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；
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