电机综合实验报告(电自113-耿佳敏)

昆明理工大学实验报告实验课程名称：电机学实验开课实验室：电机实验室2013年7月5日年级、专业、班电自11级3班学号201110807350姓名耿佳敏成绩实验项目名称电机综合实验指导教师教师评语教师签名2013年月日实验一、变压器综合实验三相变压器并联运行一、实验目的1·学习三相变压器投入并联运行的方法。2·测试三相变压器并联运行条件不满足时的空载电流。3·研究三相变压器并联运行时的负载分配的规律。二、实验原理理想的并联运行的变压器应能满足以下各条件：（1）空载时，各变压器的相应的次级电压必须相等而且同相位。（2）在有负载时，各变压器所分担的负载电流应该与它们的容量成正比。（各个变压器应该有相同的短路电压标幺值）（3）各变压器的负载电流都应同相位。（各个变压器应该有相同的短路电压有功分量和无功分量）变压器并联运行时的负载分配当变压器并联运行时，通常短路电压标幺值随着容量的不同而不同。由此可见，各个变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比，与短路电压成反比。如果各个变压器的短路电压相同，则变压器的负载分配只与额定容量成正比。三、实验线路四、实验结果及分析1测试两台三相变压器满足理想条件并联运行时的空载电流实验参数：连接组别均为Yd11励磁电阻标幺值均为0.001606励磁电抗标幺值均为0.07。实验结果：变压器环流是0.00483A实验分析：由于两台变压器各部分参数相同，可以认为两台变压器满足变压器并联运行的理想条件，所以当两台变压器并联空载运行时，则并联的各个变压器内部基本不会产生环流，故产生的环流很小，对变压器影响很小，可基本认为不存在环流。2·测试三相变压器并联运行变比不同时的空载电流实验参数：将第二个变压器二次侧电压降低百分之十，即把二次侧电压乘以0.9。实验结果：环流为：3759A(环流很大)实验分析:当第二台变压器的次级电压降低10%时，空载环流为3759A，比变比相同时增大很多。因为并联运行的各变压器的电压变比不相同则各变压器没有相同的电压等级，即不满足变压器并联运行的理想条件，故内部环流很大，对变压器影响很大。3·测试三相变压器并联运行连接组别不同时的空载电流实验参数：左侧是Yd11连接组别，右侧变压器是Yyn连接组别。两台变压器的次级侧电压为相同情况。实验结果：实验分析：环流为17610A，当变压器连接组别不同时，即不满足变压器并联运行的理想条件，此时变压器的电压会存在相位差，并联运行的空载变压器便构成了电流回路，因此内部环流最大，对变压器损害最大。4·两台变压器的电路电压标幺值不同时负载分配的测试实验参数:4-a(1)两台变压器短路电压标幺值相同时的有功功率和无功功率实验差数如下；实验结果：4-a图中两条线，上面一条为有功功率曲线，下面一条为无功功率曲线实验分析4-a此时两台变压器Q=（10.8e7）varP=（13.8e7）w实验参数4-b把其中一台变压器的短路电压标幺值降低10%。即把阻抗乘以0.9图中两条线，上面一条为有功功率曲线，下面一条为无功功率曲线实验结果4-bP1p2实验分析：短路电压标幺值没有改变时，P1=（13.9e7）wQ1=（11.4e7）var；把其中一台变压器的短路电压标幺值降低10%。即把阻抗乘以0.9时，P2=（12.5e7）wQ2=（10.5e7）var分析：当功率相等时，将第一台变压器的短路阻抗标幺值*90%，该变压器的有功功率和无功功率均在0到1秒有功功率及无功功率均为0；在1秒以后，有功功率约为13.9e7W，无功功率约为11.4e7var。另一台变压器的有功功率和无功功率均在0到1秒有功功率及无功功率均为0；在1秒以后，有功功率约为12.5e7W，无功功率约为10.5e7var。通过对比可以得到，短路电压标幺值小的容易先满载五、结论在理想条件下变压器的并联时：（1）.空载时各变压器的相应次级电压必须相等而且同相位，即并联连接的各个变压器必须有相同的电压变比和相同的连接组别。此时，并联的各个变压器内部不会产生环流。（2）在有负载时，各变压器分担的负载电流应该与他们的容量成正比例，即各变压器有相同的短路电压。如此，则各变压器均可同时达到满载状态，使全部装置容量获得最大程度的应用。（3）各变压器负载电流都应同相位，即各变压器应该有相同的短路电压标幺值，即有相同的短路电压有功分量和相同的短路电压无功分量。如此，则总的负载电流便是各负载电流的代数和，当总的负载电流为一定值时，每台变压器所分担的负载电流均为最小，因而每台变压器的铜耗为最小，运行较为经济。但是实际中变压器不可能运行与理想条件下，所以必须要进行负载分配，而负载分配的原则就是：与该变压器的额定容量成正比，与短路电压成反比，如果额定容量相同，那变压器的负载分配只与额定容量成反比，即短路电压标幺值较小的那台变压器先达到满载，为了不使其过载，其余变压器均不能达到满载，导致整个装置的容量得不到充分的利用，所以为了使各变压器的装置容量尽可能得到利用，实际中，在考虑了其他并联条件的前提下要求各变压器的短路电压标幺值尽可能相接近，这样才能降低变压器的有功损耗，提高系统的效率和功率因数，实现变压器的经济运行。实验二、同步发电机综合实验三相同步发电机并网运行一、实验目的1、学习三相同步发电机投入并网运行的方法。