三相同步发电机实验.
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δ
3．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；
U
AB = V， U
BC
= V， U
CA
= V
3）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， U
BC
= V， U
CA
= 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；
U
AB = V， U
BC
= V， U
CA
= V
U
ab = V， U
bc
= V， U
ca
= V
2）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 = A
4）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I
G，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。
能否并网：。
i)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，观察同期表和同期灯的情况与正相序比较，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。
发电机频率比系统略高时同期表针旋转方向：；
同期灯亮暗的同时性：。
10.发电机解列灭磁停机后，在发电机外引的三根线（屏后左侧端子排下方）拆除包好，合上1QS和1KM将系统三相电压倒送电，然后合1SA至手动位置投入同期表，观察同期表指针指示和同期灯情况，判断同期回路接线是否正确。
同期表针角度：；△f ；△U ；
同期灯亮暗：。
11.发电机外引线仍然拆除，跳开1KM和断开1SA断电后，接线作以下改动后再合1KM和1SA，观察同期表指针与零位的角度，测量同期表处A-A0、C-AO 的电压，画出矢量图进分析，每项实验完后应恢复正确接线。
1）系统电压反向（同期表Ao、Bo接线对调，或2TV一次两端接线对调，或2TV二次两端接线对调），实验完后恢复正确接线；
2）发电机同期电压相别错误（同期表A、C接线对调）；
3）同期表A、B、C三根接线顺序改接(即A→B→C→A)；
4）电压缺相：将电压互感器1TV二次侧保险4FU、5FU依次拔下。
（二）实验报告及分析思考题
1．发电机同期方式有几种？本实验采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。
5．将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序，当同期表旋转指到零位时，用矢量图分析发电机侧与系统侧线电压U ABg和U ABs的相位差是多少，分析是否能够并网。
6．第9项中如同期回路接线正确，同期表指针应指在什么位置，为什么？
7．第10项中，对接线作改动后的三种情况，画出矢量图进分析。
8.发电机电压反向（将1TV三只单相互感器二次测接线头尾对调，即三个
“a”端接中性点，由三个“x”引出），分析同期表指针与零位的角度，画出矢量图计算U A-AO、U C-AO的数值（两侧线电压均为100V）。
9.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。
实验三发电机的正常运行
以下实验如不说明，均在以下工况下做实验：
1．将发电机失磁保护退出；
2．发电机为他励方式；
3．发电机为并网运行。
（一）发电机工作状态与励磁调节的关系
1)按上面的起动并网步骤，将发电机并网运行。
2）发电机输出有功功率为1KW左右，调节励磁电流从1.2倍额定值下降，定子电流也随之下降，当Q=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，当减励磁电流至发电机接近失步时，要迅速增加励磁电流维持同步，当拖不回同步时要立即跳1KM解列并降低转速。记录Q、I、COSφ数值于表4，注意要记录纯有功的状态。
3）画出Q、I、Eq、COSφ、δ随励磁电流IF的变化曲线（δ和Eq可根据简化矢量图推导出计算公式求取），分析迟相、进相、纯有功运行状态的特点。
4)使发电机输出的有功功率分别等于0、0.4、0.6、0.8、1.0额定功率时，调节励磁电流从最小(维持稳定运行)到额定值，记录对应的定子电流值于表5，注意要记录纯有功(Q=0)的状态。
5）画出不同有功功率时的V形曲线并分析，指出迟相运行、进相运行的区域。
（二）发电机工作状态与有功调节的关系
1)发电机励磁电流为额定值，调节有功从零到额定值，记录P、Q、I、COS φ数值于表6。
2)画出Q、I、Eq、P（以上为标么值）、COSφ随δ（由矢量图求取）的变化曲线并分析，
（三）系统电压变化与发电机工作状态的关系
1）解列停机后，拆除屏上接线柱直联线，接入三相调压器（输入端接系统），发电机建压并网。
1）调节有功、励磁电流、系统电压（调压器输出）为额定值，记录Q、I、COSφ，然后将系统电压升高和降低5%和10%，记录Q、I、COSφ的变化于表7。
2）画出Q、I、COSφ、δ随电压的变化曲线，分析电压变化对发电机工作状态的影响。
（四）分析思考题
