电机学---三相同步发电机的并联运行实验报告
电机学 第14章 同步发电机的运行特性
E 0 jIk X d
Id Ik, Iq 0
E0jIdXdjIqXq jIk X d
F ad F
Ik
直轴同步电抗
F f1
Xd (不饱和值)
E0 Ik
X d (不饱和值）
E0 Ik
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例14-1 有一台三相水轮发电机，星形联结，SN=7500kVA，UN=10.5kV，cosN (滞后) ，空载、短路试验数据如下： （1）空载特性（E0为线电动势）
100
150
200
250
E0 / V 3460
6300
7250
7870
8370
Ik /A
180
360
540
720
900
解：当励磁电流if =250A时，由气隙线可查得空载线电动势为
E0
if i f
E 0
25034608398(V) 103
由短路特性可查得，当if =250A时，短路电流为
Xd 的不饱和值为
电机学 第14章 同步发电机的运 行特性
第1页，共40页。
第十四章 同步发电机的运行特性
基本要求： 同步发电机的空载特性、短路特性、零功率因数负载特性的定义及各特性曲线的特点 空载特性、短路特性测量同步电抗的方法 空载特性、零功率因数负载特性测量定子漏电抗的方法
同步发电机的外特性和调整特性
第2页，共40页。
Ff
Ff
原因：零功率因数负载时，主极漏磁通较大，磁极饱和程度较空载时高，主磁路的磁阻变大，因此同样的气隙合成磁动势 产生的气隙磁通和气隙电动势时较空载时略有减小。
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14-3 同步发电机的外特性和调整特性
电机学---三相异步电动机实验
电机学---三相异步电动机实验课程名称：电机学实验类型：验证性实验实验项目名称：三相异步电动机实验一、实验目的1.掌握三相异步电机的空载和负载实验的方法。
二、预习要点1.异步电动机的工作特性指哪些特性?2.异步电动机的等效电路有哪些参数?它们的特理意义是什么?3.工作特性和参数的测定方法。
三、实验项目1. 空载试验。
2.负载试验。
四、实验设备及仪器1. HKDQ-2A型实验台主控制屏。
2.交流电压表电流表功率功率因数表。
3.三相调压器。
4.负载箱5.交流电动机发电机组。
6.开关板。
五、实验方法及步骤1. 空载试验测量电路如图4-1所示。
电机绕组为Y接法(U N=380伏)。
(1)起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。
(2)保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行实验。
(3)调节电压由1.1倍额定电压开始逐渐降低电压，在这范围内读取空载电压U，空载电流I0，空载功率P0(4)在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据几组记录于表4-1中。
2.负载实验测量电路如图4-2所示。
电机绕组为Y接法(U N=380 伏)。
(1)起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，同步发电机励磁电源旋钮调到零，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。
(2)保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行实验。
(3)断开开关S3，负载灯箱开关都处于断开状态，调节同步励磁电源，使同步发电机励磁达到额定值I=3A, 逐个闭合负载灯泡的个数，测量5~6组数据电动机电流(可通过表A1观测)和转速，记录表4-2六、实验报告1.作空载特性曲线: I0P0=f(U0)2.作负载实验时特性曲线:转速与电动机电流的曲线图七、思考题1.由空载实验数据中求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差?2.由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差?八、实验总结。
同步电机学
2. 漏电抗与同步电抗
（1）漏电抗
U→I
→Id→Fad→Φad →Ead →Iq→Faq→Φaq →Eaq
Φs →Es RaI
※ 漏磁感应电动势：Es =－j Xs I ※ Ra、Xs —— 定子每相绕组的电阻、漏电抗。
13
2. 漏电抗与同步电抗
（2）隐极同步电机的同步电抗
※ Xc = Xs＋Xa —— 同步电抗。 （3）凸极同步电机的同步电抗
5
二、同步电机的电枢反应
➢ 电枢反应的去磁或增磁，对电机的运行性能产生影响。 ➢ 电枢反应的性质（交磁、去磁或增磁）取决于空载电动
势E0 和负载电流 I 的之间的相位差 ，称为内功率因
数角。
U1
