三相同步发电机实验共28页文档Word文件下载.docx
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额定功率4KW
额定电压DC220V
额定电流22A
额定转速1500r/min
额定励磁电压DC220V
额定励磁电流0.81A
同步发电机
型号STC-1.5
额定功率1.5KW
额定电压AC400V(星接)
额定电流2.7A
额定功率因数0.8
空载励磁电流1A
额定励磁电流2A
同步发电机接线如图电-01所示。
发电机通过接触器1KM、转换开关1QS、闸刀开关1KQ接于发电机母线,屏面上有6个按线柱,可以根据实验需要直联、接三相调压器或电抗器。
发电机机装有电压互感器1TV和电流互感器1~4TA,供测量、同期、保护、励磁之用,系统侧装有单相电压互感器2TV作同期用,两侧电压通过转换开关1SA接入同期表S(MZ-10),1SA有三个位置:
断开、手动同期、自动同期。
发电机出线盒的U、V、W引出三相电压,N1、N2、N3经差动保护用电流互感器4TA后接成中性点。
直流电动机的接线如图电-02所示。
电枢电源来自电网380V交流电压,经闸刀开关2KQ、转换开关2QS和接触器2KM供电给模块式晶闸管SCR-T变为直流,接到接线盒H1、C2。
电枢电压通过调速按钮5SB、6SB进行调节,当调速器有问题切换到手动后,可以通过电位器1RW进行调速。
直流电动机的励磁电源来自电网220V交流电压,经转换开关3QS和整流块整流后接至励磁绕组F1-F2,励磁电流是固定的。
调节电枢电压就可以调速,并网后则调节有功输出。
为防止无励磁时误合电枢电压引起过速,3QS与2KM有联锁,只有前者合上加励磁,后者才能合闸。
电动机装有同轴的测速发电机,其输出电压为82.5V时相当于1500r/min
发电机励磁系统接线如图电-03所示。
励磁电源可以取自380V电网(他励方式),也可以取自机端(自励方式),通过4SA进行切换,交流电源经励磁变压器SB(由三个单相变压器组成)降压隔离后,经整流模块(共阴晶闸管模块、共阳晶闸管模块、共阳二极管模块)变为直流,根据实验需要通过5SA可以切换成三相半控或三相全控整流,励磁电流通过灭磁开关3KM供电给发电机励磁绕组FLQ(接线端子为F1、F2),励磁电流通过调压按钮7SB、8SB进行调节。
Rm为灭磁电阻,通过3KM的常闭触点与励磁绕组FLQ并接。
发电机组控制屏装有各种仪表、控制开关、按钮、指示灯等,具体接线可参考相关的原理接线图和屏后接线图。
发电机装有微机自动励磁装置、微机自动调速装置、微机自动同期装置、微机继电保护装置、微机测控装置,并可与上位机通讯远方测控,可参考各装置的使用说期书。
8台发电机接于一条母线,然后通过系统联络屏的接触器1KM和转换开关1QS与系统相连,如图电-04所示,联络屏装有测量仪表和三段式微机过流保护。
当做单机对无穷大系统实验时,各发电机可以不接母线和联络屏,只要将测控屏下方的闸刀开关1KQ、2KQ在电源侧联起来,各发电机就可以单独与系统并列运行。
(一)机组起动
1)起动前,检查所有电源开关在断开状态,各熔断器都插好,屏上接线柱为直联,1RW放到最大位置(逆时针到头),如各发电机不接母线,可断开实验室总电源,将闸刀开关1KQ、2KQ在电源侧联起来再合总电源;
2)将4SA扳向他励位置,合上开关1KQ、2KQ和1QS,1KM、2KM、3KM的绿灯亮,微机保护装置、励磁调节器、调速器的电源指示灯亮。
再合上1QS和2QS,用电压转换开关3SA检测电网三相电压是否基本平衡;
UAB=V,UBC=V,UCA=V
3)检查励磁回路:
励磁调节器选择手动方式,按9SB合上灭磁开关3KM,按增减压按钮应能增减励磁电压和电流,然后将励磁电流调至接近零,跳开灭磁开关3KM;
