電機及電氣技術(shù)實驗裝置三相同步發(fā)電機的運行特性實驗
一、實驗目的
1、用實驗方法測量同步發(fā)電機在對稱負載下的運行特性。
2、由實驗數(shù)據(jù)計算同步發(fā)電機在對稱運行時的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。
二、預習要點
1、同步發(fā)電機在對稱負載下有哪些基本特性？
2、這些基本特性各在什么情況下測得？
3、怎樣用實驗數(shù)據(jù)計算對稱運行時的穩(wěn)態(tài)參數(shù)？
三、實驗項目
1、測定電樞繞組實際冷態(tài)直流電阻。
2、空載實驗：在n=nN、I=0的條件下，測取空載特性曲線U0=f(If)。
3、三相短路實驗：在n=nN、U=0的條件下，測取三相短路特性曲線IK=f(If)。
4、外特性：在n=nN、If=常數(shù)、cosφ=1和cosφ=0.8(滯后)的條件下，測取外特性曲線U=f(I)。
6、調(diào)節(jié)特性：在n=nN、U=UN、cosφ=1的條件下，測取調(diào)節(jié)特性曲線If=f(I)。
四、實驗方法
1、實驗設(shè)備
| 序 號 | 型 號 | 名 稱 | 數(shù) 量 |
| 1 | DQ03-1 | 電機導軌、旋轉(zhuǎn)編碼器及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流測功機 | 1件 |
| 3 | DQ14 | 三相同步電機 | 1件 |
| 4 | DQ44 | 數(shù)/模交流電流表 | 1件 |
| 5 | DQ45 | 數(shù)/模交流電壓表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 智能型功率、功率因數(shù)表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直流數(shù)字電壓、毫安、安培表 | 1件 |
| 8 | DQ26 | 三相可調(diào)電阻器 | 1件 |
| 9 | DQ27 | 三相可調(diào)電阻器 | 1件 |
| 10 | DQ29 | 可調(diào)電阻器、電容器 | 1件 |
| 11 | DQ31 | 波形測試及開關(guān)板 | 1件 |
| 12 | DQ32 | 旋轉(zhuǎn)燈、并網(wǎng)開關(guān)、同步機勵磁電源 | 1件 |
DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ32、DQ22、DQ31、DQ26、DQ27
3、測定電樞繞組實際冷態(tài)直流電阻
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。作為同步發(fā)電機使用時PN(W)=170W，UN(V)=220（Y），IN(A)= 0.45A， nN(r/min)= 1500，UfN（V）=14V，IfN（A）=1.2A，絕緣等級E級。
測量與計算方法參見實驗4-1。記錄室溫。測量數(shù)據(jù)記錄于表5-1中。
表5-1 室溫 ℃
| 繞 組 Ⅰ | 繞 組 Ⅱ | 繞 組 Ⅲ | |||||||
| I（mA） | |||||||||
| U（V） | |||||||||
| R（Ω） | |||||||||
圖5-1 三相同步發(fā)電機實驗接線圖
4、空載實驗
(1) 按圖5-1接線，校正直流測功機ＭＧ按他勵方式聯(lián)接，用作電動機拖動三相同步發(fā)電機ＧＳ旋轉(zhuǎn)，ＧＳ的定子繞組為Y形接法(UN=220V)。Rf2用DQ26組件上的90Ω與90Ω串聯(lián)加上90Ω與90Ω并聯(lián)共225Ω阻值，Rst用DQ29 上的180Ω電阻值，Rf1用DQ29上的1800Ω電阻值。開關(guān)S1選用DQ31掛箱。
(2) 調(diào)節(jié)DQ32上的同步勵磁電源（調(diào)到約14V）串接的Rf2至最大位置。調(diào)節(jié)MG的電樞串聯(lián)電阻Rst至最大值，MG的勵磁調(diào)節(jié)電阻Rf1至最小值。開關(guān)S1、S2均斷開。將控制屏左側(cè)調(diào)壓器旋鈕向逆時針方向旋轉(zhuǎn)退到零位，檢查控制屏上的電源總開關(guān)、電樞電源開關(guān)及勵磁電源開關(guān)都須在“關(guān)”斷的位置，作好實驗開機準備。
(3) 接通控制屏上的電源總開關(guān)，按下“啟動”按鈕,接通勵磁電源開關(guān)，看到電流表A2有勵磁電流指示后，再接通控制屏上的電樞電源開關(guān),起動MG。MG起動運行正常后, 把Rst調(diào)至最小，調(diào)節(jié)Rf1使MG轉(zhuǎn)速達到同步發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速1500 r/min并保持恒定。
