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電機及電氣技術(shù)實驗裝置三相同步發(fā)電機的并網(wǎng)運行實驗

一、任務(wù)目標
1、掌握三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行的條件與操作方法。
2、掌握三相同步發(fā)電機并聯(lián)運行時有功功率與無功功率的調(diào)節(jié)。
二、任務(wù)復(fù)習
1、三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行有哪些條件？不滿足這些條件將產(chǎn)生什么后果？如何滿足這些條件？
2、三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行時怎樣調(diào)節(jié)有功功率和無功功率？調(diào)節(jié)過程又是怎樣的？
三、實驗設(shè)備

序號	型號	名稱	數(shù) 量
1	DQ01B	電源控制屏	1 套
2	DQ02	實驗桌	1 套
3	DQ03-1	電機導(dǎo)軌、旋轉(zhuǎn)編碼器及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表	1 臺
4	DQ14	三相同步電機	1 臺
5	DQ19	校正直流測功機	1 臺
6	DQ22	直流數(shù)字電壓、毫安、安培表	1 件
7	DQ44	交流電流表	1 件
8	DQ45	交流電壓表	1 件
9	DQ25	單三相智能型功率、功率因數(shù)表	1 件
10	DQ31	波形測試及開關(guān)板	1 件
11	DQ32	旋轉(zhuǎn)燈、并網(wǎng)開關(guān)，同步機勵磁電源	1 件
12	DQ26	可調(diào)電阻器	1 件
13	DQ27	可調(diào)電阻器	1 件

四、實驗過程
1、三相同步發(fā)電機的并聯(lián)運行的接線
按圖5-4接線。圖中三相同步發(fā)電機GS選用DQ14，其額定值P_N＝170W，U_N＝220V、Y接法，I_N＝0.45A，n_N＝1500r/min；校正直流測功機MG作為GS的原動機選用DQ19，作直流電動機使用（按他勵電動機方式接線）；將MG、GS及RE之間用橡膠聯(lián)軸器直接聯(lián)接好并用螺絲將MG、GS固定在DQ03-1上；直流毫安表A1選用DQ22，直流電流表A2選用DQ22，直流電壓表V2選用DQ22；直流電壓表V1選用DQ01上的“直流電壓指示”電壓表；交流電壓表V3選用DQ45；交流電流表A3、A4、A5選用DQ44；功率、功率因數(shù)表W1、W2選用DQ25；開關(guān)S選DQ31，用于同步發(fā)電機GS勵磁電源的通斷，轉(zhuǎn)換開關(guān)S2選用DQ31上的三刀三擲開關(guān)；并網(wǎng)開關(guān)選用DQ32；同步指示燈A/A₀、B/B₀、C/C₀選用DQ32組件；限流電阻R選用DQ26上90Ω的固定阻值；R_f1選用DQ27的900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值的變阻器，作為電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻；R_f用DQ26組件上的90Ω串90Ω加上90Ω并90Ω共225Ω阻值的變阻器作為發(fā)電機GS的勵磁調(diào)節(jié)電阻；
接好線后，檢查GS、MG及RE之間是否用橡膠聯(lián)軸器聯(lián)接好，螺絲是否打緊。

圖5-4 三相同步發(fā)電機并聯(lián)運行接線圖
1、用準同步法將三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行
A、三相同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行必須滿足下列條件：
（1）發(fā)電機的頻率f₂和電網(wǎng)頻率f₁要相同；
（2）發(fā)電機的發(fā)出的電動勢（電壓）E0和電網(wǎng)電壓U的大小、相位要相同，即E0=U；
（3）發(fā)電機的相序和電網(wǎng)的相序要相同。
上述三個條件中，其中第三個條件必須滿足，其余兩個條件允許稍有偏差。為了檢查這些條件是否滿足，可用電壓表檢查電壓，用燈光旋轉(zhuǎn)法或燈光熄滅法檢查相序和頻率。
B、用準同步法將同步發(fā)電機并入電網(wǎng)的兩種方法接線介紹：
（1）作交叉接法時，即燈光旋轉(zhuǎn)法：DQ32組件上的三組指示燈（同步指示器）A₀/A為一組、B₀/C為一組、C₀/B為一組。指示燈端對應(yīng)電網(wǎng)和發(fā)電機的接線如表5-4所示，圖5-4的接法即為交叉接法。
表5-6