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）V形曲线中，P=0，Eq=1.0是什么运行状态？
3）若发电机P=-0.2，在V形曲线上如何画出？
4）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。
5）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。
6）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？电动机的有功功率表和电枢电流表指示是多少？如何处理？
7）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？
8）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？
实验四发电机的特殊运行方式
（一）发电机的进相运行
1）发电机有功P=1KW为定值，调节励磁电流从迟相、纯有功到进相运行，记录各运行方式的P、Q、I、COSφ、UG于表8。
2）继续降低励磁电流，进相无功继续增大，定子电流也随之增大，直降励磁电流至使发电机定子电流达到额定值为止。
（二）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，观察发电机是否稳定。然后微调增加发电机有功直至失步，失步时要立即合上3KM恢复励磁将发电机拖回同步，如果仍然失步要跳开1KM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，并记录凸极机附加功率的最大值。说明凸极机失磁的特点。实验过程中调压按钮不要动，使其保持空载励磁电流位置。
2)失磁再同步实验：跳开3KM后将发电机有功调至附加功率最大值略过一点，在发电机开始失步时，立即合上3KM恢复励磁进行再同步，如果再同步不成功，要将发电机解列。
3）发电机不并网而带孤立负荷（临时接上三只星形接法的200W的白炽灯）运行失磁，记录发电机各运行参数于表10，观察发电机的运行情况并分析。
（三）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额定值，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。
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。
（四）发电机甩负荷
1)发电机并网后将有功和无功功率调到0.5KW，记录各表计数值。
2）将发电机出口开关2KM突然跳闸，观察和记录各表计的变化（注意发电机的转速和电压要很快调下来）。
（六）分析思考题
1）发电机进相运行的作用是什么？随着进相运行深度的增加，机端电压为什么下降？
2）发电机失磁而有功较小时，为什么能保持同步而不失步？
3）发电机失磁并失步后，发电机频率表和转速表的指示变化吗？为什么？
4）分析发电机带孤立负荷运行时失磁的特点。
5)说明发电机调相运行的作用和特点。
6)运行中发电机出口断路器有一相触头烧坏断路，是什么运行状态？
7）分析发电机甩负荷后运行参数变化的特点。
8）做实验过程中，发电机并网带额定有功和无功正常运行，电网突然停电，分析机组的运行情况。
实验五发电机起励实验
1)将4SA扳向自励，使发电机变为自并励励磁方式，调节器置于手动，注意UK要调到较大数值；
2)机组起动并调到额定转速后，用万用表测量机端三相剩余电压，然后按增压按钮，观察发电机定子电压表，看发电机能否残压起励；如果不能起励要将励磁控制电压UK调高。
3)如残压起励不成功，可进行助励起励，按下起励按纽9SB短时接通助磁直流电源，观察发电机定子电压表，如果起励后定子电压过高又不回落,要跳3KM查明原因。
4)起励成功后，可手动并网并调节有功、无功负荷。
5)发电机起励还有多种方式，学生可以提出方案并进行试验。
四、实验报告
每位学生都要写出实验报告，主要内容为列出各项实验数据和观察到的现象，并结合实验分析论证发电机各种运行方式的工作原理、运行特点及其对电力系统的影响，每一实验后的分析思考题，多是工程实践中可能出现的问题，对培养学生应用所学知识分析解决工程实际问题的能力很有帮助，要认真分析并写于实验报告上。由于实验为首次进行，希望写出实验的体会、问题和建议。
五、参考资料
1、电机学(教材)
2、王辑祥编，大型同步发电机运行技术（教材），2005年
3、杨德先，电力系统综合实验原理与指导，2004年
图4 发电机电压矢量图
3.同期表及同期电压矢量分析
同期接线中采用三相组合式同期表，由电压差表、频率差表和同步表三部分组成。同步表有两组交叉的固定绕组和一个单相激磁绕组，交叉绕组接通待并发电机的三相电压时，产生旋转磁场，可动单相激磁绕组接系统线电压，产生脉动磁场，当两侧电压的频率不同时，单相绕组会带动指针旋转，当发电机频率高于系统频率时，指针顺时针方向旋转，当两侧频率完全相同时（如并网后），指针固定不动 。
MZ-10同期表接线如图5所示。发电机三相电压通过电压互感器分别接同期表A 、B 、C 端，系统A 、B 电压通过电压互感器分别接同期表A0、B0端，由于同期不分粗细调，A0和A0'、B0和B0'连起来。同期接线中，
B 相是公共端，故B 、B0和B0'连起来。可以认为发电机abg U ?
电压矢量固定在同期表的零位上，系统abs U ?
