三相同步电机参数的测定实验

一、实验目的
掌握三相同步发电机参数的测定方法，并进行分析比较加深理论学习。
二、预习要点
1、同步发电机参数X_d、X_q、X_d'、X_q'、X_d''、X_q''、X₀、X₂各代表什么物理意义？对应什么磁路和耦合关系？
2、这些参数的测量有哪些方法？并进行分析比较。
3、怎样判别同步电机定子旋转磁场与转子的旋转方向是同方向还是反方向？
三、实验项目
1、用转差法测定同步发电机的同步电抗X_d、X_q。
2、用反同步旋转法测定同步发电机的负序电抗X₂及负序电阻r₂。
3、用单相电源测同步发电机的零序电抗X₀。
4、用静止法测超瞬变电抗X_d''、X_q''或瞬变电抗X_d'、X_q'。
四、实验方法
1、实验设备

序 号	型 号	名 称	数 量
1	DQ03-1	电机导轨、旋转编码器及数显转速表	1件
2	DQ19	校正直流测功机	1件
3	DQ14	三相同步电机	1件
4	DQ26	三相可调电阻器	1件
5	DQ29	可调电阻器、电容器	1件
6	DQ44	数/模交流电流表	1件
7	DQ45	数/模交流电压表	1件
8	DQ25	智能型功率、功率因数表	1件
9	DQ31	波形测试及开关板	1件

2、屏上挂件排列顺序
DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ31、DQ26
DQ14同步电机作为电动机使用时，P_N（W）=90W，U_N(V)=220（Y），I_N(A)= 0.35A， n_N(r/min)= 1500，U_fN(V）=10V，I_fN(A)=0.8A，绝缘等级E级。

图5-6 用转差法测同步发电机的同步电抗接线图
3、用转差法测定同步发电机的同步电抗X_d、X_q。
(1) 按图5-6接线。同步发电机ＧＳ定子绕组用Y形接法。校正直流测功机ＭＧ按他励电动机方式接线，用作ＧＳ的原动机。R_f选用DQ29上1800Ω电阻，并调至最小。R_st选用DQ29上180Ω电阻，并调至最大。R选用DQ26上90Ω固定电阻。开关S合向R端。
(2) 把控制屏左侧调压器旋钮退到零位，功率表电流线圈短接。检查控制屏下方两边的电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”的位置。
(3）接通控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮，先接通励磁电源，后接通电枢电源，启动直流电动机MG，观察电动机转向。
(4）断开电枢电源和励磁电源，使直流电机MG停机。再调节调压器旋钮，给三相同步电机加一电压，使其作同步电动机起动，观察同步电机转向。
(5）若此时同步电机转向与直流电机转向一致。则说明同步机定子旋转磁场与转子转向一致，若不一致，将三相电源任意两相换接，使定子旋转磁场转向改变。
(6）调节调压器给同步发电机加5～15%的额定电压（电压数值不宜过高，以免磁阻转矩将电机牵入同步，同时也不能太低，以免剩磁引起较大误差）。
(7）调节直流电机MG转速，使之升速到接近GS的额定转速1500 r/min，直至同步发电机电枢电流表指针缓慢摆动（电流表量程选用0.3A档），在同一瞬间读取电枢电流周期性摆动的最小值与相应电压最大值，以及电流周期性摆动最大值和相应电压最小值。
(8）测此两组数据记录于表5-13中。
表5-13

序号	Imax（A）	Umin（V）	Xq（Ω）	Imin（A）	Umax（V）	Xd（Ω）
1
2

计算：
4、用反同步旋转法测定同步发电机的负序电抗X₂及负序电阻r₂。
(1) 将同步发电机电枢绕组任意两相对换，以改换相序使同步发电机的定子旋转磁场和转子转向相反。
(2) 开关S闭合在短接端(图示下端)，调压器旋钮退至零位。
(3) 接通控制屏上的钥匙开关，按下启动按钮，先接通励磁电源后接通电枢电源。启动直流电机ＭＧ，并使电机升至额定转速1500 r/min。
(4) 顺时针缓慢调节调压器旋钮，使三相交流电源逐渐升压直至同步发电机电枢电流达30～40%额定电流。
(5) 读取电枢绕组电压、电流和功率值并记录于表5-14中。
表5-14

序号	I（A）	U（V）	PⅠ（W）	PⅡ（W）	P（W）	r2（Ω）	X2（Ω）

表中：
计算：



5、用单相电源测同步发电机的零序电抗X₀。

图5-7 用单相电源测同步发电机的零序电抗
(1) 按图5-7接线，将GS的三相电枢绕组首尾依次串联，接至单相交流电源U、N端上。
(2) 调压器退至零位，同步发电机励磁绕组短接。
(3) 起动直流电机MG并使电机升至额定转速1500 r/min。
(4) 接通交流电源并调节调压器使GS定子绕组电流上升至额定电流值。
(5) 测取此时的电压、电流和功率值并记录于表5-15中。
表5-15

序号	U（V）	I（A）	P（W）	X0（Ω）

表中X₀的计算：

6、用静止法测超瞬变电抗X_d''、X_q''或瞬变电抗X_d'、x_q'。


图 5-8用静止法测超瞬变电抗
(1) 按图5-8接线，将ＧＳ三相电枢绕组联接成星形，任取二相端点接至单相交流电源U、N端上。两只电流表均用DQ44挂件。
(2) 调压器退到零位，发电机处于静止状态。
(3) 接通交流电源并调节调压器逐渐升高输出电压，使同步发电机定子绕组电流接近20%I_N。
(4) 用手慢慢转动同步发电机转子，观察两只电流表读数的变化，仔细调整同步发电机转子的位置使两只电流表读数达最大。
(5) 读取这位置时的电压、定子绕组电流、功率值并记录于表5-16中。从这数据可测定X_d''。
表5-16

序号	U（V）	I（A）	P（W）	Xd"（Ω）

表中X _d "的计算：


(6) 把同步发电机转子转过45°角，在这附近仔细调整同步发电机转子的位置使二只电流表指示达最小。
(7) 读取这位置时的电压U、电流I、功率P值并记录于表5-17中。从这数据可测定X_q''。
表5-17

序号	U（V）	I（A）	P（W）	Xq"（Ω）

表中X_q"的计算：



五、实验报告
根据试验数据计算：X_d、X_q、X₂、r₂、X₀、X_d"、X_q"。
六、思考题
1、各电抗参数的物理意义是什么？
2、各项试验方法的理论根据是什么？