一、实验目的
1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。
二、预习要点
1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？ 2、这些基本特性各在什么情况下测得？ 3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？
三、实验项目
1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。
2、空载实验：在n=nN、I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f(If)。 3、三相短路实验：在n=nN、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线IK=f(If)。 4、纯电感负载特性：在n=nN、I=IN、cosφ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。
5、外特性：在n=nN、If=常数、cosφ=1和cosφ=0.8(滞后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。 6、调节特性：在n=nN、U=UN、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线If=f(I)。
四、实验方法
1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 MET01 DD03 DJ23 DJ18 D34-2 D51 D52 名 称 电源控制屏 不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表 校正直流测功机 三相凸极式同步电机 智能型功率、功率因数表 波形测试及开关板 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 数 量 1台 1件 1台 1台 1件 1件 1件 2、屏上挂件排列顺序 D34-2、D52、D51
3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻
被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。
测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于表5-1中。 表5－1 室温20℃ 绕组Ⅰ 绕组Ⅱ 绕组Ⅲ I(mA) 48.1 26.7 33.8 33.8 26.7 40.8 26.7 33.5 47.1 U(V) 0.76 0.42 0.53 0.53 0.42 0.64 0.42 0.53 0.74 R(Ω) 63.3 63.6 63.8 63.8 63.6 63.8 63.6 63.2 63.6 图5-1 三相同步发电机实验接线图
4、空载实验
(1) 按图5-1接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y形接法(UN=220V)。Rf2用R4组件上的90Ω与90Ω串联加R6上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，Rst用R2上的180Ω电阻值，Rf1用R1上的1800Ω电阻值。开关S1，S2选用D51挂箱。
(2) 调节D52上的24V励磁电源串接的Rf2至最大位置。调节MG的电枢串联电阻Rst至最大值，MG的励磁调节电阻Rf1至最小值。开关S1、S2均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。
(3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮,接通励磁电源开关，看到电流表A2有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关,起动MG。MG起动运行正常后, 把Rst调至最小，调节Rf1使MG转速达到同步发电机的额定转速1500 r/min并保持恒定。
(4) 接通GS励磁电源，调节GS励磁电流(必须单方向调节)，使If单方向递增至GS输出电压U0≈1.3UN为止。
(5) 单方向减小GS励磁电流，使If单方向减至零值为止，读取励磁电流If和相应的空载电压U0。
(6) 共取数据7～9组并记录于表5-2中。
表5-2 n=nN=1500r/min I=0 序 号 U0（V） 1 286 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 0.03 11 15.5 If（A） 1.48 0.96 0.81 0.76 0.68 0.54 0.43 0.28 0.15 0.01 250 230 220 200 170 140 100 60 在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不同，当单方向改变励磁电流If从零到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零时将得到上升和下降的二条不同曲线,如图5-2。二条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定参数时使用下降曲线，其最高点取U0≈1.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使与横轴相交，则交点的横座标绝对值Δif0应作为校正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上此值，即得通过原点之校正曲线，如图5-3所示。
注意事项：
(1) 转速要保持恒定。
(2) 在额定电压附近测量点相应多些。
图5-2上升和下降二条空载特性 图5-3校正过的下降空载特性
5、三相短路试验
(1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的Rf2至最大值。调节电机转速为额定转速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的24V励磁电源，调节Rf2使GS输出的三相线电压(即三只电压表V的读数)最小，然后把GS输出三端点短接，即把三只电流表输出端短接。
(3) 调节GS的励磁电流If使其定子电流IK=1.2IN，读取GS的励磁电流值If和相应的定子电流值IK。
(4) 减小GS的励磁电流使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流If和相应的定子电流IK。
(5) 共取数据5～6组并记录于表5-3中。 表5-3 U=0V； n＝nN=1500r/min 序 号 IK（A） 1 0.547 2 0.500 0.825 3 0.404 0.664 4 0.300 0.480 5 0.201 0.311 6 0.100 0.136 7 0.012 0.030 If （A） 0.925 6、纯电感负载特性
