同步发电机实验报告

四川大学电气信息学院实验报告书课程名称：电机学实验项目：三相同步发电机的运行特性专业班组：电气工程及其自动化105，109班实验时间：2014年11月21日成绩评定：评阅教师：电机学老师：曾成碧报告撰写：三相同步发电机的运行特性一．实验目的1掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因数负载特性的实验求取法。2学会用实验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳太参数。二．问题思考1同步发电机空载、短路和零功率因数负载特性曲线的意义是什么？曲线的大致状态如何？（1）①将设计好的同步发电机的空载特性曲线与标准空载曲线的数据相比较，如果两者接近，说明设计合理，反之，则说明磁路过于饱和或者材料没有充分利用。②通过同步发电机的空载和短路试验可以求出直轴同步电抗不饱和值。③空载特性和短路特性与零功率因数负载曲线可以求取同步发电机的参数，如直轴同步电抗饱和值以及定子漏抗。（2）空载特性曲线在励磁电流较小时，因为磁路没有饱和而接近直线，随着励磁电流的增大，曲线进入饱和段，斜率逐渐变小。在励磁电流为零时由于有剩磁所以U0≠0，曲线会延伸到第二象限。短路特性曲线是一条过零点的直线，Ik正比于If。零因数特性曲线与空载特性曲线形状一致，只不过曲线向右平移了一段距离。2怎样利用空载、短路和零功率因数负载特性曲线来求取同步发电机的稳态参数？①直轴同步电抗不饱和值xd的求取：在同一张坐标纸内做出短路特性曲线、气隙线，任取一个励磁电流值找到对应的气隙线上的E和短路特性曲线上的Ik，这kdIEx②直轴同步电抗饱和值xd的求取：在同一个图像中做出零功率因素特性曲线和空载特性曲线，在NdIII时的零功率因数特性曲线上取出对应于U=UN的励磁电流IfN的再在空载特性曲线上取出对应于IfN的空载电动势E0N，得到NNNdIUEx03怎样利用凸极同步电机的简化向量图来求取同步发电机的电压变化率ΔU？如右图，假设已知机端电压U电流I和移相角φ和xdxq，则如图先做出jIxq，得到EQ则得到Q轴方向，顺时针旋转90度得到d轴，将I分解到q轴d轴，在U的末尾做出jIqxq和jIdxd即可得到E0。利用公式%1000NNUUEu即可求出电压变化率。三．实验内容1空载实验：在n=nN，I=0的条件下，测取同步发电机的空载8特性曲线Uo=f(If)。2三相短路实验：在n=nN，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线Ik=f(If).四．实验线路及操作步骤1空载实验：实验接线图如图17—1所示DK1+-RaRf1~380VK2~220VK3VA电压测针电流插销f1f2图17-1同步发电机空载短路实验接线图实验时启动原动机（直流电动机），将发电机拖到额定转速，电枢绕组开路，调节励磁电流使电枢空载电压达到120%UN值左右，读取三相线电压和励磁电流，作为空载特性的第一点。然后单方向逐渐减小励磁电流，较均匀地测取8到9组数据，最后读取励磁电流为零时的剩磁电压，将测量数据记录于表17—1中。表17—1n=no=1500转/分I=0序号空载电压（伏）励磁电流（安）UABUBCUACUoUo*I'fIf=I'f+ΔIfoIf*123456在表17—1中U0=3ACBCABUUUU0*=NUU0If*=I´f+ΔIf0If0为U0=UN时的If值。若空载特性剩磁较高，则空载特性应予以修正，即将特曲线的的直线部分延长与横轴相交，交点的横坐标绝对植ΔIf0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上ΔIf0，即得通过坐标原点之空载校正曲线。如图17—2所示。2短路实验：实验线路图如图17—1所示。在直流电动机不停机状态下，并且，发电机励磁电流等于零的情况下，这时合上短路开关K2，将电枢三相绕组短路，将机组转速调到额定值并保持不变，逐步增加发电机的励磁电流If，使电枢电流达到（1.1-1.2）倍额定值，同时量取电枢电流和励磁电流，然后逐步减小励磁电流直到降为0为止。其间共同读取5-6组数据，记于表17—2中。表17—2序号短路电流（伏）励磁电流（安）IAIBICIkIk*I'fIf=I'f+ΔIfoIf*123456图17-2空载特性修正0ΔIf0ΔIf0ΔIf0修正后的曲线实测曲线U0If在表17—2中：IK=3CBAIIIIK*=NKIIIIfofIf式中：IN---发电机额定电流If0---空载电压为额定电压时的励磁电流。五．