为了便于分析，将转子磁极的 轴线确立为直轴，用d表示； 将通过两个磁极之间，与直轴 正交的轴线确立为交轴，用q
所以
Ea =－jXa I ※ Xa —— 电枢反应电抗。
10
1. 电枢反应电抗
（2）凸极同步电机
特点：气隙不均匀。 同样的 Fa →产生不同的Φa →对应不同的 Xa 。 如果磁路不饱和：将 I 分解为两个分量。
E0
Iq
I
d Id
直轴分量：Id = I sinΨ 交轴分量：Iq = I cosΨ
I = Id＋Iq —— 双反应理论。
V2
N
+ If
Uf
－
W2
表示。
W1
S
V1
U2
6
a） =0º
用 时 空 相 矢 图 分
析 b） =90º
电 枢 反 应
7
用 c） =-90º
时 空 相 矢 图 分 析 电 枢 反 应
同步发电机的参数测定和运行特性课件
同步发电机的参数测定和运行特性
在纯感性负载时
E0 UIxs
•磁路饱和决定于空气隙中的 合成磁场，忽略漏阻抗压降， 则决定于端电压。
•不同的端电压时，xs不同 •当磁路不饱和时，同步电抗 电压为c’a’，比ca大。不饱 和同步电抗的数值比饱和同步 电抗的数值大。
xs
xs UN
IN xs UN
ca ab
同步发电机的参数测定和运行特性课件
电机学
同步发电机的参数测定和运行特性
同步发电机的空载特性
ab
•当励磁电流较小时，由于磁通较 小，电机磁路没有饱和，空载特性 呈直线（将其延长后的射线称为 （气隙线）磁势主要消耗在气隙上
•随着励磁电流的增大，磁路逐渐 饱和，磁化曲线开始进入饱和段。 （向下弯曲）
•铁磁饱和后，需磁势迅速增大， 横向距离bc为铁磁部分的磁压
•
0
短路特性
IO INΒιβλιοθήκη •jI Xs•
••
•
E U I Ra j I X
•
•
I Ra j I X
•
j I X
•
•
E j I X
•
E0
O
•
I
90
•
jI Xs
纯去磁
Fa
短路特性不饱和
If Ifk
同步发电机的参数测定和运行特性课件
电机学
凸极同步发电机 的短路特性分析
同步发电机的参数测定和运行特性
IN
同步发电机的参数测定和运行特性课件
同步发电机的参数测定和运行特性
电机学
转差率试验，测定xd、xq
同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，转子激 磁绕组开路（不加激磁），在定子端子上外施—对称三 相电压。为了避免转子被牵入同步，外施电压约为额定 电压的1/4左右，且使其相序能保证电枢旋转磁场的转 向与转子的转向—致。
30电机学-同步发电机的并联运行01
同步发电机的并联运行§11-1 概述➢并联运行的必要性▪电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用动力资源和发电设备。
▪提高供电可靠性。
▪供电质量提高。
由于系统容量很大，电网的电压和频率基本保持恒定。
▪系统愈大，负载愈趋均匀，不同性质的负载，相互补偿。
▪联成电力系统，可以使发电厂的布局更加合理。
➢无限大电网无限大电网：现代电网的电压和频率可以看作是不变的，即U=常数，f＝常数，称为无限大电网，所以无限大电网实际上相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。
一 ➢ 研究并联运行时所用的规定正方向A发电机 相绕组XI G E 0U G电网I S U S➢并联投入条件为了避免并联合闸时引起电流、功率以及由此引起的发电机内部的机械应力的冲击，将要投入电网的发电机应满足下列条件：1.发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。
2.投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致。
3.发电机的频率等于电网的频率。
4.发电机的相序必须与电网相序一致。
➢不满足并联条件投入的后果▪频率相等，相序一致，但发电机电压和电网电压不相等。
由于发电机和电网之间存在着电位差，故在并联投入时，发电机和电网之间将出现环流。
I cE 0UGUS ∆UA 发电机一相绕组XUGωG-ωS∆UUSIc(a)(b)图11-2 电压不相等时的并联合闸I = ∆U ≈ - j ∆UZ G ' + Z S ' x G ' + x 'Sc➢不满足并联投入条件的后果▪电压相等，相序一致，但发电机频率和电网频率不相等。
发电机电压相量和电网电压相量之间存在相对运动。
设 fG > fS，并把电网电压相量看成相对静止的，则发电机的电压相量将以 wG - wS的相对速度向前旋转。
此时，发电机和电网之间将出现一个大小和相位均不断变化的电位差。
并联投入时将在发电机和电网内产生环流。
U GU SUGU SU S∆UωG - ωSU GωG - ωS(a)(b)I c(c)图11-3 频率不相等时的并联合闸∆U I cωG - ωS➢不满足并联投入条件的后果▪电压相等，频率相等，但发电机三相电压和电网三相电压相序不同。
电机学CAI-同步电机(十七章)2013
在
90 时达到最大值.