3)按调速器上的“手动/自动”调速按钮为手动位置(或自动开环位置),合上电动机励磁电源开关3QS,电动机励磁电流表应在额定值0.81A附近;
4)在确认电动机励磁电流后,合上2QS后按下按钮3SB使2KM合闸,电动机调速屏面上的红灯应点亮,2KM合闸线圈回路串有3QS的一对常开触点连锁;
5)手动位置时调电位器1RW或自动开环位置时按增速按钮5SB缓慢升高电枢电压,使电动机起动并逐渐升至额定转速1500r/min,起动过程要监视表计的指示是否正常,起动时如有异声或振动过大要立即跳开1KM停机(起动初期,因晶闸管导通角很小使电流波形不连续,有些尖叫声是正常的);
6)用万用表测量机端三相剩余电压,计算与额定电压的百分比;
(二)空载试验
1)将自动屏上的开关5SA扳向半控位置并相应在励磁触摸屏上也选择半控方式,励磁调节器选择手动方式,检查调节器上的控制电压UK应在6V以上(UK越大导通角越小),按下按钮9SB使3KM合闸,同时要密切注视发电机电压、励磁电流和励磁电压,如有异常立即跳开。
用万用表检测励磁变压器SB两侧电压是否正常;
Uab=V,Ubc=V,Uca=V
2)按增压按钮7SB缓慢升高发电机电压至额定值,观察表计的指示是否正常,三相电压是否平衡;
注意:
在升压过程中当机端电压低于300V时,频率表指针可能打到头,这是正常现象,待电压升至300V以上时指针会回到正常值;
3)观察发电机建压后机组的转速是否有微小变化,记录空载励磁电流;
no=r/nin,n[o]=r/nin,IFO=A
4)按减压按钮8SB将电压降至零后,按增压按钮单向调节励磁电流,使发电机电压单调增加直至440V,然后单调减小励磁电流直至零,记录励磁电流IF和定子端电压UG,注意试验中发电机的转速要维持恒定额定转速。
表1发电机空载试验数据
1
2
3
4
5
6
7
IF(A)
UG(V)
5)机组停机:
按减压接钮使发电机电压减到零,再接调1RW或减速按钮将机组转速减到零,再跳开1KM;
必须将机组转速减到零再跳开1KM,否则下次起动电动机可能会遭受很大的冲击。
6)绘制发电机空载特性曲线。
(三)三相短路试验
1)机组在停机状态,将测控屏发电机侧三个接线柱接上三相短路线;
2)起动机组,调节发电机为额定转速,并在试验过程中保持恒定;
3)调节励磁电流使定子短路电流为定子额定电流,然后单调减小励磁电流直至零,记录励磁电流IF和定子电流IG,试验完后拆除短路线。
表2发电机短路试验数据
IG(A)
(四)实验报告及分析思考题
1)画出发电机空载特性曲线和短路特性曲线,参考电机学实验测定不饱和Xd的方法,求取Xd值。
2)发电机空载特性不是直线,而短路特性基本为直线,为什么?
3)发电机转动以后,灭磁开关3KM跳开不加励磁,定子是否有电压,为什么?
4)发电机定子三相绕组为什么接成星形?
接成三角形有什么问题?
5)发电机建压后机组的转速是否有变化,分析原因。
6)发电机空载时,定子三相电压为额定电压400V,这时发电机的Eq是多少伏,为什么?
7)电动-发电机组在建压后,电动机励磁回路发生断线,有什么现象?
如何处理?
8)电动机的励磁绕组与电枢绕组并接起来,用调节电枢电压调速,如右图所示,分析是否可行。
9)电动机起动初期为什么有尖叫声?
整流模快SCR-T会产生多少次的特征谐波?
10)说明实验装置机组转速测量的原理。
11)电动机电枢电流和发电机励磁电流采用分流器测量的原理是什么?
能否采用电流互感器测量?
12)发电机各相绕组存在三次谐波电势,引出的线电压是否有三次谐波成分?
13)如发电机三个定子绕组的头尾搞乱了,如何判别同极性端?
14)做短路实验时,发电机能否用自励方式?
