kòng）製屏上的電（diàn）樞電源開關,起動MG。MG起動運行正（zhèng）常後, 把（bǎ）R_st調至最小，調節R_f1使MG轉速達到同步發電機的額（é）定（dìng）轉速1500 r/min並保持恒定。
    (4) 接通GS勵磁電源，調節GS勵磁電流(必須單方向調節（jiē）)，使I_f單方向遞增至GS輸出電壓U₀≈1.3U_N為止。
    (5) 單方向減小GS勵磁電流，使I_f單（dān）方向減至零值（zhí）為（wéi）止，讀取勵磁電流I_f和相應的空載電壓（yā）U₀。
(6) 共取數據7～9組並記錄於表5-2中。
表2             n=n_N=1500r/min                I=0

序 號
U0（V）
If（A）

  在用實驗方（fāng）法測定同步發電機的空載特性時，由於轉（zhuǎn）子磁路中剩磁情況的不同，當單方向改變勵磁電流I_f從零到某一最大值，再反過來由此最大值減小到零時將（jiāng）得（dé）到上升和下降的二（èr）條不同曲線,如圖2。二條曲線的出現，反映鐵磁材料（liào）中的磁滯現象（xiàng）。測定參數（shù）時使（shǐ）用下降（jiàng）曲線，其最高點取U₀≈1.3U_N，如剩磁電壓較高，可延（yán）伸曲線的直線部分使與橫軸相交，則交點（diǎn）的橫座標絕對值Δi_f0應作（zuò）為校正（zhèng）量，在所有試驗測（cè）得的勵磁電流數據上加上此值，即得通（tōng）過原點之校正曲線，如圖3所（suǒ）示。
    注意事項：
    (1) 轉速要保持恒定。
    (2) 在額定電壓附近測量點相應多（duō）些。
   
               圖2上（shàng）升和下降二條空載特（tè）性                             圖3校正（zhèng）過的下（xià）降空載（zǎi）特性
5、三相短路試驗
    (1) 調節ＧＳ的勵磁電源串接的R_f2至最大值。調節電機轉速為額定（dìng）轉速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的（de）勵磁電源（調到（dào）約（yuē）14V左右），調節R_f2使GS輸出的三相線電壓(即三隻電壓表V的讀數)最小，然後把GS輸出三端點短接（jiē），即把三隻電流表輸出端短接。
    (3) 調節GS的勵磁電流I_f使其定子電流I_K=1.2I_N，讀取GS的勵磁電流值I_f和相應的定子電流值（zhí）I_K。
    (4) 減小GS的勵磁電（diàn）流使定子（zǐ）電流減（jiǎn）小，直至勵磁（cí）電流為零，讀取勵磁電流I_f和相應的定子電流I_K。
    (5) 共取數據5～6組並（bìng）記錄於表5-3中。
     表5-3     U=0V；     n＝n_N=1500r/min

序  號
IK（A）
If （A）

   6、純電感負載特性
    (1) 調節ＧＳ的R_f2至最大（dà）值，調節可變（biàn）電抗器使其（qí）阻抗達到最大。同時拔（bá）掉ＧＳ輸出（chū）三端點的短接線。
    (2) 按他勵直（zhí）流電動機的起動步驟(電樞串聯全值起動（dòng）電阻（zǔ）R_st，先接通勵磁電源，後接通電樞電源)起動直（zhí）流電機（jī）ＭＧ，調節ＭＧ的轉速達（dá）1500 r/min且保持恒定。合上開關S₂，電機GS帶純電感負載運行。
    (3) 調節R_f2和可變電抗器使同步發電機端電壓接近於1.1倍額定電壓且電流為額定電流，讀取端電壓值和（hé）勵磁電流值。
    (4) 每次調節勵（lì）磁電流使電機端電壓減（jiǎn）小且調節可變電抗器使定（dìng）子電流值保持恒定為額定電流。讀取端電壓和相應的勵磁電流。
    (5) 取幾組數據並記錄（lù）於表5-4中。
          表5-4        n＝n_N=1500r/min      I=I_N=      A

