实验九   三相同步发电机的并联运行

一．实验目的

1.掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

2.掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

二．预习要点

1.三相同步发电机投入电网并联运行有那些条件？不满足这些条件将产生什么后果？如何满足这些条件？

2.三相同步发电机投入电网并联运行时怎样调节有功功率和无功功率？调节过程又是怎样的？

    

三．实验项目

1.用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2.三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

3.三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

(1)测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

(2)测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。

3．三相可变电阻器90Ω（MEL-04）。

4．波形测试及开关板（MEL-05）。

5．旋转指示灯、整步表（MEL-07）。

6．同步电机励磁电源（位于主控制屏右下部）。

7．功率、功率因数表（或在主控制屏上，或在单独的组件MEL-20、MEL-24）。

五．实验方法及步骤

1．用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

实验接线如图4-4。

三相同步发电机选用M08。

原动机选用直流并励电动机M03（作他励接法）。

mA、A₁、V₁选用直流电源自带毫安表、电流表、电压表（在主控制屏下部）。

R_st选用MEL-04中的两只90Ω电阻相串联（最大值为180Ω）。

R_f选用MEL-03中两只900Ω电阻相串联（最大值为1800Ω）。

R选用MEL-04中的90Ω电阻。

开关S₁、S₂选用MEL-05。

交流电压表、电流表、功率表的选择同实验3.1（异步电动机的工作特性）。

同步电机励磁电源固定在控制屏的右下部。

工作原理：三相同步发电机与电网首联运行必须满足以下三个条件。

（1）发电机的频率和电网频率要相同，即f_II=f_I；

（2）发电机和电网电压大小、相位要相同，即E_oII=U_I;

（3）发电机和电网的相序要相同；

为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。

实验步骤：

（1）三相调压器旋钮逆时针到底，开关S₂断开，S₁合向“1”端，确定“可调直流稳压电源”和“直流电机励磁电源”船形开关均在断开位置，合上绿色“闭合”按钮开关，调节调压器旋钮，使交流输出电压达到同步发电机额定电压U_N=220伏。

（2）直流电动机电枢调节电阻R_st调至最大，励磁调节电阻R_f调至最小，先合上直流电机励磁电源船形开关，再合上可调直流稳压电源船形开关，起动直流电动机M03，并调节电机转速为1500r/min。

（3）开关S₁合向“2”端，接通同步电机励磁电源，调节同步电机励磁电流I_f，使同步发电机发出额定电压220伏。

（4）观察三组相灯，若依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三组灯同时发亮，同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当发电机和电网相序不同则应先停机，调换发电机或三相电源任意二根端线以改变相序后，按前述方法重新起动电动机。

（5）当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁电流I_f使同步发电机电压和电网电压相同。再细调直流电动机转速，使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，此时接通整步表直键开关，观察整步表V表和Hz表指在中间位置，S表指针逆时针缓慢旋转。

（6）待A相灯熄灭时合上并网开关S₂，把同步发电机投入电网并联运行。

（7）停机时应先断开整步表直键开关，断开并网开关S₂，将R_st调至最大，三相调压器逆时针旋到零位，并先断开电枢电源后断开直流电机励磁电源。

2．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

（1）按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。

（2）并网以后，调节直流电动机的励磁电阻R_f和同步电机的励磁电流I_f，使同步发电机定子电流接近于零，这时相应的同步发电机励磁电流I_f=I_fo。

（3）保持这一励磁电流I_f不变，调节直流电动机的励磁调节电阻R_f，使其阻值增加，这时同步发电机输出功率P₂增加。

（3）在同步电机定子电流接近于零到额定电流的范围内读取三相电流、三相功率、功率因数，共取数据6~7组记录于表4-9中。

表4-9                                 U=220V（Y）             I_f=I_fo=      A

表中：I=

P₂=P_I+P_II

3．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节

（1）测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。

b．保持同步发电机的输出功率P₂≈0。

c．先调节同步发电机励磁电流I_f，使I_f上升，发电机定子电流随着I_f的增加上升到额定电流，并调节R_st保持P₂≈0。记录此点同步发电机励磁电流I_f、定子电流I_o。

d．减小同步电机励磁电流I_f使定子电流I减小到最小值，记录此点数据。

e．继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增加直至额定电流。

f．分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录表4-10中。

表4-10           n=1500r/min   U=220V   P₂≈0W

表中：I=

（2）测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。

b．保持同步发电机的输出功率P₂等于0.5倍额定功率。

c．先调节同步发电机励磁电流I_f，使I_f上升，发电机定子电流随着I_f的增加上升到额定电流。记录此点同步发电机励磁电流I_f、定子电流I_o。

d．减小同步电机励磁电流I_f使定子电流I减小到最小值，记录此点数据。

e．继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增加直至额定电流。

f．分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录表4-11中。

表4-11           n=1500r/min   U=220V   P₂≈0.5P_N

表中：I=

六．实验报告

1.评述准确同步法和自同步法的优缺点。

2.试述并联运行条件不满足时并网将引起什么后果？

3.试述三相同步发电机和电网并联运行时有功功率和无功功率的调节方法。

4.画出P₂≈0和P₂≈0.5倍额定功率时同步发电机的V形曲线，并加以说明。

七．思考题

1.自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时先把同步发电机的励磁绕组串入10倍励磁绕组电阻值的附加电阻组成回路的作用是什么？