(4) 接通GS勵磁電源，調(diào)節(jié)GS勵磁電流(必須單方向調(diào)節(jié))，使If單方向遞增至GS輸出電壓U0≈1.3UN為止。
(5) 單方向減小GS勵磁電流，使If單方向減至零值為止，讀取勵磁電流If和相應的空載電壓U0。
(6) 共取數(shù)據(jù)7～9組并記錄于表5-2中。
表5-2 n=nN=1500r/min I=0
| 序 號 | |||||||||||
| U0（V） | |||||||||||
| If（A） |
注意事項：
(1) 轉(zhuǎn)速要保持恒定。
(2) 在額定電壓附近測量點相應多些。
圖5-2上升和下降二條空載特性
圖5-3校正過的下降空載特性
5、三相短路試驗
(1) 調(diào)節(jié)ＧＳ的勵磁電源串接的Rf2至最大值。調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的勵磁電源（調(diào)到約14V左右），調(diào)節(jié)Rf2使GS輸出的三相線電壓(即三只電壓表V的讀數(shù))最小，然后把GS輸出三端點短接，即把三只電流表輸出端短接。
(3) 調(diào)節(jié)GS的勵磁電流If使其定子電流IK=1.2IN，讀取GS的勵磁電流值If和相應的定子電流值IK。
(4) 減小GS的勵磁電流使定子電流減小，直至勵磁電流為零，讀取勵磁電流If和相應的定子電流IK。
(5) 共取數(shù)據(jù)5～6組并記錄于表5-3中。
表5-3 U=0V； n＝nN=1500r/min
| 序 號 | |||||||
| IK（A） | |||||||
| If （A） |
(1) 把三相可變電阻器RL接成三相Y接法，每相用DQ27組件上的900Ω與900Ω串聯(lián)，調(diào)節(jié)其阻值為最大值。
(2) 按他勵直流電動機的起動步驟起動MG，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速達同步發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，而且保持轉(zhuǎn)速恒定。
(3)斷開開關(guān)S2，合上S1，電機GS帶三相純電阻負載運行。
(4) 接通14V勵磁電源，調(diào)節(jié)Rf2和負載電阻RL使同步發(fā)電機的端電壓達額定值220伏且負載電流亦達額定值。
(5) 保持這時的同步發(fā)電機勵磁電流If恒定不變，調(diào)節(jié)負載電阻RL，測同步發(fā)電機端電壓和相應的平衡負載電流，直至負載電流減小到零，測出整條外特性。
(6) 共取數(shù)據(jù)5～6組并記錄于表5-4中。
表5-4 n＝nN=1500r/min If= A cosφ=1
| U（V） | ||||||||||||||
| I（mA） | ||||||||||||||
(1)發(fā)電機接入三相電阻負載RL，調(diào)節(jié)RL使阻值達最大，電機轉(zhuǎn)速仍為額定轉(zhuǎn)速1500 r/min且保持恒定。
(2) 調(diào)節(jié)Rf2使發(fā)電機端電壓達額定值220伏且保持恒定。
(3) 調(diào)節(jié)RL阻值，以改變負載電流，讀取相應勵磁電流If及負載電流，測出整條調(diào)整特性。
(4) 共取數(shù)據(jù)4～5組記錄于表5-5中。
表5-5 U=UN=220V n=nN=1500r/min
| I（A） | |||||
| If（A） |
1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機的空載特性。
2、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機短路特性。
4、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機的外特性。
5、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出同步發(fā)電機的調(diào)整特性。
6、由空載特性和短路特性求取電機定子漏抗Xσ和特性三角形。
7、由零功率因數(shù)特性和空載特性確定電機定子保梯電抗。
8、利用空載特性和短路特性確定同步電機的直軸同步電抗Xd(不飽和值)。
10、求短路比。
11、由外特性試驗數(shù)據(jù)求取電壓調(diào)整率ΔU%。
六、思考題
1、定子漏抗Xσ和保梯電抗Xp它們各代表什么參數(shù)？它們的差別是怎樣產(chǎn)生的？
2、由空載特性和特性三角形用作圖法求得的零功率因數(shù)的負載特性和實測特性是否有差別？造成這差別的因素是什么？