實驗一三相同步發電機的執行特性
一．實驗目的
1.用實驗方法測量同步發電機在對稱負載下的執行特性。
2.由實驗資料計算同步發電機在對稱執行時的穩態引數。
二．預習要點
1.同步發電機在對稱負載下有哪些基本特性？
2.這些基本特性各在什麼情況下測得？
3.怎樣用實驗資料計算對稱執行時的穩態引數？
三．實驗專案
1．測定電樞繞組實際冷態直流電阻。
2．空載試驗：在n=nn、i=0的條件下，測取空載特性曲線u0=f（if）。
3．三相短路實驗：在n=nn、u=0的條件下，測取三相短路特性曲線ik=f（if）。
4．純電感負載特性：在n=nn、i=in、cos≈0的條件下，測取純電感負載特性曲線。
5．外特性：在n=nn、if=常數、cos=1和cos=0.8（滯後）的條件下，測取外特性曲線u=f（i）。
6．調節特性：在n=nn、u=un、cos=1的條件下，測取調節特性曲線if=f（i）。
四．實驗裝置及儀器
1．mel系列電機系統教學實驗台主控制屏。
2．電機導軌及測功機，轉矩轉速測量（nmel-13、mel-14）。
3．功率、功率因數表（或在主控制屏，或採用單獨的元件nmel-20）。
4．同步電機勵磁電源（含在主控制屏左下方，nmel-19）。
5．三相可調電阻器900ω（nmel-03）。
6．三相可調電阻器90ω（nmel-04）。
7．旋轉指示燈及開關板（nmel-05b）。
8．三相可調電抗（nmel-08a，含在主控制屏右下方）。
9．三相同步電機m08。
10．直流並勵電動機m03。
五．實驗方法及步驟
1．測定電樞繞組實際冷態直流電阻。
被試電機採用三相凸極式同步電機m08。
測量與計算方法參見實驗3-1。記錄室溫，測量資料記錄於表4-1中。
表4-1室溫 ℃
2．空載試驗
按圖4-1接線，直流電動機m按他勵方式聯接，拖動三相同步發電機g旋轉，發電機的定子繞組為y形接法（un=220v）。
rf用nmel-09中的3000ω磁場調節電阻。
rst採用nmel-03中90ω與90ω電阻相串聯，共180ω電阻。
rl採用nmel-03中三相可調電阻。
xl採用nmel-08中三相可變電抗。
s1、s2採用nmel-05中的三刀雙擲開關。
同步電機勵磁電源為0~2.5a可調的恆流源，按裝在主控制屏的右下部。須注意，切不可將恆流源輸出短路。
v1、ma、a1為直流電壓、毫安、**表，按裝在主控制屏的右下部。
交流電壓表、交流電流錶、功率表按裝在主控制屏上，不同型號的實驗台，其儀表數量不同，接法可參見非同步電機的接線。
實驗步驟：
（1）未上電源前，同步電機勵磁電源調節旋鈕逆時針到底，直流電機磁場調節電阻rf調至最小，電樞調節電阻rst調至最大開關s1、s2板向「2」位置（斷開位置）。
（2）按下綠色「閉合」按鈕開關，合上直流電機勵磁電源和電樞電源船形開關，啟動直流電機m03。
調節rst至最小，並調節可調直流穩壓電源（電樞電壓）和磁場調節電阻rf，使m03電機轉速達到同步發電機的額定轉速1500r/min並保持恆定。
（3）合上同步電機勵磁電源船形開關，調節m08電機勵磁電流if（注意必須單方向調節），使if單方向遞增至發電機輸出電壓u0≈1.3un為止。在這範圍內，讀取同步發電機勵磁電流if和相應的空載電壓uo，測取7-8組資料填入表4-2中。
表4-2n=nn=1500r/mini=0
（4）減小m08電機勵磁電流，使if單方向減至零值為止。讀取勵磁電流if和相應的空載電壓u0。填入表4-3中。
表4-2n=nn=1500r/mini=0
實驗注意事項：
（1）轉速保持n=nn=1500r/min恆定。
（2）在額定電壓附近讀數相應多些。
實驗說明：在用實驗方法測定同步發電機的空載特性時，由於轉子磁路中剩磁情況的不同，當單方向改變勵磁電流if從零到某一最大值，再反過來由此最大值減小到零時將得到上公升和下降的二條不同曲線，如圖4-2。二條曲線的出現，反映鐵磁材料中的磁滯現象。
測定引數時使用下降曲線，其最高點取u0≈1.3un，如剩磁電壓較高，可延伸曲線的直線部分使與橫軸相交，則交點的橫座標絕對值△if0應作為校正量，在所有試驗測得的勵磁電流資料上加上此值，即得通過原點之校正曲線，如圖4-3所示。
3．三相短路試驗。
（1）同步電機勵磁電流源調節旋鈕逆時針到底，按空載試驗方法調節電機轉速為額定轉速1500r/min，且保持恆定。
（2）用短接線把發電機輸出三端點短接，合上同步電機勵磁電源船形開關，調節m08電機的勵磁電流if，使其定子電流ik=1.2in，讀取m08電機的勵磁電流if和相應的定子電流值ik。
（3）減小發電機的勵磁電流if使定子電流減小，直至勵磁電流為零，讀取勵磁電流if和相應的定子電流ik2，共取資料7-8組並記錄於表4-4中。
表4-4u=0vn=nn=1500r/min
4．純電感負載特性
實驗步驟：
（1）未上電源前，把同步電機磁勵電源調節旋鈕逆時針調到底，調節可變電抗器使其阻抗達到最大，同時折除同步電機定子端的短接線。