P m
" M
U 2 ( xd xq ) 2 xd xq
sin 2 磁阻功率,是由交、直轴磁阻不相
等引起的。磁阻功率在 时达到最大值.
45
没有转子励磁也可能有磁阻功率！
功角特性(凸极机)PM=f(δ)
PM=f(δ)
m m
总结：
U 2 ( xd xq ) E0U P2 PM m sin m sin 2 xd 2 xd xq
如电枢电阻 ra 略去不计，则，ρ 0 ，sin ρ 0 zs xs E0U 上两式便化为：P2 PM m sin xs 以发电机惯例分析：如取发电机的 P2 和 为正值， 则电动机的 PM 和 均应为负值。
当忽略电枢电阻ra，则：
E0U P2 PM m sin 关系曲线P2 PM f( )如下图 xs
2 1
灯1：U A1 A2
灯2：U B1B2
灯3：U c1c2
b)交叉接法
电网,f
1
(灯光旋转法)
C1
3 2
C2 A1
1
K
A 1 B1 C 1 A 2 B2 C 2
3
2 1
B2 B1
A2
发电机,f
2
设f2>f1,按相对运动 令电网发电机=
若：f2≠f1发电机和电网 电压向量之间便有相对运 动:n=60(f2-f1)/p
四﹑电枢电阻ra对功角特性 PM=f(δ)的影响
p2
m
PM
m
Pmax,减小 , ra 使
E0U U2 sin( ) sin ) 发电机: P2 m ( zs zs 2 E0U E0 sin( ) sin ) 电动机: PM m ( zs zs
电机实验
图 1-4 实验挂相对应图
图 1-3
实验挂箱相对应图 5
电机学实验
1-4 负载 RL 的联接图
五、 注意事项 起动直流电动机时，先把 R1（Ra）调至最大值，Rf1 至最小值；
起动完毕后，再把 R1（Ra）调至最小值。 测外特性时，当电流超过 0.4A 时，负载电阻 R2（RL）中串联的电阻必须调至零，并
理选择各仪表量程。
b.合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压
器低压侧空载电压 U0=0.5UN=27.5V，逐一测取高、低压线圈的线电压 U1U1.1V（1 UAB）、 U1V1.1W1（UBC）、U1W1.1U1（UCA）、U3U1.3V1（Uab）、U3V1.3W1（Ubc）、U3W1.3U1（Uca）， 记录于表 3-1。
电机学 实验指导书
编制：张 健 审核：么 莉
天津大学自动化学院
2011 年 9 月
电机学实验
目录
前言………………………………………………………………………………………2
实验要求与注意事项 ………………………………………………………………2 电机学 A 实验一 直流发电机的外特性………………………………………………………3 实验二 三相变压器的运行特性……………………………………………………7 电机学 B 实验三 三相鼠笼异步电动机的工作特性………………………………………………12 实验四 三相同步发电机的并联运行………………………………………………14
七、实验报告
1．计算变压器的变比
根据实验数据，计算出各相的变比，然后取其平均值作为变压器的变比。
电机学第6章同步电机1
(6—6)
将式(6—6)代人式(6—5)，可得 (6—7) 式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它 是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一 个综合参数。不计饱和时，Xs是一个常值。 图6—15a和b表示与式(6—5)和式(6—7)相对应的相量 图，图6—15c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—15c 可以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步 阻抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电 枢反应和电枢漏磁场的作用。
Ff
B0 ( 0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
I
E0
E0与I同相时
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
A
Te
B
Y
Z
ns
N
B
S
C
X
Fa
E0与I不同相时
a) I 滞后于 E 0时的空间矢量图
Ff
A
Z
B
N
ns
A相轴线
ns
S
Fad
Faq
C
Fa
X
E0与I不同相时
