三相同步发电机实验(手动)解析

1、同步发电机运行实验指导书王庆华贺秋丽编广西大学电气工程学院目录一、实验目的二、实验装置及接线三实验内容貓一电动机发电机组的接线实验二发电机组的起动和同步电抗Xd测走实验=发电机同期并网实验实验四发电机的正常运行实验五发电机的特殊运行方式四、实验报告五、附录同步发电机运行实验指导书一、实验目的同步发电机是电力系统最重要乂最复杂的电气设备，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7.5KW直流电

2、动机与同轴的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）和汁算机监视控制屏（计 算机监控）。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，仅釆用常规控制方式。直流电动机-同步发电机组的参数如下：直流电动机：型号额定功率额定电圧额定电流额定转速Z2-52,凸极机7.5KWDC220V41A1500r/minT2-54-555KWAC400V（星接）9.08A0.82.9A5A额定励磁电压 DC220V额定励磁电流0.98A（6. 7、8号机组为0.5A）同步发电机型号额定功率额定电压额定电流额定功率因数空载励磁电流额定励磁电流直流电动机

3、-同步发电机组接线如图一所示。发电机通过空气开关2QS和接触器 2KM可与系统并列，发电机机端装有电压互感器1TV和电流互感器1TA,供测量、同 期用，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6SA接入同 期表 S （MZ-10）o发电机励磁电源可以取自380V电网（他励方式），也可以取自机端（自励方式）， 通过4QS进行切换，交流电源经励磁变圧器CB降压隔离后，经分立元件整流装置或模 块式晶闸管SCR-L变为直流，再通过灭磁开关3KM供电给发电机励磁绕组FLQ,励磁 电流通过调压按钮或电位器2WR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

4、组上面有一台用皮带带动的原作为励磁机用的直流发电机，在其励磁绕组加 上恒定的直流电压（从开关稳压电源引来），则电枢上的电压正比于发电机组的转速， 故用一只直流电压表即可测量发电机转子转速。直流电动机的电枢电源来自电网380V交流电压，经空气开关1QS和接触器1KM 供电给模块式晶闸管SCR-T变为直流，电枢电丿玉通过调速按钮或电位器1WR进行调节。 直流电动机的励磁电源来自电网220V交流电压，经单相调压器1TB和整流块整流后供 给励磁绕组B1-B2,调节调压器的输出电压可调节励磁电流。调节电枢电压或励磁电流 可以调速。发电机组控制屏屏面上装有各种仪表、控制开关、按钮、指示灯等，图一对二次控

5、制信号回路并没有画全，屏后接线和控制回路接线可参考实验室提供的详图。三、实验内容实验一电动机-发电机组的接线注意：以下各项都要在现场找到并认识相关设备的构造。1）直流电动机的接线（1）电动机励磁回路的作用及其接线：（2）电动机励磁电流的调节方法；（3）电动机电枢回路的接线；（4）三相桥式整流模块SCR-T的作用，电动机调速方法；（5）电抗器DK的作用；（6）分流器3FL的作用和原理；（7）3QS和1KM的联锁接线和作用；（8）熟悉控制屏上电动机的操作设备及仪表。2）同步发电机的接线（1）发电机定子回路接线，2QS和2KM的作用；（2）电压互感器1TV、2TV和电流互感器1TA的作用和接线；（3

6、）发电机的励磁方式，4QS的作用和接线；（4）发电机电压的建立和调节，励磁变压器CB的作用和接线；（5）SCR-L直流输出端并接一只二极管的作用；（6）3KM的作用，其常闭触点串Rm接励磁线圈的作用；（7）机组速度测量的原理；（8）三相组合式同期表的作用、外部结构和背后接线；（9）熟悉控制屏上发电机的操作设备及仪表。实验二 发电机组的起动和同步电抗Xd测定（一）机组起动1）起动前，所有开关在断开状态，电位器1WR、2WR和调压器1TB在零位。2）合上开关1QS,用电压转换开关2SA检测电网三相电压是否基本平衡，电动机调速屏 面上的绿灯应点亮；Uab=V, UK=V,U “二V3）合上电动机励磁

