[宝典]三相同步发电机试验(手动)

[宝典]三相同步发电机试验(手动) 同步发电机运行 王庆华 贺秋丽 编 广西大学电气工程学院 目 录 一、实验目的 二、实验装置及接线 三、实验内容 实验一 电动机- 发电机组的接线 实验二 发电机组的起动和同步电抗Xd测定 实验三 发电机同期并网实验 实验四 发电机的正常运行 实验五 发电机的特殊运行方式 四、实验报告 五、附录 同步发电机运行实验指导书 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(6、7、8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)， 通过4QS进行切换，交流电源经励磁变压器CB降压隔离后，经分立元件整流装置或模块式晶闸管SCR-L变为直流，再通过灭磁开关3KM供电给发电机励磁绕组FLQ，励磁电流通过调压按钮或电位器2WR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。 发电机组上面有一台用皮带带动的原作为励磁机用的直流发电机，在其励磁绕组加上恒定的直流电压(从开关稳压电源引来)，则电枢上的电压正比于发电机组的转速，故用一只直流电压表即可测量发电机转子转速。 直流电动机的电枢电源来自电网380V交流电压，经空气开关1QS和接触器1KM供电给模块式晶闸管SCR-T变为直流，电枢电压通过调速按钮或电位器1WR进行调节。直流电动机的励磁电源来自电网220V交流电压，经单相调压器1TB和整流块整流后供给励磁绕组B1-B2，调节调压器的输出电压可调节励磁电流。调节电枢电压或励磁电流可以调速。 发电机组控制屏屏面上装有各种仪表、控制开关、按钮、指示灯等，图一对二次控制信号回路并没有画全，屏后接线和控制回路接线可参考实验室提供的详图。 三、实验内容 实验一 电动机- 发电机组的接线 注意:以下各项都要在现场找到并认识相关设备的构造。 1)直流电动机的接线 (1)电动机励磁回路的作用及其接线; (2)电动机励磁电流的调节; (3)电动机电枢回路的接线; (4)三相桥式整流模块SCR-T的作用，电动机调速方法; (5)电抗器DK的作用; (6)分流器3FL的作用和原理; (7)3QS和1KM的联锁接线和作用; (8)熟悉控制屏上电动机的操作设备及仪表。 2)同步发电机的接线 (1)发电机定子回路接线，2QS和2KM的作用; (2)电压互感器1TV、2TV和电流互感器1TA的作用和接线; (3)发电机的励磁方式，4QS的作用和接线; (4)发电机电压的建立和调节，励磁变压器CB的作用和接线; (5)SCR-L直流输出端并接一只二极管的作用; (6)3KM的作用，其常闭触点串Rm接励磁线圈的作用; (7)机组速度测量的原理; (8)三相组合式同期表的作用、外部结构和背后接线; (9)熟悉控制屏上发电机的操作设备及仪表。 实验二 发电机组的起动和同步电抗Xd测定 (一)机组起动 1)起动前，所有开关在断开状态，电位器1WR、2WR和调压器1TB在零位。 2)合上开关1QS，用电压转换开关2SA检测电网三相电压是否基本平衡，电动机调速屏 面上的绿灯应点亮; U= V， U= V， U= V AB BC CA 3)合上电动机励磁电源开关3QS，调节调压器1TB 使电动机励磁电流为额定值，注意 各机组额定值不同，可看铭牌或由老师告知; 4)在确认电动机励磁电流为额定值后,按下按钮1SB1使1KM合闸，电动机调速屏面上 的红灯应点亮，1KM合闸线圈回路串有3QS的一对常开触点连锁; 5)将1SA放到手动位置，旋转电位器1WR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(相当于转速表30V)，起动过程要监视机组的声音以及电枢电 压表、电流表、转速表的指示是否正常; 6)用万用表测量机端三相剩余电压(在屏后右侧端子排相应端子上测)，计算与额定电 压的百分比; U= V， U= V， U= V AB BC CA 7)用万用表测量电动机电枢回路所串电抗器的直流电压和交流电压，分析两者为什么 差别很大。 U= V， U= V DC AC (二)空载试验 1)将4QS扳向他励，发电机为他励励磁方式，合上2QS给上他励电源，操作3SA开关使 3KM合闸，用万用表检测励磁变压器CB两侧电压是否正常; U= V， U= V， U= V AB BC CA U= V， U= V， U= V ab bc ca 2)旋转电位器2WR缓慢升高发电机电压，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)旋转电位器2WR将电压降至零后，再旋转电位器2WR单向调节励磁电流，使发电机电 压单调增加直至450V，然后单调减小励磁电流直至零，记录励磁电流IF和定子端电 压UG，注意试验中电机的转速要维持恒定额定转速。 表1 发电机空载试验数据 1 2 3 4 5 6 IF(A) UG(V) 5)机组停机:旋转电位器2WR使发电机电压减到零，再旋转电位器1WR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，在发电机出线端接上三相短路线(可在1TV一次侧接线柱上用导 线短接); 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1.1倍定子额定电流，然后单调减小励磁电流直至 零，记录励磁电流IF和定子电流IG，试验完后拆除短路线。 表2 发电机短路试验数据 1 2 3 4 5 6 IF(A) IG(A) (四)实验报告及分析思考 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)调节电动机的电枢电压或励磁电流都可以调速，说明各有什么特点和应用场合。 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 AC行。 9)三相挢整流模快SCR-T会产生多少次的特征谐波，从电抗上的交直流电压分析电抗器的作用。 10)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, 实验三 发电机同期并网实验 (一)实验内容和步骤 1( 发电机为他励方式，将发电机组起动并起励建压至额定值，调节发电机频率为50Hz。 2( 合上6SA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(顺时针旋转说明发电机频率比系统高)，利用调压调速接钮精细调节发 电机电压和频率。当同期表指针顺时针均匀缓慢旋转并距零位6?左右时，立即按下 2SB1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6SA。 3( 旋转电位器1WR，有功功率和定子电流应能变化;旋转电位器2WR，励磁电流、无功功 率和定子电流应能变化。 