昆明理工大学电机学实验报告.docx

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昆明理工大学电机学实验报告

昆明理工大学实验报告

实验课程名称：

电机学实验

开课实验室：

电机实验室2013年7月5日

年级、专业、班

电自11级3班

学号

201110901141

姓名

刘盼

成绩

实验项目名称

电机综合实验

指导教师

教

师

评

语

教师签名

2013年7月5日

实验一、变压器综合实验

三相变压器并联运行

一、实验目的

1.学习三相变压器投入并联运行的方法。

2.测试三相变压器并联运行条件不满足时的空载电流。

3.研究三相变压器并联运行时负载的分配规律。

二、实验原理

理想的并联运行的变压器应满足以下条件：

1、空载时，各变压器的相应的次级电压必须相等而且同相位。

为满足此条件，并联个变压器应有相同电压变比：

即k1=k2=k3…kn且属于相同的连接组，不同连接组别的变压器不能并联运行。

2、在有负载时，各变压器的所分担的负载电流英语他们的容量成正比。

为满足此条件，保证各个变压器所分担的负载电流与其容量成正比例，各变压器应该有相同的短路电压标幺值。

3、各变压器的负载电流都应同相位。

为满足此条件，要求各变压器短路电阻与短路电抗的比值相等。

即要求阻抗电压降的有功分量和无功分量分别相等，即各个变压器应该有相同的短路电压有功分量和无功分量。

4．变压器并联运行时的负载分配。

当变压器并联运行时，通常短路电压标幺值随着容量的不同而不相同，大容量的变压器有较大的短路电压。

各个并联运行的变压器实际分担负载的计算公式：

由此可见，各个变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比，与短路电压成反比。

如果各个变压器的短路电压相同，则变压器的负载分配只与额定容量成正比。

三、实验线路

图A－1实验线路

四、实验结果及分析

1、测试两台三相变压器满足理想条件并联运行时的空载电流

实验参数：

图A－2实验参数设置Ⅰ

实验结果：

图A－3实验结果Ⅰ

分析：

由所得的数值可知，两变压器电压等级相同15.75e3V，标幺值相同，阻抗和电抗标幺值分别为0.001606和0.07.环流只有0.006427A，可看出一次环流和二次环流相差很小。

由于两台变压器参数相同，即认为两台变压器满足变压器并联运行的理想条件，所以当两台变压器并联空载运行时，则并联的各个变压器内部基本不会产生环流，故产生的环流很小，对变压器影响很小。

2、测试三相变压器并联运行变比不同时的空载电流

实验参数：

图A－4实验参数设置Ⅱ

实验结果：

图A－5实验结果Ⅱ

分析：

将第二台变压器的二次侧电压乘0.9，其它数值均不变，比原来的变比减小了1/10，环电压由原来的1285V变为1214V，但环流由原来的0.006427A变为5316A,空载环流比变比相同时大很多，此时环流电流流过变压器会产生大量热。