7、电源开关3QS,调节调压器1TB使电动机励磁电流为额定值，注意 各机组额定值不同，可看铭牌或由老师告知；4）在确认电动机励磁电流为额定值后，按下按钮1SB1使1KM合闸，电动机调速屏面上 的红灯应点亮，1KM合闸线圈回路串有3QS的一对常开触点连锁；5）将ISA放到手动位置，旋转电位器1WR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 （相当于转速表30V）,起动过程要监视机组的声音以及电枢电 压表、电流表、转速表的指示是否正常；6）用万用表测量机端三相剩余电压（在屏后右侧端子排相应端子上测），计算与额定电 压的百分比；S 二V, U3C=V,咲V7）用万用表测量电动机

8、电枢回路所串电抗器的直流电压和交流电压，分析两者为什么 差别很大。皿二V, UAc=V（二）空载试验1）将4QS扳向他励，发电机为他励励磁方式，合上2QS给上他励电源，操作3SA开关使 3KM合闸，用万用表检测励磁变压器CB两侧电压是否正常；Uab=v,UK=V,Uca=vUab=V,Ubc=V,Uca 二V2）旋转电位器2WR缓慢升高发电机电压，观察表计的指示是否正常，三相电圧是否平衡: 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,

9、 no=r/nin, Ifo =A4）旋转电位器2WR将电压降至零后，再旋转电位器2WR单向调节励磁电流，使发电机电压单调增加直至450V,然后单调减小励磁电流直至零，记录励磁电流If和定子端电 压Ug,注意试验中电机的转速要维持恒定额定转速。表1发电机空载试验数据123456If(a)Ug(v)5）机组停机：旋转电位器2WR使发电机电压减到零，再旋转电位器1WR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，在发电机出线端接上三相短路线（可在1TV 次侧接线柱

10、上用导 线短接）；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1.1倍定子额定电流，然后单调减小励磁电流直至 零，记录励磁电流If和定子电流Ig,试验完后拆除短路线。表2发电机短路试验数据123456If (a)Ig(a)（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

11、转速是否有变化，分析原因。6）调节电动机的电枢电圧或励磁电流都可以调速，说明各有什么特点和应用场合。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？C2B28）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）三相挤整流模快SCR-T会产生多少次的 特征谐波，从电抗上的交直流电压分析电抗器的 作用。10）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？实验三发电机同期并网实验（一）实验内容和步骤1. 发电机为他励方式，将发电机组起动并起励建压至额定值，调节发电机频率为50Hzo2. 合上6SA投入

12、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（顺时针旋转说明发电机频率比系统高），利用调压调速接钮精细调节发 电机电压和频率。当同期表指针顺时针均匀缓慢旋转并距零位6°左右时，立即按下 2SB1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6SA。3. 旋转电位器1WR,有功功率和定子电流应能变化；旋转电位器2WR,励磁电流、无功功 率和定子电流应能变化。4. 发电机解列：旋转电位器1WR调有功功率表为零，再旋转电

13、位器2WR调定子电流表为 零（无功功率为零），跳开发电机出口接触器2KM将发电机解列。5. 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。同期灯情况： ,能否并网：。6. 发电机解列灭磁后，将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相.序，再将发电机起 励建压，观察同期表（顺时针旋转说明发电机频率比系统高还是低）和同期灯的情况, 分析是否能够并网，但不能进行并网操作，试验完后恢复原接线。同期灯情况：，能否并网： O（二）实验报告及分析思考题1.

