三相同步发电机实验手动解析.docx
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三相同步发电机实验手动解析
同步发电机运行
实验指导书
王庆华贺秋丽编
广西大学电气工程学院
一、实验目的
二、实验装置及接线
三、实验内容
实验一电动机-发电机组的接线
实验二发电机组的起动和同步电抗Xd测定
实验三发电机同期并网实验
实验四发电机的正常运行
实验五发电机的特殊运行方式
四、实验报告
五、附录
同步发电机运行实验指导书
一、实验目的
同步发电机是电力系统最重要又最复杂的电气设备,在电力系统运行中起着十分重要的作用。
通过实验,使学生掌握和巩固同步发电机及其运行的基本概念和基本原理,培养学生的实践能力、分析能力和创新能力,加强工程实线训练,提高学生的综合素质。
二、实验装置及接线
实验在电力系统监控实验室进行,每套实验装置以7.5KW直流电动机与同轴的5KW同步发电机为被控对象,配置常规仪表测量控制屏(常规控制)和计算机监视控制屏(计算机监控)。
可实现对发电机组的测量、控制、信号、保护、调节、并列等功能,本次同步发电机运行实验,仅采用常规控制方式。
直流电动机-同步发电机组的参数如下:
直流电动机:
型号Z2-52,凸极机
额定功率7.5KW
额定电压DC220V
额定电流41A
额定转速1500r/min
额定励磁电压DC220V
额定励磁电流0.98A(6、7、8号机组为0.5A)
同步发电机
型号T2-54-55
额定功率5KW
额定电压AC400V(星接)
额定电流9.08A
额定功率因数0.8
空载励磁电流2.9A
额定励磁电流5A
直流电动机-同步发电机组接线如图一所示。
发电机通过空气开关2QS和接触器2KM可与系统并列,发电机机端装有电压互感器1TV和电流互感器1TA,供测量、同期用,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6SA接入同期表S(MZ-10)。
发电机励磁电源可以取自380V电网(他励方式),也可以取自机端(自励方式),通过4QS进行切换,交流电源经励磁变压器CB降压隔离后,经分立元件整流装置或模块式晶闸管SCR-L变为直流,再通过灭磁开关3KM供电给发电机励磁绕组FLQ,励磁电流通过调压按钮或电位器2WR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。
发电机组上面有一台用皮带带动的原作为励磁机用的直流发电机,在其励磁绕组加上恒定的直流电压(从开关稳压电源引来),则电枢上的电压正比于发电机组的转速,故用一只直流电压表即可测量发电机转子转速。
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。
三、实验内容
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;
(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,电动机调速方法;
(5)电抗器DK的作用;
(6)分流器3FL的作用和原理;
(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;
(6)3KM的作用,其常闭触点串Rm接励磁线圈的作用;
(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=V,UBC=V,UCA=V
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=V,UBC=V,UCA=V
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=V,UAC=V
(二)空载试验
1)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=V,UBC=V,UCA=V
Uab=V,Ubc=V,Uca=V
2)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;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)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)
UG(V)
5)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;注意:
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,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,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
1
2
3
4
5
6
IF(A)
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)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。
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)三相挢整流模快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。
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?
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。
注意:
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:
,能否并网:
。
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。
同期灯情况:
,能否并网:
。
(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?
这时发电机的定子电流是多少?
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。
说明相序和相别的区别。
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。
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。
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5A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
1
2
3
4
5
6
7
IF(A)
IG(A)
Q(KVAR)
COSφ
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。
表4不同有功定值时改变励磁电发电机电流的变化
1
2
3
4
5
IF
IG
P=0
P=1KW
P=2KW
(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
1
2
3
4
5
P(KW)
IG(A)
Q(KVAR)
COSφ
2)分析有功变化时无功功率的变化情况。
(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。
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。
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。
5)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?
6)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?
如何处理?
7)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?
实验五发电机的特殊运行方式
(一)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
COSφ
IG
UG
f
n
P=0
P=KW
P=失步
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8,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
Q
IG
UG
IF
f
n
失磁前
失磁后
(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
P
Q
COSφ
IG
UG
IF
n
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10调相运行改变励磁电流各量的变化
1
2
3
4
5
IF
IG
UG
Q
COSφ
(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
P
Q
COSφ
IG
UG
IF
n
甩前
甩后
(五)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?
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有什么变化?
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)分析发电机甩负荷后运行参数变化的特点。
7)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。
四、实验报告
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,最后写出实验的体会、问题和建议。
五、附录
1.不饱和Xd的求法
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;
2)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;图3空载特性和短路特性
3)在纵轴上取IG=IGn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;
4)求Xd值:
Xd=UGO/IGn,
Xd*=XdSn/Un2