(1) 调节ＧＳ的Rf2至最大值，调节可变电抗器使其阻抗达到最大。同时拔掉ＧＳ输出三端点的短接线，A1表改用数模双显智能直流电流表。
(2) 按他励直流电动机的起动步骤(电枢串联全值起动电阻Rst，先接通励磁电源，后接通电枢电源)起动直流电机ＭＧ，调节ＭＧ的转速达1500 r/min且保持恒定。合上开关S2，电机GS带纯电感负载运行。
(3) 调节Rf2和可变电抗器使同步发电机端电压接近于1.1倍额定电压且电流为额定电流，读取端电压值和励磁电流值。
(4) 每次调节励磁电流使电机端电压减小且调节可变电抗器使定子电流值保持恒定为额定电流。读取端电压和相应的励磁电流。 (5) 取几组数据并记录于表5-4中。
表5-4 n＝nN=1500r/min I=IN= 0.45 A U（V） If（A） 242 2.07 230 1.861 220 1.748 200 1.518 180 1.402 160 1.288 158 1.304 7、测同步发电机在纯电阻负载时的外特性
(1) 把三相可变电阻器RL接成三相Y接法，每相用R组件上的1300Ω，调节其阻值为最大值。 (2) 按他励直流电动机的起动步骤起动MG，调节电机转速达同步发电机额定转速1500 r/min，而且保持转速恒定。
(3)断开开关S2，合上S1，电机GS带三相纯电阻负载运行。
(4) 接通24V励磁电源，调节Rf2和负载电阻RL使同步发电机的端电压达额定值220伏且负载电流亦达额定值。
(5) 保持这时的同步发电机励磁电流If恒定不变，调节负载电阻RL，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，直至负载电流减小到零，测出整条外特性。 (6) 共取数据5～6组并记录于表5-5中。
表5-5 n＝nN=1500r/min If= A cosφ=1 U（V） If（A） 220 0.450 231 0.400 245.5 0.300 254.1 0.200 259.7 0.115 264.3 0 8、测同步发电机在负载功率因数为0.8时的外特性
(1) 在图5-1中接入功率因数表，调节可变负载电阻使阻值达最大，调节可变电抗器使电抗值达最大值。
(2) 调节Rf2至最大值，起动直流电机并调节电机转速至同步发电机额定转速1500转/分，且
保持转速恒定。合上开关S1，S2。把RL和XL并联使用作电机GS的负载。
(3) 接通24V励磁电源，调节Rf2、负载电阻RL及可变电抗器XL，使同步发电机的端电压达额定值220伏，负载电流达额定值及功率因数为0.8。
(4) 保持这时的同步发电机励磁电流If恒定不变，调节负载电阻RL和可变电抗器XL使负载电流改变而功率因数保持不变为0.8，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，测出整条外特性。 (5)共取数据5～6组并记录于表5-6中。
表5-6 n＝nN=1500r/min If= 1.531 A cosφ=0.8 U（V） I（A） 220 227.9 245 259.7 262.9 0.450 0.402 0.300 0.200 0.180 9、测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性
(1)发电机接入三相电阻负载RL，调节RL使阻值达最大，电机转速仍为额定转速1500 r/min且保持恒定。
(2) 调节Rf2使发电机端电压达额定值220伏且保持恒定。
(3) 调节RL阻值，以改变负载电流，读取相应励磁电流If及负载电流，测出整条调整特性。 (4) 共取数据4～5组记录于表5-7中。
表5-7 U=UN=220V n=nN=1500r/min I（A） If（A） 0.45 1.151 0.407 0.114 0.302 0.980 0.202 0.869 0.101 0.811 五、实验报告 1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。
以上图均在 MATLAB 上画出，代码如下：
空载特性：u=[286 250 230 220 200 170 140 100 60 20 15.5]; i=[1.48
0.96 0.81 0.76 0.68 0.54 0.43 0.28 0.15 0.03 0.01]; [p,s]=polyfit(i,u,2);
xi=linspace(-0.03,1.6,100); z=polyval(p,xi); plot(xi,z,i,u,'*')
xlabel('If/A') ylabel('U0/v')
短路实验：Ik=[0.547 0.500 0.404 0.300 0.201 0.100 0.012];
If=[0.925 0.825 0.664 [p,s]=polyfit(If,Ik,2); z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,Ik,'+') xlabel('If/A') ylabel('Ik/A')
0.480
0.311
0.136
0.030];
xi=linspace(0.03,1.00,10);
纯电感负载特性：U0=[242 230 220 200 180 160 158]; If=[2.07 1.861 1.748 1.518 1.401 1.288 1.304]; [p,s]=polyfit(If,U0,2); xi=linspace(1.00,2.2,100);
z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,U0,'+') xlabel('If/A') ylabel('U0/v')
纯电阻外特性：U=[220 231 245.5 254.1 259.7 264.3]; If=[0.450 0.400 0.300 0.200 0.115 0]; [p,s]=polyfit(If,U,2); xi=linspace(0,0.5,100);
z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,U,'+') xlabel('If/A') ylabel('U/v')
功率因数 0.8 时外特性：U=[220 227.9 245 259.7 262.9]; I=[0.450 0.402 0.300 0.200 0.180]; [p,s]=polyfit(I,U,2); xi=linspace(0,0.5,100);
z=polyval(p,xi); plot(xi,z,I,U,'r*') xlabel('I/A') ylabel('U/v')
纯电阻调整特性：I=[0.45 0.407 0.302 0.202 0.101]; If=[1.151 1.041 0.98 0.869 0.811]; [p,s]=polyfit(If,I,2); xi=linspace(0.8,1.2,100);
z=polyval(p,xi); plot(xi,z,If,I,'*') xlabel('If/A') ylabel('I/A')
六、思考题
1、定子漏抗Xσ和保梯电抗Xp它们各代表什么参数？它们的差别是怎样产生的？ 2、由空载特性和特性三角形用作图法求得的零功率因数的负载特性和实测特性是否有差别？造成这差别的因素是什么？
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