发电厂实验报告完整版Word文档格式.docx
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直流电动机的电枢电源来自电网380V交流电压,经空气开关1QS和接触器1KM供电给模块式晶闸管SCR-T变为直流,电枢电压通过调速按钮或电位器1WR进行调节。
直流电动机的励磁电源来自电网220V交流电压,经单相调压器1TB和整流块整流后供给励磁绕组B1-B2,调节调压器的输出电压可调节励磁电流。
调节电枢电压或励磁电流可以调速。
发电机组控制屏屏面上装有各种仪表、控制开关、按钮、指示灯等,图一对二次控制信号回路并没有画全,屏后接线和控制回路接线可参考实验室提供的详图。
实验一电动机-发电机组的接线
注意:
以下各项都要在现场找到并认识相关设备的构造。
1)直流电动机的接线
(1)电动机励磁回路的作用及其接线;
(2)电动机励磁电流的调节方法;
(调节晶闸管的触发角即调节输出的平均电压)
(3)电动机电枢回路的接线;
(4)三相桥式整流模块SCR-T的作用(整流,供给电动机运行),电动机调速方法(调励磁或电枢电压);
(5)电抗器DK的作用;
(滤除高次谐波,使电动机转速变硬)
(6)分流器3FL的作用和原理;
(精密电阻,通过测量其上的压降得到直流电流)
(7)3QS和1KM的联锁接线和作用;
(8)熟悉控制屏上电动机的操作设备及仪表。
2)同步发电机的接线
(1)发电机定子回路接线,2QS和2KM的作用;
(2)电压互感器1TV、2TV和电流互感器1TA的作用和接线;
(3)发电机的励磁方式,4QS的作用和接线;
(4)发电机电压的建立和调节,励磁变压器CB的作用和接线;
(5)SCR-L直流输出端并接一只二极管的作用;
(续流二极管,防止失控现象的发生)
(6)3KM的作用,其常闭触点串Rm接励磁线圈的作用;
(灭磁)
(7)机组速度测量的原理;
(8)三相组合式同期表的作用、外部结构和背后接线;
(9)熟悉控制屏上发电机的操作设备及仪表。
实验二发电机组的起动和同步电抗Xd测定
(一)机组起动
1)起动前,所有开关在断开状态,电位器1WR、2WR和调压器1TB在零位。
2)合上开关1QS,用电压转换开关2SA检测电网三相电压是否基本平衡,电动机调速屏面上的绿灯应点亮;
UAB=394.7V,UBC=395V,UCA=395V
3)合上电动机励磁电源开关3QS,调节调压器1TB使电动机励磁电流为额定值,注意各机组额定值不同,可看铭牌或由老师告知;
4)在确认电动机励磁电流为额定值后,按下按钮1SB1使1KM合闸,电动机调速屏面上的红灯应点亮,1KM合闸线圈回路串有3QS的一对常开触点连锁;
5)将1SA放到SCR手动位置,旋转电位器1WR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(相当于转速表30V),起动过程要监视机组的声音以及电枢电压表、电流表、转速表的指示是否正常;
6)用万用表测量机端三相剩余电压(在屏后右侧端子排相应端子上测),计算与额定电压的百分比;
UAB=22.3V,UBC=22.8V,UCA=22.6V
7)用万用表测量电动机电枢回路所串电抗器的直流电压和交流电压,分析两者为什么差别很大。
UDC=0.3V,UAC=115V
(二)空载试验
将4QS扳向他励,发电机为他励励磁方式,合上2QS给上他励电源,操作3SA开关放到SCR位置,SCR放手动,使3KM合闸,用万用表检测励磁变压器CB两侧电压是否正常;
UAB=392V,UBC=393V,UCA=393V
Uab=38.87V,Ubc=38.92V,Uca=39.10V
1)旋转电位器2WR缓慢升高发电机电压,观察表计的指示是否正常,三相电压是否平衡;
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。
2)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=1450r/nin,n[o]=1500r/nin,IFO=2.3A
3)旋转电位器2WR将电压降至零后,再旋转电位器2WR单向调节励磁电流,使发电机电压单调增加直至450V,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
IF(A)
0.5
1.4
3.8
0.7
UG(V)
25
150
300
450
200
26
4)机组停机:
旋转电位器2WR使发电机电压减到零,再旋转电位器1WR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。
5)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,在发电机出线端接上三相短路线(可在1TV一次侧接线柱上用导线短接);
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1.1倍定子额定电流(要清楚发电机额定电流),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
7
2.5
1.1
0.65
0.25
IG(A)
10
8
0.2
(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。
答:
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),用excel作图得上图;
通过空载特牲的起点O将空载特牲直线段延长得到发电机不饱和的气隙线,如图中虚线所示;
在纵轴上取IG=9对应于短路特性的点A,并往上查得气隙线上的点B所对应的电势UGO=500;
求Xd值:
Xd=UGO/IGn=500/9=55.5
。
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?