电压矢量固定在同期表的指针上，两者的夹角就是两个电压的相位差。
图5 同期表接线图
实验二第9、10项将同期表两侧通过互感器接于同一系统，可以检查同期接线的正确性。
1）正确接线。
图6 同期表正确接线时的电压三角形 （a ）发电机侧；（b ）系统侧；（c ）B-B0为公共点
正确接线时的矢量图如图6所示。图6(a)表示发电机三相电压三角形△AgBgCg ，三相电压分别接入同期表的A 、B 、C 端，如括号所示。图3-62(b)表示系统三相电压三角形△AsBsCs ，As 、Bs 分别接入同期表的A0、B0端，如括号所示。由于同期表两侧通过互感器接于同一系统而同期表的B 和B0端是连在一起的，两个电压三角形重合，如图3-62(C ）所示。因此，A-A0间的电压为零，C-A0间的电压为线电压100V （设主回路加上额定电压，下同），因为电压相位差为零且频率相同，同期表指针固定指在零位上。
2）错误接线
（1）发电机侧电压线Ag 、Cg 对调
如图7（d ）所示，接在同期表A 、C 端的电压线对调了，则图7（a ）括号内A 、C 对调，如图7（a ）所示，加于同期表为反相序电压。系统电压三角形没有变化，如图7（b ）所示。而B 和B0端仍连在一起，两个电压三角形通过公共点放在一起就得到图7（C ）。可见，A-A0间的电压为100V （正确接线为零），C-A0间的电压为零（正确接线为100V ），并且同期表两侧对应电压矢量AB U ?
和
00B A U ?
相位差为60°，同期表的指针停在超前60°的位置上。从同期表端钮间
电压的测值可以认定接线错误，并根据矢量分析可以找出错误所在。
图7 Ag 、Cg 对调时的电压三角形
（a ）发电机侧；（b ）系统侧；（c ）B-B0为公共点；（d ）同期表接线 说明：从图上看同期表指针应为落后60°，但由于相序反了，变为超前60°，同时，由于三相同期表内部接线的关系，在反相序时同期表的指针位置是不准确的。
（2）系统侧电压A 、B 对调
由于同期表系统侧的两根接线A 、B 对调，系统电压互感器二次侧A 相就和发电机电压互感器二次侧B 相连在一起作公共点。如图8（d ）所示。发电机和系统电压三角形如图8（a ）、（b ）所示，两个三角形以B-B0公共点放在一起就得到图8（c ）。可见，A-A0间的电压为200V （正确接线为零），C-A0间的电压为3100V （正确接线为100V ），并且同期表两侧对应电压矢量AB U ?
和00B A U ?
相位差为180°，同期表的指针停在180°的位置上。
图8 As 、Bs 对调时的电压三角形
（a ）发电机侧；（b ）系统侧；（c ）B-B0为公共点；（d ）同期表接线 需要指出，同期回路的错误接线是多种多样的，以上只是分析了几个典型例子，目的是使读者掌握分析的方法，提高分析解决工程实际问题的能力，这样对具体的错误接线就能进行正确的分析。
同步发电机励磁调节装置实验指导书(供参考)
一、微机励磁调节装置简介
1.系统概述
微机励磁调节装置，是广西大学电气工程学院研制的高科技产品，它可适应强电磁干扰环境的高可靠性的可编程序控制器为核心，配以大规模集成电路而构成的新型励磁调节器。它不仅具有早期的微机型励磁调节器的全部调节、控制、限制、保护和容错等功能，而且在运算速度、硬件集成度、抗电磁干扰以及可靠性等方面有了极大的进步。该系统中，调节算法、励磁控制和限制保护等功能由嵌入式、模块化软件实现，使产品的可靠性、励磁系统的动态和静态响应指标、对电力系统故障大扰动的快速稳定响应和装置的维护检修等方面都达到了一个新的水平，性能指标大大高于以单片机为核心组成的微机励磁调节器。该系统可广泛应用于发电机组自并励系统的可控硅励磁控制，也可应用于带直流励磁机或交流励磁机的开关式励磁控制，是一种通用性极强的励磁调节装置。
2．主要技术参数(以说明书为准)
（1）模数转换器输入参数
AD 采样通道：6 路
信号输入量参数：
机端电压U F额定值150 伏
定子电流I F额定值5A
转子电流I L 75mv(由分流器来)
（2）开关量输入输出容量
同步发电机励磁系统实验研究
摘要 同步发电机励磁系统对电力系统的可靠性和稳定性起着重要作用，在我国，励磁系统的可靠性和技术性能指标还不能令人满意。除了制作水平的提高外，利用特殊的动态测试设备在设计、生产、运行、维护等各个阶段对励磁系统进行设计验证和动态性能测试，是提高励磁系统可靠性和技术性能指标的重要手段。随着计算机技术的发展，数字仿真测试技术在电力系统研究领域正起着越来越重要的作用。因此研究采用数字仿真测试技术对同步发电机励磁系统进行动态性能测试，对提高励磁系统的可靠性和技术指标有着重要意义。 关键词：同步发电机，励磁系统 Abstract The excitation system of synchronous generator plays an important role in reliability and stability of power system. However, the reliability of current excitation system in China is not very satisfactory. To improve the reliability and performance of excitation system, in addition to enhancing the fabrication technology, it is critical to conduct design verifying and dynamic performance testing at the stages of design, manufacture, run and maintenance with special dynamic testing devices. With the rapid development of computer science and technology, digital simulation testing is becoming more and mo re important in Power System research field. Adopting digital simulation testing technology in the dynamic performance testing of synchronous generator excitation systems has a great significance in improving the reliability and performance of an excitation system. Keyword: Synchronous Generator, Excitation System
浅谈同步发电机的励磁系统
浅谈同步发电机的励磁系统 技术分类:电机与运动控制作者：赵宇发表时间：2006-11-10 1 概述 向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。 2 直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。 图1 自励直流励磁机励磁系统原理接线图 上图中 LH——电流互感器 YH——电压互感器 F ——同步发电机 FLQ——同步发电机的励磁线圈 L——直流励磁机 LLQ——直流励磁机的励磁线圈 Rc——可调电阻