2.自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时先由原动机把同步发电机带动旋转到接近同步转速(1475～1525转/分之间)然后并入电网，若转速太低并车将产生什么情况？

第二篇：三相同步发电机的并联运行

实验报告

课程名称：         电机学                    

实验项目：  三相同步发电机的并网运行          

实验地点：        电机馆                     

专业班级：        电气1003班                  

学    号：          2010000969                      

学生姓名：         张洪铭                     

指导教师：           王淑红                  

20##年    12   月   21   日

一、   实验目的和要求（必填）

1、  掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。

2、  掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

二、   实验内容和原理（必填）

1、  用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2、  用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

3、  三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

4、  三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

（1）       测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

（2）       测取当输出功率等于.05倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

三、   主要仪器设备（必填）

四、   操作方法与实验步骤（可选）

1、旋转灯光法

（1）           按图接线。三相同步发电机GS选用DJ18，GS的原动机采用DJ23校正直流测功机MG。R_st选用D44上180电阻，R_f1选用D44上1800阻值，Rf2选用D41上90 与90串联加上90与90并联共225阻值，R选用D41上90固定电阻。开关S₁选用D52挂箱，S₂选用D53挂箱。并把开关S₁打在“关断”位置，开关S₂合向固定电阻端（图示左端）。

（2）           三相调压器旋钮退至零位，在电枢电源及励磁电源开关都在“关断”位置的条件下，合上电源总开关，按下“启动”按钮，调节调压器使电压升至额定电压220V，可通过V1表来观测。

（3）           按他励电动机的起动步骤（校正直流测功机MG电枢串联起动电阻R_st，并调至最大位置。励磁调节电阻R_f1调至最小，先接通控制屏上的励磁电源，后接通控制屏上的电枢电源），起动MF并使MG电机转速达到同步转速1500r/min。将开关S2合到同步发电机的24V励磁电源端（图示右端），调节R_f2以改变GS的励磁电流I_f，使同步发电机发出额定电压220V，可通过V₂表观测，D53整步表上琴键开关打在“断开”位置。

（4）           观察三组相灯，若依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三组相灯同时发亮、同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当发电和电网相序不同则应停机（先将R_st最大位置，断开控制屏上的电枢电源开关，再按下交流电源的“停止”按钮），并把三相调压器旋转至零位。在确保断电的情况下，调换发电机或者三相电源任意两根短线以改变相序后，按前述方法重新起动MG。

（5）           当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁使同步发电机电压和电网（电源）电压相同。再进一步细调原动机转速。使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，此时接通D53整步表上琴键开关S₁，把同步发电机投入电网并联运行（为选准并网时机，可让其它循环几次再并网）。

（6）           停机时应先断开D53整步表上琴键开关，然后按下D52上红色按钮，即断开电网开关S₁，将R_st调至最大，断开电枢电源，再断开励磁电源，把三相调压器旋转至零位置。

2、  用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

（1）           在并网开关S₁断开且相序相同的条件下，把开关S2闭合到励磁端（图示右端），D53整步表上琴键开关打在“断开”位置。

（2）           按他励电动机的起动步骤起动MG，并使MG升速到接近同步转速（1485~1515r/min）之间。

（3）           调节同步电机励磁电源调压旋钮或R_f2，以调节If使发电机电压约等于电网电压220V。

（4）           将开关S₂闭合到R端。R用90固定阻值（约为三相同步发电机励磁绕组的电阻的10倍）。

（5）           合上并网开关，再接通D53上整步表开关。

3、  三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节

（1）           按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。

（2）           并网以后，调节校正直流侧公机MG的励磁电阻R_f1和发电机的励磁电流If使同步发电机定子电流接近于零，这是相应的同步发电机励磁电流I_f=I_f0。

（3）           保持这一励磁电流I_f0不变，调节直流电机的励磁调节电阻R_f1，使其阻值增加，这是同步发电机输出功率P₂增大。

（4）           在同步机定子电流接近于零到额定电流的范围内读取三相电流、三相功率、功率因数共取数据6~7组记录于表5-8中。

4、  三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节

（１）测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

1)        按上述１、２任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行

2)        保持同步发电机的输出功率P₂=0。

3)        先调节R_f2使同步发电机励磁电流I_f上升（调节应先调节90串联90部分，调至零位后用导线短接，再调节90并联90部分），使同步发电机定子电流上升到额定电流，并调节R_st保持P₂=0。记录此点同步发电机励磁电流I_f、定子电流I。

4)        减小同步发电机励磁电流I_f使定子电流I减小到最小值记录此点数据。

5)        继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增大。

6)        在这过励欠励情况下读取数据9-10组记录于表5-9中。

五、   实验数据记录和处理（可选）

表5-8         U= 89.36 V         If=If0=  0.3  A

表5-9   n= 1500 r/min      U=  90.22 V     

六、实验结果与分析（必填）

如果在没有满足条件的时候就并网的话，电动机会反生剧烈颤动，严重会发生危险。所以在并往前必须确保满足并网条件。

在最低点之前是欠励功率因素滞后，在最低点之后是过励功率因超前素