电机学实验报告
实验四 同步发电机运行特性
一、实验目的
1．掌握用实验方法测取三相同步发电机对称运行特性的方法；
2．掌握用实验数据获取同步发电机稳态参数的方法。
二、实验内容
1．测取发电机的空载特性；
2．测取发电机的短路特性；
3．测取额定电流条件下发电机的零功率因数负载特性。
三、实验接线图
测取三相同步发电机对称运行特性的实验线路图如图4-1所示。其中发电机G的转子与直流电动机M的转子机械连接，转子励磁绕组接励磁电源，电枢绕组为Y形连接。
图4-1 三相同步发电机运行特性接线图
实验过程中，测定三相同步发电机空载特性的时候，将开关S2打开，这样同步发电机处于空载状态。
测定三相同步发电机短路特性的时候，将开关S2的右侧的三个端口短接，这样同步发电机处于短路运行状态。
测定额定电流条件下三相同步发电机零功率因数负载特性的时候，将开关S2闭合，XL为一个三相饱和电抗器，忽略电阻，则它的功率因数为零，这样来测定零功率因数负载特性。
四、实验设备
1．G同步发电机PN=2kW、UN=400V、IN=3.6A、nN=1500r/min；
2．M直流电动机PN=2.2kW、UN=220V、IN=12.4A、UfN=220V、nN=1500r/min；
3．变阻器 R1：0/204Ω、0/17A，励磁变阻器Rf1：0/500Ω、1A；
4．XL三相饱和电抗器；
5．直流电流表30A(电枢)；
6．直流电流表4A(励磁)；
7．直流电压表400V；
8．交流电压表500V；
9．交流电流表10A；
10．功率表500V 10A。
五、实验数据
1．测定发电机的空载特性：
表4-1 发电机的空载特性实验数据 n=nN=1500r/min I=0
其中U0=( UAB +UAB +UCA)/3。
2．测定发电机的短路特性：
表4-2 发电机的短路特性实验数据 n=nN=1500r/min U=0
其中Ik =( IA + IB + IC)/3。
3．测定发电机的零功率因数负载特性：
表4-3 发电机的零功率因数负载特性实验数据 n=nN=1500r/min I=IN=3.61A
其中U=( UAB +UAB +UCA)/3。
六、特性曲线、参数计算及问题分析
1．根据实验数据作出同步发电机的空载运行特性曲线U0=f(If)，如下图4-2所示：
图4-2 发电机空载运行特性曲线
2．根据实验数据作出同步发电机的短路运行特性曲线Ik=f(If)，如下图4-3所示：
图4-3 发电机短路运行特性曲线
3．根据实验数据作出同步发电机的零功率因数负载特性曲线U=f(If)，如下图4-4所示
图4-4 发电机零功率因数负载特性曲线
4．利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗Xd（不饱和值）以及短路比：
计算直轴同步电抗Xd需要在取同一个If值的情况下，计算空载电压U0和短路电流Ik的比值。
首先选定If = 0.589 A。此时由实验数据可以直接读出Ik = 1.58 A；由于空载特性曲线中If在（0，0.8）范围内大致呈一条直线，所以可以计算出If = 0.589 A时，电压U0 = 237.934V。
所以可以计算得：
Xd（不饱和值）= 
= 
= 150.59 Ω
计算短路比，需要确定当空载为额定电压时，空载特性曲线所对应的电流If，并求出电流为If 时的短路电流Ik。
由空载特性实验数据大致可以求出，空载特性曲线所对应的电流：
If = 
+ 1.159 = 1.1885 A
再由短路特性曲线，可以大致计算出，此时：
Ik = 
+ 2.5767 = 2.9675 A
所以，短路比为：
Kc= 
= 0.822
5．利用空载特性和纯电感负载特性确定同步电机的直轴同步电抗Xd（饱和值）：
计算同步电机的直轴同步电抗饱和值，需要先找出纯电感负载，即零功率因数负载时，额定电压时的电流If，然后根据If求出空载时的电压U0。最后利用U0和UN、IN求出同步电抗饱和值。
由同步发电机零功率因数负载特性的实验数据可以看出，额定电压时，If = 3.077A，此时，可以近似求得，空载时的电压U0：
U0 = 
+ 439.8 = 629.457 V
所以，同步电抗饱和值：
Xd（饱和值）= 
= 63.56 Ω
6．根据空载特性和零功率因数负载特性求发电机保梯电抗Xp：
计算同步电机保梯电抗，需要确定空载和零功率因数负载时，电压为零时所对应的If的差值，并利用该差值，通过作图，求出空载曲线上的电压U0。最后利用U0和UN、IN求出保梯电抗。
首先，求出差值：
If0 = 1.943 - 
= 1.3132A。
