三相同步發電機的并網運行實驗

三相同步發電機的并網運行實驗-實驗目的：
    1、掌握三相同步發電機投入電網并聯運行的條件與操作方法。
    2、掌握三相同步發電機并聯運行時有功功率與無功功率的調節。
二、三相同步發電機的并網運行實驗預習要點：
    1、三相同步發電機投入電網并聯運行有哪些條件？不滿足這些條件將產生什么后果？如何滿足這些條件？
    2、三相同步發電機投入電網并聯運行時怎樣調節有功功率和無功功率？調節過程又是怎樣的？
三、實驗項目：
    1、用準確同步法將三相同步發電機投入電網并聯運行。
    2、用自同步法將三相同步發電機投入電網并聯運行。
    3、三相同步發電機與電網并聯運行時有功功率的調節。
    4、三相同步發電機與電網并聯運行時無功功率調節。
    (1) 測取當輸出功率等于零時三相同步發電機的V形曲線。
    (2) 測取當輸出功率等于0.5倍額定功率時三相同步發電機的V形曲線。
四、實驗方法：
    1、實驗設備

序 號	型 號	名             稱	數 量
1	DQ03-1	導軌、測速系統及轉速表	1件
2	DQ19	校正直流測功機	1件
3	DQ14	三相同步電機	1件
4	DQ44	數/模交流電流表	1件
5	DQ45	數/模交流電壓表	1件
6	DQ25	智能型功率、功率因數表	1件
7	DQ22	直流數字電壓、毫安、安培表	1件
8	DQ26	三相可調電阻器	1件
9	DQ29	可調電阻器、電容器	1件
10	DQ32	旋轉燈、并網開關、同步機勵磁電源	1件
11	DQ33	整步表及開關	1件

  2、屏上掛件排列順序
     DQ29、DQ32、DQ33、DQ45、DQ44、DQ25、DQ22、DQ26                               
   3、用準同步法將三相同步發電機投入電網并聯運行
    三相同步發電機與電網并聯運行必須滿足下列條件：
    (1) 發電機的頻率和電網頻率要相同，即f_Ⅱ=f_Ⅰ；
    (2) 發電機和電網電壓大小、相位要相同，即E_0Ⅱ=U_Ⅰ；
    (3) 發電機和電網的相序要相同。
為了檢查這些條件是否滿足，可用電壓表檢查電壓，用燈光旋轉法或整步表法檢查相序和頻率。
4、旋轉燈光法
(1) 按圖1-1接線。P_N(W)=170W，U_N(V)=220（Y），I_N(A)= 0.45A， n_N(r/min)= 1500，U_fN（V）=14V，I_fN（A）=1.2A，絕緣等級E級。ＧＳ的原動機采用DQ19校正直流測功機MG。R_st選用DQ29上180Ω電阻，R_f1選用DQ29上1800Ω阻值，R_f2選用DQ26上90Ω與90Ω串聯加上90Ω與90Ω并聯共225Ω阻值,R選用DQ26上90Ω固定電阻。開關S₁選用DQ32掛箱，S₂選用DQ33掛箱。并把開關S₁打在“關斷”位置，開關S₂合向固定電阻端（圖示左端）。
(2)三相調壓器旋鈕退至零位，在電樞電源及勵磁電源開關都在“關斷”位置的條件下，合上電源總開關，按下“啟動”按鈕，調節調壓器使電壓升至額定電壓220伏，可通過V₁表觀測。
 