14、 发电机同期方式有儿种？本实验釆用的是什么同期方式？同期条件是什么？2. 手动同期时，在同期表指针提前一定角度时发出合闸命令，为什么？3. 发电机正常解列时，为什么要调有功功率和无功功率均为零？这时发电机的定子电 流是多少？4. 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，分析是否能够并网。说明相序和相别的区别。5. 将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序，分析是否能够并网。6. 发电机在停机状态，其机端三相引线未拆除，合上1KM接通系统电压，分析产生什么后果°实验四发电机的正常运行（一）发电机工作状态与励磁调节的关系（以下实验如不说明，发电机均系他励方 式和并

15、网运行）1）按上面的起动并网步骤，将发电机并网运行。2）发电机输岀有功功率为1.5KW左右，调节励磁电流额定值5A下降，定子电流也随之下降，当Q二0时定子电流最小，以后再减小励磁电流，定子电流也随之上升，当定子 电流达到额定值9. 08A,不要再减小励磁电流，记录Q、I、COS <1）数值于表3,注意要 记录纯有功的状态。3）根据实验结果，分析迟相、进相、纯有功运行状态的特点。表3改变励磁电流发电机各量的变化P二 1 5KWUG=380Vf=50HZ1234567If (A)Ig (A)Q (KVAR)cose4）使发电机输岀的有功功率分别等于0、1KW、2KW功率时，调节励磁电流从某最

16、小值（定 子电流不超过额定值9. 08A）到额定值，记录对应的定子电流值于表4,注意要记录纯 有功（Q二0）的状态。5）画出不同有功功率时的V形曲线即Ig二f（lF）并分析，指出迟相运行、进相运行的区 域。表4不同有功定值时改变励磁电发电机电流的变化12345IfIgP二0P 二 1KWP 二 2KW（二）发电机工作状态与有功调节的关系1）发电机励磁电流为4A左右不变，调节有功从零到4KW左右，记录P、Q、I、COS"数值于表5；表5 改变有功功率发电机各量的变化12345P (KW)Ig (A)Q (KVAR)COS"2）分析有功变化时无功功率的变化情况。（三）分析思考题

17、1）有功为定值而改变励磁电流时，分析什么状态时定子电流最小。2）原动机不调节而调节励磁电流改变无功功率时，分析有功功率是否变化。3）励磁电流不调节而调节有功功率时，分析无功功率是否变化。5）发电机在并网运行时，直流电动机励磁回路发生断线，有什么现象？6）发电机在并网运行时，直流电动机电枢回路晶闸管因产生故障完全截止，有什么现象？发电机是什么这行方式？如何处理？7）发电机励磁绕组通过3KM常闭触点并接电阻Rm,它的作用是什么？实验五发电机的特殊运行方式（一）发电机的失磁运行1）失磁运行实验：发电机并入系统后，调有功和无功为零，然后跳开灭磁开关3KM使发 电机失磁，励磁电流应为零，观察发电机是否稳

18、定。然后缓慢增加发电机有功，当发 电机电流不断增大超过额定值时，说明发电机已失步，要立即减少有功或合上3KM将 发电机拖回同步，如果仍然失步要跳开2KM将发电机解列，并将机组转速降至额定值 以下，实验过程要记录各表计的指示，并记录凸极机维持同步的功率的最大值。表7失磁时各表计的变化QCOS 4)IGUGfnP二 0P 二KWp二失步2）发电机不并网而带孤立负荷（临时接上三只星形接法的200W的口炽灯）运行失磁,记录发电机各运行参数于表8,观察发电机的运行情况并分析。表8 孤立负荷时发电机的运行参数PQIGUGIFfn失磁前失磁后（二）发电机的调相运行1）发电机并网后将有功和无功功率调到3KW和

19、2KVAR，记录各表计数值。2）降低电动机电枢电压，将发电机有功功率逐渐减少直至零，记录各表计数值。3）继续降低电动机电枢电压，将发电机有功功率逐渐减少至负值，（相当于导水叶或主 汽门全关），记录各表计数值。表9调相运行实验数据PQcoseIGUGIFn发电机运行零有功运行电动机运行4）发电机为电动机运行状态下，调节励磁电流，观察无功功率从迟相、零到进相，记 录各表计数值，分析发电机调相运行状态的持点。试验完后机组解列停机。表10调相运行改变励磁电流各量的变化12345IfIGUGQcose（三）发电机甩负荷1）发电机并网后将有功1KW和无功功率调到0. 75kvar,记录各表计数值。2）将发电机出口开关2KM突然跳闸，观察和记