又并联运行时各变压器的电压变比不相同则各变压器没有相同的电压等级，对变压器影响很大。

3、测试三相变压器并联运行连接组别不同时的空载电流

实验参数：

图A－6实验参数设置Ⅲ

实验结果：

图A－7实验结果Ⅲ

分析：

当并列变压器变压比、阻抗电压相等而接线不同时，即变压器次级侧的连接组别不一样时，就会使二次电压存在相角差和电压差，因而变压器产生环流。

此时在YD11与YYn的接线下的环流为2.491e+004A，这样大的环流会对变压器的绝缘层产生较大损害，所以变压器并联运行时要保证变压器连接组别相同。

4、两台变压器的短路电压标幺值不同时负载分配的测试

（1）两台变压器短路电压标幺值相同时的有功功率和无功功率实验结果如下：

实验参数：

图A－8实验参数设置Ⅳ

实验结果：

Pq1pq2

图A－8实验结果Ⅳ

（2）将一台变压器的短路电压标幺值降低10%，将连接负载的短路器设置为闭合，再进行“

（1）”的测量。

实验参数：

图A－9实验参数设置Ⅴ

实验结果：

图A－10实验结果Ⅴ

Pq21pq22

分析：

当功率相等时，将初级侧的短路阻抗标幺值*90%。

变压器1的有功功率和无功功率均在0到1秒有功功率及无功功率均为0；在1秒以后，有功功率约为13.9e7W，无功功率约为11.7e7var。

变压器2的有功功率和无功功率均在0到1秒有功功率及无功功率均为0；在1秒以后，有功功率约为12.4e7W，无功功率约为10.4e7var。

通过对比可以得到，短路电压标幺值小的容易先满载。

五、结论

<1>变压器只有在满足以下条件下才能稳定的并联运行：

1、各变压器都应有相同的电压变比且属于相同的连接组；

2、各个变压器应该有相同的短路电压标幺值；

3、各个变压器短路电阻与短路电抗的比值相等。

这几个条件中，变比和短路电压允许有微小的差别，但是连接组别必须保证相同。

如果连接组别不同的变压器一次绕组接到同一电源上，其二次绕组的线电压相位不同，在变压器内部将会产生很大的环流，影响变压器的输出功率，严重的甚至烧毁变压器。

变比相差较大的两台变压器并联运行时，两个变压器绕组之间也会产生不平衡带电流，最坏情况下也会烧毁变压器。

短路电压相差较大的两台变压器并联运行时，因为负荷电流的分配与各个变压器的短路阻抗成反比。

这样短路电压大的变压器满负荷时，短路电压小的变压器就要过负荷，反之，短路电压大的变压器就处于轻负荷状态，这样运行就不经济。

所以，并联运行的变压器的短路电压相差不能超过允许值，规定变比差值不能超过±0.5%，短路电压值不能超过±10%，两台变压器容量比不超过3:

1，但是连接组别必须相同。

<2>负载分配的原则是：

与该变压器的额定容量成正比，与短路电压成反比。

如果额定容量相同，那变压器的负载分配只与短路电压成反比，即短路电压标幺值较小的那台变压器先达到满载，为了不使其过载，其余变压器均不能达到满载，导致整个装置的容量得不到充分的利用，所以为了使各变压器的装置容量尽可能得到利用，实际中，在考虑了其他并联条件的前提下要求各变压器的短路电压标幺值尽可能相接近，这样才能降低变压器的有功损耗，提高系统的效率和功率因数，实现变压器的经济运行。

实验二、同步发电机综合实验

三相同步发电机并网运行

一、实验目的

1、学习三相同步发电机投入并网运行的方法。

2、测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。

3、研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。

4、测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。

二、实验原理

1、同步发电机的并网运行

把同步机并联至电网的手续称为整步亦称为并列或并车。

在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。

为此，并车前必须检验发电机与电网是否符合下列条件：

a、双方应有相同的相序；

b、双方应有相同的电压幅值；

c、双方应有相同或接近相同的频率；

d、双方应有相同的电压初相位。

所以，在并网之前，首先必须检验双方的电压是否相等。

为了检测电压，可以用电压表来测得汇流排的电压和正待并列的发电机的端电压的差值，差值的大小反映了两端的电压差。

调节发电机的励磁电流，可以很容易使双方的电压相等。

其次，要检验双方的频率和相序，也可以在电网和发电机的检测系统中很容易的测出。

发电机的频率与发电机原动机输入的机械功率有关，只要调节原动机输入的机械功率的大小，就可以使发电机的频率和电网和频率达到一致。

相序的统一可以用调线等方式，在本虚拟实验室中一号发电机相序的统一可以用调整电网的相角来完成；二号发电机的相序通过调节发电机原动机的机械功率来一致。

2、同步发电机的静态稳定性

所谓同步发电机的静态稳定性是指发电机在某个运行下，突然受到任意的小干扰后，能恢复到原来的（或者是与原来很相近的）运行状态的能力。

同步发电机在并网运行中受到较小的扰动后，若能够自动保持同步行，则该机就具有静态稳定的能力。

反之，若不能自动保持同步运行，则是不具备静态稳定性。

发电机输出的电磁功率与功角的关系为：

发电机的功角特性曲线

图B－1

如上图当功角0＜δ＜90度时，在这个范围内发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近90度，比整步功率值愈小，稳定的程度越低。

当δ等于90度时，是稳定和不稳定的分界点，称为静态稳定极限。

当δ超过90度后，同步电机作为发电机使用时将会失步。

3、同步机的突然断路

当点发生三相短路时，整个电路被分成两个独立的回路。

其中点右边的回路变为没有电源的短接电路，其电流将从短路前的值逐渐衰减到零；而点左边的回路仍

图B－2与电源相连接，但每相的阻抗已减小为R+jwL所决定的新稳态值，短路电流计算主要是针对这一电路进行的。

4、短路冲击电流：

短路电流最大可能的瞬时值称为冲击电流。

当电路的参数已知时，短路电流周期分量的幅值是一定的，而短路电流的非周期分量则按指数规律单调衰减，因此，非周期分量的初值越大，暂态过程中短路全电流的最大瞬时值就越大