4( 发电机解列:旋转电位器1WR调有功功率表为零，再旋转电位器2WR调定子电流表为 零(无功功率为零)，跳开发电机出口接触器2KM将发电机解列。 5( 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。 同期灯情况: ， 能否并网: 。 6( 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(顺时针旋转说明发电机频率比系统高还是低)和同期灯的情况， 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。 同期灯情况: ， 能否并网: 。 (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,这时发电机的定子电 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。 说明相序和相别的区别。 5(将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序，分析是否能够并网。 6、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。 实验四 发电机的正常运行 (一)发电机工作状态与励磁调节的关系(以下实验如不说明，发电机均系他励方式和并网运行) 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1.5KW左右，调节励磁电流额定值5A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，当定子电流达到额定值9.08A，不要再减小励磁电流，记录Q、I、COSφ数值于表3，注意要记录纯有功的状态。 3)根据实验结果，分析迟相、进相、纯有功运行状态的特点。 表3 改变励磁电流发电机各量的变化 P=1.5KW UG=380V f=50HZ 1 2 3 4 5 6 7 IF(A) IG(A) Q(KVAR) COSφ 4)使发电机输出的有功功率分别等于0、1KW、2KW功率时，调节励磁电流从某最小值(定子电流不超过额定值9.08A)到额定值，记录对应的定子电流值于表4，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[即IG=f(IF)]并分析，指出迟相运行、进相运行的区域。 表4 不同有功定值时改变励磁电发电机电流的变化 1 2 3 4 5 IF IG P=0 P=1KW P=2KW (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4A左右不变，调节有功从零到4KW左右，记录P、Q、I、COSφ数值于表5; 表5 改变有功功率发电机各量的变化 1 2 3 4 5 P(KW) IG(A) Q(KVAR) COSφ 2)分析有功变化时无功功率的变化情况。 (三)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)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。 3)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。 5)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, 6)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, 7)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, 发电机的特殊运行方式 实验五 (一)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。然后缓慢增加发电机有功，当发电机电流不断增大超过额定值时，说明发电机已失步，要立即减少有功或合上3KM将发电机拖回同步，如果仍然失步要跳开2KM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，并记录凸极机维持同步的功率的最大值。 表7 失磁时各表计的变化 n Q COSφ IG UG f P=0 P= KW P= 失步 2)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8，观察发电机的运行情况并分析。 表8 孤立负荷时发电机的运行参数 n P Q IG UG IF f 失磁前 失磁后 (二)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3KW和2KVAR，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。 表9 调相运行实验数据 n P Q COSφ IG UG IF 发电机运行 零有功运行 电动机运行 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。 表10 调相运行改变励磁电流各量的变化 1 2 3 4 5 IF IG UG Q COSφ (三)发电机甩负荷 1)发电机并网后将有功1KW和无功功率调到0.75kvar，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)。 表11 甩负荷时各表计的变化 n P Q COSφ IG UG IF 甩前 甩后 (五)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，机端电压为什么会下 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有什么变化,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)分析发电机甩负荷后运行参数变化的特点。 7)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。 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，最后写出实验的体会、问题和建议。 G ,UGI五、附录 UGOB1(不饱和Xd的求法 UG1)根据实验数据画出发电机空载特性 IGUG=f(IF)和短路特性IG=f(IF)，如 IGn图3所示; A2)通过空载特牲的起点O将空载特牲直 IF线段延长得到发电机不饱和的气隙线， O 如图中虚线所示; 图3 空载特性和短路特性 3) 在纵轴上取IG=IGn对应于短路特性的点A，并往上查得气隙线上的点B 所对应的电 势UGO; 24)求Xd值:Xd = UGO/IGn ， Xd* = Xd Sn/Un