DQ32指示燈端	對應(yīng)電網(wǎng)的接線相序	DQ32指示燈端	對應(yīng)發(fā)電機的接線相序
A₀	U	A	A
B₀	V	B	B
C₀	W	C	C

C、燈光旋轉(zhuǎn)法
（1）將電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1調(diào)至阻值最小位置，將發(fā)電機GS的勵磁調(diào)節(jié)電阻R_f調(diào)至阻值最大位置及勵磁電源開關(guān)S打在關(guān)斷狀態(tài)（即將S處閉合導(dǎo)線斷開），將轉(zhuǎn)換開關(guān)S2打開中間位置及并網(wǎng)開關(guān)S1打在關(guān)斷狀態(tài)，同時將控制屏左側(cè)的三相調(diào)壓器逆時針旋轉(zhuǎn)到底。
（2）檢查控制屏上的勵磁電源開關(guān)和DQ31上的電樞電源開關(guān)都處于“關(guān)”的位置，作好直流他勵電動機MG的起動準備。
（3）接通電源總開關(guān)，按下控制屏上方的“啟動”按鈕，開啟控制屏上的的勵磁電源開關(guān)，看到電流表A1有勵磁電流指示后，再開啟DQ31上的電樞電源開關(guān)。
（4）電動機MG起動正常運轉(zhuǎn)后，將MG的電樞電源電壓調(diào)為220V（用V1表觀察），調(diào)節(jié)電動機MG磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1，使電動機MG的輸出轉(zhuǎn)速n達到1500r/min（用DQ03-1轉(zhuǎn)速表觀察），該轉(zhuǎn)速即為發(fā)電機GS的同步轉(zhuǎn)速n₀，在以下整個實驗過程中始終保持此同步轉(zhuǎn)速不變（如果在以下實驗過程中MG磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1調(diào)至底后，轉(zhuǎn)速仍達不到1500r/min時，可繼續(xù)增大電樞電源電壓）。
（5）順時針調(diào)節(jié)控制屏左側(cè)的三相調(diào)壓器，逐漸升高三相交流輸出電壓U至220V（用V3表觀察）。
（6）開啟DQ32組件上的同步機“勵磁電源”開關(guān)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)S2閉合到同步機勵磁電源端（右端），合上勵磁電源開關(guān)S，接通發(fā)電機GS的勵磁電源并調(diào)至12V（用V2表觀察），增大同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f（操作方法：減小R_f的阻值，當勵磁電流If大于1.3 A時用并聯(lián)部分，而將串聯(lián)部分阻值調(diào)到最小并用導(dǎo)線短接），使發(fā)電機GS的輸出電壓E=220V（用V4表觀察，用萬用表交流電壓檔測量）
（7）觀察DQ32組件上的三組指示燈組燈光，若三組指示燈燈光呈現(xiàn)出同時發(fā)亮、同時熄滅的現(xiàn)象則表明發(fā)電機GS的輸出電壓E與電網(wǎng)的電壓U的相序不同，此時需要調(diào)整發(fā)電機GS發(fā)出電壓或電網(wǎng)電壓的相序（操作方法：在DQ32組件三組指示燈的A、B、C端調(diào)換發(fā)電機GS或A₀、B₀、C₀端調(diào)換電網(wǎng)的任意二根端線），直至調(diào)整到三組指示燈的燈光按A₀/A→B₀/C→C₀/B（表示發(fā)電機GS的電壓頻率f₂大于電網(wǎng)的電壓頻率f₁，造成這種情況的原因的是電動機的轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)速n大于發(fā)電機GS的同步轉(zhuǎn)速n₀）依次明滅形成逆時針的旋轉(zhuǎn)燈光或者C₀/B→B₀/C→A₀/A（表示發(fā)電機GS的電壓頻率f₂小于電網(wǎng)的電壓頻率f₁，造成這種情況的原因的是電動機的轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)速n小于發(fā)電機GS的同步轉(zhuǎn)速n₀）依次明滅形成順時針的旋轉(zhuǎn)燈光（旋轉(zhuǎn)燈光依次明滅的速度越快表示發(fā)電機GS的電壓頻率f₂和電網(wǎng)的電壓頻率f₁相差越大），觀察到這其中的任意一種旋轉(zhuǎn)燈光的現(xiàn)象表明發(fā)電機GS的輸出電壓E與三相輸出電壓U的相序相同。
（8）調(diào)節(jié)電動機MG磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1、控制屏左側(cè)的三相調(diào)壓器及發(fā)電機GS的勵磁調(diào)節(jié)電阻R_f，使n= n₀=1500r/min（即f₂=f₁）、E₀=U=220V。