实验数据三相同步发电机空载试验：n=1500r/min序号空载电压（V）励磁电流（A）UABUBCUACU0U0*If’IfIf*14404404404401.161.51.5331.5332402.5402.5402.5402.51.061.21.2331.2333357.5357.5357.5357.50.940.90.9330.93342652652652650.700.60.6330.63351551551551550.410.30.3330.33361131131131130.300.20.2330.233其中30ACBCABUUUUNUUU0*00ff*f'III三相同步发电机短路实验序号短路电流（A）励磁电流（A）IAIBICIkIk*I’fIfIf*14.14.14.14.11.1411.0330.8423.303.303.303.300.920.80.8330.6832.552.552.552.550.710.60.6330.5141.841.841.841.840.510.40.4330.3551.061.061.061.060.290.20.2330.19600000.0000.0330.03其中3CBAKIIII六．实验报告：1.根据实验数据用直角坐标纸给出三相同步发电机的空载特性气隙线把数据输入matlab进行处理，代码及图像如下。U0=[440402.5357.5265155113];If=[1.51.20.90.60.30.2];[p,s]=polyfit(If,U0,2);xi=linspace(-0.033,1.6,100);z=polyval(p,xi);plot(xi,z,If,U0,'.');下图即是同步发电机空载特性'0UfIf曲线由图可得AIf33.000将横坐标加0.033得到修正曲线绘制气隙线代码如下：p1=[p(1)*2p(2)];k=polyval(p1,-0.033);plot(xi+0.033,k*(xi+0.033),xi+0.033,z)legend('气隙线','空载特性曲线')xlabel('If')ylabel('U0')根据实验数据用直角坐标纸给出三相同步发电机的短路特性曲线：将数据输入matlab进行绘图，代码及做出的图像如下：Ik=[4.13.32.551.841.060];If=[1.8.6.4.20];plot(If,Ik,If,Ik,'.')legend('短路特性曲线')xlabel('If')ylabel('Ik')下图即同步发电机)(fIfIK的图像2利用空载和短路特性曲线求出同步电抗的不饱和值Xd*和漏电抗Xo*取AIf6.0得到短路电流2.55A，对应的气隙线上E=280V所以4.633/55.2280dx99.06.334004.6334.634.63*NNbdIUZx由于没有进行零功率因数的实验，漏电抗无法求得。3利用简化向量图求作当I=IN,cosØ=0.8滞后时的电压变化率ΔU%（设Xq*=0.6Xd*）。31.19437.187.36906.0*99.0*1187.36101qQxIjUEIU则设%5.76%10011765.137.19765.131.19594.056.09031.1999.083.0156.0cos83.0sin18.5687.3631.190ujjxIjxIjUEIIqqddqd七．实验感想做实验时印象最深刻的莫过于进行同步发电机实验的时候将其转速调整至额定转速，通过与灯光的频闪、即电网频率做比较，发电机转轴上的黑影不再移动，完成了调速。这虽是一个小伎俩，但作为了解日光灯会频闪的我也没有想到可以如此调转速。本次一共做了三个实验，组员轮流上阵不断重复着相同的测量动作，记录了大量数据，这给实验数据的处理带来了难题。这里我们选择上机写实验报告，因为在matlab上处理数据更精确更有效率，作图更精确。上机写实验报告更使得报告能呈现更多的内容，不会因为怕写字或纸张不够而使得实验报告内容受限。这次试验从最初的连线到最后的实验报告均由学生自己完成，老师的帮助不多但在必要时刻能给与帮助，这样的实验氛围使得我们收获颇多。实验中又动脑有动手的就是连线，三次连线让我们更加了解电机的内部结构，锻炼了我们根据书本上线路图进行实际连线的能力。变压器实验时，测得三个三相线电压不一致，有一个明显大于另外两个，在询问老师后老师亲自测量，最终发现是实验前变压器内部接线错误导致。这个小插曲虽然耽误了一些时间，但也使得我们对于变压器内部接线有了更深的认识。所谓理论与实际总有区别，这里进行同步电机实验时就明显体现了这一点。在空载实验时我们将励磁电流逐渐调整到零，结果发现同步电机的剩磁电动势为零，至少在电压表上读不出数，结果与理论不符，我们估计这是因为电压表的精确度不高而剩磁电压确实较小，所以读不出数。于是我们决定不取励磁电流为零的数据，而通过后期数据处理找到剩磁电动势，结果在进行数据拟合之后证明确实有剩磁电动势。短路实验的实验结果也证明了这一点，理论上励磁电流与短路电流成正比，而根据上图短路特性曲线图，拟合的曲线并非直线。