四川大学同步电机实验-精品报告系列

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：

实验时间：

成绩评定：

评阅教师：

电机学老师：曾成碧苗虹

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．预习要点

（一定要画电路图！）

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？

答：同步发电机空载特性曲线0()f U f I =反映了同步发电机的空载特性，即在额定转速下，定子绕组中电流为零时，绕组端电压和转子激磁电流之间的关系。由于同步发电机空载时与变压器空载等效电路相似，故同步发电机空载特性曲线与变压器空载磁化曲线状态相似（如下图1中的蓝线）

同步发电机短路特征曲线()k f I f I =反映了同步发电机的短路特性，即在发电机转速保持为同步速（n=n1）,电枢绕组端发生电压三相稳态短路时（U=0），短路电流k I 与励磁电流f I 的关系。由于短路时限制短路电流的只有发电机的同步阻抗，忽略电枢电阻只考虑同步电抗时，短路电流可认为纯感性，故电枢电

流与励磁电流成正比，短路特征曲线是一条直线。（如下图2）

零功率因数负载特性曲线1(),cos 0,,f N U f I n n I I ϕ====反映了同步发电机在同步转速与额定电流下，端电压与励磁电流之间的关系。当电枢电流=0I ，cos 0ϕ=时的零功率因数负载曲线就是空载特征曲线，故二者具有相似的形状，只不过曲线向右平移了一段距离（如下图1中的红线）

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x d 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I k ，这k

d I E x =

②直轴同步电抗饱和值x d 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N d I I I ==时的零功率因数特性曲线上取出对应于U=U N 的励磁电流I fN 的再在空载特性曲线上取出对应于I fN 的空载电动势E 0N ，得N

N

N d I U E x -=

0③定子漏电抗x σ的求取：

在同一个图像中做出空载特性及零功率数特性曲线，作ON=UN 作NA//横轴，截取线段AD 使AD=OR=Ifk ，由D 点引一直线BD ，BD//空载特性起始部

分，由B 点作垂线交AD 于C ，△ABC 为特性三角形，

BC 为漏抗压降

3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和纵轴同步电抗x d 和横轴同步电抗x q ，则如图先做出jIx q ，得到E Q 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jI q x q 和jI d x d 即可得到E 0。

利用公式

%1000⨯-=

∆N

N

U U E u 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

~220V

电压电流

图17-1 同步发电机空载 短路实验接线图

1空载实验：实验接线图如图17—1所示（一定要画接线图！）

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中，然后计算下列空载参数：

U0=3

AC

BC

AB

U

U

U+

+

U0*=N

U

U0

I f*=I´f+ΔI f0

If0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。如下图所示：

图17-2 空载特性修正

f0

根据上述实验数据可绘制同步发电机修正后的空载特性曲线。

2

短路实验：实验线路图同样如图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，记于表中，并按下式计算短路实验参数：

I K =

3

C

B A I I I ++I K*=

N

K I

I I I fo

f I f =*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。

根据上述实验数据可绘制同步发电机短路特性曲线。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 ）

U AB

U BC

U AC

U 0

U 0*

I f ’

I f

I f*

123456

其中30AC BC AB U U U U ++=

N

U U

U 0

*0=0

f f *f 'I I I ∆+=三相同步发电机短路实验

序号

短路电流（A ）

励磁电流（A ）

I A

I B

I C

I k

I k*

I’f

I f

I f*

12