（9）觀察DQ32組件上的三組指示燈的燈光緩慢地旋轉(zhuǎn)亮暗變化，表明發(fā)電機GS投入并網(wǎng)的三個條件已滿足，觀察V5的電壓值，電壓表V5的電壓值隨指示燈組A₀/A的明暗程度由高到低變化。觀察電壓表V5的電壓值到達最低時（即在指示燈組A₀/A熄滅且B₀/C和C₀/B亮度基本相同時），迅速閉合并網(wǎng)開關(guān)S1，把同步發(fā)電機GS投入電網(wǎng)并聯(lián)運行（為選準并網(wǎng)時機，可多觀察幾回，由于指示燈的燈光在發(fā)光較暗時不易觀察，所以并網(wǎng)時最好以V5為參考）。
（10）并網(wǎng)成功后，讓發(fā)電機GS運行觀察數(shù)分鐘
（11）停機，斷開并網(wǎng)開關(guān)S1，將電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1調(diào)至阻值最小位置，關(guān)閉控制屏上的“勵磁電源”及DQ31組件上的“電樞電源”開關(guān)，使電動機MG停機；將發(fā)電機GS的勵磁調(diào)節(jié)電阻R_f調(diào)至阻值最大位置及斷開勵磁電源開關(guān)S，將控制屏左側(cè)的三相調(diào)壓器逆時針旋轉(zhuǎn)到底，按下控制屏上方的“停止”按鈕，使用實驗臺斷電。改變?nèi)M指示燈A₀/A、B₀/B、C₀/C各端的接線，按照表5-8列出的各端接線的對應(yīng)關(guān)系，分別將三組指示燈的A₀、B₀、C₀端和A、B、C端接至的電網(wǎng)的U、V、W端和發(fā)電機GS的A、B、C端，換線時要注意對應(yīng)并在開關(guān)S1處的線一同調(diào)換。準備進入下一個實驗。
2、用自同步法將三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行
（1）確認各端接線的對應(yīng)關(guān)系調(diào)整好接線同圖5-4所示。
（2）按實驗C燈光旋轉(zhuǎn)法中的（1）～（8）步驟起動直流電動機、調(diào)整發(fā)電機GS的輸出電壓、電網(wǎng)電壓及發(fā)電機GS的輸出電壓和電網(wǎng)輸出的電壓的相序、頻率。
（3）將轉(zhuǎn)換開關(guān)S2閉合到限流電阻R端（左端；電阻R的阻值為90Ω，約為發(fā)電機GS的勵磁繞組電阻值的10倍），發(fā)電機GS的勵磁繞組經(jīng)限流電阻R短路。
（4）閉合并網(wǎng)開關(guān)S1，迅速將轉(zhuǎn)換開關(guān)S2閉合到同步機勵磁電源端（右端），此時發(fā)電機GS依靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，就可以把轉(zhuǎn)子自動牽入同步，即自同步作用，完成投入電網(wǎng)的并聯(lián)運行。
（5）并網(wǎng)成功后，讓發(fā)電機GS運行觀察數(shù)分鐘，直接進入到下一個實驗。
3、三相同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時有功功率的調(diào)節(jié)
（1）按上述三種將同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行的方法，選擇其中任意一種方法把同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行。
（2）同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行正常后，調(diào)節(jié)電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1和同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f，使發(fā)電機GS的輸出電流I（輸出電流I為I_A、I_B、I_C的平均值，即I_A、I_B、I_C的電流值約等于0，通過測I_A、I_B，估算I_C）接近于0，即輸出功率P₂≈0（用W表觀察，W表讀數(shù)等于W1、W2表讀數(shù)之和），此時發(fā)電機GS的勵磁電流I_f等于I_f0，即I_f=I_f0。
（3）保持發(fā)電機GS的勵磁電流I_f=I_f0不變的條件下，增大電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1，升高電動機MG的輸出功率（即發(fā)電機GS的輸入功率P₁），此時發(fā)電機GS的輸出功率P₂增大，直至輸出電流I≈I_N≈0.45A(用A3、A4任意一只表作為參考觀察)，記錄此時發(fā)電機GS的輸出功率P₂及三相輸出電流I_A、I_B、I_C。
（4）由I≈I_N≈0.45A開始，逐次減小電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1，逐漸降低發(fā)電機GS的輸出電流I，直至發(fā)電機GS的輸出電流I≈0，在這一過程中測取發(fā)電機GS的輸出功率P₂及三相輸出電流I_A、I_B、I_C，共取數(shù)據(jù)6-7組，記錄于表5-7中。
表5-7 U=220V（Y） I_f=I_f0 = A