从零功率因数负载特性数据可知，额定电压时，If = 3.077A，所以在空载特性曲线上，通过点（1.7638A，400V）作斜率与气隙电抗斜率相同的直线，经计算可得，两者交点的电压值为：（2.113A，518.26V）。
所以计算保梯电抗为：
Xp = 
= 32.76 Ω
七、思考题
1．同步发电机的短路特性为什么是一条直线？
答：短路时，电机的气隙磁通很小，所以电机的同步电抗为常数，所以Φ0正比于If，所以有Ik∝E0∝Φ0∝If，即短路特性是一条直线。
2．由空载特性和零功率因数负载特性求出的保梯电抗Xp与电枢漏抗Xσ有什么区别？
答：保梯电抗Xp大于电枢漏抗Xσ。因为零功率因数负载时，当电压加到额定电压，由于磁路的饱和，磁阻要变大，所以这时作电抗三角形，该三角形就会处于空载特性曲线下方，这样会使电抗三角形的高度变高。电抗三角形的高度代表的正是电抗的大小，所以保梯电抗的值要大于电枢漏抗的值。
八、心得与体会
这次实验是我和另外三名组员合作完成的第三组实验。有了前两次的合作经验，这次我们组的实验进展依旧非常顺利。通过这次实验，我对同步发电机的空载、短路以及零功率因数负载特性有了更加深入的认识，尤其实在处理实验数据的过程中，将课堂上的公式进一步理解，这些都对今后电机的学习有很大帮助。
第二篇：电机学试卷(两套)_上海交大
上海交通大学《电机学》试 卷（A）
姓名 班级 学号 成绩
一，选择题*和填空题(* 可选多个答案) 1，一台三相异步电动机，电源频率为50赫，转子转速n=1480转／分，则其转子绕组感应电势的频率为________，转子电流产生的旋转磁势相对于转子转速为____________，相对定子的转速为____________。
2，变压器的额定容量SN=320千伏安，空载损耗p0=21千瓦，如果电压
下降10％，变压器的空载损耗将为____________。
3，异步电动机转子转速减小时，转子旋转磁势在空间的转速 。 （选填：①增大；②减小；③保持不变。）
4，一台三相变压器，额定电压为380／220伏，△／Ｙ联接，如果把原边绕组匝数减少10％，外施电压仍为380伏，那么付边得到的线电压是______伏，此时变压器的变比为______。（不考虑饱和效应）
5，要改变并励直流电动机的转向，可以___ 。（选填：① 增大励磁； ② 改变电源极性；③ 改接励磁绕组）
6，并励直流发电机自励必须满足的条件是： ____________ ______； ______ _____ _____； _____________________________。
7，一台并励直流发电机正常运行后停机，现将原动机反转，希望能正常工作，应该______________________。（选填：① 将并励绕组反接； ② 将电枢绕组反接；③ 将并励绕组和电枢绕组同时反接）
8，直流发电机的电磁转矩与转速的方向____________。（选填：① 相同； ② 相反；③ 无关）
9，一台并励直流发电机希望改变它电枢两端的正负极性，采用的方法是 ___ __。（选填：① 改变原动机的转向； ② 改变励磁绕组的接法；③ 既改变原动机的转向又改变励磁绕组的接法）
10，有一台三相交流同步发电机，12极，若转子磁场以600转／分的转速相对三相绕组旋转，那么绕组中产生感应电势的基波频率为________赫，产生的五次谐波电势频率为__________赫。
11，当同步发电机空载电压大于电网电压10％时，将发电机与电网并联（其它并联条件均已满足），此时发电机将向电网输出____________性的电流。
12，用一台转矩随转速增加而略有下降的原动机拖动一台同步发电机，此发电机对一台功率相近的三相异步电动机供电。若不调节同步发电机的励磁电流，当异步电动机的负载转矩增加时，同步发电机的电压将________，频率将________输出电流将________输出功率将________。
二，计算题
1，一台单相变压器，容量为150千伏安，额定电压2400／240伏。其参数如下：Z1=0.2+j0.45Ω；Z2=0.002+j0.0045Ω；Zm=240+j1518Ω。
求：1）当U2=U2N、I2=I2N ，Cos?2?0.8（滞后）时，原边的电压和电流；
2）当I2=I2N ，且供给Cos?2?0.8（滞后）时的电压调整率及效率。
2，有一台三相异步电动机，PN=55千瓦，fN=50赫，p＝2，转子是绕线式，转子每
相电阻r2=0.012欧。已知在额定负载下转子铜耗为2210瓦，机械损耗为2640瓦，
杂散损耗为310瓦。
求：1）此时的转速及电磁转矩；
2）若1）中的电磁转矩保持不变，而将转子转速降到1300转／分，应该在转子的每相绕组中串入多大电阻？此时转子铜耗是多少？
