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U 0≠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，I k 正比于I f 。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 ，得到

N

N

N d I U E x -=

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x d

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

1 空载实验：实验接线图如图17—1所示

~220V

电压电流图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。

在表17—1中

U 0=

3

AC

BC AB U U U ++ U 0*=N

U U 0 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

图17-2 空载特性修正

f0

在表17—2中：

I K =

3C

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。

五．实验数据

其中3

0AC

BC AB U U U U ++=

N U U U 0*0= 0f f *f 'I I I ∆+=

三相同步发电机短路实验

其中3

C

B A K I =

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=[440 402.5 357.5 265 155 113]; If=[1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0.2]; [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

()'0U f

I f =曲线

由图可得A I f 33.000≈∆

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)*2 p(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')