序號	三相輸出電流I（A）				輸出功率 P₂（W）	功率因數(shù) cosφ
序號	I_A	I_B	I_C	I	輸出功率 P₂（W）	功率因數(shù) cosφ

表中：

（5）數(shù)據(jù)測取完后，先不要停機，進入下一個實驗。
4、三相同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時無功功率的調(diào)節(jié)
A、測取當輸出功率等于0時三相同步發(fā)電機的V形曲線。
（1）調(diào)節(jié)電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1和同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f，使發(fā)電機GS的輸出功率P₂≈0（無功功率等于W1、W2表讀數(shù)之和）。
（2）保持發(fā)電機GS的輸出功率P₂≈0不變的條件下（通過調(diào)節(jié)電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1保持），增大同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f（操作方法：減小R_f的阻值，先減小其串聯(lián)部分的阻值，當勵磁電流If大于1.3 A時用并聯(lián)部分，而將串聯(lián)部分阻值調(diào)到最小并用導(dǎo)線短接），使發(fā)電機GS的輸出電流I（輸出電流I為I_A、I_B、I_C的平均值）增大，直至增大到I=I_N=0.45A，記錄此時發(fā)電機GS的三相輸出電流I_A、I_B、I_C及勵磁電流I_f，由發(fā)電機GS的輸出電流I=I_N=0.45A開始，逐次減小同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f（操作方法：增大R_f的阻值，先增大其并聯(lián)部分阻值，當并聯(lián)部分的阻值增到最大后，將串聯(lián)部分短接導(dǎo)線拆除，再增大串聯(lián)部分的阻值），使發(fā)電機GS的輸出電流I（輸出電流I為I_A、I_B、I_C的平均值）減小，直至減小到最小值I_min，即I≈I_min≈0A，繼續(xù)減小同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f，此時發(fā)電機GS的輸出電流I又開始增大，直至增大到I≈I_N≈0.45A為止，在這一過勵和欠勵的調(diào)節(jié)過程中，測取發(fā)電機GS的三相輸出電流I_A、I_B、I_C及對應(yīng)的勵磁電流If，共取數(shù)據(jù)6-8組，記錄于表5-8中，其中I=0.45A及I≈I_min≈0A、I≈0.45A點必測。
表5-9 U=220V P₂≈0