答:
在测定空载特性时,由于磁路存在饱和现象,当励磁电流增大时,空载特性曲线将向下弯曲,因而不是一条直线;
在测定短路特性时,由于空气隙中的磁通密度甚低,加上本身电流的去磁作用,磁路始终处于不饱和状态,故短路特性为一条直线。
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?
定子上有电压,因为励磁绕组由于磁滞的影响而带有剩磁,剩余磁场切割定子绕组产生电压。
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?
定子绕组接成星形,根据基尔霍夫电流定律则相绕组中不存在三次谐波电流;
若接成三角形则绕组中会有三次谐波电流流通,从而产生附加损耗,影响功率输出效率。
5)发电机建压后机组的转速是否有变化,分析原因。
有变化。
从图1接线中可以看出,发电机建压后会在电压互感器中产生空载损耗(主要是铁耗),因而转速会下降。
6)调节电动机的电枢电压或励磁电流都可以调速,说明各有什么特点和应用场合。
根据直流电动机的转速公式
可知,调节励磁电流可以连续平滑的调节速度,转速近似与每极磁通成反比,但是调速时高速受到机械强度和换向的限制,最低转速受到励磁绕组自身电阻和磁路饱和的限制,因此调速比不能太大,一般为1:
2~1:
6;
调节电动机的电枢电压的方式,调节方便、损耗小,调速范围广,可达1:
24以上,其缺点是专用直流电源投资大。
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?
根据上述公式可知,励磁电流为零则转速会迅速增大从而发生飞车现象,应该快速断开1KM,使电动机停止转动。
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。
可行,但是对调速有影响,例如当晶闸管输出的平均电压升高时,按照公式励磁电流增大转速会下降,电源电压升高转速会上升,这样转速调节不灵敏。
9)三相桥整流模块SCR-T会产生多少次的特征谐波,从电抗上的交直流电压分析电抗器的作用。
根据傅里叶级数变换,三相桥式整流模块的输出端的谐波有n=6k
1(k=1、2、3……),电抗器具有滤除交流谐波作用,使电动机的调速特性平滑。
10)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?
分流器是一个阻值很小的精密电阻,通过测量它的电压就可以得到流经它的电流;
不能用电流互感器测量,因为电流互感器是测量交流电流的,而电动机的点数电流和发电机励磁电流为直流量。
实验三发电机同期并网实验
(一)实验内容和步骤
1.发电机为他励方式,将发电机组起动并起励建压至额定值,调节发电机频率为50Hz。
2.合上6SA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(顺时针旋转说明发电机频率比系统高),利用调压调速接钮精细调节发电机电压和频率。
当同期表指针顺时针均匀缓慢旋转并距零位6°
左右时,立即按下2SB1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6SA。
3.旋转电位器1WR,有功功率和定子电流应能变化;
旋转电位器2WR,励磁电流、无功功率和定子电流应能变化。
4.发电机解列:
旋转电位器1WR调有功功率表为零,再旋转电位器2WR调定子电流表为零(无功功率为零),跳开发电机出口接触器2KM将发电机解列。
5.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。
同期灯情况:
同时亮灭,能否并网:
能。
6.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(顺时针旋转说明发电机频率比系统高还是低)和同期灯的情况,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。
不能(同期表反转)。
(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?
发电机同期方式有两种,分别是准同期并列和自同期并列;
本次实验采用的是准同期;
同期条件是频率相等、电压幅值相等和相角差为零。
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?
实际操作中,若采用手动准同期,由于合闸需要一个过程(断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有动作时间),故应提前按下合闸按钮。
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?
这时发电机的定子电流是多少?
