行健電氣工程及其自動化074 蒙樂光
同步發電機執行實驗指導書
一、實驗目的
同步發電機是電力系統最重要又最複雜的電氣裝置，在電力系統執行中起著十分重要的作用。通過實驗，使學生掌握和鞏固同步發電機及其執行的基本概念和基本原理，培養學生的實踐能力、分析能力和創新能力，加強工程實線訓練，提高學生的綜合素質。
二、實驗裝置及接線
實驗在電力系統監控實驗室進行，每套實驗裝置以7.5kw直流電動機與同軸的5kw同步發電機為被控物件，配置常規儀表測量控制屏（常規控制）和計算機監視控制屏（計算機監控）。可實現對發電機組的測量、控制、訊號、保護、調節、並列等功能，本次同步發電機執行實驗，僅採用常規控制方式。
直流電動機-同步發電機組的引數如下：
直流電動機：
型號 z2-52，凸極機
額定功率 7.5kw
額定電壓 dc220v
額定電流 41a
額定轉速 1500r/min
額定勵磁電壓 dc220v
額定勵磁電流 0.98a(6、7、8號機組為0.5a)
同步發電機
型號 t2-54-55
額定功率 5kw
額定電壓 ac400v(星接)
額定電流 9.08a
額定功率因數 0.8
空載勵磁電流 2.9a
額定勵磁電流 5a
直流電動機-同步發電機組接線如圖一所示。發電機通過空氣開關2qs和接觸器2km可與系統並列，發電機機端裝有電壓互感器1tv和電流互感器1ta，供測量、同期用，系統側裝有單相電壓互感器2tv作同期用，兩側電壓通過轉換開關6sa接入同期表s（mz-10）。
發電機勵磁電源可以取自380v電網（他勵方式），也可以取自機端（自勵方式），通過4qs進行切換，交流電源經勵磁變壓器cb降壓隔離後，經分立元件整流裝置或模組式閘流體scr-l變為直流，再通過滅磁開關3km供電給發電機勵磁繞組flq，勵磁電流通過調壓按鈕或電位器2wr進行調節。rm為滅磁電阻，通過3km的常閉觸點與勵磁繞組flq並接。
發電機組上面有一台用皮帶帶動的原作為勵磁機用的直流發電機，在其勵磁繞組加上恆定的直流電壓（從開關穩壓電源引來），則電樞上的電壓正比於發電機組的轉速，故用乙隻直流電壓表即可測量發電機轉子轉速。
直流電動機的電樞電源來自電網380v交流電壓，經空氣開關1qs和接觸器1km供電給模組式閘流體scr-t變為直流，電樞電壓通過調速按鈕進行調節。直流電動機的勵磁電源來自電網220v交流電壓，經單相調壓器ta和整流塊整流後供給勵磁繞組b1-b2，調節調壓器的輸出電壓可調節勵磁電流。調節電樞電壓或勵磁電流可以調速。
發電機組控制屏屏面上裝有各種儀表、控制開關、按鈕、指示燈等，圖一對二次控制訊號迴路並沒有畫全，屏後接線和控制迴路接線可參考實驗室提供的詳圖。
三、實驗內容
實驗一電動機- 發電機組的接線
注意：以下各項都要在現場找到並認識相關裝置的構造。
1）直流電動機的接線
（1）電動機勵磁迴路的作用及其接線；
（2）電動機勵磁電流的調節方法；
（3）電動機電樞迴路的接線；
（4）三相橋式整流模組scr-t的作用，電動機調速方法；
（5）電抗器dk的作用；
（6）分流器3fl的作用和原理；
（7）3qs和1km的聯鎖接線和作用；
（8）熟悉控制屏上電動機的操作裝置及儀表。
2）同步發電機的接線
（1）發電機定子迴路接線，2qs和2km的作用；
（2）電壓互感器1tv、2tv和電流互感器1ta的作用和接線；
（3）發電機的勵磁方式，4qs的作用和接線；
（4）發電機電壓的建立和調節，勵磁變壓器cb的作用和接線；
（5）scr-l直流輸出端並接乙隻二極體的作用；
（6）3km的作用，其常閉觸點串rm接勵磁線圈的作用；
（7）機組速度測量的原理；
（8）三相組合式同期表的作用、外部結構和背後接線；
（9）熟悉控制屏上發電機的操作裝置及儀表。
實驗二發電機組的起動和同步電抗xd測定
（一）機組起動
1）起動前，所有開關在斷開狀態，plc上的復位開關應打下復位，調壓器2ta在零位；
2）合上開關1qs，用電壓轉換開關2sa檢測電網三相電壓是否基本平衡，電動機調速屏面上的綠燈應點亮；
uab = 410 v， ubc = 410 v， uca = 410 v
3）合上電動機勵磁電源開關3qs，調節調壓器2ta使電動機勵磁電流為額定值，注意各機組額定值不同，可看銘牌或由老師告知；
4）在確認電動機勵磁電流為額定值後,按下按鈕1sb1使1km合閘，電動機調速屏面上的紅燈應點亮，1km合閘線圈迴路串有3qs的一對常開觸點連鎖；
5）將1sa放到自動位置，按增速按鈕緩慢公升高電樞電壓，使電動機起動並逐漸公升至額定轉速1500r/min，起動過程要監視機組的聲音以及電樞電壓表、電流錶、轉速表的指示是否正常；
6）用萬用表測量機端三相剩餘電壓（在屏後右側端子排相應端子上測），計算與額定電壓的百分比；
