四川大学同步电机实验-精品报告系列

实验报告书课程名称：实验项目：专业班组：实验时间：成绩评定：评阅教师：电机学三相同步发电机的运行特性电机学老师：曾成碧苗虹三相同步发电机的运行特性

一．实验目的

1掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因数负载特性的实验求取法。2学会用实验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳太参数。二．预习要点

（一定要画电路图！）

1同步发电机空载、短路和零功率因数负载特性曲线的意义是什么？曲线的大致状态如何？

答：同步发电机空载特性曲线U0f(If)反映了同步发电机的空载特性，即在额定转速下，定子绕组中电流为零时，绕组端电压和转子激磁电流之间的关系。由于同步发电机空载时与变压器空载等效电路相似，故同步发电机空载特性曲线与变压器空载磁化曲线状态相似（如下图1中的蓝线）

同步发电机短路特征曲线Ikf(If)反映了同步发电机的短路特性，即在,电枢绕组端发生电压三相稳态短路时发电机转速保持为同步速（n=n1）（U=0），短路电流Ik与励磁电流If的关系。由于短路时限制短路电流的只有发电机的同步阻抗，忽略电枢电阻只考虑同步电抗时，短路电流可认为纯感性，故电枢电

流与励磁电流成正比，短路特征曲线是一条直线。（如下图2）

零功率因数负载特性曲线Uf(If),cos0,nn1,IIN反映了同步发电机在同步转速与额定电流下，端电压与励磁电流之间的关系。当电枢电流I=0，cos0时的零功率因数负载曲线就是空载特征曲线，故二者具有相似的形状，只不过曲线向右平移了一段距离（如下图1中的红线）

2怎样利用空载、短路和零功率因数负载特性曲线来求取同步发电机的稳态参数？

①直轴同步电抗不饱和值xd的求取：

在同一张坐标纸内做出短路特性曲线、气隙线，任取一个励磁电流值找到对应的气隙线上的E和短路特性曲线上的Ik，这xd

②直轴同步电抗饱和值xd的求取：

在同一个图像中做出零功率因素特性曲线和空载特性曲线，在IdIIN时的零功率因数特性曲线上取出对应于U=UN的励磁电流IfN的再在空载特性曲线上取出对应于IfN的空载电动势E0N，得xd

③定子漏电抗x的求取：

在同一个图像中做出空载特性及零功率数特性曲线，作ON=UN作NA//横轴，截取线段AD使AD=OR=Ifk，由D点引一直线BD，BD//空载特性起始部

E0NUNINEIkBC为漏抗压降分，由B点作垂线交AD于C，△ABC为特性三角形，

3怎样利用凸极同步电机的简化向量图来求取同步发电机的电压变化率

ΔU？

如右图，假设已知机端电压U电流I和移相角φ和纵轴同步电抗xd和横轴同步电抗xq，则如图先做出jIxq，得到EQ则得到Q轴方向，顺时针旋转90度得到d轴，将I分解到q轴d轴，在U的末尾做出jIqxq和jIdxd即可得到E0。

利用公式

u

E0UN100%UN即可求出电压变化率。

三．实验内容

1空载实验：在n=nN，I=0的条件下，测取同步发电机的空载8特性曲线Uo=f(If)。

2三相短路实验：在n=nN，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线Ik=f(If).四．实验线路及操作步骤

+K1-~380V电压测针电流插销K2VARaDRf1~220V

f1f2图17-1 同步发电机空载 短路实验接线图1

空载实验：实验接线图如图17—1所示

K3（一定要画接线

图！）

实验时启动原动机（直流电动机），将发电机拖到额定转速，电枢绕组开路，调节励磁电流使电枢空载电压达到120%UN值左右，读取三相线电压和励磁电流，作为空载特性的第一点。然后单方向逐渐减小励磁电流，较均匀地测取8到9组数据，最后读取励磁电流为零时的剩磁电压，将测量数据记录于表中，然后计算下列空载参数：U0=

UABUBCUAC3U0*=

UU0N

If*=I´f+ΔIf0If0为U0=UN时的If值。若空载特性剩磁较高，则空载特性应予以修正，即将特曲线的的直线部分延长与横轴相交，交点的横坐标绝对植ΔIf0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上ΔIf0，即得通过坐标原点之空载校正曲线。如下图所示：

U0实测曲线ΔIf0ΔIf0修正后的曲线ΔIf00If图17-2 空载特性修正根据上述实验数据可绘制同步发电机修正后的空载特性曲线。

短路实验：实验线路图同样如图17—1所示。

在直流电动机不停机状态下，并且，发电机励磁电流等于零的情况下，这时合上短路开关K2，将电枢三相绕组短路，将机组转速调到额定值并保持不变，逐步增加发电机的励磁电流If，使电枢电流达到（1.1-1.2）倍额定值，同时量取电枢电流和励磁电流，然后逐步减小励磁电流直到降为0为止。其间共同读取5-6组数据，记于表中，并按下式计算短路实验参数：