(一)实验内容和步骤
a)发电机为他励方式,将发电机组起动并起励建压至额定值,调频率为50HZ。
b)合上开关1KQ和1QS,用相序表在1KM两侧分别测量发电机和电网电压的相序是否相同并为正相序,测量时要特别小心以免发生短洛。
c)合1SA至手动位置投入同期表S,三只同期指示灯应同时亮暗,根据同期表的压差频差指示和指针旋转情况,利用调压调速按钮精细调节发电机电压和频率。
在指针缓慢旋转时,用万用表交流500V档测量2KM两侧同一相的滑差电压,指示值最小时,同期表S应在零位附近,指示值最大时,同期表S应在180º
附近。
d)当同期表指针顺时针(发电机频率比系统稍高)均匀缓慢旋转并距零位6°
左右时,立即按下1SB使2KM合闸并网,并网时冲击电流应不大,电流表指针应很快回复至零位附近,有功和无功功率接近零,如表计指示不正常要立即解列发电机。
同期表S不要长期通电,不并网或并网完成后都要断开1SA。
e)按下发电机组增减速按钮,有功功率和定子电流应能变化;
按下发电机组增减压按钮,励磁电流、无功功率和定子电流应能变化。
f)发电机解列:
按调速接钮调有功功率表为零,再按调压接钮调定子电流表为零(无功功率为零),跳开发电机出口接触器1KM将发电机解列。
g)自动同期实验:
熟悉同期装置的使用和接线后,将发电机解列,调发电机的电压和频率略低于系统参数,将1SA扳向自动同期位置,同期装置面板应有显示,按下按钮可以切换观察有关参数,同期装置会自动向励磁调节器和调速器发出调压调频指令,当符合同期系件时自动合上1KM并网。
(注:
试验时励磁方式为他励半控,当自励方式时,由于发电机定子电压波形畸变,励磁谐波大,同期装置测频不正常)
h)发电机解列灭磁后,将发电机定子的三根相线顺序调相(即A→B→C→A)但相序不变,再将发电机起励建压并调节至与电网的电压和频率相同,观察同期表和同期灯的情况,分析是否能够并网。
试验完后恢复原来的接线。
能否并网:
。
i)发电机解列灭磁后,将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序,再将发电机起励建压,观察同期表和同期灯的情况与正相序比较,分析是否能够并网,但不能进行并网操作。
试验完后恢复原接线。
发电机频率比系统略高时同期表针旋转方向:
;
同期灯亮暗的同时性:
。
10.发电机解列灭磁停机后,在发电机外引的三根线(屏后左侧端子排下方)拆除包好,合上1QS和1KM将系统三相电压倒送电,然后合1SA至手动位置投入同期表,观察同期表指针指示和同期灯情况,判断同期回路接线是否正确。
同期表针角度:
△f;
△U;
同期灯亮暗:
11.发电机外引线仍然拆除,跳开1KM和断开1SA断电后,接线作以下改动后再合1KM和1SA,观察同期表指针与零位的角度,测量同期表处A-A0、C-AO的电压,画出矢量图进分析,每项实验完后应恢复正确接线。
1)系统电压反向(同期表Ao、Bo接线对调,或2TV一次两端接线对调,或2TV二次两端接线对调),实验完后恢复正确接线;
2)发电机同期电压相别错误(同期表A、C接线对调);
3)同期表A、B、C三根接线顺序改接(即A→B→C→A);
4)电压缺相:
将电压互感器1TV二次侧保险4FU、5FU依次拔下。
表3不同接线时的相位和电压
相位差θ
UA-B
UA0-BO
UA-AO
UC-AO
正确接线
系统电压反向
电压相别错误
接线顺序改接
A相电压缺相
C相电压缺相
(二)实验报告及分析思考题
1.发电机同期方式有几种?
本实验采用的是什么同期方式?
同期条件是什么?
2.手动同期时,在同期表指针提前一定角度时发出合闸命令,为什么?
3.发电机正常解列时,为什么要调有功功率和无功功率均为零?
这时的定子电流是多少?
4.将发电机定子的三根相线顺序调相(即A→B→C→A)但相序不变,分析是否能够并网。
5.将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序,当同期表旋转指到零位时,用矢量图分析发电机侧与系统侧线电压UABg和UABs的相位差是多少,分析是否能够并网。
6.第9项中如同期回路接线正确,同期表指针应指在什么位置,为什么?