三、实验线路

图B—1实验线路

4、实验结果及分析

b、在短路器断开的情况下，通过多次实验，找到并联条件满足的点，并且测出电网和发电机的电压波形。

实验参数：

图B—2原动机参数设定图B—3励磁机参数设定

图B－4并网前电网波形与发电机波形重合

图B—5断路器并网参数设定

并联满足条件的点为5.527s。

实验结果：

选择上图t=5.527s时并网，并网后冲击电流如下图：

冲击电流4000A

图B－6冲击电流波形Ι

由上图可得并网后冲击电流约为4000A。

C、调整发电机的运行条件，分别在初相位不同和电压幅值不同时，进行并网实验，测试并网时的冲击电流。

（1）当电压幅值相同，初相位不同时的电网和发电机的电压波形，及并网时的时的冲击电流。

实验参数：

图B－7原动机、励磁机、并网时间参数的设定

图B－8并网前电网波形与发电机波形Ⅰ

当t=2.8时，电网与电机的电压相位差为130°，选择t=2.8时并网。

实验结果：

冲击电流100000A

图B－9冲击电流波形Ⅱ

由图看出冲击电流为100000A。

该电流约是同相位同幅值时的25倍，威胁电网的安全运行。

（2）电压幅值不相同，初相位相同时的电网和发电机的电压波形，及并网时的冲击电流。

实验参数:

图B－10原动机、励磁机、并网时间参数的设定

图B－11并网前电网波形与发电机波形Ⅱ

实验结果：

选择t=0.7并网。

冲击电流16000A

图B－12冲击电流波形Ⅲ

由图看出冲击电流约为16000A。

该电流约是同相位同幅值时的4倍，将威胁电网的安全运行。

实验分析：

实验说明发电机并入电网时必须满足，双方应有相同的相序，电压，相同的或接近相同的频率、相同的电压初相位，当上述条件有一个不满足时，将对发电机运行产生严重的后果。

它们都会在发电机绕组中产生比额定值大很多的环流，引起发电机功率振荡，增加运行损耗，运行不稳定等问题，严重可使发电机受到损害，严重影响电力系统。

图中数据表明不满足运行条件时都产生很大的冲击电流超出额定值很多倍，所以，并网时应选择合适的并网时间以减少冲击电流对电力系统的干扰。

D、对并网运行的发电机分别进行有功功率和无功功率的调整，并且测试功角随之变化的过程。

（1）保持无功功率不变，调节有功功率。

实验参数：

图B－13原动机、励磁机参数的设定Ⅰ

实验结果：

图B—14发电机的功率图像Ⅰ

分析：

0-5s是励磁电流和有功功率都保持不变；当t=5s到t=17s，有功功率随着机械功率的增加而增加,功角随着有功功率增加而增加。

故可得有功功率与功角正相关。

（2）保持有功功率不变，调节无功功率。

实验参数：

图B－15原动机、励磁机参数的设定Ⅱ

实验结果：

图B－16发电机的功率图像Ⅱ

分析:

当t=10s到t=20s时，无功功率随着激磁的增加而增加，功角随着无功功率的增加而减小。

故无功功率与功角负相关。

E、通过调节发电机的励磁电流和调节原动机输入机械功率的大小，使发电机处于失步状态，并测出发电机失步后的各物理量变化过程。

实验参数：

图B－17原动机、励磁机参数的设定Ⅲ

实验结果:

图B－18发电机的功率图像Ⅲ图B－19发电机的功率图像Ⅳ

分析：

当功角在接近t=19s时失步，其有功功率和无功功率随着功角的增大而减小。

当励磁电流和有功功率同时影响功角时：

当0-5s时励磁电流和有功功率都保持不变，功角也不变，5s时励磁电流增大，功角减小，当10s时增大有功功率，功角也随着增大，总之功角跟励磁电流呈余弦函数，跟有功功率呈正弦函数，功角同时受二者的影响.

五、结论

上述实验我们可以得出为了使电机能并联入无穷大电网，必须满足以下几个并联条件：

a、双方应有相同的相序；

b、双方应有相同的电压；

c、双方应有相同或接近相同的频率；

d、双方应有相同的电压初相位。

如果上述四个条件有一个不满足，将对发电机运行产生严重的后果，它们都会在发电机绕组中产生环流，冲击电流将会很大。

如果增加发电机机械功率，有功功率也会相应增加，功角也随之增大；如果增加发电机激磁，无功功率会增加，功角随之减小。

总之会引起发电机功率振荡，增加运行损耗，运行不稳定等问题,所以要注意控制并网的条件。