2

IK=

IAIBIC3IK*=

IIKNIfIfIfo式中：IN---发电机额定电流

If0---空载电压为额定电压时的励磁电流。

根据上述实验数据可绘制同步发电机短路特性曲线。五．实验数据

三相同步发电机空载试验：n=1500r/min

序号UAB

123456UBC

空载电压（V）UAC

U0

U0*If’励磁电流（A）If

If*

其中U0

UABUBCUACU

U0*03UNIf*I'fIf0三相同步发电机短路实验

序号IA

12IB

短路电流（A）IC

Ik

Ik*

I’f

励磁电流（A）If

If*

3456其中IK

IAIBIC3六．实验报告：1.根据实验数据用直角坐标纸给出三相同步发电机的空载特性气隙线下图即是同步发电机空载特性

U0fI'f曲线

由图可得If00.033A

将横坐标加0.033得到修正曲线

该三相同步发电机气隙线如下图所示（根据报告要求，气隙线，画法见

电机书233页）

根据实验数据用直角坐标纸给出三相同步发电机的短路特性曲线：下图即同步发电机IKf(If)的图像

由于没有进行零功率因数的实验，零功率因数特性曲线无法求得。2利用空载和短路特性曲线求出同步电抗的不饱和值Xd*和漏电抗Xo*

取If0.6A得到短路电流2.55A，对应的气隙线上E=280V所以

xd

280

/363.42.55

UN63.4400

63.463.40.99Zb3IN33.6

xd*

由于没有进行零功率因数的实验，漏电抗无法求得。

3求同步发电机的适中比（短路比）SCR（原理在书上第233页）空载电势等于额定电压时的励磁电流称空载额定励磁电流Ifo，在励磁电流

为If0时做三相稳定短路试验测得的短路电流Ik，与额定电流IN之比叫短路比

IIkckIIf0

ff0INIfkKc，根据计算公式有即短路比又可定义为空载时使空载电压为额定值的励磁电流If0与短路时使短路电流为额定值的励磁电流Ifk的比值。

根据实验数据结果可知该同步发电机短路比SCR为

kc

IkINIfIf0



If0

=？？？代入数据计算Ifk4利用简化向量图求作当I=IN,cosØ=0.8滞后时的电压变化率ΔU%（设Xq*=0.6Xd*）。将数据计算后结果代入图中绘图

设U10则I136.87EQUjIxq11*0.99*0.69036.871.43719.3119.3136.8756.18Idsin0.83Iqcos0.56

E0UjIdxdjIqxq1j0.830.9919.3190j0.560.59419.311.76519.37

1.7651

100%76.5%1七．误差分析

1．同步发电机在进行空载和短路实验过程中均保持其转速为额定转速n=n0=1500r/min，但实验中使用的是荧光灯频率同步法进行校正，虽然简单易行但不能保持为电机为精确的额定转速。

2．同步发电机转速在实验中会受到周围电机机械运动以及电磁干扰的影响，其转速不能一直保持不变，会引入误差。

3.实验过程中当空载电压变化与短路电流变化调整时，同步发电机转速会发生改变，需要重新调整其为额定转速，则该过程会引入测量误差。

4．实验数据主要运用了电压表和电流表三个电表读数，其精度有限，可能引入测量误差。

5．在短路实验中由于电机出于稳态短路运行，额定转速下短路电流变化波动较大不能保持稳定值，则在数据肉眼读取上可能引入误差。

6．随同步发电机运行时间其可能出现发热温度变化，可能会造成空载及短路实验参数出现变化，从而引入误差。

u

八.所遇问题与解决方案

1.同步电机短路实验时短路电流读取电流表指针不断摆动无法静止的问题，后经过小组讨论根据测量原理中以指针两侧摆幅相等的直线处读数加以解决；2．对各电表量程选择不确定的问题，后经过老师指导，在电机电源关闭情况下进行计算得出大致数值后将电表量程转换至合适位置加以解决。

3．针对发电机转速无法始终保持不变的问题，由一名组员专门在每组实验测量前用荧光灯频率同步法调整发电机转速至额定值，确保的测量数据的可靠性。九．实验总结与感想

本次一共进行了两组实验，需要测试大量的数据结果，组员轮流上阵不断重复着相同的测量动作，充分的锻炼了我们的团队合作能力和实践能力，令我们受益匪浅。做实验时印象最深刻的莫过于进行同步发电机实验的时候将其转速调整至额定转速，通过与灯光的频闪、即电网频率50Hz做比较，发电机转轴上的黑影不再移动，完成了调速，但作为了解日光灯会频闪的我也没有想到可以如此调转速，这一频率同步法十分简便有效。

这次试验从最初的连线到最后的实验报告均由学生自己完成，老师的帮助不多但在必要时刻能给与帮助，这样的实验氛围使得我们收获颇多。实验中又动脑有动手的就是连线，三次连线让我们更加了解电机的内部结构，锻炼了我们根据书本上线路图进行实际连线的能力，让我们把理论与实践相结合。通过本次实验，

我们锻炼了自己的动手能力和团队配合能力，有了对同步发电机更加深入的了解，激发了我们对电机学深入学习的热情，令我们受益匪浅。