三相同步发电机实验解读

1．同步发电机运行实验指导书2．发电机励磁调节装置实验指导书3．静态稳定实验(提纲，供参考) 4．发电机保护实验提示5．广西大学电气工程学院同步发电机运行实验指导书目录一、实验目的二、实验装置及接线三、实验内容实验一发电机组的起动和同步电抗Xd测定实验二发电机同期并网实验实验三发电机的正常运行实验四发电机的特殊运行方式实验五发电机的起励实验四、实验报告五、参考资料六、附录1．不饱和Xd的求法2．用简化矢量图求Eq和δ3．同期表及同期电压矢量分析一、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4KW直流电动机与同轴的1.5KW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）和自动控制屏（微机监控）。

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Z2-42，凸极机额定功率4KW额定电压DC220V额定电流22A额定转速1500r/min额定励磁电压DC220V额定励磁电流0.81A同步发电机型号STC-1.5额定功率 1.5KW额定电压AC400V(星接)额定电流 2.7A额定功率因数0.8空载励磁电流1A额定励磁电流2A同步发电机接线如图电-01所示。

发电机通过接触器1KM、转换开关1QS、闸刀开关1KQ接于发电机母线，屏面上有6个按线柱，可以根据实验需要直联、接三相调压器或电抗器。

发电机机装有电压互感器1TV和电流互感器1~4TA，供测量、同期、保护、励磁之用，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1SA接入同期表S（MZ-10），1SA有三个位置：断开、手动同期、自动同期。

发电机出线盒的U、V、W引出三相电压，N1、N2、N3经差动保护用电流互感器4TA后接成中性点。

直流电动机的接线如图电-02所示。

电枢电源来自电网380V交流电压，经闸刀开关2KQ、转换开关2QS和接触器2KM供电给模块式晶闸管SCR-T变为直流，接到接线盒H1、C2。

电枢电压通过调速按钮5SB、6SB进行调节，当调速器有问题切换到手动后，可以通过电位器1RW进行调速。

直流电动机的励磁电源来自电网220V交流电压，经转换开关3QS和整流块整流后接至励磁绕组F1-F2，励磁电流是固定的。

调节电枢电压就可以调速，并网后则调节有功输出。

为防止无励磁时误合电枢电压引起过速，3QS与2KM有联锁，只有前者合上加励磁，后者才能合闸。

电动机装有同轴的测速发电机，其输出电压为82.5V时相当于1500r/min发电机励磁系统接线如图电-03所示。

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4SA进行切换，交流电源经励磁变压器SB（由三个单相变压器组成）降压隔离后，经整流模块（共阴晶闸管模块、共阳晶闸管模块、共阳二极管模块）变为直流，根据实验需要通过5SA可以切换成三相半控或三相全控整流，励磁电流通过灭磁开关3KM供电给发电机励磁绕组FLQ（接线端子为F1、F2），励磁电流通过调压按钮7SB、8SB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。

发电机组控制屏装有各种仪表、控制开关、按钮、指示灯等，具体接线可参考相关的原理接线图和屏后接线图。

发电机装有微机自动励磁装置、微机自动调速装置、微机自动同期装置、微机继电保护装置、微机测控装置，并可与上位机通讯远方测控，可参考各装置的使用说期书。

8台发电机接于一条母线，然后通过系统联络屏的接触器1KM和转换开关1QS与系统相连，如图电-04所示，联络屏装有测量仪表和三段式微机过流保护。

当做单机对无穷大系统实验时，各发电机可以不接母线和联络屏，只要将测控屏下方的闸刀开关1KQ、2KQ在电源侧联起来，各发电机就可以单独与系统并列运行。

三、实验内容实验一发电机组的起动和同步电抗Xd测定（一）机组起动1）起动前，检查所有电源开关在断开状态，各熔断器都插好，屏上接线柱为直联，1RW放到最大位置（逆时针到头），如各发电机不接母线，可断开实验室总电源，将闸刀开关1KQ、2KQ在电源侧联起来再合总电源；2）将4SA扳向他励位置，合上开关1KQ、2KQ和1QS，1KM、2KM、3KM的绿灯亮，微机保护装置、励磁调节器、调速器的电源指示灯亮。