7.第10项中,对接线作改动后的三种情况,画出矢量图进分析。
8.发电机电压反向(将1TV三只单相互感器二次测接线头尾对调,即三个“a”端接中性点,由三个“x”引出),分析同期表指针与零位的角度,画出矢量图计算UA-AO、UC-AO的数值(两侧线电压均为100V)。
9.发电机在停机状态,其机端三相引线未拆除,合上1KM接通系统电压,分析产生什么后果。
以下实验如不说明,均在以下工况下做实验:
1.将发电机失磁保护退出;
2.发电机为他励方式;
3.发电机为并网运行。
(一)发电机工作状态与励磁调节的关系
1)按上面的起动并网步骤,将发电机并网运行。
2)发电机输出有功功率为1KW左右,调节励磁电流从1.2倍额定值下降,定子电流也随之下降,当Q=0时定子电流最小,以后再减小励磁电流,定子电流也随之上升,当减励磁电流至发电机接近失步时,要迅速增加励磁电流维持同步,当拖不回同步时要立即跳1KM解列并降低转速。
记录Q、I、COSφ数值于表4,注意要记录纯有功的状态。
3)画出Q、I、Eq、COSφ、δ随励磁电流IF的变化曲线(δ和Eq可根据简化矢量图推导出计算公式求取),分析迟相、进相、纯有功运行状态的特点。
表4改变励磁电流发电机各量的变化
P=UG=f=
I(A)
Q(KVAR)
COSφ
表5不同有功定值时改变励磁电发电机电流的变化
IG
(A)
P=0
0.4
0.6
0.8
1.0
4)使发电机输出的有功功率分别等于0、0.4、0.6、0.8、1.0额定功率时,调节励磁电流从最小(维持稳定运行)到额定值,记录对应的定子电流值于表5,注意要记录纯有功(Q=0)的状态。
5)画出不同有功功率时的V形曲线并分析,指出迟相运行、进相运行的区域。
(二)发电机工作状态与有功调节的关系
1)发电机励磁电流为额定值,调节有功从零到额定值,记录P、Q、I、COSφ数值于表6。
2)画出Q、I、Eq、P(以上为标么值)、COSφ随δ(由矢量图求取)的变化曲线并分析,
表6改变有功功率发电机各量的变化
IF=UG=f=
P(KW)
(三)系统电压变化与发电机工作状态的关系
1)解列停机后,拆除屏上接线柱直联线,接入三相调压器(输入端接系统),发电机建压并网。
1)调节有功、励磁电流、系统电压(调压器输出)为额定值,记录Q、I、COSφ,然后将系统电压升高和降低5%和10%,记录Q、I、COSφ的变化于表7。
2)画出Q、I、COSφ、δ随电压的变化曲线,分析电压变化对发电机工作状态的影响。
表7电压变化时发电机各量的变化
U(V)
360
380
400
420
440
(四)分析思考题
1)有功为定值而改变励磁电流时,分析什么状态时定子电流最小。
2)V形曲线中,P=0,Eq=1.0是什么运行状态?
3)若发电机P=-0.2,在V形曲线上如何画出?
4)原动机不调节而调节励磁电流改变无功功率时,分析有功功率是否变化。
5)励磁电流不调节而调节有功功率时,分析无功功率是否变化。
6)发电机在并网运行时,直流电动机励磁回路发生断线,有什么现象?
电动机的有功功率表和电枢电流表指示是多少?
7)发电机在并网运行时,直流电动机电枢回路晶闸管因产生故障完全截止,有什么现象?
发电机是什么这行方式?
8)发电机励磁绕组通过3KM常闭触点并接电阻Rm,它的作用是什么?
