广西大学电气工程学院发电机运行实验报告同步发电机运行与控制专业班级：姓名：学号：实验地点：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，配置常规仪表测量控制屏（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(5、6、7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。
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方法；（调节晶闸管的触发角即调节输出的平均电压）（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（整流，供给电动机运行），电动机调速方法（调励磁或电枢电压）；（5）电抗器DK的作用；（滤除高次谐波，使电动机转速变硬）（6）分流器3FL的作用和原理；（精密电阻，通过测量其上的压降得到直流电流）（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；（续流二极管，防止失控现象的发生）（6）3KM的作用，其常闭触点串Rm接励磁线圈的作用；（灭磁）（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 AB = 400 V，U BC = 400 V，U CA = 400 V3）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SCR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 AB = 14.77 V，U BC = 14.75 V，U CA = 14.73 V7）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 DC = 0.54 V，U AC = 134.7 V（二）空载试验将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开关放到SCR 位置，SCR放手动，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 AB = 396.7 V，U BC = 404.0 V，U CA = 397.1 VU ab = 39.83 V，U bc = 39.90 V，U ca = 39.88 V1）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。
2）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= 1460 r/nin，n[o]= 1500 r/nin，IFO = 1.25 A3）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。
1 2 3 4 5 6IF(A) 0 0.6 3 1 0.9 0.3UG(V) 25 200 425 300 250 1004）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。
5）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(要清楚发电机额定电流)，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。
1 2 3 4 5 6IF(A) 1.8 1.5 1.0 0.9 0.5 0.25IG(A) 10 8 6 5 3 1（四）实验报告及分析思考题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。
答：根据实验数据画出发电机空载特性UG=f（IF）和短路特性IG=f（IF），如图3所示；通过空载特牲的起点O将空载特牲直线段延长得到发电机不饱和的气隙线，如图中虚线所示；在纵轴上取IG=8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；求Xd值：Xd =UGO/IGn=480/8=60Ω。
图三发电机的空载短路特性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？答：在测定空载特性时，由于磁路存在饱和现象，当励磁电流增大时，空载特性曲线将向下弯曲，因而不是一条直线；在测定短路特性时，由于空气隙中的磁通密度甚低，加上本身电流的去磁作用，磁路始终处于不饱和状态，故短路特性为一条直线。
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？答：定子上有电压，因为励磁绕组由于磁滞的影响而带有剩磁，剩余磁场切割定子绕组产生电压。
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？答：定子绕组接成星形，根据基尔霍夫电流定律则相绕组中不存在三次谐波电流；若接成三角形则绕组中会有三次谐波电流流通，从而产生附加损耗，影响功率输出效率。
5）发电机建压后机组的转速是否有变化，分析原因。
答：有变化。
从图1接线中可以看出，发电机建压后会在电压互感器中产生空载损耗（主要是铁耗），因而转速会下降。
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。
答：根据直流电动机的转速公式Φ∆-+-=e aaaCU RrIUn2 )(可知，调节励磁电流可以连续平滑的调节速度，转速近似与每极磁通成反比，但是调速时高速受到机械强度和换向的限制，最低转速受到励磁绕组自身电阻和磁路饱和的限制，因此调速比不能太大，一般为1:2~1:6；调节电动机的电枢电压的方式，调节方便、损耗小，调速围广，可达1:24以上，其缺点是专用直流电源投资大。
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？答：根据上述公式可知，励磁电流为零则转速会迅速增大从而发生飞车现象，应该快速断开1KM，使电动机停止转动。
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，分析是否可行。
答：可行，但是对调速有影响，例如当晶闸管输出的平均电压升高时，按照公式励磁电流增大转速会下降，电源电压升高转速会上升，这样转速调节不灵敏。
9）三相桥整流模块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。
答：根据傅里叶级数变换，三相桥式整流模块的输出端的谐波有n=6k±1(k=1、2、3……)，电抗器具有滤除交流谐波作用，使电动机的调速特性平滑。
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？答：分流器是一个阻值很小的精密电阻，通过测量它的电压就可以得到流经它的电流；不能用电流互感器测量，因为电流互感器是测量交流电流的，而电动机的点数电流和发电机励磁电流为直流量。
实验三发电机同期并网实验（一）实验容和步骤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。