再合上1QS和2QS，用电压转换开关3SA检测电网三相电压是否基本平衡；UAB = V， UBC= V， UCA= V3）检查励磁回路：励磁调节器选择手动方式，按9SB合上灭磁开关3KM，按增减压按钮应能增减励磁电压和电流，然后将励磁电流调至接近零，跳开灭磁开关3KM；3）按调速器上的“手动/自动”调速按钮为手动位置（或自动开环位置），合上电动机励磁电源开关3QS，电动机励磁电流表应在额定值0.81A附近；4）在确认电动机励磁电流后,合上2QS后按下按钮3SB使2KM合闸，电动机调速屏面上的红灯应点亮，2KM合闸线圈回路串有3QS的一对常开触点连锁；5）手动位置时调电位器1RW或自动开环位置时按增速按钮5SB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，起动过程要监视表计的指示是否正常，起动时如有异声或振动过大要立即跳开1KM停机（起动初期，因晶闸管导通角很小使电流波形不连续，有些尖叫声是正常的）；6）用万用表测量机端三相剩余电压，计算与额定电压的百分比；U AB = V， UBC= V， UCA= V（二）空载试验1）将自动屏上的开关5SA扳向半控位置并相应在励磁触摸屏上也选择半控方式，励磁调节器选择手动方式，检查调节器上的控制电压UK应在6V以上（UK 越大导通角越小），按下按钮9SB使3KM合闸，同时要密切注视发电机电压、励磁电流和励磁电压，如有异常立即跳开。

用万用表检测励磁变压器SB两侧电压是否正常；UAB = V， UBC= V， UCA= VUab = V， Ubc= V， Uca= V2）按增压按钮7SB缓慢升高发电机电压至额定值，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 = A4）按减压按钮8SB将电压降至零后，按增压按钮单向调节励磁电流，使发电机电压单调增加直至440V，然后单调减小励磁电流直至零，记录励磁电流I F 和定子端电压U G，注意试验中发电机的转速要维持恒定额定转速。

5）机组停机：按减压接钮使发电机电压减到零，再接调1RW或减速按钮将机组转速减到零，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，将测控屏发电机侧三个接线柱接上三相短路线；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I F和定子电流IG，试验完后拆除短路线。

（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）发电机空载时，定子三相电压为额定电压400V ，这时发电机的Eq 是多少伏，为什么？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）电动机起动初期为什么有尖叫声？整流模快SCR-T 会产生多少次的特征谐波？10）说明实验装置机组转速测量的原理。

11）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？12）发电机各相绕组存在三次谐波电势，引出的线电压是否有三次谐波成分？13）如发电机三个定子绕组的头尾搞乱了，如何判别同极性端？14）做短路实验时，发电机能否用自励方式？实验二 发电机同期并网实验（一）实验内容和步骤a) 发电机为他励方式，将发电机组起动并起励建压至额定值，调频率为50HZ。

b)合上开关1KQ和1QS，用相序表在1KM两侧分别测量发电机和电网电压的相序是否相同并为正相序，测量时要特别小心以免发生短洛。

c)合1SA至手动位置投入同期表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，利用调压调速按钮精细调节发电机电压和频率。

在指针缓慢旋转时，用万用表交流500V档测量2KM两侧同一相的滑差电压，指示值最小时，同期表S应在零位附近，指示值最大时，同期表S应在180º附近。

d)当同期表指针顺时针(发电机频率比系统稍高)均匀缓慢旋转并距零位6°左右时，立即按下1SB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1SA。

e)按下发电机组增减速按钮，有功功率和定子电流应能变化；按下发电机组增减压按钮，励磁电流、无功功率和定子电流应能变化。

f)发电机解列：按调速接钮调有功功率表为零，再按调压接钮调定子电流表为零（无功功率为零），跳开发电机出口接触器1KM将发电机解列。

g)自动同期实验：熟悉同期装置的使用和接线后，将发电机解列，调发电机的电压和频率略低于系统参数，将1SA扳向自动同期位置，同期装置面板应有显示，按下按钮可以切换观察有关参数，同期装置会自动向励磁调节器和调速器发出调压调频指令，当符合同期系件时自动合上1KM并网。

（注：试验时励磁方式为他励半控，当自励方式时，由于发电机定子电压波形畸变，励磁谐波大，同期装置测频不正常）h)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。