采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便，设备投资及运行费用也比较少。缺点是：运行时整流子与电刷之间火花严重，事故多，性能差，运行维护困难，换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机，很不方便。近年来，随着电力生产的发展，同步发电机的容量愈来愈大，要求励磁功率也相应增大，而大容量的直流励磁机无论在换向问题或电机的结构上都受到限制。因此，直流励磁机励磁系统愈来愈不能满足要求。目前，在100MW及以上发电机上很少采用。 3 半导体励磁系统 半导体励磁系统是把交流电经过硅元件或可控硅整流后，作为供给同步发电机励磁电流的直流电源。半导体励磁系统分为静止式和旋转式两种。 3.1 静止式半导体励磁系统 静止式半导体励磁系统又分为自励式和它励式两种。 3.1.1自励式半导体励磁系统 自励式半导体励磁系统中发电机的励磁电源直接由发电机端电压获得，经过控制整流后，送至发电机转子回路，作为发电机的励磁电流，以维持发电机端电压恒定的励磁系统，是无励磁机的发电机自励系统。最简单的发电机自励系统是直接使用发电机的端电压作励磁电流的电源，由自动励磁调节器控制励磁电流的大小，称为自并励可控硅励磁系统，简称自并励系统。自并励系统中，除去转子本体极其滑环这些属于发电机的部件外，没有因供应励磁电流而采用的机械转动或机械接触类元件，所以又称为全静止式励磁系统。下图为无励磁机发电机自并励系统框图，其中发电机转子励磁电流电源由接于发电机机端的整流变压器ZB提供，经可控硅整流向发电机转子提供励磁电流，可控硅元件SCR由自动励磁调节器控制。系统起励时需要另加一个起励电源。 图2 无励磁机发电机自并励系统原理接线图
同步电机检测实验报告
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、短路及零功率因素负载特性的实验求取法 2.学会用试验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳态参数 二、实验参数 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以直流电动机作为原动机，带动同步电动机转动，配置常规仪表进行实验参数进行测量，本次同步发电机运行试验，仅采用常规控制方式。 同步发电机的参数如下 额定功率2kw 额定电压400v 额定电流 3.6A 额定功率因素0.8 接法Y 三、实验原理 工作原理 ◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 ◆载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 ◆切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁
磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 ◆交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 ◆感应电势有效值：每相感应电势的有效值为 ◆感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 ◆交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 同步转速 ◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： ◆要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。
同步发电机励磁控制实验
同步发电机励磁控制实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4．了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响； 6．了解几种常用励磁限制器的作用； 7．掌握励磁调节器的基本使用方法。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V 市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F （保持机端电压稳定）、恒I L （保持励磁电流稳定）、恒Q （保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 图1 励磁控制系统示意图
无刷同步发电机
3、三相交流同步发电机 3.1同步发电机概况 同步发电机按其运行方式和功率转换方向可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三大类型。 同步发电机是把机械能转换为交流电能的设备；同步电动机是把交流电转换为机械能的设备；同步补偿机则是专门用于调节电网的无功功率的装置，以改善电网的功率因数。 同步发电机的基本型式分为旋转电枢式和旋转磁极式两种类型。这两类同步发电机虽然结构上有所不同，但基本原理是相同的，即磁场与导线相对运动，切割磁力线，导线产生感应电势。 旋转电枢式发电机的磁场是固定的，而电极则由原动机拖动旋转，三相交流电流通过**和电刷的连接输送到负载，这类发电机的优点是铁芯硅钢片的利用率高，而且定子的机座可作磁轭，以节约钢材，其缺点是输出的容量受到限制，电压也不能太高，因此，用这类发电机供电已很少采用，通常采用无刷发电机作交流励磁机用。 旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转的，电枢绕组均匀分布在整个铁心槽内，按磁极的形状，又可分为凸极式和隐极式两种。 凸极式发电机有明显的磁极，在磁极铁芯上套有集中磁极绕组，电的气隙是不均匀的，极弧下气隙较小，而极间部分气隙较大. 阴极式发电机没有明显的磁极，磁极绕组分散嵌在转子铁芯槽内，由于转子制成圆柱形，因此气隙是均匀的。 3.2无刷同步发电机 3.2.1无刷同步发电机的基本结构 无刷同步发电机无论是凸极式还是隐极式可分为两大部分，即定子和转子，静止部分称为定子，包括机座、定子铁芯、定子绕组、端盖、轴承盖及交流励磁机的定子等；转动部分称为转子，包括转子铁芯、磁极绕组、转轴、轴承、风扇、交流励磁机的电枢及旋转整流器等。 3.2.2同步发电机的工作原理及工作特性 同步发电机所谓同步，就是说发电机的转子由发动机拖动旋转后，在定子和转子之间的气隙里产生一个旋转磁场，这个旋转磁场是发电机的主磁场，又称为转子磁场。当主磁场切割三相电枢绕组的线圈时，就会产生三相感应电势，接通负载后，在电枢绕组中流过感应电流，这个*变电流也会在发电机的气隙中产生一个旋转磁场，这个旋转磁场称为电枢磁场，又称为定子磁场。 主磁场被发动机拖动旋转时，它拉着电枢旋转，就像两块磁铁之间有相互吸引力一样，就是说，发电机的转子带动电枢磁场以同一转速旋转，二者之间保持同步，故称为同步发电机。电枢磁场的转速称为同步转速。 由于定子三相绕组在空间的位置是对称的，彼此相差120°电角度，因此，定子绕组切割磁力线时，将产生对称三相感应电势。 定子每相绕组感应电势的有效值为：