U（V）
If（A）

   7、測同步發電機在純電阻負載時（shí）的外特性
    (1) 把三相可變電阻器R_L接成三相Y接法，每（měi）相用DQ27組件上的900Ω與900Ω串聯，調節其阻值為最大（dà）值。
    (2) 按他勵直流電動機的起動步驟起動MG，調節（jiē）電機轉速達同步發（fā）電機額定轉速（sù）1500 r/min，而且保持轉速恒定（dìng）。
    (3)斷開開關S₂，合上S₁，電機GS帶三相純電阻負載運行。
(4) 接通24V勵磁電源（yuán），調節R_f2和負（fù）載電阻R_L使同步發電（diàn）機的端電壓達額定值220伏且負載電流亦達額定值。
    (5) 保持這時的同步發電機勵磁電（diàn）流I_f恒定不變，調節負載電阻R_L，測同步發電機端（duān）電（diàn）壓和相應的平衡負載電流，直至（zhì）負（fù）載（zǎi）電流減小到零（líng），測出整條外（wài）特（tè）性。
    (6) 共取數（shù）據5～6組並記（jì）錄於（yú）表5-5中。
        表5-5   n＝n_N=1500r/min    I_f=    A      cosφ=1

U（V）

I（mA）

    8、測同步發電機在負載功率因數為0.8時的外特性
    (1) 在圖（tú）5-1中接入功率因數（shù）表，調節可變負載電阻使阻值達最大，調節可變電抗器使電（diàn）抗值達最大值。
    (2) 調節R_f2至（zhì）最大（dà）值，起動直流（liú）電機並調節電機轉速至同步發電機額定（dìng）轉速1500轉（zhuǎn）/分，且（qiě）保持轉速恒定。合上開關S₁，S₂。把R_L和X_L並聯使用作電機GS的負載。
    (3) 接通14V勵（lì）磁電源，調節R_f2、負載電阻R_L及可變（biàn）電抗器X_L，使同步發電機的端電壓達額定值220伏，負載電（diàn）流（liú）達額定值（zhí）及（jí）功率因數為0.8。
    (4) 保持這時的同步發電機勵磁電流I_f恒定不變，調節負載電阻R_L和可變電抗器（qì）X_L使負載電（diàn）流改變而功率因數保（bǎo）持不變為（wéi）0.8，測同步發電（diàn）機端電壓和相應的平衡負載（zǎi）電流，測出整條外（wài）特性。
    (5)共取數據5～6組並記錄於表5-6中。
       表6    n＝n_N=1500r/min    I_f=     A     cosφ=0.8

U（V）

I（A）

    9、測同步發電機（jī）在純（chún）電阻負載時的調整特性
    (1)發電機接入三相電阻負載R_L，調節R_L使阻值達最大，電機轉速仍為（wéi）額定轉速1500 r/min且（qiě）保（bǎo）持恒定。
    (2) 調節R_f2使發電機端電壓達額定（dìng）值220伏且保持恒定。
    (3) 調節R_L阻值，以改變負載電流，讀取相（xiàng）應勵磁（cí）電流I_f及負載電流，測出整條調整特性。
    (4) 共取數據4～5組記錄於表5-7中。
        表5-7          U=U_N=220V      n=n_N=1500r/min

I（A）
If（A）

五、實驗報告:
    1、根據實驗數據（jù）繪出同步發電機的空載（zǎi）特（tè）性。
    2、根據實驗數據繪出（chū）同步發電機短路特性。
    3、根據實驗數據繪（huì）出同步發電機的純（chún）電感負載特（tè）性。
    4、根據實驗數據繪出同步（bù）發電機的外（wài）特性。
    5、根據實驗數據繪出同步發電機的調整特性（xìng）。
    6、由空載特性和短路特（tè）性求取（qǔ）電機定子漏抗X_σ和特性三角形。
    7、由零功率因數特性和空載特性確定電機定子保梯電抗（kàng）。
    8、利用空載特性和短路特性確定同步電（diàn）機的直軸同步電抗X_d(不飽和值)。
    9、利用空（kōng）載特性和純電感負載特性確定同步電機的直軸同步電抗X_d(飽和值)。
    10、求短路比。
    11、由外特性試驗數據求取電壓調整（zhěng）率ΔU%。
六、思考題:
    1、定子（zǐ）漏抗X_σ和保（bǎo）梯電抗X_p它（tā）們各代表什麽參數？它們的差別是怎樣產生的？
    2、由空載特性和特性三角形用作圖法求得的零功率因數的負載特性和（hé）實測特性是否有差別？造成這差別的因素是什麽（me）？