3，一台并励直流电动机，额定值如下：UN = 110伏，nN = 1500转/分，IN = 28安，枢路总电阻Ra = 0.15欧，场路总电阻Rf = 110欧。在额定负载情况下，突然在电枢回路串入0.5欧的电阻，若不考虑电感的影响，并略去电枢反应作用。 求：⑴ 在串入电阻后瞬间电枢反电势、电枢电流、电磁转矩；
⑵ 若总制动转矩减少一半，求串入电阻后的稳定转速。
4，一台三相汽轮发电机并联于无穷大电网，额定运行时cos?N?0.8(滞后), 同步电抗Xt??0.8，电枢电阻略去不计。保持励磁不变且不考虑电枢反应的影响。 求：当输出有功功率减半时的励磁电势标么值、电枢电流标么值、 功率因数cos?和功率角。
上海交通大学《电机学》试 卷（B）
姓名 班级 学号 成绩
一， 选择题*和填空题(* 可选多个答案)
1，一台三相异步电动机，电源频率为50赫，转子转速n=1475转／分，则其转子绕组感应电势的频率为________，转子电流产生的旋转磁势相对于转子转速为____________，相对定子的转速为____________。
2，变压器的额定容量SN=320千伏安，空载损耗p0=19千瓦，如果电压
下降10％，变压器的空载损耗将为____________。
3，异步电动机转子转速减小时，转子旋转磁势在空间的转速 。 （选填：①保持不变；②增大；③减小。）
4，一台三相变压器，额定电压为380／220伏，△／Ｙ联接，如果把原边绕组匝数减少10％，外施电压仍为380伏，那么变压器的变比为______，此时付边得到的线电压是______伏。（不考虑饱和效应）
5，有一台三相交流同步发电机，10极，若转子磁场以600转／分的转速相对三相绕组旋转，那么绕组中产生感应电势的基波频率为________赫，产生的五次谐波电势频率为__________赫。
6，用一台转矩随转速增加而略有下降的原动机拖动一台同步发电机，此发电机对一台功率相近的三相异步电动机供电。若不调节同步发电机的励磁电流，当异步电动机的负载转矩增加时，同步发电机的电压将________，频率将________输出电流将________输出功率将________。
7，当同步发电机空载电压大于电网电压10％时，将发电机与电网并联（其它并联条件均已满足），此时发电机将向电网输出___________性的电流。
8，一台并励直流发电机正常运行后停机，现将原动机反转，希望能正常工作，应该______________________。（选填：① 将并励绕组和电枢绕组同时反接； ② 将电枢绕组反接；③ 将并励绕组反接）
9，一台并励直流发电机希望改变它电枢两端的正负极性，采用的方法是 ___ __。（选填：① 改变原动机的转向； ② 既改变原动机的转向又改变励磁绕组的接法；③改变励磁绕组的接法）
10，要改变并励直流电动机的转向，可以___ 。（选填：① 增大励磁； ②改接励磁绕组；③改变电源极性）
11，直流发电机的电磁转矩与转速的方向___________。（选填：① 相同； ②无关；③相反）
12，并励直流发电机自励必须满足的条件是： ____________ ______； ___________ _____； __________ ___________________。
二，计算题
1，一台并励直流电动机，额定值如下：UN = 110伏，nN = 1500转/分，IN = 28安，枢路总电阻Ra = 0.15欧，场路总电阻Rf = 110欧。在额定负载情况下，突然在电枢回路串入0.5欧的电阻，若不考虑电感的影响，并略去电枢反应作用。 求：⑴ 在串入电阻后瞬间电枢反电势、电枢电流、电磁转矩；
⑵ 若总制动转矩减少一半，求串入电阻后的稳定转速。
2，一台单相变压器，容量为132千伏安，额定电压2200／220伏。其参数如下：Z1=0.2+j0.45Ω；Z2=0.002+j0.0045Ω；Zm=240+j1518Ω。
求：1）当U2=U2N、I2=I2N ，Cos?2?0.8（滞后）时，原边的电压和电流？
2）当I2=I2N ，且供给Cos?2?0.8（滞后）时的电压调整率及效率。
3，有一台三相异步电动机，PN=55千瓦，fN=50赫，p＝1，转子是绕线式，转子每
相电阻r2=0.012欧。已知在额定负载下转子铜耗为2530瓦，机械损耗为2640瓦，
杂散损耗为310瓦。
求：1）此时的转速及电磁转矩；
2）若1）中的电磁转矩保持不变，而将转子转速降到2300转／分，应该在转子的每相绕组中串入多大电阻？此时转子铜耗是多少？
4，一台三相汽轮发电机并联于无穷大电网，额定运行时cos?N?0.8(滞后), 同步电抗Xt??0.85，电枢电阻略去不计。保持励磁不变且不考虑电枢反应的影响。 求：当输出有功功率减半时的励磁电势标么值、电枢电流标么值、 功率因数cos?和功率角。