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1、电机与拖动实验指导 42 实验五 三相同步发电机的运行特性（选做）一实验目的 1用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。2由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。二预习要点 1同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？2这些基本特性各在什么情况下测得？3怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？三实验项目 1测定电枢绕组实际冷态直流电阻。2空载实验：在 n=nN、I=0 的条件下，测取空载特性曲线 U0=f（If ）。3三相短路实验：在 n=nN、U=0 的条件下，测取三相短路特性曲线 IK=f （If ）。4纯电感负载特性：在 n=nN、I=IN、cos 0 的条件下，测取纯电感负
2、载特性曲线。5外特性：在 n=nN、If=常数、cos=1 和 cos=0.8（滞后）的条件下，测取外特性曲线 U=f（I）。6调节特性：在 n=nN、U=UN、cos=1 的条件下，测取调节特性曲线 If=f（I）。四实验设备及仪器 1 MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏。2电机导轨及测功机，转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。3功率、功率因数表。4同步电机励磁电源。5三相可调电阻器 900（MEL-03）。6三相可调电阻器 90（MEL-04）。7波形测试及开关板（MEL-05）。8自耦调压器、电抗器（MEL-08）。9三相同步电机 M08。10直流并励电动机 M03。五实验方
3、法及步骤 1测定电枢绕组实际冷态直流电阻。被试电机采用三相凸极式同步电机 M08。电机与拖动实验指导 43 测量与计算方法参见实验 3-1。记录室温，测量数据记录于表 4-1 中。表 4-1 室温 绕组 I 绕组 II 绕组 III I（mA）U（V）R（）2空载实验 图 4-1 三相同步电动机实验接线图 按线路图 4-1 接线，直流电动机 M 按他励方式联接，拖动三相同步发电机 电机的定子绕组为 Y 形接法（UN=220V）。Rf 用 MEL-09 中的 3000 磁场调节电阻。Rst 采用 MEL-03 中 90 与 90 电阻相串联，共 180 电阻。RL 采用 MEL-03 中三相可调
4、电阻。XL 采用 MEL-08 中三相可变电抗。S1、S2 采用 MEL-05 中的三刀双掷开关。G 旋转，发 同步电机励磁电源为 02.5A 可调的恒流源，安装在主控制屏的右下部。须注意，切不 可将恒流源输出短路。V1、mA、A 1 为直流电压、毫安、安倍表，按装在主控制屏的右下部。交流电压表、交流电流表、功率表按装在主控制屏上，不同型号的实验台，其仪表数量 的运行特性由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数二预习要点同步发电机在对称负载下有哪些基本特性这些基本特性各在什么情况下测得怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数三实验项目测定电枢绕组实际冷态直的条件下测取纯电感负载特性曲线外特
5、性在常数和滞后的条件下测取外特性曲线的条件下测取调节特性曲线调节特性在四实验设备及仪器系列电机系统教学实验台主控制屏电机导轨及测功机转矩转速测量功率功率因数表同步电机励方法及步骤测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机采用三相凸极式同步电机电机与拖动实验指导测量与计算方法参见实验记录室温测量数据记录于表中表室温绕组绕组绕组空载实验图三相同步电动机实验接线图按线路图接线直流电机与拖动实验指导 44 不同，接法可参见异步电机的接线。实验步骤：（1）未上电源前，同步电机励磁电源调节旋钮逆时针到底，直流电机磁场调节电阻 Rf 调至最小，电枢调节电阻 Rst 调至最大开关 S1、S2 板向“2”位置（断开位
6、置）。（2）按下绿色“闭合”按钮，合上直流电机励磁电源和电枢电源船形开关，启动直流电机 M03。调节 Rst 至最小，并调节可调直流稳压电源（电枢电压）和磁场调节电阻 Rf，使 M03 电机转速达到同步发电机的额定转速 1500s/min 并保持恒定。（3）合上同步电机励磁电源船形开关，调节 M08 电机励磁电流 If（注意必须单方向调 节），使 If 单方向递增至发电机输出电压 U 0 1.3UN 为止。在这范围内，读取同步发电机励 磁电流 If 和相应的空载电压 Uo，测取 7-8 组数据填入表 4-2 中。表 4-2 n=n N=1500r/min I=0 序 号 1 2 3 4 5 6