为了保护断路器和发电机,减少因带负荷开断断路器产生电弧对断路器的破坏,也防止带剩余有功和无功开断发电机,使发电机甩负荷而对发电机产生影响,此时定子电流为零。
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。
说明相序和相别的区别。
能并网。
相序是指各相按照一定的顺序排序,而相别是指A相B相C相。
5.将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序,分析是否能够并网。
不能并网。
因为存在相位差。
6、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。
由于发电机未加励磁,需从电网吸收大量无功功率来建立磁场(同步发电机做异步运行),因而会引起电网电压下降,影响用户的用电设备的正常运行。
实验四发电机的正常运行
(一)发电机工作状态与励磁调节的关系(以下实验如不说明,发电机均系他励方式和并网运行)
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1.5kW左右,调节励磁电流额定值4A下降(达不到4A的机组定子电流不要越限),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,当定子电流达到额定值9.08A,不要再减小励磁电流,记录Q、I、COSφ数值于表3,注意要记录纯有功(Q=0)的状态。
3)根据实验结果,分析迟相、进相、纯有功运行状态的特点。
表3改变励磁电流发电机各量的变化
P=1.5kWUG=380Vf=50HZ
4.5
2.1
0.3
9.8
7.4
5.5
2.2
1.9
5.1
9.1
Q(KVAR)
3.5
3.0
2.4
-2
-4.5
COSφ
<
-0.5
-0.8
0.88
0.5
特点:
从上表中的数据可知同步发电机迟相运行时,有功功率P>
0,无功功率Q>
0;
进相运行时,有功功率P>
0,无功功率Q<
纯有功运行时只发有功,不发无功。
4)使发电机输出的有功功率分别等于0、1kW、2kW功率时,调节励磁电流从某最小值(定子电流不超过额定值9.08A)到额定值,记录对应的定子电流值于表4,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[即IG=f(IF)]并分析,指出迟相运行、进相运行的区域。
图七V形曲线图
表4不同有功定值时改变励磁电发电机电流的变化
IF
2.2(P=0kw)/2.6(P=1/2kW)
IG
P=0
1.8
8.8
P=1kW
1.5
5.4
P=2kW
6.8
6.5
8.4
Q=0,If=2.6,Ig=1.5,P=1kw
(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4A左右不变,调节有功从零到4KW左右,记录P、Q、I、COSφ数值于表5;
表5改变有功功率发电机各量的变化
P(kW)
5.0
5.2
5.9
6.7
Q(kVAR)
2.0
-0.72
-0.89
2)分析有功变化时无功功率的变化情况。
图八有功及励磁调节向量图
如上图所示,当励磁电流不变时,电势
向量的长度不变。
若原动机的机械功率增大,定子绕组的输出功率增大到
,因电势向量
长度不变又须落在有功功率的虚线上,则功率角增大到
,无功功率减小到
而只调节无功时有功功率不变。
(三)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。
从表3及V形曲线可知,当调节励磁电流使无功功率为0即功率因数为1时,定子电流最小。
2)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。
不变化。
从图八可知当励磁电流从
增加到
,功率角
变小为
,无功增大为
,定子电流增大为
,有功功率不变(只有调节原动机功率才变化)。
3)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。
变化。
励磁电流不变,有功功率增大则无功减小;
有功功率减小则无功增大。
分析同上。
4)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?
从直流电动机的调速公式可知失磁后转速会急剧上升,发生飞车现象,此时应立即断开1KM。
5)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?
电动机由于失压从而转速降低,但是由于发电机作并网运行,发电机从电网吸收有功,变成电动机运行,此时应该及时将发电机解列。
6)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?
Rm称为灭磁电阻,它的作用是当发电机发生故障时及时消磁,以减小短路冲击电流。
实验五发电机的特殊运行方式
(一)发电机并网失磁运行
1)失磁运行实验:
发电机并网后,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。
然后缓慢增加发电机有功,当发电机电流不断增大超过额定值时,说明发电机已失步,要立即减少有功或合上3KM将发电机拖回同步,如果仍然失步要跳开2KM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,并记录凸极机维持同步的功率的最大值。
表7失磁时各表计的变化
Q
UG
f
n
-3.7
7.7
400
49.3
1475
P=0.5kW
-3.8
8.5
P=1.5失步
-4.8
2)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11,观察发电机的运行情况并分析。
表8孤立负荷时发电机的运行参数
P
F
失磁前
0.6
380
50
1500
失磁后
-0.1
略高50
1550
(二)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3kW和2KVAR,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9调相运行实验数据
N
发电机运行
-0.67
6.2
1450
零有功运行
5.6
电动机运行
0
5.7
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10调相运行改变励磁电流各量的变化
3.9
2.6
1.2
2.8
-1
(三)发电机甩负荷
1)发电机并网后将有功1kW和无功功率调到0.75kvar,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11甩负荷时各表计的变化
甩前
0.75
-0.5
甩后
0.1
460
(4)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,机端电压为什么会下降?
发电机进相运行时发出有功功率和容性无功功率,对于系统无功过剩(轻载或空载)时有一定的调节作用。
随着进相运行深度的增加,定子电流增大,在发电机阻抗上的压降增大则机端电压会下降。
2)发电机失磁而有功较小时,为什么能保持同步而不失步?
带小有功失磁,发电机转速升高,功角拉大,从系统吸收少量无功建立磁场;
因为有功较小则转速升高较小,故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有什么变化?
为什么?
发电机失磁并失步后,由于阻力转矩减小,则发电机转速升高;
而频率由于受到系统侧的钳制因而不变均为50HZ。
4)分析发电机带孤立负荷运行时失磁的特点。
发电机带孤立负荷失磁,则不能吸收无功,故转速和频率均升高,出力减小至某一低值(考虑剩磁)。
5)说明发电机调相运行的作用和特点。
发电机调相运行时发出感性无功,对于系统无功平衡具有一定的调节作用。
6)分析发电机甩负荷后运行参数变化的特点。
发电机甩负荷后P、Q、I均为0,转速上升(驱动转矩大于阻力转