                           圖1-1   三相同步發電機的并網運行
(3) 按他勵電動機的起動步驟(校正直流測功機ＭＧ電樞串聯起動電阻R_st，并調至最大位置。勵磁調節電阻R_f1調至最小，先接通控制屏上的勵磁電源，后接通控制屏上的電樞電源)，起動ＭＧ并使ＭＧ電機轉速達到同步轉速1500 r/min。將開關S₂合到同步發電機的勵磁電源端（調到14V左右）(圖示右端)，調節R_f2以改變ＧＳ的勵磁電流I_f，使同步發電機發出額定電壓220伏，可通過V₂表觀測，DQ33整步表上開關S1打在“斷開”位置。
    (4) 觀察三組相燈，若依次明滅形成旋轉燈光，則表示發電機和電網相序相同，若三組相燈同時發亮、同時熄滅則表示發電機和電網相序不同。當發電機和電網相序不同則應停機(先將R_st回到最大位置，斷開控制屏上的電樞電源開關，再按下交流電源的“停止”按鈕)，并把三相調壓器旋至零位。在確保斷電的情況下，調換發電機或三相電源任意二根端線以改變相序后，按前述方法重新起動MG。
    (5) 當發電機和電網相序相同時，調節同步發電機勵磁使同步發電機電壓和電網(電源)電壓相同。再進一步細調原動機轉速。使各相燈光緩慢地輪流旋轉發亮，此時接通DQ33整步表上S1開關，觀察DQ33上V表和H_Z表上指針在中間位置，S表指針緩慢旋轉。待A相燈熄滅時合上并網開關S₁，把同步發電機投入電網并聯運行（為選準并網時機，可讓其循環幾次再并網）。
    (6）停機時應先斷開DQ33整步表上S1開關，然后按下DQ32上紅色按鈕，即斷開電網開關S₁，將R_st調至最大，斷開電樞電源，再斷開勵磁電源，把三相調壓器旋至零位。
    5、用自同步法將三相同步發電機投入電網并聯運行。
    (1) 在并網開關S₁斷開且相序相同的條件下，把開關S₂閉合到勵磁端( 圖示右端)，DQ33整步表上S1開關打在“斷開”位置。
    (2) 按他勵電動機的起動步驟起動MG，并使MG升速到接近同步轉速(1485～1515 r/min之間。
    (3) 調節同步電機勵磁電源調壓旋鈕或R_f2，以調節I_f使發電機電壓約等于電網電壓220伏。
    (4) 將開關S₂閉合到R端。R用90Ω固定阻值(約為三相同步發電機勵磁繞組電阻的10倍)。
    (5) 合上并網開關S₁，再把開關S₂閉合到勵磁端，這時電機利用“自整步作用”使它迅速被牽入同步，再接通DQ33上整步表開關。
    6、三相同步發電機與電網并聯運行時有功功率的調節
    (1) 按上述1、2任意一種方法把同步發電機投入電網并聯運行。
    (2) 并網以后，調節校正直流測功機MG的勵磁電阻R_f1和發電機的勵磁電流I_f使同步發電機定子電流接近于零，這時相應的同步發電機勵磁電流I_f=I_f0。
    (3) 保持這一勵磁電流I_f0不變,調節直流電機的勵磁調節電阻R_f1，使其阻值增加，這時同步發電機輸出功率P₂增大。
    (4) 在同步機定子電流接近于零到額定電流的范圍內讀取三相電流、三相功率、功率因數共取數據6～7組記錄于表1-1中。
表1-1      U=      V（Y） ；     I_f=I_f0 =     A

序號	輸出電流I（A）				輸出功率P2（W）			功率因數
	IA	IB	IC	I	PⅠ	PⅡ	P2	cosφ

表中：
    7、三相同步發電機與電網并聯運行時無功功率的調節
    (1) 測取當輸出功率等于零時三相同步發電機的V形曲線。
    1) 按上述1、2任意一種方法把同步發電機投入電網并聯運行。
    2) 保持同步發電機的輸出功率P₂≈0。
    3) 先調節R_f2使同步發電機勵磁電流I_f上升 (調節應先調節90Ω串聯90Ω部分，調至零位后用導線短接，再調節90Ω并聯90Ω部分)，使同步發電機定子電流上升到額定電流，并調節R_st保持P₂≈0。記錄此點同步發電機勵磁電流I_f、定子電流I。
    4) 減小同步電機勵磁電流I_f使定子電流I減小到最小值記錄此點數據。
    5) 繼續減小同步電機勵磁電流， 這時定子電流又將增大。
    6) 在這過勵和欠勵情況下讀取數據9-10組記錄于表5-9中。
表1-2      n=       r/min；   U=      V；    P₂≈0W

序 號	三相電流I（A）				勵磁電流If（A）
	IA	IB	IC	I	If

  表中：
   (2) 測取當輸出功率等于0.5倍額定功率時三相同步發電機的V形曲線。
    1) 按上述1、2任意一種方法把同步發電機投入電網并聯運行。
    2) 保持同步發電機的輸出功率P₂等于0.5倍額定功率。
    3) 增加同步發電機勵磁電流I_f，使同步發電機定子電流上升到額定電流，記錄此點同步發電機勵磁電流I_f，定子電流I。
    4) 減小同步電機勵磁電流I_f使定子電流I減小到最小值記錄此點數據。
    5) 繼續減小同步電機勵磁電流I_f， 這時定子電流又將增大至額定電流。
6) 在這過勵和欠勵情況下共取數據9~10組并記錄于表1-3中。
 表5-10  n=      r/min；   U=      V；    P₂≈0.5P_N

序 號	三相電流I（A）				勵磁電流If（A）
	IA	IB	IC	I	If

表中：
五、實驗報告：
    1、評述準確同步法和自同步法的優缺點。
    2、試述并聯運行條件不滿足時并網將引起什么后果？
    3、試述三相同步發電機和電網并聯運行時有功功率和無功功率的調節方法。
    4、畫出P₂≈0和P₂≈0.5倍額定功率時同步發電機的V形曲線，并加以說明。
六、思考題：
    1、自同步法將三相同步發電機投入電網并聯運行時先把同步發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?
    2、自同步法將三相同步發電機投入電網并聯運行時先由原動機把同步發電機帶動旋轉到接近同步轉速(1485～1515 r/min之間)然后并入電網，若轉速太低并網將產生什么情況？