同步发电机怎么励磁
无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。 无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。曾经风靡过一段时间，但是由于整流管坏了就得停机，所以现在已经用的很少了，基本都采用自复励系统。 同步发电机励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下： 1.直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。 2.静止励磁器励磁 同一轴上有3台发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励（有时采用永磁发电机）。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。 3.旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到了数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。用于这种励磁系统取消了集电环和集电装置，故又称为无刷励磁系统。
电力系统自动装置实验报告
电力系统自动装置原理 级: 名: 号: 指导老师:
实验一 发电机自动准同期装置实验 、实验目的 1、加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2、掌握微机准同期控制装置及模拟式综合整步表的基本使用方法； 3、熟悉同步发电机准同期并列过程； 4、学会观察、分析有关实验波形。 二、实验基本原理 （一）控制发电机运行的三个主要自动装置 同步发电机从静止过渡到并网发电状态，一般要经历以下几个主要阶段： （1）起动机组，使机组转速从零上升到额定转速； （2）起励建压，使机端电压从残压升到额定电压； （3）合出口断路器，将同步发电机无扰地投入电力系统并列运行； 输出功率，将有功功率和无功功率输出增加到预定值。 （4） 上述过程的控制， 至少涉及 3个自动装置， 即调速器、 励磁调节器和准同期 控制器。它们分别用于调节机组转速 /功率、控制同步发电机机端电压 /无功功率 和实现无扰动合闸并网。 （二）准同期并列的基本原理 将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。 准同期并列要满足以下四个条件： 发电机电压相序与系统电压相序相同； 发电机电压与并列点系统电压相等； 发电机的频率与系统的频率基本相等； 合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。 1） 2） 3） （4） 具体的准同期并列的过程如下： 先将待并发电机组先后升至额定转速和额定 电压，然后通过调整待并机组的电压和转速， 使电压幅值和频率条件满足， 再根 据“恒定越前时间原理 ”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时 机发出合闸命令， 使出口断路器合上的时候相位差尽可能小。 这种并列操作的合 闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。 自动准同期并列， 通常采用恒定越前时间原理工作， 这个越前时间可按断路
同步发电机的励磁建模
2．1同步电机模型 同步电机是电力系统的主要元件，电磁暂态和机电互动现象十分丰富，模型的建立和求解往往决定着仿真的精度和能够反映实际系统动态过程的程度，因此，很多专家在同步发电机建模方面展开研究并取得多项成果。 同步电机是励磁控制系统的控制对象，又和励磁控制系统密切相关系。研究励磁系统的动态特性，离不开对同步电机动态特性的分析。同步电机的过渡过程比较复杂，通过以d,q 坐标系统推导出来的派克(Park)方程作为同步电机的基本方程，求出完整的动态模型；在某些特定的条件下，可由完整的动态模型得到简化模型。在小干扰情况下，可以将非线性的完整模型在工作点附近线性化，得出线性化模型：同样，在某些特定的条件下，还可以求得简化的线性模型。 同步电机dqO 坐标下的暂态方程称为派克方程，它是一组非线性的微分方 程组。由于dqO 三轴之间的解耦以及aqO 坐标下的电感参数是常数，因此派克变换及同步电机的派克方程在实用分析中得到广泛的使用。 同步电机具有三个定子绕组、一个转子绕组、两个阻尼绕组。六个绕组间 都有磁的耦合，加上转子位置不断变化，绕组间的耦合又必然是转子的位置函 数。要正确反映上述情况就需要七个非线性微分方程。 2．1．1同步电机基本方程 由同步电机在d,q 轴的park 微分方程组出发，电压和磁链方程(以标幺值形式)如(2．1)-(2．10)所示： 电压方程： 定子绕组：d q d d ri p U --=ωψψ （2.1） q d q q ri p U --=ωψψ （2.2） 励磁绕组： f f f f p r i U ψ-= （2.3） 阻尼绕组： d d d p i r 1110ψ-= （2.4） q q q p i r 1110ψ-= （2.5） 磁链方程： 定子绕组：d ad f ad d d d i X i X i X 1++-=ψ （2.6） q aq q q q i X i X 1+-=ψ （2.7） 励磁绕组：d ad f f d ad f i X i X i X 1++-=ψ （2.8） 阻尼绕组：d d f ad d ad d i X i X i X 111++-=ψ （2.9） q q q aq q i X i X 111+-=ψ （2.10） 其中，dt d p θθω==。式中各物理量的定义为：d i -负载电流d 轴分量；q i -负载电流q 轴分量；f i -励磁电流；d U -机端电压d 轴分量；q U —机端电压q 轴分量；f U -
昆明理工大学电气工程及其自动化 发电机同步实验报告
实验二：同步发电机综合实验 三相同步发电机并网运行 一、 实验目的 1、学习三相同步发电机投入并网运行的方法。 2、测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。 3、研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。 4、测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。 二、 实验原理 1. 同步发电机的并网运行 发电机与电网是否符合下列条件： a 、双方应有相同的相序； b 、双方应有相同的电压； c 、双方应有相同或接近相同的频率； d 、双方应有相同的电压初相位。 在实际并网中，这些条件并不要求完全达到，只要在一定的 误差范围之内就可以进行并网，比如转速（频率）相差约??（2%～5%）。 总之，在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。 2. 同步发电机的静态稳定性 发电机输出的电磁功率与功角的关系为： 静态稳定的条件用数学表达为0>??δM P ,我们称δ ??M P 为比整步功率,又称为整补功率系数,其大小可以说明发电机维护同步运行的能力，既说明静态稳定的程度，用P ss 表示。
