三相同步发电机的运行特性实验报告.docx
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三相同步发电机的运行特性实验报告
三相同步发电机的运行特性实验报告
一、实验目的
1.掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因数负载特性的实验求取法。
2.学会用实验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳太参数。
二、实验内容：
1.空载实验：
在n=nN，I=0的条件下，测取同步发电机的空载特性曲线Uo=f（If）。
2.三相短路实验：
在n=nN，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线Ik=f（If）.
3..求取零功率因数负载特性曲线上的一点，在n=nN；U=UN；cosØ≈0的条件下，测取当I=IN时的If值。
三、实验仪器及其接线
1.实验仪器如下图所示：
名称：
三相交流异步电动机实验台
生产厂家：
上海宝徕科技开发公司
名称：
滑动变阻器
名称：
滑动变阻器
2.实验室实际接线图如下图所示：
图1实验室实际接线图
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
422
1.055
1.3
1.42
1.183
2
380
380
380
380
0.95
0.96
1.08
0.9
3
340
342
341
341
0.8525
0.78
0.9
0.75
4
300
300
300
300
0.75
0.656
0.776
0.647
5
260
264
262
262
0.655
0.56
0.68
0.567
6
220
222
222
222
0.555
0.44
0.56
0.467
7
180
182
184
182
0.455
0.33
0.45
0.375
8
140
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
序号
短路电流（伏）
励磁电流（安）
IA
IB
IC
Ik
Ik*
I'f
If=I'f+ΔIfo
If*
1
4
4
4
4
1.11
1.08
1.16
0.967
2
3.5
3.5
3.5
3.5
0.972
0.94
1.02
0.85
3
3
2.95
3
2.98
0.828
0.78
0.86
0.717
4
2.5
2.5
2.5
2.5
0.694
0.64
0.72
0.6
5
2
2
2
2
0.556
0.5
0.58
0.483
6
1.5
1.5
1.5
1.5
0.417
0.36
0.44
0.367
数据说明：
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
I'f
1.3
0.96
0.78
0.656
0.56
0.44
0.33
0.23
If=I'f+ΔIfo
1.42
1.08
0.9
0.776
0.68
0.56
0.45
0.35
（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
由图可以看出：
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'f+ΔIfo，则修正后的If如下表所示
表4修正前后If数据对比
I'f
1.08
0.94
0.78
0.64
0.5
0.36
If=I'f+ΔIfo
1.16
1.02
0.86
0.72
0.58
0.44
（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
Uo*
1.055
0.95
0.8525
0.75
0.655
0.555
0.455
0.3525
If*
1.183
0.9
0.75
0.647
0.567
0.467
0.375
0.292
表6空载实验数据标幺值
Ik*
1.11
0.972
0.828
0.694
0.556
0.417
If*
0.967
0.85
0.717
0.6
0.483
0.367
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
而在实验作图过程中，我们不难发现
（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！
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