(一)发电机的进相运行
1)发电机有功P=1KW为定值,调节励磁电流从迟相、纯有功到进相运行,记录各运行方式的P、Q、I、COSφ、UG于表8。
2)继续降低励磁电流,进相无功继续增大,定子电流也随之增大,直降励磁电流至使发电机定子电流达到额定值为止。
表8进相运行实验数据
序号
IF
P
Q
UG
(二)发电机的失磁运行
1)失磁运行实验:
发电机并入系统后,调有功和无功为零,然后跳开灭磁开关3KM使发电机失磁,励磁电流应为零,观察发电机是否稳定。
然后微调增加发电机有功直至失步,失步时要立即合上3KM恢复励磁将发电机拖回同步,如果仍然失步要跳开1KM将发电机解列,并将机组转速降至额定值以下,实验过程要记录各表计的指示,并记录凸极机附加功率的最大值。
说明凸极机失磁的特点。
实验过程中调压按钮不要动,使其保持空载励磁电流位置。
表9失磁时各表计的变化
f
n
P=KW
P=
失步
2)失磁再同步实验:
跳开3KM后将发电机有功调至附加功率最大值略过一点,在发电机开始失步时,立即合上3KM恢复励磁进行再同步,如果再同步不成功,要将发电机解列。
3)发电机不并网而带孤立负荷(临时接上三只星形接法的200W的白炽灯)运行失磁,记录发电机各运行参数于表10,观察发电机的运行情况并分析。
表10孤立负荷时发电机的运行参数
失磁前
失磁后
(三)发电机的调相运行
1)发电机并网后将有功和无功功率调到额定值,记录各表计数值。
2)降低电动机电枢电压,将发电机有功功率逐渐减少直至零,记录各表计数值。
3)继续降低电动机电枢电压,将发电机有功功率逐渐减少至负值,(相当于导水叶或主汽门全关),记录各表计数值。
表11调相运行实验数据
发电机运行
零有功运行
电动机运行
4)发电机为电动机运行状态下,调节励磁电流,观察无功功率从迟相、零到进相,记录各表计数值,分析发电机调相运行状态的持点。
试验完后机组解列停机。
表12调相运行改变励磁电流各量的变化
P<
0f=
(四)发电机甩负荷
1)发电机并网后将有功和无功功率调到0.5KW,记录各表计数值。
2)将发电机出口开关2KM突然跳闸,观察和记录各表计的变化(注意发电机的转速和电压要很快调下来)。
表14甩负荷时各表计的变化
UF
甩前
甩后
(六)分析思考题
1)发电机进相运行的作用是什么?
随着进相运行深度的增加,机端电压为什么下降?
2)发电机失磁而有功较小时,为什么能保持同步而不失步?
3)发电机失磁并失步后,发电机频率表和转速表的指示变化吗?
为什么?
4)分析发电机带孤立负荷运行时失磁的特点。
5)说明发电机调相运行的作用和特点。
6)运行中发电机出口断路器有一相触头烧坏断路,是什么运行状态?
7)分析发电机甩负荷后运行参数变化的特点。
8)做实验过程中,发电机并网带额定有功和无功正常运行,电网突然停电,分析机组的运行情况。
实验五发电机起励实验
1)将4SA扳向自励,使发电机变为自并励励磁方式,调节器置于手动,注意UK要调到较大数值;
2)机组起动并调到额定转速后,用万用表测量机端三相剩余电压,然后按增压按钮,观察发电机定子电压表,看发电机能否残压起励;
如果不能起励要将励磁控制电压UK调高。
3)如残压起励不成功,可进行助励起励,按下起励按纽9SB短时接通助磁直流电源,观察发电机定子电压表,如果起励后定子电压过高又不回落,要跳3KM查明原因。
4)起励成功后,可手动并网并调节有功、无功负荷。
5)发电机起励还有多种方式,学生可以提出方案并进行试验。
每位学生都要写出实验报告,主要内容为列出各项实验数据和观察到的现象,并结合实验分析论证发电机各种运行方式的工作原理、运行特点及其对电力系统的影响,每一实验后的分析思考题,多是工程实践中可能出现的问题,对培养学生应用所学知识分析解决工程实际问题的能力很有帮助,要认真分析并写于实验报告上。
由于实验为首次进行,希望写出实验的体会、问题和建议。
1、电机学(教材)
2、王辑祥编,大型同步发电机运行技术(教材),2005年
3、杨德先,电力系统综合实验原理与指导,2004年
1)根据实验数据画出发电机空载特性UG=f(IF)和短路特性IG=f(IF),如图3所示;