δ角越小，P ss 数值越大，发电机越稳定。由δ d dP E 和P E 可知，当δ小于90°时，δ d dP E 为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近90°，其值愈小，稳定的程度越低。当δ等于90°时，是稳定和不稳定的分界点，称为静态稳定极限。在所讨论的简单系统情况下，静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功率极限的功角一致。对应的o 90=δ时达到静态稳定功率极限。为了安全可靠，极限功率应该比额定功率大一定的倍数，即发电机的额定运行点都远低于稳定极限，以保持有足够的静稳定储备。P em 与P en 之比称为静过载能力K m ，即： 一般要求K m >1.7，也可以说发电机带额定有功负荷运行时静态稳定储备应该在70% 以上，因此额定功角n δ一般应该是30°左右。 三、 实验线路 四、 实验结果及分析 a 、 在短路器断开的情况下，测出电网和发电机的电压波形，找到并联条件满 足的点，确定并网的时间，进行并网实验，测试并网时的冲击电流； 实验参数： 图1：励磁电流图2：相位 实验结果： 图3：电网与发电机的电压波形图4：调整后的电网与发电机电压波形 图5：并网时间图6：冲击电流波形 b 、 调整发电机的运行条件，分别在初相位不同和电压幅值不同时，进行并网 实验，测试并网时的冲击电流 实验参数： 图7：相位不同，幅值相同图8：并网时间 实验结果：
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δ 3．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、
无刷交流同步发电机原理与构造
无刷交流同步发电机原理与构造 国民经济建设和人民生活时刻离不开电能，同步发电机由原动机驱动而旋转，把机械能转换成电能，向用电设备提供交流电源。 无刷同步发电机由于其无线电干扰小，无电刷，维护工作量少，运行可靠，性能优越，又便于实现无人值守，当今国内外己普遍推广应用。 第一节无刷同步发电机工作原理 一、电与磁的关系 （一）通电导体周围有磁场 在导体中通入电流之后，导体周围便产生磁场，而且沿导体全部长度上都存在着，该磁场的强弱决定于电流的大小，电流越大，磁场强度越强，磁场的方向按右手定则决定，如图8-1所示，将右手姆指伸直表示电流方向，将其余四指卷曲，这时四指所指的方向，就是磁场方向。 通电线圈 或螺线管周围 也产生磁场。 磁场的强度与
线圈匝数及电流大小成正比 , 磁场方向也以右手定则决定 , 如 图 8一2 所示 , 伸出右手姆指，其余四指卷曲，使四指的方向符 合线圈中电流方向 , 那么伸直的姆指所指的方向就是磁场方向。 发电机的磁场就是在磁极铁心外套上线图通以直流电而形成南、北磁极。当线圈断电后，磁极铁心仍有一定的磁性，俗 称“剩磁”，这是发电机自建电压的必不可少的条件。 （二）电磁感应 当导体(线)在磁场中运动或磁场在导体周围运动，两者互相切割时，在导体(线)中便感应电动势，这种现象称为电磁感 应。 感应电动势的方向与导体运动方向和磁场方向有关，可用“右手定则”来判定。伸右手于磁场内，手心对着N极,四指与 大姆指互相垂直，让大姆指指向导体运动方向，那么四指所指 方向就是感应电动势方向。发电机就是根据这个原理工作的。 如图8－3所示。 感应电动势的大小e与磁 感应强度B,导体切割磁力线的速度 v和导体长度l成正比。 e=B1v 要增大感应电动势，可采用下列办法： 1、增加被切割的磁力线数目，即增强磁场强度，磁场越强，感应电动势越大。
浅谈同步发电机的励磁系统
浅谈同步发电机的励磁系统 1 概述 向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。 2 直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。
图1 自励直流励磁机励磁系统原理接线图 上图中LH——电流互感器 YH——电压互感器 F ——同步发电机 FLQ——同步发电机的励磁线圈 L——直流励磁机 LLQ——直流励磁机的励磁线圈 Rc——可调电阻 采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便，设备投资及运行费用也比较少。缺点是：运行时整流子与电刷之间火花严重，事故多，性能差，运行维护困难，换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机，很不方便。近年来，随着电力生产的发展，同步发电机的容量愈来愈大，要求励磁功率也相应增大，而大容量的直流励磁机无论在
三相同步发电机的电压向量图原文
Voltage Diagrams of the Three-Phase Synchronous Generator on Balanced Load The voltage diagram is of very great importance for analyzing working conditions in a synchronous machine. It is possible to obtain from the voltage diagram the per cent variation of the synchronous generator voltage, the voltage increase with a drop in load and drop voltage for the transition from operation on no-load to operation on-load. The solution of these problems is of great importance: (1) for initial machine design when the necessary excitation current values are to be determined under various operating conditions and (2) when testing a finished machine to decide whether the machine conforms to given technical specifications. By using a voltage diagram, it is also possible to determine