电机及电气技术实验装置三相同步发电机的运行特性实验
一、实验目的
1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。
2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。
二、预习要点
1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？
2、这些基本特性各在什么情况下测得？
3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？
三、实验项目
1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。
2、空载实验：在n=nN、I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f(If)。
3、三相短路实验：在n=nN、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线IK=f(If)。
4、外特性：在n=nN、If=常数、cosφ=1和cosφ=0.8(滞后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。
6、调节特性：在n=nN、U=UN、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线If=f(I)。
四、实验方法
1、实验设备
| 序 号 | 型 号 | 名 称 | 数 量 |
| 1 | DQ03-1 | 电机导轨、旋转编码器及数显转速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流测功机 | 1件 |
| 3 | DQ14 | 三相同步电机 | 1件 |
| 4 | DQ44 | 数/模交流电流表 | 1件 |
| 5 | DQ45 | 数/模交流电压表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 智能型功率、功率因数表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直流数字电压、毫安、安培表 | 1件 |
| 8 | DQ26 | 三相可调电阻器 | 1件 |
| 9 | DQ27 | 三相可调电阻器 | 1件 |
| 10 | DQ29 | 可调电阻器、电容器 | 1件 |
| 11 | DQ31 | 波形测试及开关板 | 1件 |
| 12 | DQ32 | 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 | 1件 |
DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ32、DQ22、DQ31、DQ26、DQ27
3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻
被试电机为三相同步电机，选用DQ14。
被试电机为三相同步电机，选用DQ14。作为同步发电机使用时PN(W)=170W，UN(V)=220（Y），IN(A)= 0.45A， nN(r/min)= 1500，UfN（V）=14V，IfN（A）=1.2A，绝缘等级E级。
测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于表5-1中。
表5-1 室温 ℃
| 绕 组 Ⅰ | 绕 组 Ⅱ | 绕 组 Ⅲ | |||||||
| I（mA） | |||||||||
| U（V） | |||||||||
| R（Ω） | |||||||||
图5-1 三相同步发电机实验接线图
4、空载实验
(1) 按图5-1接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y形接法(UN=220V)。Rf2用DQ26组件上的90Ω与90Ω串联加上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，Rst用DQ29 上的180Ω电阻值，Rf1用DQ29上的1800Ω电阻值。开关S1选用DQ31挂箱。
(2) 调节DQ32上的同步励磁电源（调到约14V）串接的Rf2至最大位置。调节MG的电枢串联电阻Rst至最大值，MG的励磁调节电阻Rf1至最小值。开关S1、S2均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。
(3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮,接通励磁电源开关，看到电流表A2有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关,起动MG。MG起动运行正常后, 把Rst调至最小，调节Rf1使MG转速达到同步发电机的额定转速1500 r/min并保持恒定。
(4) 接通GS励磁电源，调节GS励磁电流(必须单方向调节)，使If单方向递增至GS输出电压U0≈1.3UN为止。
(5) 单方向减小GS励磁电流，使If单方向减至零值为止，读取励磁电流If和相应的空载电压U0。
(6) 共取数据7～9组并记录于表5-2中。
表5-2 n=nN=1500r/min I=0
| 序 号 | |||||||||||
| U0（V） | |||||||||||
| If（A） |
注意事项：
(1) 转速要保持恒定。
(2) 在额定电压附近测量点相应多些。
图5-2上升和下降二条空载特性
图5-3校正过的下降空载特性
5、三相短路试验
(1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的Rf2至最大值。调节电机转速为额定转速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的励磁电源（调到约14V左右），调节Rf2使GS输出的三相线电压(即三只电压表V的读数)最小，然后把GS输出三端点短接，即把三只电流表输出端短接。
(3) 调节GS的励磁电流If使其定子电流IK=1.2IN，读取GS的励磁电流值If和相应的定子电流值IK。
(4) 减小GS的励磁电流使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流If和相应的定子电流IK。
(5) 共取数据5～6组并记录于表5-3中。
表5-3 U=0V； n＝nN=1500r/min
| 序 号 | |||||||
| IK（A） | |||||||
| If （A） |
(1) 把三相可变电阻器RL接成三相Y接法，每相用DQ27组件上的900Ω与900Ω串联，调节其阻值为最大值。
(2) 按他励直流电动机的起动步骤起动MG，调节电机转速达同步发电机额定转速1500 r/min，而且保持转速恒定。
(3)断开开关S2，合上S1，电机GS带三相纯电阻负载运行。
(4) 接通14V励磁电源，调节Rf2和负载电阻RL使同步发电机的端电压达额定值220伏且负载电流亦达额定值。
(5) 保持这时的同步发电机励磁电流If恒定不变，调节负载电阻RL，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，直至负载电流减小到零，测出整条外特性。
(6) 共取数据5～6组并记录于表5-4中。
表5-4 n＝nN=1500r/min If= A cosφ=1
| U（V） | ||||||||||||||
| I（mA） | ||||||||||||||
(1)发电机接入三相电阻负载RL，调节RL使阻值达最大，电机转速仍为额定转速1500 r/min且保持恒定。
(2) 调节Rf2使发电机端电压达额定值220伏且保持恒定。
(3) 调节RL阻值，以改变负载电流，读取相应励磁电流If及负载电流，测出整条调整特性。
(4) 共取数据4～5组记录于表5-5中。
表5-5 U=UN=220V n=nN=1500r/min
| I（A） | |||||
| If（A） |
1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。
2、根据实验数据绘出同步发电机短路特性。
4、根据实验数据绘出同步发电机的外特性。
5、根据实验数据绘出同步发电机的调整特性。
6、由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗Xσ和特性三角形。
7、由零功率因数特性和空载特性确定电机定子保梯电抗。
8、利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗Xd(不饱和值)。
10、求短路比。
11、由外特性试验数据求取电压调整率ΔU%。
六、思考题
1、定子漏抗Xσ和保梯电抗Xp它们各代表什么参数？它们的差别是怎样产生的？
2、由空载特性和特性三角形用作图法求得的零功率因数的负载特性和实测特性是否有差别？造成这差别的因素是什么？