由式6-12可得凸极同步发电机的等效电路，如图6-21所 示。
三、直轴和交轴同步电抗的意义
由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路 的磁导成正比，所以 所示。对于凸极电机，由于直轴下的气 隙较交轴下小， ad > aq ，所以Xad>Xaq，因 此在凸极同步电机中，Xd>Xq。 对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故 Xd≈Xq≈Xs
按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴 油发电机等。 汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速 为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。 同步电动机、柴油发电机和补偿机一般作成凸极式。
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电机学---三相同步发电机的并联运行实验报告
课程名称： 电机学 实验类型： 验证性实验
实验项目名称： 三相同步发电机的并联运行
一、实验目的
1.掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。
二、预习要点
1.三相同步发电机投入电网并联运行有那些条件?不满足这些条件将
产生什么后果?如何满足这些条件?
三、实验项目
1.用旋转灯光法将三相同步发电机投入电网并联运行.
四、实验设备及仪器
1.IKDQ-2A型实验台主控制屏。2.交流电压表、电流表、功率、功率
因数表。
3.三相调压器。4.交流电动机发电机组。
5.开关板。6.旋转指示灯。7.整步表
五、实验方法及步骤
1. 用旋转灯光法将三相同步发电机投入电网并联运行。
工作原理:三相同步发电机与电网首联运行必须满足以下三个条件。
(1)发电机的频率和电网频率要相同，即fII=fI;
(2)发电机和电网电压大小、相位要相同，即EOII=UI;
(3)发电机和电网的相序要相同:
为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或
整步表法检查相序和频率。
实验步骤:
(1)按照图5-1接线，井检查实验接线，电机绕组为Y接法(UN=380伏)。
(2)三相调压器旋钮退至零位，发电机同步励磁电源调节到最小位置
与1IKO9整步表上琴键开关打在“断开”位置的条件下合上电源总开
关，按下“启动”按钮，调节调压器使电压开至20(电动机额定电压
为380考虑到安全因素，初次并网实验时输入电压调节至220V),可
通过VI表观测。
(3)调节发电机同步励磁电源，使发电机发出电压为:220V(发电机额
定电压380V，为了达到并网，发电机发出的电压值与电动机输入的
电压值相等即可)，可通过V2表观测(4)观察三组相灯，若依次明灭
形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三组相灯同时发亮、
同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当发电机和电网相序不同则
应停机(先将发电机同步励磁电源调节到最小，并把三相调压器旋至
零位使电机停止，再按下实验台电源的“停止”按钮)，在确保断电
的情况下，调换发电机或三相电源任意二根端线以改变相序后，按前
述方法重新起动电机。
(5)当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁使同步发电机
电压和电网(电源)电压相同。使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，此时
接通HK09整步表上琴键开关，观察整步表上V表和H表上指针在中
间位置(实验过程中存在少许偏差)，S表指针逆时钟缓慢旋转。待A
相灯熄灭时按下并网开关(HKO8绿色“闭合”按钮),把同步发电机投
入电网并联
运行(为选准并网时机，可让其循环几次再并网)。
(6)停机时应先断开HKO9整步表上琴键开关，按下HK08上红色“断
开”按钮，即断开电网开关，将发电机同步励磁电源调节到最小，并
把三相调压器旋至零位使电机停止，再按下实验台电源的“停止”按
钮。
六、实验报告
1.评述旋转灯光法的优缺点。
2.试述并联运行条件不满足时并网将引起什么后果?
七、思考题
1.叙述同步发电机投入电网并联运行的条件。
八、实验总结