序號	三相輸出電流I（A）				勵磁電流 I_f（A）
序號	I_A	I_B	I_C	I	勵磁電流 I_f（A）

表中：

（3）數(shù)據(jù)測取完后，先不要停機，進入下一個實驗。
B、測取當輸出功率等于0.5倍額定功率時三相同步發(fā)電機的V形曲線。
（1）調(diào)節(jié)電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1和同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f，使發(fā)電機GS的輸出功率P₂≈0.5P_N≈85W(無功功率等于W1、W2表讀數(shù)之和）。
（2）保持發(fā)電機GS的輸出功率P₂≈0.5P_N≈85W不變的條件下（通過調(diào)節(jié)電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1保持），增大同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f（操作方法：減小R_f的阻值，先減小其串聯(lián)部分的阻值，當勵磁電流If大于1.3 A時用并聯(lián)部分，而將串聯(lián)部分阻值調(diào)到最小并用導(dǎo)線短接），使發(fā)電機GS的輸出電流I（輸出電流I為I_A、I_B、I_C的平均值）增大，直至增大到I=I_N=0.45A，記錄此時發(fā)電機GS的三相輸出電流I_A、I_B、I_C及勵磁電流I_f，由發(fā)電機GS的輸出電流I=I_N=0.45A開始，逐次減小同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f（操作方法：增大R_f的阻值，先增大其并聯(lián)部分阻值，當并聯(lián)部分的阻值增到最大后，將串聯(lián)部分短接導(dǎo)線拆除，再增大串聯(lián)部分的阻值），使發(fā)電機GS的輸出電流I（輸出電流I為I_A、I_B、I_C的平均值）減小，直至減小到最小值I_min，即I≈I_min，繼續(xù)減小同步發(fā)電機GS的勵磁電流I_f，此時發(fā)電機GS的輸出電流I又開始增大，直至增大到I≈I_N≈0.45A為止，在這一過勵和欠勵的調(diào)節(jié)過程中，測取發(fā)電機GS的三相輸出電流I_A、I_B、I_C及對應(yīng)的勵磁電流If，共取數(shù)據(jù)9-10組，記錄于表5-9中，其中I=0.45A及I≈I_min、I≈0.45A點必測。
表5-9 U=220V P₂≈0.5P_N≈85W

序號	三相輸出電流I（A）				勵磁電流 I_f（A）
序號	I_A	I_B	I_C	I	勵磁電流 I_f（A）

表中：

（3）停機，斷開并網(wǎng)開關(guān)S1，將電動機MG的磁場調(diào)節(jié)電阻R_f1調(diào)至阻值最小位置，先關(guān)閉DQ31上的電樞電源開關(guān)，再關(guān)閉控制屏上的勵磁電源開關(guān)，使電動機MG停機；將發(fā)電機GS的勵磁調(diào)節(jié)電阻R_f調(diào)至阻值最大位置及斷開勵磁電源開關(guān)S，將控制屏左側(cè)的三相調(diào)壓器逆時針旋轉(zhuǎn)到底，按下控制屏上方的“停止”按鈕，使實驗臺斷電，同步電動機停機，拆除實驗導(dǎo)線、電機，最后關(guān)閉實驗裝置電源總開關(guān)。
五、注意事項
1、每次啟動校正直流測功機時，都要按“直流他勵電動機的啟動與停機步驟”啟動；每次停機時，都要先切斷電樞電源，再切斷勵磁電源。
2、調(diào)節(jié)校正直流測功機的磁場電阻R_f1時，動作要慢，不然勵磁電流突然變化引起來轉(zhuǎn)速突變，不利于測試，同時磁場電阻R_f1不宜過小，以防止勵磁電流過小而引起電動機“飛車”。
3、實驗前注意儀表的種類、量程、極性及其接法是否正確。
六、實驗報告
1、實驗的項目名稱
2、實驗的任務(wù)目標
3、實驗所用到的實驗設(shè)備
4、繪制實驗的接線圖
5、記錄實驗的過程、現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄
6、在坐標上繪制三相同步發(fā)電機P2≈0和P2≈0.5倍額定功率時的V形曲線，并加以說明。
7、試述三相同步發(fā)電機和電網(wǎng)并聯(lián)運行時有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)方法。
8、小結(jié)、體會和建議
七、思考與練習
1、試述并聯(lián)運行條件不滿足時并網(wǎng)將引起什么后果？
2、評述準確同步法和自同步法的優(yōu)缺點。
3、自同步法將三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行時先把同步發(fā)電機的勵磁繞組串入10倍勵磁繞組電阻值的附加電阻R組成回路的作用是什么?
4、自同步法將三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行時先由原動機把同步發(fā)電機帶動旋轉(zhuǎn)到接近同步轉(zhuǎn)速(1485～1515 r/min之間)然后并入電網(wǎng)，若轉(zhuǎn)速太低并網(wǎng)將產(chǎn)生什么情況？

教學設(shè)備

產(chǎn)品分類

三相同步發(fā)電機的并網(wǎng)運行實驗