7、 7 8 UO（V）If（A）（4）减小 M08 电机励磁电流，使 If 单方向减至零值为止。读取励磁电流 If 和相应的空 载电压 U0。填入表 4-3 中。表 4-2 n=n N=1500r/min I=0 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 UO（V）If（A）实验注意事项：（1）转速保持 n=n N=1500r/min 恒定。（2）在额定电压附近读数相应多些。图 4-2 上升和下降两条空载特性 图 4-3 校正过的下降空载特性 实验说明：在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不 同，当单方向改变励磁电流 I f 从零到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零
8、时将得到上 的运行特性由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数二预习要点同步发电机在对称负载下有哪些基本特性这些基本特性各在什么情况下测得怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数三实验项目测定电枢绕组实际冷态直的条件下测取纯电感负载特性曲线外特性在常数和滞后的条件下测取外特性曲线的条件下测取调节特性曲线调节特性在四实验设备及仪器系列电机系统教学实验台主控制屏电机导轨及测功机转矩转速测量功率功率因数表同步电机励方法及步骤测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机采用三相凸极式同步电机电机与拖动实验指导测量与计算方法参见实验记录室温测量数据记录于表中表室温绕组绕组绕组空载实验图三相同步电动机实验接线
9、图按线路图接线直流电机与拖动实验指导 45 升和下降的二条不同曲线，如图 4-2。二条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定 参数时使用下降曲线，其最高点取 U0 1.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使 与横轴相交，则交点的横坐标绝对值 if0 应作为校正量，在所有实验测得的励磁电流数据上 加上此值，即得通过原点之校正曲线，如图 4-3 所示。3三相短路实验。（1）同步电机励磁电流源调节旋钮逆时针到底，按空载实验方法调节电机转速为额定转速 1500r/min，且保持恒定。（2）用短接线把发电机输出三端点短接，合上同步电机励磁电源船形开关，调节 M08 电机的励磁电流 If，使其
10、定子电流 I K=1.2I K，读取 M08 电机的励磁电流 If 和相应的定子电流 值 IK。（3）减小发电机的励磁电流 I f 使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流 If 和相应的定子电流 I K2，共取数据 7-8 组并记录于表 4-4 中。表 4-4 U=0V n=n N=1500r/min 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 IK（A）If（A）4纯电感负载特性 实验步骤：（1）未上电源前，把同步电机磁励电源调节旋钮逆时针调到底，调节可变电抗器使其阻抗达到最大，同时折除同步电机定子端的短接线。（2）按空载实验方法起动直流电动机 M03，调节发电机的转速达 1500 r/
11、min，并保持 恒定。开关 S2 扳向“1”端，使电机带纯电感负载运行。（3）调节直流电动机的磁场调节电阻 Rf 和可变电抗器使同步发电机端电压接近 1.1 倍 额定电压且电流为额定电流，读取端电压值和励磁电流值。（4）每次调节励磁电流使电机端电压减小且调节可变电抗器使定子电流值保持恒定为 额定电流。读取端电压和相应的励磁电流。测取 7-8 组数据并记录于表 4-5 中。表 4-5 n=nN=1500r/min I=I N=A 序 号1 2 3 4 5 6 7 8 UO（V）If（A）5测同步发电机在纯电阻负载时的外特性。（1）把三相可变电阻器 RL 调至最大，按空载实验的方法起动直流电动机，
12、并调节其转速达同步发电机额定转速 1500r/min，且转速保持恒定。（2）开关 S2 合向“2”端（断开感性负载），开关 S1 合向“1”端，发电机带三相纯电阻负载运行。的运行特性由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数二预习要点同步发电机在对称负载下有哪些基本特性这些基本特性各在什么情况下测得怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数三实验项目测定电枢绕组实际冷态直的条件下测取纯电感负载特性曲线外特性在常数和滞后的条件下测取外特性曲线的条件下测取调节特性曲线调节特性在四实验设备及仪器系列电机系统教学实验台主控制屏电机导轨及测功机转矩转速测量功率功率因数表同步电机励方法及步骤测定电枢绕组实
13、际冷态直流电阻被试电机采用三相凸极式同步电机电机与拖动实验指导测量与计算方法参见实验记录室温测量数据记录于表中表室温绕组绕组绕组空载实验图三相同步电动机实验接线图按线路图接线直流电机与拖动实验指导 46 （3）合上同步电机励磁电源船形开关，调节发电机励磁电流 If 和负载电阻 RL 使同步发 电机的端电压达额定值 220 伏，且负载电流亦达额定值。（4）保持这时的同步发电机励磁电流 If 恒定不变，调节负载电阻 RL，测同步发电机端 电压和相应的平衡负载电流，直至负载电流减小到零，测出整条外特性。记录 5-6 组数据于 表 4-6 中。表 4-6 n=nN=1500r/min I f=A co