2、测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。3、研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。4、测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。二、实验原理1.同步发电机的并网运行发电机与电网是否符合下列条件：a、双方应有相同的相序；b、双方应有相同的电压；c、双方应有相同或接近相同的频率；d、双方应有相同的电压初相位。总之，在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。2.同步发电机的静态稳定性发电机输出的电磁功率与功角的关系为：sinsinmax0PXUEPse静态稳定的条件用数学表达为0MP,我们称MP为比整步功率,又称为整补功率系数,其大小可以说明发电机维护同步运行的能力，既说明静态稳定的程度，用Pss表示。cos0smSSxUEddPPδ角越小，Pss数值越大，发电机越稳定。由ddPE和PE可知，当δ小于90°时，ddPE为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近90°，其值愈小，稳定的程度越低。当δ等于90°时，是稳定和不稳定的分界点，称为静态稳定极限。在所讨论的简单系统情况下，静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功率极限的功角一致。对应的o90时达到静态稳定功率极限。为了安全可靠，极限功率应该比额定功率大一定的倍数，即发电机的额定运行点都远低于稳定极限，以保持有足够的静稳定储备。Pem与Pen之比称为静过载能力Km，即：nnddenemmXUEXUEPPKsin1sin/00一般要求Km1.7，也可以说发电机带额定有功负荷运行时静态稳定储备应该在70%以上，因此额定功角n一般应该是30°左右。三、实验线路三、实验结果及分析B、在短路器断开的情况下，测出电网和发电机的电压波形，找到并联条件满足的点，确定并网的时间，进行并网实验，测试并网时的冲击电流；实验结果：由以上的图线可知，在5.11秒时，电网和发电机的电压波形在初相位和电压幅值上重合，为并网条件满足的点。而且在5.114s附近并网冲击电流较小，效果较好。由上图可知，并网时的冲击电流约为6200A左右。分析：由于发电机和电网的电压波形符合了并网运行的四个理想条件：有相同的频率；有相同的电压幅值；有相同的电压初相和初相角，因此，当并网时产生的冲击电流很小，从图上可以看出，冲击电流的绝对值在6200A之内，这在合理的范围内。当然，在发电机电压调节的时候，通过调节励磁和机械功率来调节幅值和相序，因此在调节的时候要找到发电机和电网电压波形相同的时间点，这个时间点才是并网的最佳时间点。C、调整发电机的运行条件，分别在初相位不同和电压幅值不同时，进行并网实验，测试并网时的冲击电流（1）初相位不同时；经过分析判断选取时间点在3.865s时并网，此时的电压幅值相同而相位差不同。经过实验得到此时的冲击电流如下：电压幅值不同时：经过分析判断选取时间点在0.352s时并网，此时的电压幅值不同而相位差相同。实验结果：冲击电流测得并网时最大冲击电流为：I=5200A分析：由以上实验结果可知，当满足并网条件时，冲击电流很小，而不足满并网条件时，冲击电流很大，会对电网和发电机造成很大的影响。分析：发电机并入电网时必须满足，双方应有相同的相序，电压，相同的或接近相同的频率、相同的电压初相位，当上述条件有一个不满足时，将对发电机运行产生严重的后果。它们都会在发电机绕组中产生比额定值大很多的环流，引起发电机功率振荡，增加运行损耗，运行不稳定等问题，严重可使发电机受到损害，严重影响电力系统。图中数据表明不满足运行条件时都产生很大的冲击电流超出额定值很多倍，所以，并网时赢选择合适的并网时间以减少冲击电流对电力系统的干扰。D、对并网运行的发电机进行有功功率和无功功率的调整，测试功角随之变化的过程。有功功率的调试：实验参数实验结果：0-5.22秒是励磁电流和有功功率都保持不变；当t=5.22s到t=20s，有功功率随着机械功率的增加而增加,功角随着有功功率增加而增加。故可得有功功率与功角正相关。无功功率调整：实验参数实验结果：E、自拟方案，测出发电机失步后的各物理量变化过程。实验参数：（有功调节）实验结果：实验分析:当励磁电流不变只改变出入机械功率时功角在接近t=18.9s时失步，其有功功率和无功功率随着功角的增大而减小。无功调节：实验参数实验结果：无功功率随着激磁的增加而增加，功角随着无功功率的增加而减小。故无功功率与功角负相关。五、结论由实验我们得出为了使电机能并联入无穷大电网，必须满足以下几个并联条件：a、双方应有相同的相序；b、双方应有相同的电压；c、双方应有相同或接近相同的频率；d、双方应有相同的电压初相位。如果上述四个条件有一个不满足，将对发电机运行产生严重的后果，它们都会在发电机绕组中产生环流，冲击电流将会很大。如果增加发电机机械功率，有功功率也会相应增加，功角也随之增大；如果增加发电机激磁，无功功率会增加，功角随之减小。总之会引起发电机功率振荡，增加运行损耗，运行不稳定等问题,所以要注意控制并网的条件。