uab = 23.5 v， ubc = 23.6 v， uca = 23.6 v
7）用萬用表測量電動機電樞迴路所串電抗器的直流電壓和交流電壓，分析兩者為什麼差別很大。
udb = 1.16 v， uac = 131 v
（二）空載試驗
1） 將4qs扳向他勵，發電機為他勵勵磁方式，合上2qs給上他勵電源，操作3sa開關使3km合閘，用萬用表檢測勵磁變壓器cb兩側電壓是否正常；
uab = 410 v， ubc = 412 v， uca = 414 v
uab = 40 v， ubc = 40.1 v， uca = 40.2 v
2） 按增壓按鈕緩慢公升高發電機電壓，觀察表計的指示是否正常，三相電壓是否平衡；注意：在公升壓過程中當機端電壓低於300v時，頻率表指標可能打到頭，這是正常現象，待電壓公升至300v以上時指標會回到正常值。
3） 觀察發電機建壓後機組的轉速是否有微小變化，記錄空載勵磁電流；
no= 1500 r/nin，n[o]= 1400 r/nin，ifo = 0.82 a
4） 按減壓按鈕將電壓降至零後，按增壓按鈕單向調節勵磁電流，使發電機電壓單調增加直至450v，然後單調減小勵磁電流直至零，記錄勵磁電流if和定子端電壓ug，注意試驗中電機的轉速要維持恆定額定轉速。
表1 發電機空載試驗資料
5）機組停機：按減壓接鈕使發電機電壓減到零，再接減速按鈕將機組轉速減到零，再跳開1km；注意：必須將機組轉速減到零再跳開1km，否則下次起動電動機可能會遭受很大的衝擊。
6）繪製發電機空載特性曲線。
（三）三相短路試驗
1） 機組在停機狀態，在發電機出線端接上三相短路線（可在1tv一次側接線柱上用導線短接）；
2） 起動機組，調節發電機為額定轉速，並在試驗過程中保持恆定；
3） 調節勵磁電流使定子短路電流為1.1倍定子額定電流，然後單調減小勵磁電流直至零，記錄勵磁電流if和定子電流ig，試驗完後拆除短路線。
表2 發電機短路試驗資料
（四）實驗報告及分析思考題
1）畫出發電機空載特性曲線和短路特性曲線，參考電機學實驗測定不飽和xd的方法，求取xd值。
答：請見座標紙。
2）發電機空載特性不是直線，而短路特性基本為直線，為什麼？
答：發電機空載時，隨發電機轉子電流產生的磁場的增大，發電機定子鐵芯進入磁飽和狀態，發電機定子電壓與轉子勵磁電流不再是線性關係了。發電機短路時，由於定子電流產生的磁場對轉子產生的磁場存在去磁作用，發電機鐵芯不飽和，轉子電流和定子電流保持線性關係。
3）發電機轉動以後，滅磁開關3km跳開不加勵磁，定子是否有電壓，為什麼？
答：不加勵磁轉子產生的剩磁使定子產生一定的電壓。
4） 發電機定子三相繞組為什麼接成星形？接成三角形有什麼問題？
答：同步發電機勵磁磁場存在三次諧波，各項感應電勢也包含三次諧波，三相的三次諧波電勢有效值相等，相位相等，如採用三角形接法，在繞組的閉合迴路內將產生三次諧波環流，三次諧波引起附加損耗，使溫公升公升高，效率降低，為了避免，所以接成星形。
5）發電機建壓後機組的轉速是否有變化，分析原因。
答：轉速有所下降，因為發電機增加了勵磁功率，在原動機出力不變的情況下，轉速有所下降。
6）調節電動機的電樞電壓或勵磁電流都可以調速，說明各有什麼特點和應用場合。
答：改變電樞電壓調速可以使直流電動機在很寬的範圍內實現無級調速，能調節的範圍很寬，調節勵磁電流可以改變其轉速，電機始終可以輸出額定功率。
7）電動-發電機組在建壓後，電動機勵磁迴路發生斷線，有什麼現象？如何處理？
答：電動機勵磁轉矩突然變小，消失，
發電機突然失去出力，其發出的有功及
無功減少至零，吸收系統無功變為電動
機，此時應減小發電機的有功及無功，
輸出至零後停機。
8)電動機的勵磁繞組與電樞繞組並接起來，用調節電樞電壓調速，如右圖所示，分析是否可行。
答：不行，這種方式稱為並勵勵磁繞組與中樞繞組併聯，即相同的電壓，他的效能與他勵相同
9）三相撟整流模快scr-t會產生多少次的特徵諧波，從電抗上的交直流電壓分析電抗器的作用。
答：電抗器的作用是濾波。
10）電動機電樞電流和發電機勵磁電流採用分流器測量的原理是什麼？否能採用電流互感器測量？
答：要測量乙個很大的直流電流，例如幾十安培，甚至更大，幾百安培，沒有那麼大量程的電流錶進行電流的測量，怎麼辦？這就要採用分流器.
分流器是乙個可以通過大電流的精確電阻，當電流流過分流器時，在它的兩端就會出現乙個毫伏級的電壓，於是用毫伏電壓表來測量這個電壓，再將這個電壓換算成電流.就完成了大電流的測量。分流器就是乙個能夠通過極大電流的電阻一般常用的15a或20a以及35a的電流錶都需要分流器，分流器的阻抗=表頭標誌滿度電壓/表頭滿度電流。
如果採用電流互感器也是可行的方法。
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