上海交大电机学实验+同步发电机运行特性

电机学实验报告

实验四同步发电机运行特性

一、实验目的

1．掌握用实验方法测取三相同步发电机对称运行特性的方法；

2．掌握用实验数据获取同步发电机稳态参数的方法。

二、实验内容

1．测取发电机的空载特性；

2．测取发电机的短路特性；

3．测取额定电流条件下发电机的零功率因数负载特性。

三、实验接线图

测取三相同步发电机对称运行特性的实验线路图如图4-1所示。其中发电机G的转子与直流电动机M的转子机械连接，转子励磁绕组接励磁电源，电枢绕组为Y形连接。

图4-1三相同步发电机运行特性接线图

实验过程中，测定三相同步发电机空载特性的时候，将开关S2打开，这样同步发电机处于空载状态。

测定三相同步发电机短路特性的时候，将开关S2的右侧的三个端口短接，这样同步发

电机处于短路运行状态。

测定额定电流条件下三相同步发电机零功率因数负载特性的时候，将开关S2闭合，X L 为一个三相饱和电抗器，忽略电阻，则它的功率因数为零，这样来测定零功率因数负载特性。

四、实验设备

1．G同步发电机P N=2kW、U N=400V、I N=3.6A、n N=1500r/min；

2．M直流电动机P N=2.2kW、U N=220V、I N=12.4A、U fN=220V、n N=1500r/min；

3．变阻器R1：0/204Ω、0/17A，励磁变阻器R f1：0/500Ω、1A；

4．X L三相饱和电抗器；

5．直流电流表30A(电枢)；

6．直流电流表4A(励磁)；

7．直流电压表400V；

8．交流电压表500V；

9．交流电流表10A；

10．功率表500V 10A。

五、实验数据

1．测定发电机的空载特性：

0AB AB CA

2．测定发电机的短路特性：

表4-2发电机的短路特性实验数据n=n

k A B C

3．测定发电机的零功率因数负载特性：

表4-3发电机的零功率因数负载特性实验数据n=n

AB AB CA

六、特性曲线、参数计算及问题分析

1．根据实验数据作出同步发电机的空载运行特性曲线U0=f(I f)，如下图4-2所示：

图4-2 发电机空载运行特性曲线

2．根据实验数据作出同步发电机的短路运行特性曲线I k=f(I f)，如下图4-3所示：

图4-3发电机短路运行特性曲线

3．根据实验数据作出同步发电机的零功率因数负载特性曲线U=f(I f)，如下图4-4所示

图4-4 发电机零功率因数负载特性曲线

4．利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗X d（不饱和值）以及短路比：计算直轴同步电抗X d需要在取同一个I f值的情况下，计算空载电压U0和短路电流I k 的比值。

首先选定I f = 0.589 A 。此时由实验数据可以直接读出I k = 1.58 A ；由于空载特性曲线中I f 在（0，0.8）范围内大致呈一条直线，所以可以计算出I f = 0.589 A 时，电压U 0= 237.934V 。

所以可以计算得：

X d （不饱和值）=U 0I k = 237.934

1.58= 150.59 Ω

计算短路比，需要确定当空载为额定电压时，空载特性曲线所对应的电流I f ，并求出电

流为I f 时的短路电流I k 。

由空载特性实验数据大致可以求出，空载特性曲线所对应的电流： I f =

(400−394.77)(1.301−1.159)

419.97−394.77

+1.159 = 1.1885 A

再由短路特性曲线，可以大致计算出，此时：

I k = (1.1885−1.021)(3.209−2.5767)1.292−1.021

+ 2.5767 = 2.9675 A

所以，短路比为：

Kc=

I k I N

= 0.822

5．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X d （饱和值）：

计算同步电机的直轴同步电抗饱和值，需要先找出纯电感负载，即零功率因数负载时，额定电压时的电流I f ，然后根据I f 求出空载时的电压U 0。最后利用U 0和U N 、I N 求出同步电抗饱和值。

由同步发电机零功率因数负载特性的实验数据可以看出，额定电压时，I f = 3.077A ，此时，可以近似求得，空载时的电压U 0：

U 0 =

(481.1−439.8)(3.077−1.433)

1.791−1.433

+ 439.8= 629.457 V

所以，同步电抗饱和值：

X d （饱和值）=U 0−U N

I N

= 63.56 Ω

6．根据空载特性和零功率因数负载特性求发电机保梯电抗X p ：

计算同步电机保梯电抗，需要确定空载和零功率因数负载时，电压为零时所对应的I f

的差值，并利用该差值，通过作图，求出空载曲线上的电压U 0。最后利用U 0和U N 、I N 求出保梯电抗。

首先，求出差值：

I f0 = 1.943 - 1.943−1.785 201.3

201.3−150.8

=1.3132A 。

从零功率因数负载特性数据可知，额定电压时，I f = 3.077A ，所以在空载特性曲线上，通过点（1.7638A ，400V ）作斜率与气隙电抗斜率相同的直线，经计算可得，两者交点的电压值为：（2.113A ，518.26V ）。

所以计算保梯电抗为：

X p = 518.26−4003.61

= 32.76 Ω

七、思考题