14、s =1 序 号1 2 3 4 5 6 7 8 U（V）I（A）6测同步发电机在负载功率因数为 0.8 时的外特性。（1）分别把三相可变电阻 RL 和三相可变电抗 X L 调至最大，并把同步电机励磁电源调节旋钮逆时针调到底。（2）按空载 方法起 动直 流电动 机，并 调节电机 转速使 其达同 步电机额 定转速 n=n N=1500r/min，且保持转速额定。把开关 S1、S2 均合向“1”端，把 RL 和 XL 并联使用作 为发电机 G 的负载。（3）合上同步电机励磁电源船形开关，分别调节同步电机励磁电流 I f，负载电阻 RL 和 可变电抗 X L，使同步发电机的端电压达额定值 UN=220
15、 伏，负载电流达额定值且功率因数 为 0.8。（4）保持这时的同步发电机励磁电流 If 恒定不变，调节负载电阻 RL 和可变电抗器 X L 使负载电流改变而功率因数保持不变为 0.8，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，测出整条外特性。记录 6-7 组数据于表 4-6 中。表 4-6 n=n N=1500r/min If=A cos=0.8 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 U（V）I（A）7测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性。（1）发电机接入三相负载电阻 RL（S1 合向“1”），断开感性负载 X L（S2 合向“2”），并调节 RL 至最大，按前述方法起动电动机，并调节电机转速
16、 1500r/min，且保持恒定。（2）合上同步电机励磁电源船形开关，调节同步电机励磁电流 I f，使发电机端电压达 额定值 UN=220 伏，且保持恒定。（3）调节负载电阻 RL 以改变负载电流，同时保持电机端电压不变。读取相应的励磁电 流 If 和负载电流 I，测出整条调整特性。测出 67 组数据记录于 4-7 中。表 4-7 U=U N=220V n=nN=1500r/min 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 I（A）的运行特性由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数二预习要点同步发电机在对称负载下有哪些基本特性这些基本特性各在什么情况下测得怎样用实验数据计算对称运行时的稳态
17、参数三实验项目测定电枢绕组实际冷态直的条件下测取纯电感负载特性曲线外特性在常数和滞后的条件下测取外特性曲线的条件下测取调节特性曲线调节特性在四实验设备及仪器系列电机系统教学实验台主控制屏电机导轨及测功机转矩转速测量功率功率因数表同步电机励方法及步骤测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机采用三相凸极式同步电机电机与拖动实验指导测量与计算方法参见实验记录室温测量数据记录于表中表室温绕组绕组绕组空载实验图三相同步电动机实验接线图按线路图接线直流 电机与拖动实验指导 47 If（A）六实验报告 1根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。2根据实验数据绘出同步发电机短路特性。3根据实验数据绘出同步发电机的纯
18、电感负载特性。4根据实验数据绘出同步发电机的外特性。5根据实验数据绘出同步发电机的调整特性。6由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗 X 和特性三角形。7由零功率因数特性和空载特性确定电机定子保梯电抗。8利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗 Xd（不饱和值）。9 利用空载特性和纯电感负载特性确定同步电机的直轴同步电抗 Xd（饱和值）。10求短路比。11由外特性实验数据求取电压调整率 U。七思考题 1定子漏抗 X 和保梯电抗 Xp 它们各代表什么参数？它们的差别是怎样产生的？2 由空载特性和特性三角形用作图法求得的零功率因数的负载特性和实测特性是否有差别？造成这差别的因素是什么？的运行
19、特性由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数二预习要点同步发电机在对称负载下有哪些基本特性这些基本特性各在什么情况下测得怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数三实验项目测定电枢绕组实际冷态直的条件下测取纯电感负载特性曲线外特性在常数和滞后的条件下测取外特性曲线的条件下测取调节特性曲线调节特性在四实验设备及仪器系列电机系统教学实验台主控制屏电机导轨及测功机转矩转速测量功率功率因数表同步电机励方法及步骤测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机采用三相凸极式同步电机电机与拖动实验指导测量与计算方法参见实验记录室温测量数据记录于表中表室温绕组绕组绕组空载实验图三相同步电动机实验接线图按线路图接线直流