the operating conditions of a machine without actually applying the load, something which becomes especially difficult when the machine is of large rating. The voltage diagrams make it possible to obtain the fundamental performance characteristics of a machine by means of calculation. Finally, the voltage diagram allows to determine the power angle θ between the e. m. f. produced by the excitation field and the voltage across the terminals. Angle θplays a very important role in the analysis of the torque and power developed by a machine both in the steady-state and transient conditions. The vector difference between the e. m. f. E0due to the excitation flux and the terminal voltage V of a synchronous machine depends on the effect of the armature reaction and on the voltage drop in the active resistance and leakage inductive reactance of the armature winding. Since armature reaction depends to a very great extent on the type of the machine ( salient-pole or non-salient-pole ) , kind of load ( inductive, active or capacitive ) and on the degree of load symmetry ( balanced or unbalanced ) , all these factors must be duly considered when plotting a voltage diagram. It is necessary to bear in mind that all the e. m. f. s and voltages that participate as components in the voltage diagram should correspond to its fundamental frequency; therefore, all the e. m. f. s and voltages must preliminarily be resolved into harmonics and from each of them the fundamental wave must be taken separately. In the chapter where the armature reaction is considered an analysis was carried out which allowed to obtain the fundamental voltage wave produced by the armature field components revolving in step with the machine rotor. When a new machine is being commissioned, a vector diagram is plotted from the test data obtained from the experimental no-load and short-circuit
同步发电机准同期并列实验步骤
同步发电机准同期并列实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 3．熟悉同步发电机准同期并列过程； 4．观察相关参数。 二、实验项目和方法 （一）机组启动与建压 1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； 2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； 3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮； 4．励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关； 5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置； 6．合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V； 7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速； 8．当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。 （二）手动准同期 将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。 观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。 观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭。 此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0o位置前某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。 具体实验步骤如下： （1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； （2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； （3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮。合上原动机开关，按下“停机/开机”按钮，开机指示灯亮；
同步发电机励磁系统
四川大学 电力系统自动装置 题目同步发电机励磁系统 学院电气信息学院 专业电气工程及其自动化