（2）按空載試驗方法起動直流電動機m03，調節發電機的轉速達1500 r/min，並保持恆定。開關s2扳向「1」端，使電機帶純電感負載執行。
（3）調節同步電機勵磁電源，調節旋鈕順時針增大和可變電抗器，同時調節直流電動機的磁場調節電阻rf ，保持轉速1500 r/min，使同步發電機端電壓接近1.1倍額定電壓且電流為額定電流，讀取端電壓值和勵磁電流值。
（4）每次調節勵磁電流使電機端電壓減小且調節可變電抗器使定子電流值保持恆定為額定電流。讀取端電壓和相應的勵磁電流。測取7-8組資料並記錄於表4-5中。
表4-5n=nn=1500r/mini=in= a
5．測同步發電機在純電阻負載時的外特性。
（1）把三相可變電阻器rl調至最大，按空載試驗的方法起動直流電動機，並調節其轉速達同步發電機額定轉速1500r/min，且轉速保持恆定。
（2）開關s2合向「2」端（斷開感性負載），開關s1合向「1」端，發電機帶三相純電阻負載執行。
（3）合上同步電機勵磁電源船形開關，調節發電機勵磁電流if和負載電阻rl使同步發電機的端電壓達額定值220伏，且負載電流亦達額定值。
（4）保持這時的同步發電機勵磁電流if恆定不變，調節負載電阻rl，測同步發電機端電壓和相應的平衡負載電流，直至負載電流減小到零，測出整條外特性。記錄5-6組資料於表4-6中。
表4-6n=nn=1500r/min if= a cos=1
6．測同步發電機在純電阻負載時的調整特性。
（1）發電機接入三相負載電阻rl（s1合向「1」），斷開感性負載xl（s2合向「2」），並調節rl至最大，按前述方法起動電動機，並調節電機轉速1500r/min，且保持恆定。
（2）合上同步電機勵磁電源船形開關，調節同步電機勵磁電流if，使發電機端電壓達額定值un=220伏，且保持恆定。
（3）調節負載電阻rl以改變負載電流，同時保持電機端電壓不變。讀取相應的勵磁電流if和負載電流i，測出整條調整特性。測出6~7組資料記錄於4-7中。
表4-7u=un=220vn=nn=1500r/min
六．實驗報告
1.根據實驗資料繪出同步發電機的空載特性。
2.根據實驗資料繪出同步發電機短路特性。
3.根據實驗資料繪出同步發電機的純電感負載特性。
4.根據實驗資料繪出同步發電機的外特性。
5.根據實驗資料繪出同步發電機的調整特性。
6.由空載特性和短路特性求取電機定子漏抗xσ和特性三角形。
7.由零功率因數特性和空載特性確定電機定子保梯電抗。
8.利用空載特性和短路特性確定同步電機的直軸同步電抗xd（不飽和值）。
9. 利用空載特性和純電感負載特性確定同步電機的直軸同步電抗xd（飽和值）。
10.求短路比。
11.由外特性試驗資料求取電壓調整率δu％。
七．思考題
1.定子漏抗xσ和保梯電抗xp它們各代表什麼引數？ 它們的差別是怎樣產生的？
2.由空載特性和特性三角形用作圖法求得的零功率因數的負載特性和實測特性是否有差別？造成這差別的因素是什麼？
實驗二三相同步發電機的併聯執行
一．實驗目的
1.掌握三相同步發電機投入電網併聯執行的條件與操作方法。
2.掌握三相同步發電機併聯執行時有功功率與無功功率的調節。
二．預習要點
1.三相同步發電機投入電網併聯執行有那些條件？不滿足這些條件將產生什麼後果？如何滿足這些條件？
2.三相同步發電機投入電網併聯執行時怎樣調節有功功率和無功功率？調節過程又是怎樣的？
三．實驗專案
1.用準確同步法將三相同步發電機投入電網併聯執行。
2.用自同步法將三相同步發電機投入電網併聯執行
3.三相同步發電機與電網併聯執行時有功功率的調節。
4.三相同步發電機與電網併聯執行時無功功率調節。
(1)測取當輸出功率等於零時三相同步發電機的v形曲線。
(2)測取當輸出功率等於0.5倍額定功率時三相同步發電機的v形曲線。
四．實驗裝置及儀器
1．mel系列電機教學實驗台主控制屏。
2．電機導軌及測功機、轉矩轉速測量（nmel-13、mel-14）。
3．三相可變電阻器90ω（mel-04）。
4．旋轉指示燈及開關板（nmel-05a）。
5．同步電機勵磁電源（位於主控制屏右下部nmel-19）。
6．功率、功率因數表（或在主控制屏上，或為單獨的元件nmel-20）。
五．實驗方法及步驟
1．用準同步法將三相同步發電機投入電網併聯執行。
實驗接線如圖4-4。
三相同步發電機選用m08。
原動機選用直流並勵電動機m03（作他勵接法）。
ma、a1、v1選用直流電源自帶毫安表、電流錶、電壓表（在主控制屏下部）。
rst選用nmel-04中的兩隻90ω電阻相串聯（最大值為180ω）。
rf選用nmel-03中兩隻900ω電阻相串聯（最大值為1800ω）。
r選用nmel-04中的90ω電阻。
開關s1、s2選用nmel-05。
交流電壓表、電流錶、功率表的選擇同實驗3.1（非同步電動機的工作特性）。
同步電機勵磁電源固定在控制屏的右下部。
工作原理：三相同步發電機與電網首聯執行必須滿足以下三個條件。
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