同步发电机励磁系统及励磁调节器工作原理 一励磁系统的结构 励磁系统,一般来讲，就是与同步发电机励磁回路电压建立，调整以及必要时使其电压消失的有关元件和设备的总称。 同步发电机的自动励磁调节通常分为两部分： 第一部分是励磁功率单元，用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，已建立直流磁场。 第二部分是励磁调节器，用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行的需要。 二自动励磁调节系统的作用： 1。电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。当发电机无功负荷变化时，一般情况下机端电压要发生相应的变化，此时自动励磁调节装置应能供给要求的励磁功率，满足不同负荷情况下励磁
电流的自动调节，维持机端或系统某点电压水平。 负荷波动—功率变化—电压变化 负荷增大—电压降低—励磁电流增大 同步发电机的励磁系统就是通过不断调节励磁电流来维持给定的电压。 2。合理分配发电机间的无功功率。发电机的无功负荷与励磁电流有着密切的关系，励磁电流的自动调节，要影响发电机间无功负荷的分配，所以对励磁系统的调节特征有一定的要求。
励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。 与无限大母线并列运行的机组，调节励磁电流可以改变发电机无功功率的数值即控制无功分配。 3。提高电力系统稳定性 电力系统在运行中随时可能受到各种干扰，受到干扰后，电力系统稳定性的要求能够恢复到原来的状态或者过渡到一个新的运行状态。其主要标志是暂态过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。励磁调节系统对静态稳定和暂态稳定的影响 （1）对改善静态稳定的影响
电机与拖动实验实验报告
网络教育学院 电 机 与 拖 动 实 验 报 告 学习中心： 陕西礼泉奥鹏学习中心 层 次： 专升本 专 业： 电气工程及其自动化 学 号： 1 学 生： 刘 洁 完成日期： 2017 年 2 月 27 日 实验报告一 实验名称： 单相变压器实验 实验目的： 1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2、通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目： 1、空载实验 测取空载特性0000U =f(I ), P =f(U ) 。 2、短路实验 测取短路特性 k k k U =f(I ), P =f(I) 。 3、负载实验 保持11N U =U ， 2cos 1 ?=的条件下，测取22U =f(I ) 。 （一）填写实验设备表
（二）空载实验 1．填写空载实验数据表格表1-1
2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗Fe P 、励磁电阻m R 、励磁电抗m X 、电压比k 表1-2
（三）短路实验 1.填写短路实验数据表格 表2 室温θ=25O C （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 cos =1 U1=U N=110V 表3 2
I （A） 2 （五）问题讨论 1. 什么是绕组的同名端？ 答：铁心上绕制的所有线圈都被铁心中交变的主磁通所穿过在任意瞬间当变压器一个绕组的某一出线端为高电位时则在另一个绕组中也有一个相对应的出线端为高电位那么这两个高电位如正极性的线端称同极性端而另外两个相对应的低电位端如负极性也是同极性端。即电动势都处于相同极性的线圈端就称为绕组的同名端。 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？ 答：主要是为了防止在高压下合闸产生产生较大的冲击损坏设备。其次是因为既然需要调压器对负载进行调压，那么调压器后面的负载情况就是一个不确定因素，就不能事先预料在较高电压下负载可能情况。因此，就需要从低电压慢慢调高电压，观察负载的情况。而断开电源时，如果负载时隔较大的感性负载，那么在高压状况下突然停电会产生很高的感应电势。 3. 实验的体会和建议 答：体会：安全在实验中非常重要要注意调压器的及时调零。实验数据记录间隔相同的一段数据。使得实验结果比较有普遍性。 建议：数据结果可以用图表显示。
同步发电机励磁控制实验..
实验报告 课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 图1 励磁控制系统示意图 实验用的励磁控制系统示意图如图l 所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控 专业： 电气工程及其自动化 姓名： 学号： 日期： 地点：教2-105
桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F (保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90?；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90?，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； (3)励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面 板上的“恒α”指示灯亮； (4)合上励磁开关，合上原动机开关； (5)在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮 即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。 注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需
同步发电机运行与控制实验报告
广西大学电气工程学院 发电机运行实验报告 同步发电机运行与控制 专业班级： 姓名： 学号： 实验地点：
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7.5KW直流电动机与同轴的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）和计算机监视控制屏（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Z2-52，凸极机 额定功率7.5kW 额定电压DC220V 额定电流41A 额定转速1500r/min 额定励磁电压DC220V 额定励磁电流0.98A(5、6、7号机组为0.5A) 同步发电机 型号T2-54-55 额定功率5kW 额定电压AC400V(星接) 额定电流9.08A 额定功率因数0.8 空载励磁电流 2.9A 额定励磁电流5A 直流电动机-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）。 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